[发明专利]用于分析生物样品的方法和设备

说明书

发明领域

本发明涉及可包含多种不同微生物的生物样品的分析，尤其涉及基于生成代表被分析的生物样品的多维数字信号的测量技术来进行微生物混合物的检测和鉴定。

背景技术

使用光谱测定或光谱学来鉴定微生物，尤其是细菌，这是已知的。为了这个目的，制备未知微生物的样品，在这之后，获取和预处理样品的质量光谱、振动光谱或荧光光谱，尤其为了消除基线和消除噪声。然后，通过分类工具将预处理的光谱与参考基准进行“比较”，所述参考基准根据一组与鉴定的微生物的分类单元例如物种相关的光谱通过参考方法构成。

更具体地，通过分类进行微生物鉴定通常包括，通过监督式学习根据其物种先前已知的微生物的所谓“训练”光谱确定分类模型的第一步，该分类模型限定了一组在训练光谱中区分这些不同物种的规则，以及特定的未知微生物的鉴定或“预测”的第二步。此第二步尤其包括获取将被鉴定的微生物的光谱，预处理光谱，以及将预处理的光谱应用到由分类模型构建的预测模型，以确定未知微生物所属的至少一个物种。

通常，光谱测定或光谱识别装置因此包括光谱仪或分光镜，以及获取处理单元，所述获取处理单元接收所测量的光谱，将其数字化以获取多维数字强度矢量，并且根据生成的数字矢量实现上述第二步。第一步是由设备的制造商实施的，制造商确定分类模型和预测模型，并且在客户使用之前将其集成在机器中。

到目前为止，不管所考虑的测量技术或识别算法，生物样品的分析都限于包括单一类型的微生物的样品。事实上，包括多种不同微生物的生物样品的分析是特别困难的，尤其可观察到基于分类模型的预测算法在检测包含多种微生物的生物样品方面失败，并因此在鉴定包含在此样品中的微生物方面也失败。

因此，在光谱测定或光谱鉴定的任何步骤之前，将含有希望被了解的微生物的待测试样品首先提交给旨在分离不同类型微生物的生物处理步骤。然后，由单一类型的所分离的微生物制备将通过光谱测定或光谱学进行鉴定的生物样品。例如，对于细菌的鉴定，制备待测试产品的溶液，在这之后将获得的溶液例如在一种或多种培养皿上与一种或多种培养基放在一起。温育后，然后鉴定和分离不同的细菌菌落，其每一个可以接受随后的鉴定。

现在，此生物样品制备可能花费很长时间，某些类型的微生物确实需要多天的孵育时间。此外，某些微生物需要非常特异的培养基用来生长。

除了这产生的成本之外，总是存在没有生长包含在待测试的产品中的所有不同微生物的风险，因此存在“丢失”微生物的风险。通过基于分类模型的识别算法不能有效地分析多种微生物混合物，此初步制备步骤是必须做的，因此是主要的错误来源。

发明讨论

本发明旨在提供一种分析生物样品的方法，其能够根据单次测量样品从其包含一种或多种不同微生物的事实中独立地分析生物样品，具体地通过光谱学、光谱测定法或产生多维数字强度向量的任何类型的测量。

为了实现这个目标，本发明针对一种检测生物样品中属于K个不同参考分类单元y_j的预定集合{y_j}中的两种不同分类单元的至少两种微生物的方法，每个参考分类单元y_j由空间R^p的预定的参考强度向量P_j或“原型”表示，其通过将包含表现出参考分类单元特征的微生物的至少一个参考生物样品提交到产生表示参考样品的多维数字信号的测量技术以及通过根据所述多维数字信号确定所述参考强度向量而获得，其中p大于1，所述方法包括：

■用所述测量技术获取生物样品的多维数字信号；

■根据所获取的多维数字信号确定R^p的强度向量x；

■构建根据以下关系式对强度向量x建模的候选模型的集合

在该表达式中：

○为R^p的用模型重建强度向量x的向量；

○为实数标量，且I_p为R^p的单位向量；

○为的向量的第j个分量；

○以及

○a_ij为预定的系数；

■根据以下关系式从候选模型的集合中选择候选模型问题的解：

在该表达式中：

○为量化生物样品的强度向量x和通过候选模型对强度向量x进行的重建之间的重建误差的准则；以及

○为量化候选模型的复杂度的准则；