【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超光谱，涉及一种基于超光谱成像系统快速检测混合细菌耐药性的方法。
技术介绍
1、病原微生物的诊断，尤其是临床常见的细菌诊断，是体外诊断技术的一大应用领域。目前细菌感染的临床诊断方法需要先对样本进行富集培养和分纯，再分别对样本中的病原菌进行种属鉴定和药敏测试(或称抗生素敏感性测试，ast)。临床细菌检测的过程极其缓慢，即使在最先进的实验室条件下也可能需要两天以上的时间。血液样本的表型抗生素敏感性测试因为涉及3个过夜培养步骤，其全流程的周转时间通常至少需要3-4天。而对于尿路感染这样的样本细菌密度较高的感染而言，即使其体外诊断不需要对原始样本进行扩增培养，但其耗时仍然长达36小时。由此可见，现行的病原菌感染临床体外诊断过程较为漫长，以上的方法无法在关键的感染早期对抗生素治疗进行指导。
2、临床病原菌诊断的主要瓶颈在于病原菌的诊断和药敏测试往往需要经过长时间的富集培养，或者需要通过牺牲准确性和成本来提升检测速度。因此，开发一种快速、无需培养、低成本的病原菌感染检测新方法，对于指导临床正确用药、延缓病原菌耐药性问题的发展至关重要。基于超光谱成像的病原菌检测：其符合临床病原菌检测快速、无需培养的技术需求，可以同时获得细菌的形貌信息以及光谱信息。同时，我们也要了解目前99%以上已知的微生物不能够在实验室条件下进行培养和鉴定。因此，单细胞水平病原微生物的鉴定无论是对临床感染的快速诊断还是对微生物学的研究都有着重要意义。此外，结合重水等稳定同位素标记的单细胞拉曼光谱检测方法以及结合活细胞染色剂的超光谱成像检测方法，在微
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术提出了一种基于超光谱成像系统快速检测混合细菌耐药性的方法，利用超光谱成像系统的高分辨率和高灵敏度特性，实现了对混合细菌耐药性的快速、准确检测。
2、第一步，将待测混合细菌样本在含有不同抗生素的培养液中孵育1小时，并设立不含抗生素的作为对照组。
3、第二步，将待测样本在含有活细胞指示剂的培养液中孵育1小时。
4、第三步，将待测样本离心清洗后涂在基片上，进行超光谱成像检测，实现单细菌二维形貌和一维光谱的获取。
5、第四步，结合训练好的细菌数据库，进行单细菌识别分类。
6、第五步，判断单细菌光谱中是否含有活细胞指示剂的光谱信号，确定该细菌的活性。
7、第六步，分别计算处理组和对照组的活细菌数和总细菌数的比值，并以处理组和对照组的比值作为判别标准，小于等于某个阈值判断为对抗生素敏感，大于某个阈值判别为对抗生素耐药。
8、 所述的快速检测混合细菌耐药性的方法采用自开发的色散超光谱成像模块作为检测装置，提供高信噪比的透射/反射/荧光/拉曼超光谱图像，空间分辨率优于2µm，光谱分辨率优于1 nm，可以实现单个细菌物种的识别。
9、 所述的快速检测混合细菌耐药性的方法是一种无需培养的致病菌种及其耐药性检测的新方法，超光谱成像扫描时间可快至数分钟，结合计算机断层扫描成像系统(computed tomography imaging system)甚至可为快照式。
10、所述的超光谱成像模块的工作波段在400nm-1700nm。
11、所述的快速检测混合细菌耐药性的方法中活细胞指示剂可以是重水（d2o），活细菌会吸收d2o中的氘元素，生成碳-氘键，从而产生2040-2300cm-1处的拉曼峰，直接被超光谱成像系统探测到或者被集成于系统的的拉曼探头探测到。
12、所述的拉曼探头的激发波长为532nm，聚焦后的激光光斑直径小于2μm，通过共聚焦的方式，避免有效区域外信号的干扰，提高单细菌拉曼信号的信噪比。
13、所述的快速检测混合细菌耐药性的方法中抗生素可以包括多种不同类型的抗生素，以检测混合细菌对不同抗生素的耐药性。
14、所述的快速检测混合细菌耐药性的方法中还包括对耐药性检测结果的验证，包括通过传统培养方法和药敏试验验证超光谱成像系统检测结果的准确性。
15、所述的快速检测混合细菌耐药性的方法中为了避免环境、存放时间等的干扰，设立了未添加抗生素的空白对照组，分别计算抗生素处理组和对照组的活细菌数和总细菌数的比值，并以处理组和对照组的比值作为判别标准，小于等于某一阈值判断为对抗生素敏感，大于某一阈值判别为对抗生素耐药。
16、所述的快速检测混合细菌耐药性的方法中开发配套的软件系统，包括数据处理模块、细菌识别分类模块和耐药性检测模块，能够实现超光谱成像数据的自动化处理和分析，提供快速、准确的细菌耐药性检测结果。
17、所述的软件系统还包括对超光谱成像数据的预处理，包括噪声去除、光谱校准和图像分割，以提高细菌识别分类和耐药性检测的准确性。
18、所述的软件系统通过超光谱成像同时获得混合细菌的二维形貌信息和一维光谱信息，pca-svm算法对细菌进行单细胞水平的识别分类及耐药性检测。
19、所述的软件系统还包括数据库管理模块，用于存储和管理细菌数据库，以便进行细菌识别和耐药性检测。
20、本专利技术的有益效果
21、本专利技术提出的一种基于超光谱成像系统快速检测混合细菌耐药性的方法，通过巧妙地融合超光谱成像技术，不仅集高分辨的二维形貌与一维光谱于一体，实现了单细胞水平的精准分析，还为细菌的快速检测开辟了新的途径。更重要的是，结合活细胞染色剂的超光谱成像检测方法，使得临床病原菌药敏检测得以迅速实现，显著提升了检测效率。这一创新方法的实施，对于优化当前临床依赖经验用药的现状、指导制定精准治疗方案以及及时挽救患者生命具有极其重要的意义。通过本专利技术的应用，我们有望为医疗领域带来革命性的改变，使得细菌感染的治疗更加科学、高效和个性化。
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1.一种基于活细胞指示剂的超光谱成像系统快速检测混合细菌耐药性的方法，其特征在于，利用超光谱成像系统的超光谱分辨率和高灵敏度特性，实现对混合细菌耐药性的快速、准确检测；
2.根据权利要求1所述的快速检测混合细菌耐药性的方法，其特征在于采用自开发的色散超光谱成像模块作为检测装置，提供高信噪比的透射/反射/荧光/拉曼超光谱图像，空间分辨率优于2µm，光谱分辨率优于1 nm，工作波段在400nm-1700nm，可以实现单个细菌物种的识别。
3.根据权利要求1所述的快速检测混合细菌耐药性的方法，其特征在于，是一种无需致病菌培养的快速检测致病菌种及其耐药性的新方法，超光谱成像扫描时间可快至数分钟，结合计算机断层扫描成像系统(Computed Tomography Imaging System)甚至可为快照式。
4.根据权利要求1所述的快速检测混合细菌耐药性的方法，其特征在于，活细胞指示剂可以是重水（D2O），活细菌会吸收D2O中的氘元素，生成碳-氘键，从而产生2040-2300cm-1处的拉曼峰，直接被超光谱成像系统探测到或者被集成于系统的的拉曼探头探测
5.根据权利要求4所述的快速检测混合细菌耐药性的方法，其特征在于，拉曼信号的激发波长为532nm，聚焦后的激光光斑直径小于2μm，通过共聚焦的方式，避免有效区域外信号的干扰，提高单细菌拉曼信号的信噪比。
6.根据权利要求1所述的快速检测混合细菌耐药性的方法，其特征在于，为了避免环境、存放时间等的干扰，设立了未添加抗生素的空白对照组，分别计算抗生素处理组和对照组的活细菌数和总细菌数的比值，并以处理组和对照组的比值作为判别标准，小于等于某个阈值判断为对抗生素敏感，大于某个阈值判别为对抗生素耐药。
7.根据权利要求1所述的快速检测混合细菌耐药性的方法，其特征在于，开发配套的软件系统，包括数据处理模块、数据库管理模块、细菌识别分类及耐药性检测模块，能够实现超光谱成像数据的自动化处理和分析，提供快速、准确的细菌耐药性检测结果。
8.根据权利要求7所述的快速检测混合细菌耐药性的方法，其特征在于，利用数据库管理模块对超光谱成像数据的预处理，包括噪声去除、光谱校准和图像分割，以提高细菌识别分类和耐药性检测的准确性。
9.根据权利要求7所述的快速检测混合细菌耐药性的方法，其特征在于，超光谱成像同时获得混合细菌的二维形貌信息和一维光谱信息，细菌识别分类及耐药性检测模块通过PCA-SVM算法对细菌进行单细胞水平的识别分类及耐药性检测。
10.根据权利要求7所述的快速检测混合细菌耐药性的方法，其特征在于，开发数据库管理模块用于存储和管理细菌数据库，以便进行细菌识别和耐药性检测。
...【技术特征摘要】
1.一种基于活细胞指示剂的超光谱成像系统快速检测混合细菌耐药性的方法，其特征在于，利用超光谱成像系统的超光谱分辨率和高灵敏度特性，实现对混合细菌耐药性的快速、准确检测；
2.根据权利要求1所述的快速检测混合细菌耐药性的方法，其特征在于采用自开发的色散超光谱成像模块作为检测装置，提供高信噪比的透射/反射/荧光/拉曼超光谱图像，空间分辨率优于2µm，光谱分辨率优于1 nm，工作波段在400nm-1700nm，可以实现单个细菌物种的识别。
3.根据权利要求1所述的快速检测混合细菌耐药性的方法，其特征在于，是一种无需致病菌培养的快速检测致病菌种及其耐药性的新方法，超光谱成像扫描时间可快至数分钟，结合计算机断层扫描成像系统(computed tomography imaging system)甚至可为快照式。
4.根据权利要求1所述的快速检测混合细菌耐药性的方法，其特征在于，活细胞指示剂可以是重水（d2o），活细菌会吸收d2o中的氘元素，生成碳-氘键，从而产生2040-2300cm-1处的拉曼峰，直接被超光谱成像系统探测到或者被集成于系统的的拉曼探头探测到。
5.根据权利要求4所述的快速检测混合细菌耐药性的方法，其特征在于，拉曼信号的激发波长为532nm，聚焦后的激光光斑直径小于2μm，通过共聚焦的方式，避免有效区域外...
【专利技术属性】
技术研发人员：何赛灵，杨安琪，
申请(专利权)人：台州安奇灵智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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