細(xì)菌數(shù)值鑒定法及鑒定系統(tǒng)的發(fā)展

鄧 賓，張?zhí)N麗

1.錦州市中心醫(yī)院 檢驗(yàn)科， 遼寧 錦州 121000；2.遼寧醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 檢驗(yàn)科，遼寧 錦州 121000

細(xì)菌數(shù)值鑒定法及鑒定系統(tǒng)的發(fā)展

鄧 賓1，張?zhí)N麗2

1.錦州市中心醫(yī)院 檢驗(yàn)科， 遼寧 錦州 121000；2.遼寧醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 檢驗(yàn)科，遼寧 錦州 121000

細(xì)菌數(shù)值鑒定法是數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)與細(xì)菌鑒定學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生的一種細(xì)菌概率鑒定方法。細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)是細(xì)菌數(shù)值鑒定理論與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。本文闡述了細(xì)菌數(shù)值鑒定法和細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)的建立和發(fā)展，展望未來(lái)隨分析軟件的網(wǎng)絡(luò)化，通用性將成為細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢(shì)。

細(xì)菌；細(xì)菌數(shù)值鑒定；藥敏分析儀；微生物分析儀

細(xì)菌數(shù)值鑒定法是數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)與細(xì)菌鑒定學(xué)相結(jié)合產(chǎn)生的一種細(xì)菌概率鑒定方法。它與雙歧索引法[1]和診斷表[2]法并稱為三大傳統(tǒng)細(xì)菌鑒定方法。細(xì)菌數(shù)值鑒定法以其快速、鑒定率高、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、商品化、標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為臨床和食品衛(wèi)生等領(lǐng)域細(xì)菌鑒定的主導(dǎo)方法。

1 細(xì)菌數(shù)值鑒定理論的建立和發(fā)展

1962 年 Beers 和 Lockhart提出用概率值[3]來(lái)表示某試驗(yàn)在指定細(xì)菌分類群中的陽(yáng)性率，從而將統(tǒng)計(jì)學(xué)用于細(xì)菌鑒 定 學(xué) 中。1968 年 Dybowski和 Frankin 首 次 用 條 件 概 率法[4]對(duì)腸桿菌科細(xì)菌進(jìn)行鑒定，所提出的相對(duì)相似百分比 PRL （Percentage Relative Likelihood） 和 模 式 分 數(shù) MLF（Modal Likelihood Fraction）兩個(gè)數(shù)值鑒定參數(shù)，為后續(xù)的研究奠定了基礎(chǔ)。1970 年 Lapage S.P.、Basomb S.、Willcox W.R.和 Curtis M.A.用相似的概率法對(duì) 279 株新分離的革蘭氏陰性桿菌進(jìn)行鑒定[5]，70%～80% 的菌株被正確鑒定，細(xì)菌概率鑒定法的價(jià)值得到認(rèn)可。1973 年 Lapage 小組系統(tǒng)地研究和發(fā)展了細(xì)菌概率鑒定法，并建立了科學(xué)的細(xì)菌數(shù)值鑒定數(shù)理模型，Lapage 細(xì)菌數(shù)值鑒定理論[6-7]正式形成。同年 Bascomb 等[8]用此模型編制了鑒定程式對(duì) 1079 株革蘭氏陰性需氧參考菌株進(jìn)行了鑒定，其中 90.8% 的發(fā)酵菌和 82.1% 的非發(fā)酵菌得到正確的鑒定。API制造商法國(guó)生物梅埃公司在 Lapage 理論的基礎(chǔ)上又提出了參數(shù) T 值（T Index）和鑒定可信度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[9]，進(jìn)一步完善了此理論。

2 細(xì)菌數(shù)值鑒定理論解析

2.1 Lapage理論

細(xì) 菌 數(shù) 值 鑒 定 法 以 貝 葉 斯 定 理（Bayer's Theory） 和Lapage 理論為基礎(chǔ)，利用由細(xì)菌條目（Taxa）、鑒定試驗(yàn)（Tests）、 概 率（Probabilities）三大要素構(gòu)成的矩陣為數(shù) 據(jù) 源， 計(jì) 算 鑒 定 分 值（ID, Identification Scores）、 模 式比 值（Fm, Model Frequencies）、T 值（T,T index） 和 R 值， 并將細(xì)菌條目 ID 值按降序排列，參照鑒定信度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái) 選 擇 最 為 可 能 的 鑒 定 結(jié) 果。ID ≥ 99.9 %,T ≥ 0.75 為極 好 的 鑒 定 ；99.8% ≤ ID ≤ 99.0 %, T ≥ 0.75 為 很 好 的鑒 定 ；90.9% ≤ ID ≤ 98.9 %，T ≥ 0.25 為 好 的 鑒 定 ；80.0% ≤ ID ≤ 89.9% , T ≥ 0 為可接 受的鑒定 ；ID＜80.0%為低分辨率 ,可通過(guò) ID 累加法或補(bǔ)充試驗(yàn)完成鑒定。

ID 值即鑒定百分率，是每個(gè)細(xì)菌條目生化反應(yīng)的出現(xiàn)概率值與庫(kù)中所有細(xì)菌條目生化反應(yīng)出現(xiàn)概率值總和的比值，表示每種細(xì)菌出現(xiàn)的可能性。T 值代表個(gè)體 (待鑒定菌 )與總體（某細(xì)菌條目包含的各生物型）的近似值，它越接近 1，表明鑒定價(jià)值越大。R 值是 ID 值按降序排列后相鄰兩條目的ID之比，代表首選條目與次選條目的差距，R越大 ,表明兩者之間的差距越大，越有鑒定價(jià)值。

2.2 矩陣的構(gòu)建對(duì)鑒定率的影響

矩陣的三大要素構(gòu)建是否合理對(duì)細(xì)菌鑒定率的高低起到了關(guān)鍵的作用。Lapage 小組在研究中得出以下結(jié)論 ：① 理想的矩陣中細(xì)菌條目是越廣泛越好，但這是不切實(shí)際的。因?yàn)樵跀U(kuò)大其數(shù)量的同時(shí)，若要保持原有的鑒定率，必須提高試驗(yàn)的數(shù)量，同時(shí)鑒定成本也會(huì)增加，所以應(yīng)該按矩陣需要服務(wù)的范圍，如：是為鑒定醫(yī)學(xué)致病菌，還是為鑒定動(dòng)植物致病菌等目的來(lái)選擇細(xì)菌條目。② 試驗(yàn)的選擇不僅要考慮其可靠性、易操作性，還要盡量選擇鑒別率高的。Lapage 小組提供了一個(gè)可行的試驗(yàn)選擇程序。③ 矩陣中的概率值必須來(lái)自于參考實(shí)驗(yàn)室、權(quán)威期刊及書籍，以保證數(shù)據(jù)的科學(xué)準(zhǔn)確。

3 細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)的發(fā)展

3.1 細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)的組成

細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)是數(shù)值鑒定理論與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它由試驗(yàn)單元、分析單元和讀數(shù)儀組成。試驗(yàn)單元是指試驗(yàn)中用到的多項(xiàng)生化反應(yīng)條或反應(yīng)板；分析單元是指數(shù)值編碼索引手冊(cè)和數(shù)值編碼分析軟件，它完成對(duì)數(shù)值編碼的分析；讀數(shù)儀可代替人眼，對(duì)生化反應(yīng)結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)判讀。

3.2 計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了分析單元和讀數(shù)儀的發(fā)展

從 20 世紀(jì) 70 年代至今，它經(jīng)歷了用數(shù)值編碼索引手冊(cè)進(jìn)行編碼分析的手工階段；用數(shù)值編碼軟件進(jìn)行編碼分析的半自動(dòng)階段；用自動(dòng)讀數(shù)儀代替人工讀碼的全自動(dòng)階段；用專家系統(tǒng)輔助分析、修訂鑒定結(jié)果的智能化階段四個(gè)發(fā)展過(guò)程。Steel K.J.在 1965 年提到“計(jì)算機(jī)輔助鑒定技術(shù)將幫助我們迎接細(xì)菌快速鑒定的挑戰(zhàn)[10]”。1977年 Holmes B.、Willcox W.R.、Lapage S.P. 和 Malnick H. 在API20E 鑒定可靠性的研究中得出結(jié)論，計(jì)算機(jī)輔助鑒定明顯優(yōu)于編碼手工鑒定[11]，這充分證明了計(jì)算機(jī)技術(shù)在細(xì)菌鑒定工作中的價(jià)值。它與自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步共同推動(dòng)了分析單元和讀數(shù)儀的發(fā)展，大大提高了細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化的水平。

3.3 試驗(yàn)單元的發(fā)展擴(kuò)大了細(xì)菌鑒定譜，提高了細(xì)菌鑒定速度

試驗(yàn)單元包含的生化反應(yīng)是與分析單元中矩陣試驗(yàn)相對(duì)應(yīng)的。細(xì)菌鑒定系統(tǒng)制造商一直熱衷于選擇更為理想的試驗(yàn)及合理的增加試驗(yàn)數(shù)目來(lái)擴(kuò)大單個(gè)試驗(yàn)單元的菌種鑒定范圍。以法國(guó)生物梅里埃公司為例，從 1970 年至今，用于各試驗(yàn)單元的生化反應(yīng)總和達(dá)到近千種。從 API鑒定條到 ATB ID 試條，再到 VITEK 鑒定卡，每試驗(yàn)單元包含的生化反應(yīng)數(shù)目由 20 項(xiàng)增到 60 多項(xiàng)?，F(xiàn)在 VITEK GN 鑒定卡能鑒定 API20E 及 API20NE 包含的菌種數(shù)。國(guó)內(nèi)的相關(guān)學(xué)者也積極致力于試驗(yàn)單元的研究，哈爾濱的徐迪誠(chéng)[12-15]，安徽的馬筱玲、陳學(xué)民[16-18]，武漢的張銀旺、付有榮[19]等專家開發(fā)的鑒定條/板已覆蓋了腸桿菌科、非發(fā)酵菌、弧菌科、葡萄球菌屬、腸球菌屬、鏈球菌屬及厭氧菌等臨床致病菌，鑒定能力大大提高。

新技術(shù)也不斷應(yīng)用于試驗(yàn)單元，使細(xì)菌鑒定的速度提高了 4～8 倍。例如美國(guó)德靈公司開發(fā)的 RNID3 鑒定板（Rapid Gram Negative Identification System Type3 Panel）將熒光技術(shù)用于其中，同時(shí)結(jié)合先進(jìn)的讀數(shù)儀 Microscan Walkaway 最快可在鑒定板孵育 2.5h 后得到鑒定結(jié)果[20]。

3.4 國(guó)內(nèi)外細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)發(fā)展的比較

國(guó) 外 在 此 方 面 的 研 究 起 步 較 早， 先 進(jìn) 的 Vitek 2[21]、Microscan Walkaway 和 BD Phoenix[22]等 微 生 物 數(shù) 值 鑒定系統(tǒng)現(xiàn)已具有很高的專業(yè)化、自動(dòng)化和智能化的水平。國(guó)內(nèi)的研究從 20 世紀(jì) 90 年代后開始，起步相對(duì)較晚，代表產(chǎn) 品 有 杭 州 天 和 HW-138 細(xì) 菌 鑒 定 分 析 儀[23]、 山 東 鑫 科XK-3401 自動(dòng)微生物鑒定及藥敏分析系統(tǒng)[24]、湖南天地人TDR-200C 自動(dòng)細(xì)菌鑒定 /藥 敏 分 析 系 統(tǒng)[25-27]、 安 徽 恒 星HX-21 細(xì) 菌 鑒 定 藥 敏 分 析 儀[28]、 珠海 迪 爾 Bact-IST 微 生物分析儀[29]，它們?cè)谝陨细鞣矫娴男阅苊黠@低于國(guó)外的水平。首先，國(guó)產(chǎn)微生物分析儀所使用的鑒定板 /條種類較少，鑒定譜比國(guó)外產(chǎn)品窄；其次，國(guó)內(nèi)讀數(shù)儀均使用比濁和比色技術(shù)，鑒定速度相對(duì)較慢；特別是專家系統(tǒng)缺少用戶自定義功能，軟件的自動(dòng)化和智能化水平相對(duì)較低。

3.5 細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)的未來(lái)

從 20 世紀(jì) 70 年代至今，幾乎所有的制造商均在開發(fā)各自獨(dú)立的細(xì)菌數(shù)值鑒定系統(tǒng)，不同系統(tǒng)間無(wú)法兼容。美國(guó) BD 公司細(xì)菌鑒定儀 CRYSTAL 首次應(yīng)用兼容軟件 ,使CRYSTAL 不但能分析自己的鑒定板，而且能分析 API鑒定條。雖然 CRYSTAL 未實(shí)現(xiàn)完全的通用性，但是它向細(xì)菌數(shù)值鑒定 “家族”發(fā)出了一個(gè)信號(hào)——通用性分析軟件的時(shí)代是否將要到來(lái)。

2008 年法國(guó)生物梅里埃公司首次推出 APIWeb 版鑒定系統(tǒng)[30]，網(wǎng)絡(luò)化分析軟件又成為細(xì)菌數(shù)值鑒定 “家族”的新成員，它能給我們帶來(lái)什么，它是否能迅猛發(fā)展，我們拭目以待。

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The Development and Application of Bacteria Numerical Identification Method

DENG Bin1, ZHANG Yun-li2
1.Clinical Laboratory, Jinzhou Central Hospital, Jinzhou Liaoning 121000, China; 2.Clinical Laboratory, First Affiliated Hospital of Liaoning Medical College, Jinzhou Liaoning 121000, China

Numerical method of bacterial identification is one of probabilistic identification of bacteria which generated by the combination of mathematical statistics and bacterial identification studies. Bacterial identification system relied on the numerical method is generated by the combination of bacteria numerical theory, computer technology and automatic technology.This paper introduces the construction and development of bacterial numerical identification method, then looks forward that software networking and universality are the development trend of bacteria indentification sysytem.

bacteria; bacteria numerical identification; drug sensitivity analyzer; microbiology analyzer

R372； O212

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.03.020

1674-1633(2011)03-0057-03

2010-10-30

張?zhí)N麗，遼寧醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科主任，教授，研究生導(dǎo)師。

作者郵箱：13841636798@139．com