細菌數值鑒定法及鑒定系統的發展

鄧 賓，張蘊麗

1.錦州市中心醫院 檢驗科， 遼寧 錦州 121000；2.遼寧醫學院第一附屬醫院 檢驗科，遼寧 錦州 121000

細菌數值鑒定法及鑒定系統的發展

鄧 賓1，張蘊麗2

1.錦州市中心醫院 檢驗科， 遼寧 錦州 121000；2.遼寧醫學院第一附屬醫院 檢驗科，遼寧 錦州 121000

細菌數值鑒定法是數理統計學與細菌鑒定學相結合產生的一種細菌概率鑒定方法。細菌數值鑒定系統是細菌數值鑒定理論與計算機技術、自動化技術相結合的產物。本文闡述了細菌數值鑒定法和細菌數值鑒定系統的建立和發展，展望未來隨分析軟件的網絡化，通用性將成為細菌數值鑒定系統發展的新趨勢。

細菌；細菌數值鑒定；藥敏分析儀；微生物分析儀

細菌數值鑒定法是數理統計學與細菌鑒定學相結合產生的一種細菌概率鑒定方法。它與雙歧索引法[1]和診斷表[2]法并稱為三大傳統細菌鑒定方法。細菌數值鑒定法以其快速、鑒定率高、便于實現自動化、商品化、標準化等優點，現已成為臨床和食品衛生等領域細菌鑒定的主導方法。

1 細菌數值鑒定理論的建立和發展

1962 年 Beers 和 Lockhart提出用概率值[3]來表示某試驗在指定細菌分類群中的陽性率，從而將統計學用于細菌鑒 定 學 中。1968 年 Dybowski和 Frankin 首 次 用 條 件 概 率法[4]對腸桿菌科細菌進行鑒定，所提出的相對相似百分比 PRL （Percentage Relative Likelihood） 和 模 式 分 數 MLF（Modal Likelihood Fraction）兩個數值鑒定參數，為后續的研究奠定了基礎。1970 年 Lapage S.P.、Basomb S.、Willcox W.R.和 Curtis M.A.用相似的概率法對 279 株新分離的革蘭氏陰性桿菌進行鑒定[5]，70%～80% 的菌株被正確鑒定，細菌概率鑒定法的價值得到認可。1973 年 Lapage 小組系統地研究和發展了細菌概率鑒定法，并建立了科學的細菌數值鑒定數理模型，Lapage 細菌數值鑒定理論[6-7]正式形成。同年 Bascomb 等[8]用此模型編制了鑒定程式對 1079 株革蘭氏陰性需氧參考菌株進行了鑒定，其中 90.8% 的發酵菌和 82.1% 的非發酵菌得到正確的鑒定。API制造商法國生物梅埃公司在 Lapage 理論的基礎上又提出了參數 T 值（T Index）和鑒定可信度評價標準[9]，進一步完善了此理論。

2 細菌數值鑒定理論解析

2.1 Lapage理論

細 菌 數 值 鑒 定 法 以 貝 葉 斯 定 理（Bayer's Theory） 和Lapage 理論為基礎，利用由細菌條目（Taxa）、鑒定試驗（Tests）、 概 率（Probabilities）三大要素構成的矩陣為數 據 源， 計 算 鑒 定 分 值（ID, Identification Scores）、 模 式比 值（Fm, Model Frequencies）、T 值（T,T index） 和 R 值， 并將細菌條目 ID 值按降序排列，參照鑒定信度評價標準來 選 擇 最 為 可 能 的 鑒 定 結 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 ID 累加法或補充試驗完成鑒定。

ID 值即鑒定百分率，是每個細菌條目生化反應的出現概率值與庫中所有細菌條目生化反應出現概率值總和的比值，表示每種細菌出現的可能性。T 值代表個體 (待鑒定菌 )與總體（某細菌條目包含的各生物型）的近似值，它越接近 1，表明鑒定價值越大。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，越有鑒定價值。

2.2 矩陣的構建對鑒定率的影響

矩陣的三大要素構建是否合理對細菌鑒定率的高低起到了關鍵的作用。Lapage 小組在研究中得出以下結論 ：① 理想的矩陣中細菌條目是越廣泛越好，但這是不切實際的。因為在擴大其數量的同時，若要保持原有的鑒定率，必須提高試驗的數量，同時鑒定成本也會增加，所以應該按矩陣需要服務的范圍，如：是為鑒定醫學致病菌，還是為鑒定動植物致病菌等目的來選擇細菌條目。② 試驗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 小組提供了一個可行的試驗選擇程序。③ 矩陣中的概率值必須來自于參考實驗室、權威期刊及書籍，以保證數據的科學準確。

3 細菌數值鑒定系統的發展

3.1 細菌數值鑒定系統的組成

細菌數值鑒定系統是數值鑒定理論與計算機技術、自動化技術相結合的產物，它由試驗單元、分析單元和讀數儀組成。試驗單元是指試驗中用到的多項生化反應條或反應板；分析單元是指數值編碼索引手冊和數值編碼分析軟件，它完成對數值編碼的分析；讀數儀可代替人眼，對生化反應結果進行自動判讀。

3.2 計算機和自動化技術的進步推動了分析單元和讀數儀的發展

從 20 世紀 70 年代至今，它經歷了用數值編碼索引手冊進行編碼分析的手工階段；用數值編碼軟件進行編碼分析的半自動階段；用自動讀數儀代替人工讀碼的全自動階段；用專家系統輔助分析、修訂鑒定結果的智能化階段四個發展過程。Steel K.J.在 1965 年提到“計算機輔助鑒定技術將幫助我們迎接細菌快速鑒定的挑戰[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論，計算機輔助鑒定明顯優于編碼手工鑒定[11]，這充分證明了計算機技術在細菌鑒定工作中的價值。它與自動化技術的進步共同推動了分析單元和讀數儀的發展，大大提高了細菌數值鑒定系統自動化和智能化的水平。

3.3 試驗單元的發展擴大了細菌鑒定譜，提高了細菌鑒定速度

試驗單元包含的生化反應是與分析單元中矩陣試驗相對應的。細菌鑒定系統制造商一直熱衷于選擇更為理想的試驗及合理的增加試驗數目來擴大單個試驗單元的菌種鑒定范圍。以法國生物梅里埃公司為例，從 1970 年至今，用于各試驗單元的生化反應總和達到近千種。從 API鑒定條到 ATB ID 試條，再到 VITEK 鑒定卡，每試驗單元包含的生化反應數目由 20 項增到 60 多項。現在 VITEK GN 鑒定卡能鑒定 API20E 及 API20NE 包含的菌種數。國內的相關學者也積極致力于試驗單元的研究，哈爾濱的徐迪誠[12-15]，安徽的馬筱玲、陳學民[16-18]，武漢的張銀旺、付有榮[19]等專家開發的鑒定條/板已覆蓋了腸桿菌科、非發酵菌、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。

新技術也不斷應用于試驗單元，使細菌鑒定的速度提高了 4～8 倍。例如美國德靈公司開發的 RNID3 鑒定板（Rapid Gram Negative Identification System Type3 Panel）將熒光技術用于其中，同時結合先進的讀數儀 Microscan Walkaway 最快可在鑒定板孵育 2.5h 后得到鑒定結果[20]。

3.4 國內外細菌數值鑒定系統發展的比較

國 外 在 此 方 面 的 研 究 起 步 較 早， 先 進 的 Vitek 2[21]、Microscan Walkaway 和 BD Phoenix[22]等 微 生 物 數 值 鑒定系統現已具有很高的專業化、自動化和智能化的水平。國內的研究從 20 世紀 90 年代后開始，起步相對較晚，代表產 品 有 杭 州 天 和 HW-138 細 菌 鑒 定 分 析 儀[23]、 山 東 鑫 科XK-3401 自動微生物鑒定及藥敏分析系統[24]、湖南天地人TDR-200C 自動細菌鑒定 /藥 敏 分 析 系 統[25-27]、 安 徽 恒 星HX-21 細 菌 鑒 定 藥 敏 分 析 儀[28]、 珠海 迪 爾 Bact-IST 微 生物分析儀[29]，它們在以上各方面的性能明顯低于國外的水平。首先，國產微生物分析儀所使用的鑒定板 /條種類較少，鑒定譜比國外產品窄；其次，國內讀數儀均使用比濁和比色技術，鑒定速度相對較慢；特別是專家系統缺少用戶自定義功能，軟件的自動化和智能化水平相對較低。

3.5 細菌數值鑒定系統的未來

從 20 世紀 70 年代至今，幾乎所有的制造商均在開發各自獨立的細菌數值鑒定系統，不同系統間無法兼容。美國 BD 公司細菌鑒定儀 CRYSTAL 首次應用兼容軟件 ,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 未實現完全的通用性，但是它向細菌數值鑒定 “家族”發出了一個信號——通用性分析軟件的時代是否將要到來。

2008 年法國生物梅里埃公司首次推出 APIWeb 版鑒定系統[30]，網絡化分析軟件又成為細菌數值鑒定 “家族”的新成員，它能給我們帶來什么，它是否能迅猛發展，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

張蘊麗，遼寧醫學院第一附屬醫院檢驗科主任，教授，研究生導師。

作者郵箱：13841636798@139．com