一种人工智能抗菌药物动态监控装置的制作方法

1.本发明涉及人工智能技术领域，并且更具体地，涉及到一种人工智能抗菌药物动态监控装置。


背景技术：

2.抗生素是人类历史上最伟大的医学发现之一，它挽救了无数患者的生命。然而，随着抗菌药物的过度使用，细菌对抗菌药物产生耐药性已经屡见不鲜，随着越来越多的“超级细菌”出现，如何有效检测耐药性，避免过度用药变得尤为重要。
3.传统的微生物鉴定方法依赖于表型鉴定，主要是用染色法、培养法和简单的生化检验等。监测抗菌药物体外药效学的指标主要有：
①
细菌敏感性(mic/mbc)；
②
抗菌谱(抗菌机制)；
③
抗菌特征(杀菌/抑菌)；
④
抗菌药物后效应(pae)；
⑤
抗菌药物联合。
4.传统的鉴定方法虽然仍被广泛使用，但存在两大缺点：它们只适用于可以体外培养的微生物，而且一些菌株表现出不符合已知种属模式的独特的生化特性；另一个问题即是培养周期太长，细菌在人体内呈动态过程，抗菌药物的效果与浓度/时间有关，及时明确病原菌的组成及其对抗菌药物的应用疗效，与患者的预后密切相关。
5.随着21世纪生物技术的发展，“基因测序”因其并不依赖于活的培养物，且常常能揭示通过传统方法检测不到的有机体之间的细微差别，被广泛应用于各类基础及临床研究和商业检测之中。通过对微生物基因信息的解读，大大的提高了临床对病原体识别的准确率以及循环周期。目前利用微生物基因序列鉴定微生物主要有：
①
pcr鉴定(如qpcr)；
②
微阵列芯片识别技术；
③
下一代基因测序技术。然而，医生对感染的诊断和抗菌治疗依然停留在微生物的种类及其代谢产物的生化分析等单一静态的层面，未能将基因测序的及时性、敏感性和全面性充分应用于临床。
6.基于此，现有技术仍然有待改进。


技术实现要素：

7.本发明针对上述问题，目的在于提供一种人工智能抗菌药物动态监控装置，通过基因测序获取抗生素耐药性评价结果。
8.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.本发明的实例公开了一种人工智能抗菌药物动态监控装置，其包括：
10.基因测定单元，用于测定耐药基因的数量；
11.分析判断单元，基于所述基因测序单元所测得的耐药基因的数量得出对相应的抗菌药物的耐药程度。
12.基因测定单元中，耐药基因数量测定可以通过如下方法完成：定量 pcr(如qpcr)；微阵列芯片识别技术；下一代基因测序技术实现。
13.进一步地，所述分析判断单元还包括：根据不同耐药基因与不同抗生素的对应关系，通过超几何分布计算分析，得到抗生素耐药富集结果，并基于所述抗生素耐药富集结果
输出分析结果。
14.进一步地，所述分析结果包括推荐相关抗生素和用药调整方案。
15.进一步地，所述测定耐药基因的数量包括：
16.测定样品中已知耐药基因中能够测得的基因数m，
17.得到数量升高基因群中某一抗生素耐药基因群所含基因数a；
18.数量没变化基因群中某一抗生素耐药基因群所含基因数b；
19.数量升高基因群中除去a以外的基因数c；
20.数量没变化基因群中除去b以外的基因数d。
21.进一步地，所述分析单元包括：利用公式(ⅰ)计算得到p值，
[0022][0023]
其中，c为排列组合中的组合，即从m个不同元素中取n个元素的组合数；
[0024]
基于p值与预定值的比较结果，得到耐药性结论。
[0025]
进一步地，若p值小于0.05，则认为具有耐药性。
[0026]
进一步地，p值越小，则认为耐药性越强。
[0027]
本发明的有益效果是：
[0028]
本发明基于分子生物学技术和计算机技术高度有机结合，总结并设计现有已知的耐药基因测定引物，利用基因测序快速精准的优势，将细菌耐药基因-耐药细菌-抗药性这一中心轴状关系通过统计学模型进行综合数据分析，实现床边快速检测耐药基因数量及功能丰度实时监测患者对抗菌药物的应用效果，帮助临床医生及时调整用药，且可指导患者科学合理家庭用药。
具体实施方式
[0029]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明实施例进一步详细说明。
[0030]
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
[0031]
本发明一实施例公开了一种人工智能抗菌药物动态监控装置，其包括：
[0032]
基因测定单元，用于测定耐药基因的数量；
[0033]
分析判断单元，基于所述基因测序单元所测得的耐药基因的数量得出对相应的抗菌药物的耐药程度。
[0034]
所述分析判断单元包括：根据不同耐药基因与不同抗生素的对应关系，通过超几何分布计算分析，得到抗生素耐药富集结果，并基于所述抗生素耐药富集结果输出分析结果。还可以根据分析结果推荐相关抗生素和用药调整方案。
[0035]
一些实施例中，在上述实施例的基础上，所述测定耐药基因的数量包括：
[0036]
测定样品中已知耐药基因中能够测得的基因数m，
[0037]
得到数量升高基因群中某一抗生素耐药基因群所含基因数a；
[0038]
数量没变化基因群中某一抗生素耐药基因群所含基因数b；
[0039]
数量升高基因群中除去a以外的基因数c；
[0040]
数量没变化基因群中除去b以外的基因数d。
[0041]
所述分析单元包括：利用公式(ⅰ)计算得到p值，
[0042][0043]
其中，c为排列组合中的组合，即从m个不同元素中取n个元素的组合数；
[0044]
基于p值与预定值的比较结果，得到耐药性结论。
[0045]
p值越小，则认为耐药性越强，若p值小于0.05，则认为具有耐药性。
[0046]
在初期数据模型建立过程中，采用宏基因组学来进行微生态基因测定，验证已知耐药基因准确性同时预测未知潜在的耐药基因。将患者宏基因组测序得到的功能基因丰度信息和表型信息结合，即其对抗生素耐药或者不耐药加以整合，利用机器学习算法(分类、回归、聚类等)，挖掘与每个抗生素耐药相关的基因，并评估对应的效应值。从而建立基因与表型之间的网络关系树。
[0047]
在筛选出固定与耐药相关基因组后，利用基因测序技术或芯片技术，将固定基因组的引物信息输入到质谱测定仪中，对固定种类的基因组的序列数量进行快速检测，取得其丰度信息。根据不同耐药基因与不同抗生素的对应关系，通过超几何分布计算分析，得到抗生素耐药富集结果，智能推荐相关抗生素和用药调整方案。
[0048]
本发明提供了基于定量pcr方式测定耐药基因数量方法所需要的引物设计方案(429个，见表1及序列表)。
[0049]
表1
[0050]
[0051]
[0052]
[0053]
[0054]
[0055]
[0056]
[0057]
[0058]
[0059]
[0060]
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[0062]
[0063]
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[0065]
[0066]
[0067]
[0068][0069]
实施例
[0070]
基因测定单元
[0071]
利用定量pcr(如qpcr)；微阵列芯片识别技术；下一代基因测序技术等核酸定量检测方法实现基因数量测定，以本发明所设计的耐药基因引物为例，使用定量pcr方式进行测定。
[0072]
以dfra26基因利用lamp检测反应为例：
[0073]
引物引物系列(5'
→
3')forward primeragggcgtttattcttcctatacreverse primergtcattgaatcctgatgtga
[0074]
包括以下步骤：
[0075]
1)提取dna；
[0076]
2)配制lamp检测反应体系，反应体系包括引物：forward primer、 reverse primer(浓度0.2μm)；
[0077]
3)将提取的核酸模板进行扩增反应，63℃扩增1小时，将反应管置于80℃水浴5分钟终止反应，观察绿色荧光强度或通过实时浊度仪定量dna浓度。
[0078]
lamp检测反应体系为：
[0079]
dntps 1.4mm，tris-hcl ph＝8.8,20mm，(nh4)2so
4 10mm，kcl 10mm， mgso
4 8mm，甜菜碱0.8m，0.1％tween 20，bst dna聚合酶8u，amv 逆转录酶0.5u，荧光染料sybr green i 1μl，dfra26基因2μl。
[0080]
分析判断单元：
[0081]
目前已知耐药基因总数为：742，其中甲氧苄啶(trimethoprim)耐药相关基因11个，包括：dfra26、dfra12、dfra14、dfra17、dfra5、dfra8、 dfrc、dfrd、dfrf、dfrg、dfrk。某
患者痰液样本中742个基因(已知耐药基因m)中，共有50个基因数量显著上调(数量升高基因群的基因数a c)，该50个上调基因中，包含dfra26、dfra12、dfra14、dfra17四个甲氧苄啶耐药基因(数量升高基因群中某一抗生素耐药基因群所含基因数a)，则数量没变化基因群中某一抗生素耐药基因群所含基因数b为11-4＝7，数量没变化基因群中出去b以外的基因数d为742-50-7＝685。
[0082]
带入公式：
[0083][0084]
p值小于0.01，推测该患者对甲氧苄啶具有耐药性。
[0085]
综上所述，本发明所提供的人工智能抗菌药物动态监控装置，体积小，实验效能高，节约人力、物力和时间，是一种能够床边快速检测细菌耐药基因的人工智能仪，实现临床快速诊断病原菌及其对抗菌药物的敏感性，及时指导用药。
[0086]
需要特别指出的是，上述各个实施例中的各个组件或步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换形成的组合也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
[0087]
以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求) 被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和 /或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
[0088]
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。