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혈액 배양 검사

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목차

1. 개요

혈액 배양 검사는 혈액 내 세균 또는 진균 감염 여부를 확인하기 위한 검사법이다. 패혈증이 의심될 때 원인균을 확인하고 적절한 항균 치료를 위해 시행하며, 발열, 백혈구 수치 변화 등의 증상이 있는 입원 환자에게도 실시한다. 검사는 정맥에서 채취한 혈액을 호기성 및 혐기성 배양 용기에 넣고 배양하는 방식으로 진행되며, 미생물 성장 여부를 확인하고 동정, 항생제 감수성 검사를 통해 치료 방침을 결정한다. 위양성 및 위음성 결과가 나타날 수 있으며, 표본 오염, 항생제 투여, 채혈량 부족 등이 검사 결과에 영향을 미칠 수 있다. 19세기부터 발전해 온 혈액 배양 기술은 자동화 시스템의 도입으로 정확성과 효율성이 향상되었다.

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혈액 배양 검사
혈액 배양
진단 대상혈류 감염
진단 방법미생물 배양
검사 재료혈액
관련 질환균혈증
패혈증

2. 의학적 사용

혈액은 정상적으로 무균 상태이다.[1] 혈액에 세균이 존재하면 균혈증, 진균이 존재하면 진균혈증이라고 한다.[2] 양치질이나 배변[3][4] 중에 피부[5]나 점막에 생길 수 있는 가벼운 손상은 혈류로 세균을 유입시킬 수 있다. 그러나 이런 균혈증은 보통 일시적이며 면역계와 단핵식세포계에 의해 빠르게 격리되고 제거되기 때문에 혈액 배양에서 발견되는 경우는 드물다.[5][6] 세균은 연조직염, 요로감염증(UTI), 폐렴과 같은 감염 시 혈액 내로 들어올 수 있으며,[7] 세균성 심내막염이나 정맥 주사와 관련된 감염과 같이 순환계에 생긴 감염도 원인이 될 수 있고, 지속적인 균혈증으로까지 이어질 수 있다.[3] 진균혈증은 면역계의 기능이 정상적이지 못한 사람들에서 가장 흔하게 발병한다.[2] 세균이나 진균이 혈류에서 제거되지 않는다면 다른 기관이나 조직으로 퍼져 나가거나[5] 면역 반응을 일으켜 패혈증이라는 생명에 위험한 전신성 염증을 유발할 수 있다.[8][9]

패혈증이 의심된다면 원인 병원체와 해당 병원체를 표적으로 하는 항균제 치료를 위해 혈액 배양 검사가 필수적이다.[29] 입원 환자가 발열, 저체온증, 백혈구증가증, 또는 과립구(백혈구의 일종) 수치 감소를 보이는 경우 혈류 감염을 확인하기 위해 혈액 배양을 흔히 실시한다.[83][10] 혈액 배양 검사는 화학요법의 흔한 합병증인 열성호중구감소증(발열과 심각한 호중구(세균과 진균에 맞서 싸우는 백혈구의 일종) 수치 감소를 보이는 경우)에서 혈류 감염을 발견하기 위해 시행된다.[11][12][13] 균혈증은 수막염, 패혈성 관절염, 경막외 농양과 같은 일부 감염에서 흔하며, 따라서 이런 상태에서는 혈액 배양 검사가 권장된다. 균혈증과 덜 연관된 감염의 경우에도 환자가 혈액 내 감염 위험성이 높거나, 신우신염에서 소변 배양 검사나 심각한 지역사회 획득 폐렴에서 객담 배양 검사 등과 같이 감염 주된 장소에서 배양을 즉시 시행할 수 없는 경우에는 여전히 혈액 배양 검사를 시행할 수 있다.[14][26] 혈액 배양 검사는 심내막염[15]과 원인불명열에서 기저의 원인 미생물을 확인할 수 있다.[83][16]

2. 1. 흔한 원인균

혈액 배양 검사에서 가장 흔하게 검출되는 병원체는 황색포도상구균, 대장균, 장내세균과 세균, 엔테로코커스 종, 녹농균, 칸디다 알비칸스 등이다.[17][18] 응고효소 음성 포도상구균(CNS)도 자주 발견되지만, 이들은 정상적인 피부 미생물을 구성하기 때문에[19] 병원체인지 단순 오염인지 불분명한 경우가 많다.[18] 다만, 신생아와 어린이의 혈액 배양에서는 CNS가 심각한 감염을 나타낼 수 있다.[20]

혈류 감염의 역학은 시간과 장소에 따라 다르다. 예를 들어, 1980년대와 1990년대 미국에서는 그람 양성균이 그람 음성균보다 균혈증의 주요 원인이었다.[21] 또한 화학요법과 같은 면역억제 치료를 받는 사람이 많아지면서 진균혈증의 비율이 크게 증가했다.[22] 그람 음성균 패혈증은 북아메리카나 서유럽보다 중앙아메리카, 남아메리카, 동유럽, 아시아에서 더 흔하며, 아프리카에서는 살모넬라 엔테리카가 균혈증의 주요 원인이다.[23]

3. 검사 절차

혈액을 채취한 후 미생물 성장을 돕기 위해 체온에서 배양한다. 보통 자동화 시스템을 이용해 최대 5일 동안 배양하지만,[42] 흔한 혈류 병원체는 대부분 48시간 안에 검출된다.[41] 심내막염 의심 환자나, 특정 세균처럼 느리게 성장하는 균이 의심되는 경우에는 배양 기간을 연장할 수 있다.[42][43]

수동 배양 시스템에서는 병에 흐림, 가스 생성, 미생물 집락 형성, 용혈에 의한 색 변화 등 미생물 성장 징후가 있는지 육안으로 확인한다. 일부는 가스 생성 시 액체가 채워지는 구획이나 주기적으로 접종되는 소형 한천 배지를 사용하기도 한다.[44] 양성 결과를 놓치지 않기 위해 배양 기간이 끝나면 성장 징후와 관계없이 한천 배지에 계대배양을 실시한다.[47]

선진국에서는 대부분 자동화 시스템을 사용한다.[45] BACTEC, BacT/ALERT, VersaTrek과 같은 시스템은 배양 병을 지속적으로 섞어주는 배양기로 구성된다. 미생물 대사로 생성되는 이산화 탄소 등의 가스 농도를 센서로 측정하여 성장을 감지하고,[44] 알람이나 시각적 지표로 양성 여부를 알린다.[46] 배양 기간이 끝나도 음성이면 계대배양 없이 폐기한다.[47]

용해-원심 분리 방법은 곰팡이, 미코박테륨, 레지오넬라와 같이 느리게 성장하거나 배양이 까다로운 생물을 분리하는 데 사용된다.[48][49] 이 방법은 적혈구와 백혈구를 용해하는 제제가 포함된 튜브에 혈액을 채취한 후 원심 분리기로 돌려 고체 성분을 농축한다. 이 농축된 펠릿을 계대배양에 사용한다. 용해-원심 분리는 민감도가 높지만 오염 위험이 크다.[51]


3. 1. 채혈

혈액 배양 검사는 일반적으로 정맥천자를 통해 시행한다. 카테터 연관 감염을 진단하기 위해 정맥 주사와 정맥 천자 양쪽 모두에서 채혈할 수 있지만, 정맥 주사를 통해 표본을 얻는 것은 오염 확률이 높아 권장되지 않는다.[97][108] 채혈 전 각 채혈 용기의 윗부분을 알코올 솜으로 소독하여 표본 오염을 예방하고,[97] 천자 부위 주변 피부도 깨끗이 한 후 건조한 상태로 유지한다.

몇몇 프로토콜에서는 클로르헥시딘이나 아이오딘 기반 물질로 처리한 이후 알코올 기반의 항균제를 사용해 소독할 것을 권장하지만,[108] 다른 프로토콜에서는 알코올 기반 항균제만 사용하는 것이 효율적이라고 본다.[102][109] 혈액 배양 검사를 시행할 때 다른 검사를 위해 혈액을 채취해야 한다면 오염 위험성을 줄이기 위해 가장 먼저 배양용 표본을 채취한다. 항균 치료를 했을 때 미생물 성장이 억제되어 위음성 결과가 나올 수 있기 때문에, 혈액 배양 검사는 항균제를 투여하기 이전에 시행할 것이 권장된다. 그러나 위독한 상태의 환자에서는 항균제를 빠르게 투여해야 하기 때문에 이런 권장사항은 비현실적일 수 있다.[96]

일반적인 혈액 배양 표본 채취는 혈액을 두 개의 용기로 뽑아내는 단계를 포함한다. 한 용기는 호기성 생물의 성장을 강화하고, 다른 하나의 용기는 혐기성 생물을 성장시키기 위해 설계되었다. 소아에서는 혐기성 세균 감염이 흔하지 않기 때문에 채취에 필요한 혈액의 양을 최소한으로 하기 위해 하나의 호기성 채혈 용기로만 채취할 수 있다. 채혈 시 정맥천자를 서로 다른 두 부위에서 시행하여 혈액 표본을 두 세트 얻는 것이 권장된다. 이 경우 한 세트만 채혈했을 때보다 실제 병원체가 아닌 오염이 나타날 가능성을 줄일 수 있다. 추가적으로 채혈량을 늘리면 미생물이 존재할 때 발견할 가능성을 늘릴 수 있다.

채혈 용기에는 미생물 증식을 돕는 성장 배지와 혈액이 굳는 것을 막기 위한 항응고제가 들어가 있다.[110] 폴리아네탈 설폰산나트륨(sodium polyanethol sulfonate, SPS)은 대부분의 미생물이 성장하는 데에 간섭하지 않기 때문에 가장 흔히 사용되는 항응고제이다.[110] 성장 배지의 정확한 조성은 각기 다르지만 호기성 채혈 용기는 뇌심장침출이나 트립티케이스 소이 액체배지와 같이 영양소가 풍부한 액체배지를 사용하고, 혐기성 채혈 용기는 일반적으로 티오글라이콜레이트와 같은 환원제를 포함하고 있다. 혐기성 채혈 용기의 빈 공간은 산소가 없는 기체 혼합물으로 차 있다.[110]

상업적으로 만들어진 많은 채혈 용기는 표본의 미생물에 항생제가 작용하는 것을 줄이기 위해 항생제를 흡수하는 나뭇진을 포함하고 있다.[97] 소아용 채혈 용기는 들어갈 수 있는 혈액량은 적게, 그리고 어린이에서 흔히 발견되는 병원체의 성장을 강화시키기 위한 추가 물질들을 넣어 설계된다.[111] 특수하게 만들어진 다른 채혈 용기는 진균이나 미코박테륨을 발견하기 위해 사용할 수 있다.

채혈 용기에 혈액을 너무 적게도, 많게도 채우지 않도록 하는 것이 중요하다. 너무 표본을 적게 채취했을 경우 표본에 미생물이 적어 위음성이 나올 수 있고, 반대로 표본이 너무 많으면 혈액 대비 성장 배지의 비율이 적어 미생물 성장이 억제될 수 있다. 최적의 미생물 성장을 위한 혈액 대비 배지의 비율은 1:10에서 1:5 정도로 여겨진다.[113] 성인의 통상적인 혈액 배양 검사에 대해 임상검사표준연구소(CLSI)는 각 세트당 20-30mL의 혈액을 각각 다른 두 부위에서 두 세트 채혈할 것을 권장한다.[97] 어린이의 경우 뽑아내는 혈액의 양은 종종 나이나 체중을 토대로 결정한다.[111][114] 심내막염이 의심되는 경우 총 여섯 병을 채혈해야 할 수 있다.

3. 2. 배양

채혈을 통해 표본을 얻은 이후 이 표본은 미생물 성장을 돕기 위해 체온에서 배양된다. 대부분 5일 정도까지 자동화된 시스템을 통해 배양되지만,[42] 가장 흔한 혈액 내 감염 병원체들은 48시간 정도 만에 발견된다.[41] 수동 혈액 배양 방법을 사용하거나 심내막염의 원인균과 같이 느리게 성장하는 미생물이 존재하는 것으로 의심되는 경우 배양 시간은 연장될 수 있다.[42][43] 수동 시스템에서 채혈 용기에 나타난 미생물 성장을 나타내는 지표들을 검토한다. 지표에는 용기 안이 흐려지는 경우, 기체가 만들어지는 경우, 육안으로 미생물 집락(콜로니)을 관찰 가능한 경우, 혈액이 분해되어 색깔이 변화하는 경우(용혈)가 있다. 몇몇 수동 혈액 배양 시스템은 가스가 만들어지면 액체가 차오르는 칸이나, 주기적으로 배양 용기를 살짝 건드려 접종되는 작은 한천배지를 미생물 성장을 보이는 지표로 사용한다.[44] 혈액 배양의 양성 소견을 놓치지 않기 위해 채혈 용기에서 나온 표본을 종종 배양 주기가 끝날 때 성장 지표가 관찰되었는지 여부에 관계없이 한천배지에 계대배양할 수 있다.[47]

선진국에서 수동 혈액 배양 방법은 컴퓨터를 통해 실시간으로 배양 용기를 관리하는 자동화 시스템으로 대부분 대체되었다.[45] BACTEC, BacT/ALERT, VersaTrek과 같은 자동화 시스템은 배양 용기가 지속적으로 섞이는 배양기로 구성된다. 미생물 성장은 미생물 대사의 지표가 되는 용기 내부의 기체 농도(가장 흔하게는 이산화 탄소)를 측정하는 센서로 감지된다.[44] 미생물학자는 알람이나 시각적 지표를 통해 혈액 배양 양성 소견이 있다는 것을 알 수 있다.[46] 배양 주기가 끝날 때까지 배양이 음성으로 남을 경우 일반적으로 계대배양 없이 폐기한다.[47]

용해 원심분리법(lysis-centrifugation method)으로 불리는 기술은 진균, 미코박테륨, 레지오넬라(''Legionella'')와 같은 느리게 자라거나 배양이 까다로운 생물을 더 잘 분리하기 위해 이용될 수 있다.[48][49] 성장 배지로 차 있는 용기에 배양하는 대신,[50] 이 방법은 적혈구와 백혈구를 용해하는 물질을 포함하는 관에 채혈한 후 원심분리한다. 이 과정은 표본의 (만약 존재한다면) 미생물과 같은 고형 내용물을 침전물로 모은다. 모인 침전물은 계대배양 배지에 접종하는 데에 사용된다. 용해 원심분리법은 기존의 혈액 배양법에 비해 높은 민감도를 가지지만, 표본을 많이 조작해야 하기 때문에 오염되기 쉽다.[51]

혈류 감염에 대한 항균제 치료는 초기에는 경험적 치료를 사용한다. 이는 질병의 원인균에 대한 임상의의 의심과 지역 항균제 내성 패턴에 근거한다. 혈액 배양에서 분리된 병원체에 대한 항생제 감수성 검사 (AST)를 수행하면 임상의는 보다 표적화된 치료를 제공하고 바람직하지 않은 부작용을 일으킬 수 있는 광범위 항생제의 사용을 중단할 수 있다.[8][29] 디스크 확산 시험과 같은 전통적인 AST 방법에서는, 배양 접시에서 순수 균주 집락을 선택하여 2차 배지에 접종한다. 이러한 방법은 결과를 얻기 전에 하룻밤 배양해야 한다.[71] 사전 형성된 항생제 패널을 사용하고, 미생물 성장을 자동으로 측정하며, 알고리즘을 사용하여 감수성 결과를 결정하는 자동화된 시스템이 있다. 이러한 시스템 중 일부는 5시간 만에 결과를 제공할 수 있지만, 다른 시스템은 하룻밤 배양을 필요로 한다.[72][73]

효과적인 항균제의 신속한 투여는 패혈증 치료에 매우 중요하다.[8] 따라서 더 빠른 항생제 감수성 결과를 제공하기 위해 여러 방법이 개발되었다. 기존 AST 방법은 배양 접시의 어린 성장 배양, 양성 혈액 배양의 농축 및 정제에서 얻은 미생물 펠릿 또는 배양 병에서 직접 수행할 수 있다.[74][75] 직접 검사 방법은 미생물을 분리하지 않기 때문에, 여러 미생물이 존재하는 경우 정확한 결과를 제공하지 못하지만, 이는 혈액 배양에서 드물게 발생한다.[76] 또 다른 오류 원인은 검체 내 세균량(접종원)을 표준화하기 어렵다는 점인데, 이는 검사 결과에 큰 영향을 미친다.[79]

유전자 검사는 특정 항균제 내성 표지를 신속하게 탐지하는 데 사용할 수 있다.[77] PCR 및 마이크로어레이와 같은 방법은 양성 혈액 배양 검체에서 직접 수행할 수 있으며,[78] 메티실린 내성 ''황색 포도구균''에서 발견되는 ''mecA'' 유전자나 반코마이신 내성 장구균의 ''vanA'' 및 ''vanB'' 유전자와 같이 내성을 부여하는 유전자와 관련된 DNA 서열을 탐지한다.[65] MALDI-TOF는 신속한 항균제 감수성 검사 방법으로 연구되어 왔다. 원리에는 항생제 존재 하에서의 미생물 성장 측정, 미생물 효소에 의한 항생제 분해 식별, 항생제 내성을 나타내는 세균 균주와 관련된 단백질 스펙트럼 탐지가 포함된다.[79] 이러한 방법 중 일부는 양성 혈액 배양 병에서 얻은 펠릿으로 수행할 수 있다.[80] 그러나 MALDI-TOF에 의한 AST에 대한 확립된 방법론의 부재는 임상 실무에서의 사용을 제한하며,[81] 유전자 검사 방법과 달리 MALDI-TOF에 의한 직접 AST는 2018년 현재 식품의약국의 승인을 받지 못했다.[80]

3. 3. 동정

미생물 성장이 확인되면, 그람 염색을 통해 세균의 종류(그람 양성/음성, 모양, 배열)를 빠르게 파악하고, 임상의에게 즉시 보고한다.[76] 추가적인 동정을 위해 한천 배지에 계대배양하며, 집락 형태, 생화학적 특징 등을 확인하여 속, 종 수준까지 동정한다. 카탈레이스 검사, 응고효소 검사 등 다양한 생화학적 검사를 시행하며, 자동화 시스템(생화학 검사 패널, MALDI-TOF MS)을 사용할 수도 있다.[79] 신속 진단을 위해 MALDI-TOF, PCR, DNA 마이크로어레이 등 분자생물학적 방법을 사용할 수 있다.[77]

3. 4. 항생제 감수성 검사

혈액 배양에서 균이 동정되면, 어떤 항생제가 효과적인지 확인하기 위해 항생제 감수성 검사를 시행한다.[52] 이를 통해 환자에게 가장 적합한 항생제를 선택하고, 불필요하게 광범위 항생제를 사용하는 것을 줄일 수 있다.

항생제 감수성 검사 방법에는 여러 가지가 있다. 예를 들어, 디스크 확산 검사는 항생제를 함유한 디스크를 세균이 자라는 배지에 놓고, 항생제가 세균 성장을 억제하는 정도를 측정하는 방법이다. 자동화된 시스템을 사용하면 더 빠르고 정확하게 검사 결과를 얻을 수 있다.[63]

최근에는 검사 시간을 단축하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 매트릭스 보조 레이저 탈착/이온화 시간 비행 질량 분석법(MALDI-TOF MS)을 사용하면 몇 시간 안에 균을 동정할 수 있고,[65][66] 중합 효소 연쇄 반응(PCR)이나 DNA 마이크로어레이 같은 유전적 방법을 사용하면 특정 항생제에 대한 내성을 유발하는 유전자 (mecA, vanA, vanB 등)를 빠르게 검출할 수 있다.[78]

4. 한계

혈액 배양 검사에는 위양성과 위음성 오류가 모두 나타날 수 있다. 자동화된 배양 시스템은 세포 대사로 만들어진 기체를 검출하여 양성 소견을 보이는 용기를 식별한다. 따라서 표본에 백혈구 수가 많으면 세균이 없어도 세균이 있다고 잘못 보고될 수 있다.[97] 기기가 생성한 성장 곡선을 검토하면 진양성과 위양성 결과를 구별하는 데 도움이 되지만, 양성으로 나온 모든 샘플은 그람 염색과 계대배양이 필수적이다.

혈액 배양 표본은 피부나 외부에서 들어온 미생물이 배양 용기 안에서 증식하면서 오염될 수 있다. 이는 해당 미생물이 원래 혈액 안에 있었다는 잘못된 정보를 줄 수 있다.[97] 표본 오염은 불필요한 항생제 치료와 입원 기간 연장으로 이어질 수 있다.[109] 이러한 오염은 혈액 배양 표본을 채취하는 과정에 대한 프로토콜을 따르면 줄일 수 있지만, 완전히 없앨 수는 없다.[127] 예를 들어 세균은 채혈 부위를 꼼꼼히 소독한 후에도 피부 깊은 층에서 살아남을 수 있다.[109] CLSI는 모든 혈액 배양 중 오염 비율이 3% 미만일 때만 용인할 수 있는 수준이라고 규정한다.[97] 오염 빈도는 연구소마다, 같은 병원의 과마다 크게 다르다.[127] 연구에 따르면 오염률은 0.8 ~ 12.5% 사이이다.[109]

혈액 배양에서 양성 결과가 나왔을 때, 임상의는 이 결과가 오염 때문인지 아니면 정말 감염이 있어서 나타난 것인지 결정해야 한다. 황색포도상구균이나 폐렴구균 같은 몇몇 병원체는 혈액 배양에서 검출되면 보통 병원성이 있다고 판단하지만, 다른 세균들은 피부 세균에 의해 오염된 것으로 판단한다. 그러나 응고효소 음성 포도상구균 같은 흔한 피부 미생물도 특정 상태에서는 혈액 감염을 일으킬 수 있다. 이러한 미생물이 배양에서 검출되면 환자의 임상적 상태나 여러 배양에서 똑같이 양성이 나왔는지 등을 고려하여 배양 결과를 해석해야 한다.[109]

위음성 결과는 환자에게 항생제를 투여한 후 혈액 배양을 시행했거나, 표본으로 얻은 혈액의 양이 부족했기 때문에 나올 수 있다. 혈액 표본의 양은 병원체 검출을 확실히 하기 위한 가장 중요한 변수이다. 더 많은 혈액을 채취할수록 더 많은 병원체가 표본에 존재하게 된다.[97] 그러나 혈액을 권장량보다 너무 많이 채취하면 배양 용기 안의 영양 물질이 혈액 양에 비해 충분하지 않아지고, 혈액에 존재하는 자연적인 억제 물질에 의해 세균 성장이 저해될 수 있다. 지나친 채혈은 의원성 빈혈 발병에 기여할 수도 있다.

모든 병원체가 기존의 혈액 배양법으로 쉽게 검출되는 것은 아니다. 특히 브루셀라(''Brucella'')나 미코박테륨(''Mycobacterium'') 종과 같은 배양이 까다로운 생물들은 배양 시간이 길어지거나 특수한 배지가 필요할 수 있다. 몇몇 생물은 배양하기 매우 어렵거나 배양에서 아예 성장하지 않기도 한다. 따라서 이러한 배양하기 어려운 생물 감염이 의심될 경우 혈청학적 검사나 PCR 같은 분자적 검사법이 선호된다.

5. 역사

초기 혈액 배양 검사는 노동 집약적이었다.[131] 1869년에 발표된 초기 혈액 배양 절차 중 하나는 환자에게서 채혈할 때 거머리 사용을 추천했다.[129] 1911년의 미생물학 교과서에서는 채혈 부위와 장비 소독에 한 시간 이상 걸릴 수 있으며, 혈액을 보존할 효과적인 방법이 없어 배양을 간혹 환자의 병상 옆에서 준비하기도 한다고 기술했다. 액체배지에 계대배양하는 것 외에도 몇몇 프로토콜은 혈액을 녹인 한천배지와 섞어 그 혼합물을 페트리 접시에 부으라고 명시했다.[131]

See caption.


1915년에는 글루코스 액체배지와 항응고제가 들어가 있는 유리 진공관으로 구성된 혈액 배양 수집 시스템이 만들어졌다. 1930년 로버트 제임스 발렌타인 풀버타프트(Robert James Valentine Pulvertaft)는 혈액 배양에 대한 중요한 연구를 발표했는데,[130] 이 연구에서는 액체배지에 대한 혈액의 최적 비율이 1:5라고 명시했으며, 이 비율은 오늘날에도 받아들여지고 있다.[129] 항응고제와 보존제로서 SPS의 사용은 1930-40년대에 도입되어 초기 배양법들의 몇몇 표본 수송 관련 문제를 해결했다.[131] 1940년대부터 1980년대까지는 혈액 감염을 흔히 일으키는 모든 병원체를 성장시킬 수 있는 배지를 만들기 위해 배지의 배합과 첨가물에 대한 많은 연구가 수행되었다.[129]

1947년, M.R. Castañeda는 브루셀라 종들을 동정하기 위해 액체배지와 사면(slant, 斜面) 한천배지를 모두 포함하고 있는 "이상성"(biphasic, 二相性)의 배양 용기를 발명했다. 이런 구조로 인해 한천배지는 액체배지로부터 쉽게 계대배양될 수 있었다.[115] 이 배양 용기는 수동 혈액 배양을 위한 몇몇 현대 시스템의 선조 격이다. 1951년 E.G. Scott은 '현대 혈액 배양 세트의 도래'라고 묘사되는 프로토콜을 발표했다.[131] Scott의 방법은 혈액을 고무로 봉인된 두 개의 유리병에 접종하는 방식으로, 병 하나는 호기성 생물, 다른 병 하나는 혐기성 생물을 위한 것이었다. 호기성 유리병은 트립티케이스 소이 액체배지와 사면 한천배지를 포함하고 있었으며 혐기성 유리병에는 티오글라이콜레이트 액체배지가 들어 있었다. 용해 원심분리법은 1917년 Mildred Clough에 의해 도입되었으나, 이 방법은 1970년대 중반에 상업적 시스템이 발달하기 이전까지 임상 실무에서는 드물게 사용되었다.[131][132]

자동화 혈액 배양 시스템은 1970년대 처음 이용할 수 있게 되었다.[133] 가장 먼저 개발된 자동화 시스템 중 하나는 Johnston Laboratories(현재의 벤톤 디킨슨)에서 개발한 BACTEC 시스템이다. BACTEC 시스템은 방사성 동위원소로 표시된 영양소가 들어간 액체배지를 사용한다. 이런 기질을 섭취한 미생물은 방사성 이산화탄소를 생산하므로 이 이산화탄소 농도를 모니터링하여 미생물의 성장을 감지할 수 있다. 이 기술은 혈액 배양에 응용되기 이전, NASA가 화성의 생명체를 발견하기 위한 방법으로서 제안하기도 했다.[131] 1970-80년대를 통틀어 여러 제조사가 배지의 전기 전도도 변화를 통해 미생물 성장을 감지하기 위해 시도했으나 이 중 상업적으로 성공한 사례는 나오지 않았다.[134]

초기 BACTEC 시스템의 주된 문제점은 방사성 폐기물이 만들어져 특별한 처리 절차가 필요했다는 것이다. 따라서 1984년, 이산화탄소를 검출하는 데에 분광광도법을 이용하는 신세대 BACTEC 기기가 출시되었다.[134] 배지의 pH가 떨어지는 것을 측정해 간접적으로 이산화탄소 생산을 감지하는 BacT/ALERT 시스템은 1991년 미국에서 사용이 승인되었다. 당시 이용 가능했던 BACTEC 시스템과 다르게 BacT/ALERT 시스템은 샘플링을 위해 용기에 바늘을 넣을 필요가 없고, 따라서 오염 빈도가 감소하였다.[134] 이 덕분에 BacT/ALERT 시스템은 혈액 배양을 정확하고 지속적으로 모니터링 가능한 첫 번째 시스템이 되었다. 이 비침습적인 측정법은 1992년 BACTEC 9000 시리즈에서 pH 변화를 형광 지시약을 통해 검출하는 방식으로 채택되었다.[135] 현대에 사용되는 VersaTREK 시스템의 바로 이전 모델인 Difco ESP는 압력 변화를 측정해 기체 생산을 감지하며 1992년 처음 승인되었다.[134] 1996년의 국제적 연구는 466개의 연구실을 조사하여 그 중 55%가 BACTEC이나 BacT/ALERT 시스템을 사용하며, 다른 자동화 시스템들이 전체의 10%를 차지한다는 결과를 냈다.[136]

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