CH695000A5 - Verfahren zur Detektion von Serum und zur Erfassung seiner Qualitaet und Anordnungen hierzu. - Google Patents

Description

  



   Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von  Serum nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein Verfahren zur Erfassung  der Qualität von Blutserum nach demjenigen von Anspruch 2 sowie Anordnungen  hierfür gemäss den Ansprüchen 7 bzw. 8. 



   Die grosse Anzahl anfallender Blutproben und die Vielfalt der Analysen  pro Blutprobe verlangen einen hohen Grad der Automatisierung. Blutprobenröhrchen  werden von den Herstellern mit einer Etikette mit Angaben über vorgegebene  Inhaltsstoffe etc. gekennzeichnet und vom Anwender mit einem Patientencode  - meist einem Barcode - versehen. Die Etiketten verdecken die Sicht  auf den Inhalt weitestgehend, oft auch vollständig. Zur Verarbeitung  der Proben benötigt eine automatische Analyse mittels Automat Angaben  über die verfügbare Menge des Serums im jeweilig untersuchten Blutprobenröhrchen  sowie Angaben bezüglich der Qualität des Serums, d.h. Konzentrationswerte  von Fett, Blutfarbstoff und Bilirubin, um fehlerhafte Resultate bei  gewissen Tests zum Voraus auszuschliessen. 



   Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Serum bzw. dessen Qualität  in einem Behältnis automatisch zu detektieren. Diese Aufgabe wird  bei Durchführung des eingangs erwähnten Detektionsverfahrens nach  dem Kennzeichen von Anspruch 1 bzw. bei Durchführen des eingangs  erwähnten Erfassungsverfahrens, nach dem Kennzeichen von Anspruch  2 gelöst. 



   Demnach wird zur Detektion von Serum in einem Behältnis letzteres  Licht enthaltend mindestens Teile des Spektrum S 1000 nm  <=  S <= 1400 nm 



     ausgesetzt. Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass insbesondere  die erwähnten Blutprobenröhrchen mit unterschiedlichst angebrachten  Etiketten und Beschriftungen im genannten Spektrum mindestens teilweise  transparent sind. Dabei bezieht sich die geforderte teilweise Transparenz  insbesondere auf die im Rahmen der Erfindung und wie noch erläutert  werden wird, genützten Wellenlängen bzw. -Bänder. Es wird weiter  die Intensität des transmittierten oder transflektierten Lichtes  bei mindestens zwei Wellenlängen gemessen, für welche gilt: 



   1250 nm <= lambda 1 <= 1400 nm bzw. 



   1000 nm <= lambda 2 <= 1150 nm. 



   Wir verstehen dabei unter transflektiertem Licht Licht, welches durch  die Behältniswandung, dem Behältnisinhalt transmittiert, darnach  d.h. an der gegenüberliegenden Behältniswandung, oder nach Transmission  auch hierdurch, reflektiert wird und durch Inhalt und Wandung zurückläuft:  Jedenfalls wird die Lichtstrahlung immer mindestens einmal durch  den Behältnisinhalt und mindestens zweimal durch die Behältniswand  transmittiert. 



   Dabei werden die erwähnten Intensitäten an einer vorgegebenen oder  vorgebbaren Stelle des Behältnisses erfasst, und es wird weiter in  Funktion dieser Intensitätsmessungen auf Vorhandensein/Nichtvorhandensein  von Serum an der untersuchten Stelle des Behältnisses geschlossen.                                                             



   Es wurde mithin erkannt, dass die Intensität der transmittierten  bzw. transflektierten Strahlung, in den erwähnten Spektralbändern  bezüglich  lambda  1  und  lambda  2  zentriert, Vorliegen bzw. Nicht-Vorliegen  von Serum an der untersuchten Behältnisstelle eindeutig identifiziert,  unabhängig davon, aus welchem Material    das Behältnis ist, mithin  unabhängig davon, ob ein als Behältnis bevorzugt eingesetztes Blutprobenröhrchen  aus Kunststoff, Glas etc. besteht, weiter etikettiert ist oder nicht  bzw. beschriftet ist oder nicht, vorausgesetzt natürlich, die Wand  transmittiert Licht bei lambda 1 und lambda 2 . 



   Für die erfindungsgemässe Qualitätserfassung von Blutserum wird wiederum  Licht obgenanntes Spektrum S enthaltend eingesetzt, und es wird die  Intensität des transmittierten bzw. transflektierten Lichtes bei  mindestens zwei Wellenlängen  lambda  3  und  lambda  4  gemessen,  welche aus den folgenden Wellenlängen selektioniert sind: 



   1350 nm +/- 30 nm 



   1290 nm +/- 30 nm 



   1160 nm +/- 30 nm 



   1125 nm  +/-  30 nm, dabei bevorzugt 1126 nm und 1015 nm  +/-  30 nm, dabei für Letztere bevorzugt 1016 nm, und es wird in  Funktion dieser Intensitätswerte auf die Qualität des Serums insbesondere  in Bezug auf seinen Fettgehalt geschlossen. Die Konzentrationen von  Blutfarbstoff und Bilirubin lassen sich nämlich im sichtbaren Bereich  des Lichtspektrums mit bekannten Methoden bestimmen. 



   Wie ersichtlich sind für die Qualitätserfassung des Blutserums und  für die Detektion von Blutserum an sich im jeweiligen Behältnis teilweise  die gleichen Spektralbänder bzw. Frequenzen    zu untersuchen, so  dass sich die beiden Verfahren ideal kombinieren lassen, insbesondere  mit Blick auf die automatische Erfassung von in-line anfallenden  Behältnissen bzw. Blutprobenröhrchen, wobei die Aussagekraft der  Qualitätserfassung dadurch steigt, dass Intensitätswerte an mehr  als zwei der angegebenen Frequenzbänder erfasst und ausgewertet werden.                                                        



   Dadurch, dass man in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen  Detektionsverfahrens die Intensitätserfassung relativ zum Behältnis  verschiebt, dabei gegebenenfalls gleichzeitig auch die Qualitätserfassung  vornimmt, ergibt sich eine eigentliche Füllstand-Messmethode bzw.  Serummengen-Messmethode bzw. eine Methode, die Qualität des Serums  zu ermitteln. 



   Mit den gemessenen Intensitätswerten an den spezifischen Wellenlängen  lambda  1 ,  lambda  2  bzw.  lambda  3 ,  lambda  4  ergeben sich  eigentliche Zustandsvektoren, je nach Anzahl aus-gemessener Wellenlängen-spezifischer  Intensitäten, zwei- oder mehrdimensional. Bevorzugterweise werden  dabei die gemessenen Intensitätswerte gewichtet im Sinne einer Achsenskalierung  in den genannten Vektorräumen. 



   Dabei wird durch eine solche Gewichtung auch gegebenenfalls die an  den ausgemessenen Spektralbereichen unterschiedliche Intensität des  eingestrahlten Lichtes berücksichtigt bzw. Unterschiede in der Transmission  der eingesetzten Filter. 



   Die erwähnten Verfahren werden bevorzugterweise an Serum in Blutprobenröhrchen  verwendet, die bevorzugterweise in einem Strom in-line anfallen.  Anordnungen zur erfindungsgemässen Serumdetektion bzw. Qualitätserfassung  zeichnen sich nach dem kennzeichnenden Teil der Ansprüche 7 bzw.  8 aus, deren bevorzugte Ausführungsformen nach den Ansprüchen 9 bis  12. 



   Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren  erläutert. Es zeigen:        Fig. 1: schematisch, ein Blutprobenröhrchen  mit den Blutphasen;     Fig. 2: die spektralen Absorptions-Kennlinien  der Blutphasen Gel (a), Blutkuchen (b) und Blutserum (c);     Fig.  3: die spektralen Absorptions-Kennlinien unterschiedlicher, üblicher  Blutprobenröhrchen;     Fig. 4: die spektralen Absorptions-Kennlinien  von üblichen Blutprobenröhrchen, gefüllt;     Fig. 5: Spektralkennlinien  von Blutserum, normal (a) und zu fetthaltig (b);     Fig. 6: in  Form eines Signalfluss/Funktionsblock-dia-grammes eine erfindungsgemässe  Anlage, und     Fig. 7: in Form eines Signalfluss/Funktionsblock-diagrammes  eine erste Ausführungsform der Anlage nach Fig. 6 mit Strahlteiler;

       Fig. 8: in Darstellung analog zu Fig. 7 eine bevorzugte Ausführungsform  mit im Strahlengang zeitvariabler, gesteuerter Bandpassfilterung,  und     Fig. 9: in Darstellung analog zu Fig. 7, 8 eine einfache,  heute bevorzugte Ausführungsform des Prinzips nach Fig. 8.  



   In Fig. 1 ist ein Blutprobenröhrchen 1 dargestellt mit der für Analysen  vorgenommenen Phasentrennung des Blutes in Serum 3, Gel 5 und Blutkuchen  7. Das Röhrchen 1 besteht üblicherweise aus klarsichtigem Material  wie aus Glas oder Kunststoff und ist (nicht dargestellt) mit einer  Beschriftungsetikette versehen. In Fig. 2 sind über der Wellenlänge  lambda  typische Absorpti   onskurven von Blutgel (a), Blutkuchen  (b) sowie von Blutserum (c) dargestellt. 



   In Fig. 3 sind die Absorptionskurven von Blutröhrchen-Wandungen,  Beklebungsetiketten und Beschriftungen unterschiedlicher, gebräuchlicher  Ausführungen dargestellt. In der Praxis, d.h. bei Anfallen beliebiger  Blutprobenröhrchen mit beliebig zusammengesetzten und mengenmässig  verteilten Blutphasen, ergibt sich, wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich,  eine grosse Variation von spektralen Überlagerungsmöglichkeiten.  Für solche höchst unterschiedliche Blutprobenröhrchen/Blutphasen-Kombinationen  ergeben sich die beispielsweise in Fig. 4 je dargestellten Spektralverläufe.  Jeder der Spektralverläufe von Fig. 4 entspricht einem Blutproben-gefüllten  Blutprobenröhrchen unterschiedlicher Provenienz. 



   Es wurde erfindungsgemäss erkannt, dass wenn die erwähnten Blutprobenröhrchen  1, als Behältnisse, mit Licht mindestens Teile des Spektralbereiches  S von 



   1000 nm  <=  S  <=  1400 nm enthaltend in Transmission - bzw.  in Transflektion -durchleuchtet werden - wozu das Behältnis-Wandungsmaterial  inkl. Accessoires wie Etiketten etc. mindestens in Teilen des erwähnten  Spektralbereiches transparent sein muss, wenn auch nicht notwendigerweise  mit konstanter Transmission - die Intensitätswerte des transmittierten  Lichtes bei zwei spezifischen Wellenlängen  lambda  1  und  lambda  2  dafür aussagekräftig sind, ob die Transmission mit Blick auf  Fig. 1 im Serumbereich 3 erfolgt oder nicht. Für die Wellenlängen  lambda  1  und  lambda  2  gilt dabei: 1250 nm  <=  lambda   1 <= 1400 nm und 1000 nm <= lambda 2 <= 1150 nm. 



     In Fig. 5 sind die Spektralverläufe von Normal-serum (a) und von  zu fetthaltigem Blutserum (b) dargestellt. 



   Es ist darauf hinzuweisen, dass alle Spektralverläufe gemäss den  Fig. 2 bis 5 normiert sind, d.h. dass die absoluten Transmissionswerte  um Grössenordnungen stärker variieren - je nach Art der Probe, insbesondere  nach Anzahl der Etiketten. 



   Umso erstaunlicher ist es, dass durch die transmittierten Lichtintensitäten  bei mindestens zwei der folgenden Wellenlängen 1290 nm  +/-   30 nm 1160 nm  +/-  30 nm 1125 nm  +/-  30 nm, dabei bevorzugt  1126 nm und 1015 nm  +/-  30 nm, dabei für Letztere bevorzugt  1016 nm im Sinne eines Vektorraumes, zwei- oder mehr-dimensionale  Gebiete festgelegt werden können, welche die Serumqualität identifizieren,  und durch Messung dieser Intensitäten die Qualität einer Serumprobe  identifiziert werden kann, durch Vergleich des gemessenen Vektors  mit den erwähnten Vektorraum-Gebieten. Durch Intensitätsmessungen  an mehr als zwei der erwähnten Wellenlängen lassen sich entsprechend  die Serumqualitäten feiner analysieren. 



   In Fig. 6 ist in Form eines Funktionsblock/Signalflussdiagrammes  eine erfindungsgemässe Anlage dargestellt, in Minimalkonfiguration,  welche sich gleichermassen eignet für die De   tektion von Serum  bzw. die Detektion des Serumfüllstandes in einem Blutprobenröhrchen  bzw. die Qualität des Serums. 



   Gemäss Fig. 6 wird ein zu untersuchendes Blutprobenröhrchen 1, als  Behältnis, mit Licht im nahen Infrarotbereich, nämlich mindestens  Teile des Spektralbereiches von 1000 nm bis 1400 nm enthaltend, von  einer schematisch dargestellten Quelle 9 bestrahlt. Die durch Röhrchen  mit Etiketten, Beschriftung etc. und den Blutphasen transmittierte  Strahlung wird in mindestens zwei Messkanälen 10a und 10b aufgefangen.  Dort wird es durch Filter, vorzugsweise Interferenzfilter 12a und  12b, zur Serumdetektion mindestens genähert mit den Zentrumswellenlängen  lambda  1  und  lambda  2 , zur Serumqualitätserfassung mit den  oben definierten Zentrumswellenlängen  lambda  3 ,  lambda  4  gefiltert.  Es werden bevorzugterweise Filter mit einer Bandbreite von höchstens  200 nm, vorzugsweise gar von höchstens 100 nm, eingesetzt.

   Die Intensität  des ausgangsseits der Filter 12a bzw. 12b transmittierten Lichtes  wird mittels optoelektrischer Wandler 14a bzw. 14b in elektrische  Signale gewandelt und je Gewichtungs- bzw. Verstärkungseinheiten  16a bzw. 16b zugeführt, wobei die Gewichtung dadurch erreicht wird,  dass entweder die Verstärkungen abgeglichen werden oder die Intensitätsmesswerte  je durch Referenzintensitätsmesswerte dividiert werden, welche bei  leerem optischem Strahlengang, beispielsweise zwischen den Röhrchen  hindurch, gemessen werden. Die den gewichteten Intensitätswerten  entsprechenden elektrischen Signale werden anschliessend einer Auswerteeinheit  mit Recheneinheit 18 zugeführt, welche die zugeführten Eingangssignale  miteinander verrechnet. 



   Bezeichnet I 1  die gewichtete Strahlungsintensität bei  lambda   1  und I 2  diejenigen bei  lambda  2 , gegebenenfalls I 3  bei   lambda  3  etc., so ermittelt die Recheneinheit 18 den -momentan  an der Probe gemessenen Vektor I 1  m /I 2m /I 3m . Durch Vergleich  mit einem oder mehreren vorer   mittelten SOLL-Bereichen B SOLL   werden ausgangsseitig der Rechen- bzw. Auswerteeinheit 18 Signale  ausgegeben, welche Vorliegen von Serum anzeigen bzw. für die Qualität  des vorliegenden Serums repräsentativ sind. Für die Füllstand- bzw.

    Serummengenmessung im Blutprobenröhrchen 1 wird Letzteres in der  in Fig. 6 eingetragenen Richtung y relativ zur Lichtstrahltransmission  verschoben und aus dem Ausgangssignal der Recheneinheit 18, welches  für Vorliegen/Nichtvorliegen von Serum aussagekräftig ist, der Füllstand  bzw. die Füllstandsdifferenz und damit die Serummenge im Blutprobenröhrchen  1 bestimmt. 



   Die schematisch dargestellte Anordnung eignet sich ausgezeichnet  für eine automatische In-line-Untersuchung von in rascher Abfolge  anfallenden gefüllten Blutprobenröhrchen. Hierzu werden die Blutprobenröhrchen  1, wie schematisch bei 20 dargestellt, auf einem Förderer, wie beispielsweise  einem Bandförderer oder Karussell, in rascher Abfolge durch die Erfassungslichtschranke  bewegt. Die Zykluslänge einzelner Messzyklen ist sehr kurz, so dass  selbstverständlich getaktet, aber auch kontinuierlich, die Blutprobenröhrchen  durch die Messlichtschranke bewegt werden können. Bei entsprechend  schneller Rechenkapazität ergibt sich eine Zykluslänge von ca. 1-5  Sekunden. 



   In Fig. 7 ist in Darstellung analog zu derjenigen von Fig. 6 die  Anordnung dargestellt, arbeitend mit einem Strahlteiler 20. Ausgangsseitig  des Strahlteilers 20 sind die Kanäle gemäss Fig. 10a und 10b vorgesehen.  Selbstverständlich lassen sich die Funktionen Filterung gemäss den  Filterelementen 12a und 12b und Strahlteilung am Strahlteiler 20  mindestens teilweise durch entsprechende Auslegung von Dünnschichtsystemen  mindestens teilweise kombinieren. 



   Gemäss Fig. 8 wird in einer bevorzugten Ausführungsform der transmittierte  Lichtstrahl T durch eine steuerbare Filteran   ordnung 12 c  durchgeschickt,  bevor er auf die optoelektrische Wandleranordnung 14 c  auftrifft.  Durch die schematisch eingetragene Steuerung S wird zeitsequentiell  die eine bzw. die andere Filterung gemäss den Filtern 12 a  und 12  b  von Fig. 6 im dargestellten einzigen Strahlengang zum opto-elektrischen  Wandler 14 c  aktiviert. Dies wird in heute bevorzugter Ausführungsform  gemäss Fig. 9 dadurch realisiert, dass mechanisch, wie mit dem Doppelpfeil  F dargestellt, das eine bzw. andere der Filterelemente 12 a  bzw.  12 b  in den Strahlengang eingeschoben wird. Auf die in den Fig.

    8 und 9 dargestellte Art und Weise wird der Konstruktionsaufwand  für die erfindungsgemässe Anordnung praktisch um die Hälfte reduziert,  verglichen mit einer Ausführung mit parallel betriebenen Kanälen.

Claims (13)

1. Verfahren zur Detektion von Serum in einem Behältnis, dessen Wandung im Spektrum S, für welches gilt 1000 nm <= S <= 1400 nm, mindestens teilweise transparent ist, dadurch gekennzeichnet, dass man - das Behältnis, Licht enthaltend mindestens Teile des Spektrums S, aussetzt, - die Intensität des transmittierten oder transflektierten Lichtes bei mindestens zwei Wellenlängen lambda 1 und lambda 2 misst, für welche gilt 1250 nm <= lambda 1 <= 1400 nm 1000 nm <= lambda 2 <= 1150 nm, an einer vorgegebenen oder vorgebbaren Stelle des Behältnisses, - in Funktion dieser Intensitätsmessungen auf Vorhandensein/Nichtvorhandensein von Serum an besagter Stelle im Behältnis schliesst.

2.

Verfahren zur Erfassung der Qualität von Blutserum in einem Behältnis, dessen Wandung für Licht des Spektrums S, für welches gilt 1000 nm <= S <= 1400 nm, mindestens teilweise transparent ist, dadurch gekennzeichnet, dass - man das Behältnis Licht, enthaltend mindestens Teile des Spektrums S, aussetzt; - man die Intensität des transmittierten oder transflektierten Lichtes bei mindestens zwei Wellenlängen lambda 3 und lambda 4 misst, wobei diese Wellenlängen lambda 3 und lambda 4 selektioniert sind aus folgenden Wellenlängen lambda 0 : 1350 nm +/- 30 nm 1290 nm +/- 30 nm 1160 nm +/- 30 nm 1125 nm +/- 30 nm, bevorzugterweise 1126 nm, und 1015 nm +/- 30 nm, dabei für Letztere bevorzugt 1016 nm und in Funktion dieser Intensitätswerte auf die Qualität des Serums in Bezug auf seinen Fettgehalt schliesst.

3.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Intensitätsmessung bezüglich des Behältnisses verschiebt zur Detektion des Serum-Füllstandes und/oder der Qualität.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die gemessenen Intensitätswerte je gewichtet und aus den gewichteten Intensitätswerten auf Vorhandensein/Nichtvorhandensein von Serum bzw. dessen Qualität schliesst.

5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 an Serum in Blutprobenröhrchen.

6. Anwendung nach Anspruch 5 an Blutprobenröhrchen, die in einem Strom anfallen.

7.

Anordnung zur Detektion von Serum in gefüllten Behältnissen, deren Wandung im Spektrum S mindestens teilweise transparent ist mit 1000 nm <= S <= 1400 nm, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: - eine Halterung für mindestens ein Behältnis, - eine Beleuchtungsquelle für ein Behältnis in der Halterung emittierend mindestens Teile des Spektrums S, - mindestens zwei optische Messkanäle, je mit einem optischen Bandpassfilter, zentriert um die entsprechenden Wellenlängen lambda 1 und lambda 2 , für welche gilt: 1250 nm <= lambda 1 <= 1400 nm 1000 nm <= lambda 2 <= 1150 nm, mit einer dem Filter nachgeschalteten optoelektrischen Wandler-Anordnung, deren Ausgang auf eine Auswerteeinheit geführt ist.

8.

Anordnung zur Erfassung der Qualität von Blutserum in einem Behältnis, dessen Wandung für Licht im Spektrum S mindestens teilweise transparent ist, für welches gilt 1000 nm <= S <= 1400 nm, dadurch gekennzeichnet, dass vorgesehen sind: - eine Halterung für mindestens ein Behältnis, - eine Beleuchtungsquelle für ein Behältnis in der Halterung emittierend mindestens Teile des Spektrums S, - mindestens zwei optische Kanäle, je mit einem optischen Bandpassfilter, zentriert um die entsprechenden Wellenlängen lambda 3 , lambda 4 , welche aus folgenden Wellenlängen selektioniert sind 1350 nm +/- 30 nm 1290 nm +/- 30 nm 1160 nm +/- 30 nm 1125 nm +/- 30 nm vorzugsweise 1126 nm und 1015 nm +/- 3 nm, für Letztere vorzugsweise 1016 nm, mit einer dem Filter nachgeschalteten optoelektrischen Wandleranordnung,

deren Ausgang auf eine Auswerteeinheit geführt ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandfilter eine Bandbreite von höchstens 200 nm, vorzugsweise von höchstens 100 nm, aufweisen.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung Teil einer Transportvorrichtung für mehrere der Behältnisse ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge der optoelektrischen Wandler-Anordnung mit dem Filter zugeordneten, einstellbaren Gewichtungseinheiten wirkverbunden sind.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 7-11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei optischen Messkanäle auf einen gemeinsamen optoelektrischen Wandler der Anordnung wirken und die Filter zeitsequentiell betrieben werden.

13.

Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12 für die In-line-Untersuchung von Blutproben in Blutprobenröhrchen.