CN112083178A - 用于光学监控待移液的液体的剂量分配的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于光学监控自动分析单元的待移液的液体的剂量分配的设备(1)。该设备包括：包括用于将液体移液的移液针的剂量分配装置(2)；用于照亮附着到移液针的液体的液滴(4)的照明装置(3)；具有一组光学器件以捕获液体的液滴(4)的图像的相机(5)；以及用于通过自动分析液体的液滴(4)的图像来表征液体的液滴(4)的评估装置(6)。

Description

用于光学监控待移液的液体的剂量分配的设备

技术领域

本发明涉及一种用于光学监控自动分析单元的待移液的液体的剂量分配的设备。

背景技术

当今在自动分析单元(也称为体外诊断系统)中大量地自动进行用于确定体液样品或其他生物样品中生理参数的多种测试和分析方法。

现代分析单元能够对一种样品进行广范围的检测反应和分析。为了自动进行多项检查，需要用于空间传递测量池、反应容器和试剂容器的各种装置，诸如具有夹持器功能的传递臂、传送带或旋转运输轮，以及用于传递液体的装置，诸如移液装置。该装置包括控制单元，该控制单元使用适当软件能够在很大程度上自动地计划和处理用于所期望分析的工作步骤。

在此类自动分析单元中使用的许多分析技术都是基于光学方法。这些方法实现对分析物，即样品中要检测或确定的物质进行定性和定量测试。临床相关参数(诸如分析物的浓度或活性)的确定通常是通过将样品的一部分与一种或多种测试试剂在反应容器(其也可以是测量池)中混合来进行的，这是例如引发生物化学反应或特异性结合反应，从而引起化验的光学或其他物理性质发生可测量变化的过程。

例如，在用于检查生物体液的自动分析单元中，例如，使用具有移液针的移液装置将所需试剂放入测量试管中。使用作为机器人站的一部分的机械臂，通过自动分析单元内的试管夹持器将测量试管自动移动到不同位置。测量后，将使用的测量试管通过废料槽运输到废料容器中进行处置。

在自动分析单元中，该过程通常涉及以非常少的量运输液体。这例如通过机动化的可移位移液管来进行，其中移液管由电机驱动的泵操作。

泵在液体输送期间生成限定的过压，并且在流体收集期间生成限定的负压。移液管充满了不可压缩的系统流体，以确保在移液管的尖端以最小的损失重现由泵指定的压力条件或压力变化，因此确保高水平的移液精度。

在诸如用于自动分析体外样品的诊断分析仪之类的医疗装置中，通过移液管进行的液体剂量分配和液滴分配的错误会导致测量结果不准确和不正确的测量结果。液滴分配中的此类错误是由例如在剂量分配单元处的不正确剂量分配引起的。

到目前为止，通常使用电容式测量来确定在待由移液器剂量分配的液体的分配期间或将移液针浸入被移液的液体中时所移液的流体量，以检测由于例如剂量分配单元的故障引起的填充液位的任何偏差，从而在自动分析仪中进行监控和随后的验证。另选地，在待由移液管剂量分配的液体的分配期间执行压力测量。

当分配时，例如将试剂通过移液器分配至器皿中的倾斜壁上以用于最佳地分配非常少量的液体时，有时可能会发生以下情况：没有受控的流体分离，并且流体中的一些或全部会粘在移液针上并且无法正确分配。在这种情况下，甚至电容式测量或压力测量也难以实现，因为由于没有接地，所以没有反电极。液体沿倾斜壁向下流动并因此不再与移液管接触。因此，对于单个剂量分配操作，以前不可能随后检查改变后的填充液位，并因此无法验证剂量分配单元的正确运作。

因此，来自现有技术的设备并不总是允许可靠地监控自动分析单元中移液的液体的剂量分配。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于监控自动分析单元的移液流体的剂量分配的改进设备和改进方法。

根据本发明，该目的通过以下描述的目的和方法来实现。

已经发现，可以通过使用相机视觉地监控剂量分配过程并评估附着到移液针的液体的液滴的图像并然后相应地表征液滴，来实现一种用于监控自动分析单元的待移液液体的剂量分配的改进设备。通常通过相关联的泵送系统的活塞的驱动电机的适当自动运行的监控器来监控剂量分配本身。然而，这不能用来指示例如实际上是否已经分配了待移液的液体的全部体积，例如分配到反应器皿中，以及是否已正确地进行剂量分配，或是否仍有大量残留的液体被卡住，例如被卡到移液针的尖端。光学监控的优点在于可以高精度监控剂量分配过程。监控是非接触的并且与剂量分配过程无关，因此避免了干扰变量和不准确度，例如由于在电容式液位测量中移液针从液体中出来时由于薄片分离而产生的干扰和不准确度。在其中分配单个液体量并且其中不可能进行电容式测量的剂量分配过程中，例如由于周围的介质不是液体，根据本发明的设备首次实现了对所执行的实际剂量分配过程的精确监控。针对监控剂量分配过程也获得了类似的优点，在该剂量分配过程中，将液体分配到倾斜壁上并因此液体的液滴可以沿壁向下滑落。

特别地，本发明的主题是一种用于光学监控自动分析单元的待移液的液体的剂量分配的设备，该设备包括：

剂量分配装置，其包括用于将液体移液的移液针；用于照亮附着到移液针的液体的液滴的照明装置；具有一组光学器件以捕获液体的液滴的图像的相机；以及用于通过自动分析液体的液滴的图像来表征液体的液滴的评估装置。

优选地，评估设备包括一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)和/或计算机，其中计算机优选地包括一个或多个用于图像处理的图形卡。

相机优选地连接至计算机和/或FPGA和/或微控制器或其他合适的数据处理机。

优选地，根据本发明的设备包括触发装置，该触发装置可以将触发信号传输到相机以捕获液体的液滴的图像和/或传输到评估装置以用于表征液体的液滴。优选地，可以通过触发信号开始连续或准连续的图像记录或评估。

优选地，触发装置包括挡光板(例如叉式挡光板)和/或距离传感器，其中，距离传感器优选地通过飞行时间测量和/或三角测量来确定距离。优选地，距离传感器也可以是超声波距离传感器、感应距离传感器和/或基于可变光通量的距离传感器。

触发信号可以优选地通过触发装置响应于一件设备的移动而被启动。该设备可以是例如试管和/或移液针。该设备优选是自动分析单元的一部分。

在另一个优选的实施方式中，触发信号也可以例如经由一设备产生，该设备继而控制另一个设备的移动。

触发装置优选地包括例如电子和/或光学部件，其用于触发操作，优选是开关操作。

在优选的设计中，照明装置包括环形照明器。

在另一个优选的设计中，环形照明器布置在相机和/或光学器件上。

在另一个优选的设计中，照明设备包括反射镜。优选地，该反射镜被布置成使得可以使用相机的光学器件经由反射镜对液体的液滴进行成像。

在另一个优选的设计中，照明设备包括分束器。优选地，分束器被布置成使得可以使用相机的光学器件经由分束器对液体的液滴进行成像。液体的液滴的照明通过使用分束器的照明装置有利地耦合。

在另一个优选的设计中，照明装置包括至少一个光源，优选地包括一个以上的光源，特别优选地包括三个光源。

本发明的另一主题是一种方法，该方法用于优选地使用根据本发明的用于光学监控待移液的液体的剂量分配的设备，通过获取液体的液滴的图像来光学监控自动分析单元的待移液的液体的剂量分配，该方法包括以下步骤：

-使用剂量分配装置通过移液对液体进行剂量分配，

-在剂量分配完成后，使用照明装置照亮附着到移液针的液体的液滴，

-使用光学元件和相机获取液体的液滴的图像，

-通过评估装置以及自动分析液体的液滴的图像来表征液滴。

优选地，通过来自触发装置的触发信号来启动液滴的图像的获取，该触发信号由触发装置传输到相机。另选地，也可以独立于触发信号、连续地执行获取。

优选地，通过来自触发装置的触发信号来启动借助于评估装置的液滴的表征，该触发信号由触发装置传输到评估装置。另选地，也可以独立于触发信号、连续地执行液滴的表征。

优选地，可以通过触发信号开始连续的或准连续的图像记录或评估。优选地进行图像记录和/或评估，直到另一个触发信号触发对应的终止，或者直到经过了预定的时间段为止。

优选地，响应于一件设备的移动，通过触发装置来启动触发信号。该设备可以是例如试管和/或移液针。该设备优选是自动分析单元的一部分。

在另一个优选实施方式中，触发信号经由一装置生成，该装置继而控制另一个装置的移动。

在该方法的优选实施方式中，液体的液滴的表征包括确定液滴的轮廓。

在该方法的另一个优选实施方式中，液体的液滴的表征包括确定液滴的体积。

在该方法的另一个优选实施方式中，液体的液滴的体积的确定包括关于液滴的对称性的至少一个假设。优选地，假设液滴是关于至少一个旋转轴线对称的。

在该方法的另一个优选实施方式中，液体的液滴的表征包括无接触地检测液滴中的液体量。优选地，所检测的液滴中的液体量还被用于确定是否正确地执行液体的剂量分配和/或确定剂量分配的质量，这优选地通过评估装置来进行。例如，如果检测到的液体体积超过预定义的绝对极限或预定义的可变极限(其取决于例如待移液的液体量)，则液体剂量分配没有正确进行；否则，它已正确进行。如果没有以适当的方式进行剂量分配，则有利地自动执行剂量分配过程的适当表征，并且例如，经由监控器或纸质打印输出上的对应显示将其传达给实验室人员。可替代地，例如，对应的测量过程也可以自动中止和重新起动。

可替代地，将所检测的液滴的液体量有利地用作校正值，并且通过从计划剂量中减去所检测的液滴中的液体量来确定所进行的实际剂量分配。可选地，然后可以有利地进行适当的附加剂量分配，这增加了丢失量的液体。这样做的优点是避免和/或可以这样识别不正确的测量。

在该方法的优选实施方式中，确定液体剂量分配是否正确进行和/或剂量分配的质量是通过机器学习来实现的和/或包括使用机器学习系统。

在优选实施方式中，首先通过称量对应的液体量，然后使用多个液滴的图像数据进行比较，来确定附着到移液针的液滴的体积。图像数据包括液滴的图像。因此优选预先进行校准。优选地，这之后是使用机器学习为液体的剂量分配来指定适当的质量。

优选地，借助于根据本发明的设备部分地或完全地执行根据本发明的方法。优选地，这涉及使用根据本发明的设备捕获液体的液滴的图像。

本发明的另一个主题是一种分析单元，该分析单元包括根据本发明的上述设备，其用于光学监控待移液的液体的剂量分配和/或其被配置为使得其可以执行根据本发明的方法。分析单元还有利地包括自动试管夹持器和/或自动移液器。

本发明的另一个主题是根据本发明的设备用于在自动分析单元中光学地监测要移液的液体的剂量分配的应用，其中自动分析单元优选地包括自动试管夹持器和/或自动移液器。

为了本发明的目的，“样品”是指假定包含要检测的物质(分析物)的材料。特别地，术语“样品”涵盖人或动物的生物流体，诸如血液、血浆、血清、痰、渗出液、支气管肺泡灌洗液、淋巴液、滑液、精液、阴道粘液、粪便、尿液、CSF，而且涵盖适当准备的组织或细胞培养样品，例如通过均质或细胞裂解进行光度分析，优选是浊度分析。另外，例如，蔬菜来源的液体或组织、法医样品、水和污水样品、食品、药品也可以用作样品，其在分析之前可能需要对其进行适当的预处理。

定量测试测量样品中分析物的量、浓度或活性。术语“定量测试”还包括半定量方法，该方法只能测量样品中分析物的近似的量、浓度或活性，或只能用于指示相对的量、浓度或活性。定性测试是样品中分析物的存在或不存在的检测，或样品中分析物的量、浓度或活性高于或低于一个或多个特定阈值的指示。

例如，测量试管是由玻璃、塑料或金属制成的试管或反应器皿。测量试管有利地由光学透明的材料制成，这在使用光学分析方法时可以是特别有利的。

术语“测量试管”和“试管”可互换使用，并且指代相同对象。

术语“分析单元”和“分析仪”在此可互换使用，并且指代相同对象。

液体的液滴是可以以例如液体的膜的形式，类似于灯泡形状的形状或呈球形的液体液滴形式存在的一定量的液体。液体的量优选地涉及非常少量的液体，其可以例如在1至100微升的范围内，优选在5至10微升的范围内。

相机优选地包括数字记录装置，该数字记录装置包括电荷耦合装置(CCD)芯片或多个CCD芯片。该数字记录装置特别优选地基于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术和/或包括CMOS芯片。相机还可以优选地是数字记录装置。

附图说明

现在将参考附图更详细地描述本发明的示例。在附图中：

图1、图2、图3和图4示意性地示出用于光学监控自动分析单元的待移液的液体的剂量分配的设备的不同有利实施方式的结构。

具体实施方式

在所有附图中，等同的部件均标有相同的参考标号。

根据图1至图4的设备(1)被嵌入在未详细示出的分析单元中，该分析单元被设计为执行样品的广范围分析。为此，自动分析单元除了包括用于分析的自动评估的控制单元和用于通过液体的液滴(4)的图像的自动评估来表征附着到剂量分配装置(2)的液体的液滴(4)的评估装置(6)之外，还包括多个未示出的移液装置和运输装置。每个设备(1)被设计用于光学监控自动分析单元的待移液的液体的剂量分配。

在图1所示的设备(1)的实施方式中，通过剂量分配装置(2)将液体的液滴(4)移液。液滴(4)附着到移液针的尖端。在液滴(4)的下方布置了具有一组光学器件的相机(5)。通过照明装置(3)从下方以一角度直接照亮该液滴，其中该照明装置(3)包括光源(10)。

在图2所示的设备(1)的实施方式中，通过剂量分配装置(2)将液体的液滴(4)移液。液滴(4)附着到移液针的尖端。在液滴(4)的高度处，具有光学系统的相机(5)被布置在一侧。通过照明装置(3)从侧方照亮该液滴，该照明装置被设计为环形照明器(7)。该环形照明器(7)被布置在相机(5)的光学器件上。

在图3所示的设备(1)的实施方式中，通过剂量分配装置(2)将液体的液滴(4)移液。液滴(4)位于移液针的尖端。在液滴(4)的高度的稍下方，具有一组光学器件的相机(5)被布置在一侧。通过照明装置(3)从侧方照亮液滴，该照明装置包括布置在相机(5)的光学系统上的环形照明器(7)和两个其他光源(10)。环形照明器(7)和两个其他光源(10)都直接照亮液滴(10)。此外，光学反射镜(8)以与相机(5)的光轴成一角度的方式位于液滴(4)下方。经由反射镜(8)通过相机(5)的光学器件对液滴成像。

在图4所示的设备(1)的实施方式中，通过剂量分配装置(2)将液体的液滴(4)移液。液滴(4)附着到移液针的尖端。在液滴(4)的高度，具有光学系统的相机(5)被定位在一侧。分束器(9)被布置在液滴(4)与相机(5)之间。在分束器(9)的上方，设置有照明装置(3)，其包括光源(10)。从光源发出的光通过分束器(9)偏转，并沿相机(5)的光轴撞击液滴(4)并照亮液滴。使用相机的光学器件通过分束器(9)将液滴(4)成像。

参考标号列表

1设备

2剂量分配装置

3照明装置

4液滴

5相机

6评估装置

7环形照明器

8反射镜

9分束器

10光源。

Claims (19)

1.一种用于光学监控自动分析单元的待移液的液体的剂量分配的设备(1)，所述设备包括：

包括用于将所述液体移液的移液针的剂量分配装置(2)，

用于照亮附着到所述移液针的所述液体的液滴(4)的照明装置(3)，

具有一组用于捕获所述液体的所述液滴(4)的图像的光学器件的相机(5)，

用于通过自动分析所述液体的所述液滴(4)的所述图像来表征所述液体的所述液滴(4)的评估装置(6)。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述照明装置包括环形照明器(7)。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述环形照明器(7)位于所述相机(5)和/或所述光学器件上。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述照明装置包括反射镜(8)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述照明装置包括分束器(9)。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述照明装置包括至少一个光源(10)。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述照明装置包括至少三个光源(10)。

8.一种用于通过获取液体的液滴(4)的图像来光学监控自动分析单元的待移液的液体的剂量分配的方法，所述方法包括以下步骤：

通过使用剂量分配装置(2)来移液，实现所述液体的剂量分配，

在所述剂量分配完成后，使用照明装置(3)照亮附着到移液针的液体的液滴(4)，

使用一组光学器件和相机(5)来获取所述液体的所述液滴(4)的所述图像，

通过评估装置(6)和液体的所述液滴(4)的所述图像的自动分析来表征所述液滴(4)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述液体的所述液滴(4)的所述表征包括确定所述液滴(4)的轮廓。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述液体的所述液滴(4)的所述表征包括确定所述液滴(4)的体积。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述液体的所述液滴(4)的所述体积的确定包括关于所述液滴(4)的对称性的至少一种假设。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，假设所述液滴的关于至少一个旋转轴线的对称性。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其中，通过所述液体的所述液滴(4)的所述表征，以非接触方式检测所述液滴(4)中的液体量。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述液滴中的所检测的液体量用于确定是否正确地执行所述液体的剂量分配和/或确定所述剂量分配的质量。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，通过所述评估装置(6)来确定是否正确地执行所述液体的剂量分配和/或确定所述剂量分配的质量。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述确定是通过机器学习进行的和/或包括使用机器学习系统。

17.根据权利要求8至16中任一项所述的方法，其中，通过根据权利要求1至7中任一项所述的设备(1)来获取所述液体的所述液滴(4)的所述图像，和/或通过根据权利要求1至7中任一项所述的设备(1)来执行整个方法。

18.一种自动分析单元，其中，所述自动分析单元包括根据权利要求1至7中任一项所述的设备(1)和/或被配置为使得能够执行根据权利要求8至17中任一项所述的方法，所述自动分析单元具有自动试管夹持器和/或自动移液器。

19.根据权利要求1至7中任一项所述的设备(1)和/或根据权利要求8至17中任一项所述的方法在自动分析单元中的应用，所述自动分析单元包括自动试管夹持器和/或自动移液器。

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