CN112948765A - 用于确定在第一组分和第二组分之间的水平延伸界面的竖直位置的方法和设备 - Google Patents

用于确定在第一组分和第二组分之间的水平延伸界面的竖直位置的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于确定在第一组分（2）和第二组分（3）之间的水平延伸界面（1）的竖直位置（z_pv）的方法和设备，其中，第一组分和第二组分被包含在实验室样品容器（4）中成彼此竖直地分离的层状，该方法包括以下步骤：‑生成第一数据，其中，所述第一数据取决于水平延伸界面的竖直位置，‑生成第二数据，所述第二数据呈实验室样品容器的图片数据的形式，‑响应于第一数据来确定第一概率分布函数（f1），‑响应于第二数据来确定第二概率分布函数（f2），其中，第一概率分布函数和第二概率分布函数分别将水平延伸界面的存在的概率指定给竖直位置（z），以及‑取决于第一概率分布函数和第二概率分布函数来确定水平延伸界面的竖直位置。

Description

用于确定在第一组分和第二组分之间的水平延伸界面的竖直 位置的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于确定在第一组分和第二组分之间的水平延伸界面的竖直位置的方法和设备，其中，第一组分和第二组分被包含在实验室样品容器中成彼此竖直地分离的层状。
背景技术
EP 2 770 317 A1公开了一种用于确定在第一组分和至少一个第二组分之间的至少一个界面的竖直位置的设备，所述组分被包括作为在样品容器或样品管中的不同层。
发明内容
本发明的目的是提供用于确定在第一组分和第二组分之间的水平延伸界面的竖直位置的方法和设备，所述方法和设备与现有技术的解决方案相比具有改进的特性。
借助于本发明的发明性方法，可确定在第一组分和第二组分之间的界面的竖直位置。如果实验室样品容器的纵向轴线垂直于水平面（即，当实验室样品容器被排布成使得可处理（例如，移液等）被包含在实验室样品容器中的实验室样品时），则第一组分和第二组分被包含在实验室样品容器中成彼此竖直地分离的层状。
实验室样品容器可被具体实现为常规的透明实验室样品容器或被具体实现为在自动化实验室仪器中使用的实验室样品管。该方法可旨在检测经离心的血液样品的不同层之间的水平界面，诸如血清或血浆层和分离介质层抑或凝血（血细胞）层之间的界面。
该方法包括以下步骤。
生成第一数据，其中，所述第一数据取决于水平延伸界面的竖直位置。第一数据可例如形成为一组数字式数据字符，其中，对于给定的竖直位置，指定该组数字式数据字符中的一个数字式数据字符，该数字式数据字符取决于在该给定的竖直位置处被包含在实验室样品容器中的组分的性质。
生成第二数据，所述第二数据呈包含第一组分和第二组分的实验室样品容器的数字图片数据的形式。图片数据可例如被具体实现为借助于常规的图像传感器生成的原始图片数据，或者可被具体实现为通过压缩原始数据（例如，以jpg格式等）而形成的图片数据。图片数据可包括包含第一组分和第二组分的实验室样品容器的颜色信息。
响应于第一数据来计算第一概率分布函数，其中，该第一概率分布函数将水平延伸界面的存在/出现的概率指定给竖直位置。
响应于第二数据来计算第二概率分布函数，其中，该第二概率分布函数将水平延伸界面的存在的概率指定给竖直位置。为了确定或计算第二概率分布函数，可使用常规的图像处理方法。借助于图像处理方法，例如，可确定第一组分的性质、第二组分的性质、实验室样品容器的性质和/或附接到实验室样品容器的标签/条形码的性质，其中，可基于以下各者来计算或确定第二概率分布函数：第一组分的性质、第二组分的性质、实验室样品容器的性质、和/或附接到实验室样品容器的标签/条形码的性质。
最后，取决于第一概率分布函数并取决于第二概率分布函数来计算水平延伸界面的竖直位置。
根据实施例，通过感测在不同的竖直位置处穿过实验室样品容器的透射率来生成第一数据。针对这种情况，第一数据可例如形成为一组数字式数据字符，其中，对于给定的竖直位置，该组数字式数据字符中的一个数字式数据字符对应于在该给定的竖直位置处的透射率。可针对不同的波长来感测透射率。第一概率分布函数可例如基于EP 2 770 317 A1的公开内容、特别是基于权利要求1和2、图3和图4以及段落[0049]来确定。
根据实施例，通过基于贝叶斯定理、Dempster-Shafer理论和/或卡尔曼滤波对第一概率分布函数和第二概率分布函数进行组合，取决于第一概率分布函数和第二概率分布函数来确定水平延伸界面的竖直位置。在此参考相关的技术文献。
根据实施例，该方法包括以下另外的步骤：提供测试样品容器，其中，第一测试组分和第二测试组分被包含在测试实验室样品容器中成彼此竖直地分离的层状；确定在第一测试组分和第二测试组分之间的水平延伸界面的竖直位置若干次，例如1000次至100000次；确定所确定的竖直位置的第一频数分布；以及响应于第一数据和响应于第一频数分布，来确定第一概率分布函数。第一数据可例如用于基于EP 2 770 317 A1的公开内容来计算在第一组分和第二组分之间的水平延伸界面的可能的竖直位置。然后，通过将第一频数分布定中心在所计算的（假设的）竖直位置处来确定第一概率分布函数。
根据实施例，该方法包括以下另外的步骤：提供测试样品容器，该测试样品容器具有附接到测试样品容器的标签；确定标签的几何性质（例如，标签的一个界限的竖直位置）若干次，例如1000次至100000次；确定所确定的几何性质的第二频数分布；以及响应于第二数据和响应于第二频数分布来确定第二概率分布函数。第二数据可例如用于计算所附接的标签的竖直边界的竖直位置，例如借助于图像处理。然后，第二频数分布可被定中心在所附接的标签的竖直边界的竖直位置处。然后，可将所得函数用于确定第二概率分布函数。
根据实施例，该方法包括以下另外的步骤：提供测试样品容器，该测试样品容器具有附接到测试样品容器的条形码标签；确定条形码标签的几何性质若干次；确定所确定的几何性质的第三频数分布；响应于第二数据和响应于第三频数分布来确定第二概率分布函数。
根据实施例，该方法包括以下另外的步骤：生成包括颜色信息的第二数据，其中，第二概率分布函数是响应于颜色信息而确定的。
根据实施例，该方法包括以下另外的步骤：响应于水平延伸界面的所确定的竖直位置，对第一组分和/或第二组分进行移液。
设备适于确定在第一组分和第二组分之间的水平延伸界面的竖直位置，其中，第一组分和第二组分被包含在实验室样品容器中成彼此竖直地分离的层状，该设备包括：测量单元，其适于生成第一数据，其中，所述第一数据取决于水平延伸界面的竖直位置；数字相机，其适于生成第二数据，所述第二数据呈包含第一组分和第二组分的实验室样品容器的图片数据的形式；处理单元，其适于：响应于第一数据来确定第一概率分布函数，其中，该第一概率分布函数将水平延伸界面的存在的概率指定给竖直位置；响应于第二数据来确定第二概率分布函数，其中，该第二概率分布函数将水平延伸界面的存在的概率指定给竖直位置；以及取决于第一概率分布函数和第二概率分布函数来确定水平延伸界面的竖直位置。
根据实施例，测量单元适于通过感测在不同的竖直位置处穿过实验室样品容器的透射率来生成第一数据。可如在EP 2 770 317 A1中公开的那样、特别地如在EP 2 770 317A1的图1中公开的那样来具体实现测量单元。
根据实施例，该设备适于执行如上文描述的方法。
附图说明
现在将参考附图详细描述本发明，在附图中：
图1a描绘了测试样品容器，其包含成彼此竖直地分离的层状的第一测试组分和第二测试组分，其中，在第一测试组分和第二测试组分之间形成了水平延伸界面，
图1b描绘了图1中所描绘的水平延伸界面的若干所确定的竖直位置的频数分布，
图2a描绘了实验室样品容器，其包含成彼此竖直地分离的层状的第一组分和第二组分，其中，在第一组分和第二组分之间形成了水平延伸界面，其中，标签附接到实验室样品容器，
图2b描绘了第一概率分布函数，其中，第一概率分布函数将图2a中所描绘的水平延伸界面的存在的概率指定给竖直位置，其中，第一概率分布函数是响应于通过感测在不同的竖直位置处穿过实验室样品容器的透射率所生成的第一数据而确定的，
图2c描绘了第二概率分布函数，其中，第二概率分布函数将图2a中所描绘的水平延伸界面的存在的概率指定给竖直位置，其中，第二概率分布函数是响应于第二数据而确定的，所述第二数据呈实验室样品容器的图片数据的形式。
图3a描绘了实验室样品容器，其包含成彼此竖直地分离的层状的第一组分和第二组分，其中，在第一组分和第二组分之间形成了水平延伸界面，其中，标签和条形码标签附接到实验室样品容器，
图3b描绘了第一概率分布函数，其中，第一概率分布函数将图3a中所描绘的水平延伸界面的存在的概率指定给竖直位置，其中，第一概率分布函数是响应于通过感测在不同的竖直位置处穿过实验室样品容器的透射率所生成的第一数据而确定的，
图3c描绘了第二概率分布函数，其中，第二概率分布函数将图3a中所描绘的水平延伸界面的存在的概率指定给竖直位置，其中，第二概率分布函数是响应于第二数据而确定的，所述第二数据呈实验室样品容器的图片数据的形式。
图4a描绘了实验室样品容器，其包含成彼此竖直地分离的层状的第一组分和第二组分，其中，在第一组分和第二组分之间形成了水平延伸界面，其中，标签附接到实验室样品容器，
图4b描绘了第一概率分布函数，其中，第一概率分布函数将图4a中所描绘的水平延伸界面的存在的概率指定给竖直位置，其中，第一概率分布函数是响应于通过感测在不同的竖直位置处穿过实验室样品容器的透射率所生成的第一数据而确定的，
图4c描绘了第二概率分布函数，其中，第二概率分布函数将图4a中所描绘的水平延伸界面的存在的概率指定给竖直位置，其中，第二概率分布函数是响应于第二数据而确定的，所述第二数据呈实验室样品容器的图片数据的形式，以及
图5高度示意性地描绘了用于确定在第一组分和第二组分之间的水平延伸界面的竖直位置的设备。
具体实施方式
图1a描绘了测试样品容器4，即用于训练目的的实验室样品容器，其包含成彼此竖直地分离的层状的第一测试组分2（例如，呈血清或人工等效物形式）和第二测试组分3（呈凝胶形式），其中，在第一测试组分2和第二测试组分3之间形成了水平延伸界面1。
由于图示目的所致，测试样品容器4被描绘为呈水平取向。不言而喻，图1和后面的附图中所描绘的测试样品容器4和实验室样品容器4实际上是竖直地定向的，即，在执行本发明的发明性方法期间，测试容器4的纵向轴线沿表示为z的竖直方向延伸。
基于通过在不同的竖直位置z处感测穿过实验室样品容器4的透射率所生成的数据，来确定水平延伸界面1的竖直位置z_pv。在此参考EP 2 770 317 A1。在不改变测量设置或测试设置的情况下，重复地确定水平延伸界面1的竖直位置z_pv例如1000次，其中，图1b描绘了经重复确定的竖直位置z_pv的所得频数分布FD。
图2a描绘了包含经离心的血液样品的实验室样品容器4，该血液样品包括成彼此竖直地分离的层状的呈血清形式的第一组分2、呈凝胶形式的第二组分4以及呈凝血形式的第三组分10。在第一组分2和第二组分3之间形成了水平延伸界面1，其中，标签5附接到实验室样品容器4。
图2b描绘了第一概率分布函数f1，其中，第一概率分布函数f1将图2a中所描绘的水平延伸界面1的存在的概率P(z)指定给竖直位置z，其中，第一概率分布函数f1是响应于通过感测在不同的竖直位置z处穿过实验室样品容器4的透射率所生成的第一数据而确定的，如例如在EP 2 770 317 A1中所公开的那样。
为了确定或计算第一概率分布函数f1，评估第一数据，其中，提取两个竖直位置z_pv和z_pv2作为可能的界面位置。竖直位置z_pv对应于界面1的真实竖直位置。竖直位置z_pv2对应于标签5的竖直边界的竖直位置，不过与位置z_pv相比具有降低的概率。标签5的竖直边界引起透射的变化，从而潜在地引起出现界面检测假阳性。
在已将两个竖直位置z_pv和z_pv2计算为可能的界面位置之后，图1b中所描绘的频数分布FD分别用在对应位置z_pv和z_pv2处的概率进行加权并被定中心（center）在位置z_pv和z_pv2处。
图2c描绘了第二概率分布函数f2，其中，第二概率分布函数f2将图2a中所描绘的水平延伸界面1的存在的概率指定给竖直位置z，其中，第二概率分布函数f2是响应于第二数据而确定的，所述第二数据呈实验室样品容器及其内容物的图片数据的形式。
借助于图像处理来评估第二数据，该图像处理提取界面1的竖直位置z_pv和标签5的竖直边界的竖直位置z_pv2。描述在提取界面1的位置和标签的几何性质时的变化的频数分布分别用在对应位置z_pv和z_pv2处的概率进行加权并被定中心在位置z_pv和z_pv2处。最后，将这些值变换为对应的概率。在位置z_pv的范围内，水平延伸界面1的存在的概率为正，其在位置z_pv处具有最大值。在位置z_pv2的范围内，水平延伸界面1的存在的概率为负，其在位置z_pv2处具有最小值。不言而喻，函数f2的负值不表示负概率（negativeprobabilities）。相反，负值是表示不太可能的界面位置的算术值。
为了最终确定水平延伸界面1的竖直位置z_pv，例如基于贝叶斯定理来对第一概率分布函数f1和第二概率分布函数f2进行组合。
例如，使用Gauß分布作为概率分布函数，根据与各个测量值（第一数据和第二数据）σi的各个标准差来将组合的标准差σcomb计算为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，n是所使用的Gauß分布或传感器的数量。因此，也可以使用n>2个传感器或来自图像处理设备的分布以减少测量的不确定性。
由于基于两个不同的概率分布函数f1和f2来确定水平延伸界面1的竖直位置z_pv（其中，概率分布函数f1和f2是基于不同的传感器），因此可以实现高性能的传感器融合（fusion），从而提供与仅使用一种传感器（即，基于透射的传感器或基于相机的传感器）的解决方案相比更可靠的界面检测。
在图3a/b/c中所描绘的实施例中，附加的条形码标签6附接到实验室样品容器4。如上文提到的，计算第一概率分布函数f1。借助于图像处理来检测条形码标签6，其中，第二概率分布函数f2表示出在条形码标签6的范围内的不太可能的概率。
例如，将具有负值的规范化Gauß分布放置成使中心在条形码的中心且使3 σ宽度具有条形码的宽度。负Gauß分布可以被规范化为在0.1和0.8之间、特别是0.3或0.5的值。该值可以从所生成的模型中推导出，即取决于标签边缘与血清分离部/空气界面重合的频数。替代地，可以沿着条形码区域指定具有在0和1之间（特别是0.5、0.75或0.9）的值的恒定负概率。
在图4a/b/c中所描绘的实施例中，附加地基于第二数据中的颜色信息来生成第二概率分布函数f2。如所描绘的，如果不发生颜色变化，则界面的出现的可能性降低。
另外，可以将不同的概率指定给不同的颜色变化。例如，对于空气（透明）和血清（例如，淡黄色）之间的颜色变化，可以将根据测量原理的分辨率（例如，相机分辨率）的正概率分布指定给界面。同样在血清和分离介质（几乎是白色或蓝色或分离介质具有的无论什么颜色）之间，正概率分布可以被指定为围绕颜色变化被定中心（center）。可以通过对整个管进行图像处理来识别分离介质的颜色，图像处理通过以下步骤进行：根据管的长度与宽度和帽的外形与颜色以及管内部的液体颜色中的一者或几者或全部来识别管的类型。另一方面，负分布被指定给分离介质和血块（深红色）之间的颜色变化。
图5描绘了用于执行如上文描述的方法的设备。
设备100包括测量单元7a/b、8a/b，该测量单元适于生成呈传输数据形式的第一数据，其中，所述第一数据取决于水平延伸界面1的竖直位置z_pv。
设备进一步包括相机8，该相机适于生成第二数据，所述第二数据呈包含第一组分2和第二组分3的实验室样品容器4的图片数据的形式。
设备进一步包括适于执行本发明的发明性方法的处理单元9。

Claims (11)

1.一种用于确定在第一组分（2）和第二组分（3）之间的水平延伸界面（1）的竖直位置（z_pv）的方法，其中，所述第一组分（2）和所述第二组分（3）被包含在实验室样品容器（4）中成彼此竖直地分离的层状，所述方法包括以下步骤：
-生成第一数据，其中，所述第一数据取决于所述水平延伸界面（1）的竖直位置（z_pv），
-生成第二数据，所述第二数据呈包含所述第一组分（2）和所述第二组分（3）的所述实验室样品容器（4）的图片数据的形式，
-响应于所述第一数据来确定第一概率分布函数（f1），其中，所述第一概率分布函数（f1）将所述水平延伸界面（1）的存在的概率指定给竖直位置（z），
-响应于所述第二数据来确定第二概率分布函数（f2），其中，所述第二概率分布函数（f2）将所述水平延伸界面（1）的存在的概率指定给竖直位置（z），以及
- 取决于所述第一概率分布函数（f1）和所述第二概率分布函数（f2）来确定所述水平延伸界面（1）的竖直位置（z_pv）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
-通过感测在不同的竖直位置（z）处穿过所述实验室样品容器（4）的透射率来生成所述第一数据。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
-通过基于以下各者对所述第一概率分布函数（f1）和所述第二概率分布函数（f2）进行组合，来执行取决于所述第一概率分布函数（f1）和所述第二概率分布函数（f2）来确定所述水平延伸界面（1）的竖直位置（z_pv）的步骤：
-贝叶斯定理，和/或
-Dempster-Shafer理论，和/或
-卡尔曼滤波。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-提供测试样品容器（4），其中，第一测试组分（2）和第二测试组分（3）被包含在所述测试实验室样品容器（4）中成彼此竖直地分离的层状，
-确定在所述第一测试组分（2）和所述第二测试组分（3）之间的水平延伸界面（1）的竖直位置（z_pv）若干次，
-确定所确定的竖直位置（z_pv）的第一频数分布（FD），以及
-响应于所述第一数据和响应于所述第一频数分布（FD），来确定所述第一概率分布函数（f1）。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-提供测试样品容器（4），所述测试样品容器具有附接到所述测试样品容器（4）的标签（5），
-确定所述标签（5）的几何性质若干次，
-确定所确定的几何性质的第二频数分布，以及
-响应于所述第二数据和响应于所述第二频数分布来确定所述第二概率分布函数（f2）。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-提供测试样品容器（4），所述测试样品容器具有附接到所述测试样品容器（4）的条形码标签（6），
-确定所述条形码标签（6）的几何性质若干次，
-确定所确定的几何性质的第三频数分布，以及
- 响应于所述第二数据和响应于所述第三频数分布来确定所述第二概率分布函数（f2）。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-生成包括颜色信息的所述第二数据，
-其中，所述第二概率分布函数（f2）是响应于所述颜色信息而确定的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-响应于所述水平延伸界面（1）的所确定的竖直位置（z_pv），对所述第一组分（2）和/或所述第二组分（3）进行移液。
9.一种用于确定在第一组分（2）和第二组分（3）之间的水平延伸界面（1）的竖直位置（z_pv）的设备（100），其中，所述第一组分（2）和所述第二组分（3）被包含在实验室样品容器（4）中成彼此竖直地分离的层状，所述设备（100）包括：
-测量单元（7a/b、8a/b），其适于生成第一数据，其中，所述第一数据取决于所述水平延伸界面（1）的竖直位置（z_pv），
-相机（8），其适于生成第二数据，所述第二数据呈包含所述第一组分（2）和所述第二组分（3）的所述实验室样品容器（4）的图片数据的形式，以及
-处理单元（9），其适于：
-响应于所述第一数据来确定第一概率分布函数（f1），其中，所述第一概率分布函数（f1）将所述水平延伸界面（1）的存在的概率指定给竖直位置（z），
-响应于所述第二数据来确定第二概率分布函数（f2），其中，所述第二概率分布函数（f2）将所述水平延伸界面（1）的存在的概率指定给竖直位置（z），以及
-取决于所述第一概率分布函数（f1）和所述第二概率分布函数（f2）来确定所述水平延伸界面（1）的竖直位置（z_pv）。
10.根据权利要求9所述的设备（100），其特征在于
-所述测量单元（7a/b、8a/b）适于通过感测在不同的竖直位置（z）处穿过所述实验室样品容器（4）的透射率来生成所述第一数据。
11.根据权利要求9或10所述的设备（100），其特征在于
-所述设备（100）适于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
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