CN115210551A - 平面样本运输的紧凑型临床诊断系统 - Google Patents

Abstract

一种临床诊断系统提供至少一个生化分析器和具有一个或多个用于临床样本的载体的轨道，其中轨道和载体被配置成实现载体在水平平面内的运动，并且生化分析器被布置在轨道和一个或多个载体的上方。

Description

平面样本运输的紧凑型临床诊断系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年3月17日提交的题为“具有平面样本运输的紧凑型临床诊断系统”的美国临时专利申请号62/990,684的权益，该申请的公开内容出于所有目的通过引用整体结合于此。

技术领域

本发明涉及一种临床诊断系统，包括一个或多个分析器和具有一个或多个载体的轨道，其中轨道和载体被配置成实现载体在水平平面内的运动。

背景技术

现有技术中已知包括用于在水平平面中沿着预设路径运输样本容器的轨道的临床诊断系统。通常预设路径是单轨道的，并且样本通常仅在一个方向上移动。

US 9,239,335 B2涉及一种实验室样本分配系统，该系统包括多个样本容器载体，每个载体包括至少一个永磁体。多个固定的电磁致动器布置在运输平面下方。电磁致动器通过向样本容器载体施加磁力来沿着输送平面移动容器载体。该系统还包括至少一个转移装置，用于在运输平面和分析站之间转移样本容器载体、样本容器或样本。

自动化临床诊断系统已经提高了医学测试的多功能性、范围和可负担性。为了应对不断扩大的医疗测试需求，需要提高临床诊断系统的效率。

发明内容

在第一实施例中，临床诊断系统包括一个或多个分析器和具有一个或多个载体的轨道，其中轨道和载体被配置成实现载体在水平平面内的运动，并且至少一个分析器被布置在轨道和所述一个或多个载体的上方。载体可以在水平平面中或多或少地自由移动，而不限于单个轨道系统或在轨道上仅沿一个方向移动。

在第二实施例中，一种用于自动化生化分析的方法包括以下步骤：

（a）提供包括一个或多个分析器和具有一个或多个载体的轨道的临床诊断系统，其中轨道和载体被配置成实现在水平平面内的载体运动，并且所述至少一个分析器被布置在轨道和所述一个或多个载体上方；

（b）将带有临床样本的一个或多个容器安置在所述至少一个载体上；

（c）配准所述至少一个容器相对于临床诊断系统的位置和取向；

（d）将载体移动到其中所述至少一个容器布置在分析器下方的位置；

（e）将临床样本转移到分析器；以及

（f）对临床样本执行生化分析。

附图说明

图1描绘了临床诊断系统的示意性侧视图，该系统包括在轨道上方的水平平面内移动的样本容器的载体。

图2图示了一种临床诊断系统，其具有位于布置在分析器下方的轨道上的多个样本载体。

图3A和3B示出了载体和安置在其上的具有样本容器的搁架的透视和远心平面图。

图4A-4D图示了使用机械对准器将带有样本容器的错位的搁架相对于载体的对准。

具体实施方式

本发明的一个目的是提供一种临床诊断系统，该系统提供了高的样本通量，同时减小了占地面积和复杂性。

该目的通过一种临床诊断系统来实现，该临床诊断系统包括一个或多个分析器和具有一个或多个载体的轨道，其中轨道和载体被配置成实现在水平平面内的载体运动，并且所述至少一个分析器被布置在轨道和所述一个或多个载体的上方。

本发明的有利实施例的特征在于：

–临床诊断系统包括电子自动化系统；

–电子自动化系统包括一个或多个数字处理器；

–电子自动化系统包括电子存储器；

–电子自动化系统包括电子存储的自动化程序；

–电子自动化系统包括电子载体运动控制系统，其被配置成检测所述一个或多个载体中的每一个的位置；

–电子自动化控制系统被配置成用于工作流程优先化；

–电子自动化控制系统被配置成用于工作流程优化；

–自动化控制程序包括人工神经网络，该网络使用在临床诊断系统安装基座的操作期间收集的工作流程数据针对工作流程优化进行训练；

–自动化控制程序包括人工神经网络，该网络使用由临床诊断系统的蒙特卡罗模拟生成的工作流程数据针对工作流程优化进行训练；

–临床诊断系统包括一个或多个装载器；

–临床诊断系统包括用于生化试剂的一个或多个供应站；

–一个或多个装载器布置在轨道和所述一个或多个载体上方；

–一个或多个供应站布置在轨道和所述一个或多个载体上方；

–所述至少一个分析器、装载器或供应站的上轨道表面和下静态部分之间的最小竖直间隙≥ 50 mm、≥ 100 mm、≥ 150 mm、≥ 200 mm、≥ 250 mm或≥300mm；

–临床诊断系统的参考坐标系具有坐标轴

，以及

；

–临床诊断系统的参考坐标系具有坐标轴

并且

，其中坐标轴

平行于竖直方向；

–临床诊断系统的参考坐标系具有原点向量

；

–临床诊断系统的参考坐标系以米、毫米、微米或英寸为单位进行校准；

–轨道具有基本上平行于参考坐标轴

和

所跨越的平面的上表面；

–轨道具有上表面法向向量

，其中，

，该法向向量

基本上平行于坐标轴

，使得

；

–轨道和载体被配置成在上轨道表面上方的水平平面内的选定连续位置处实现载体运动和定位；

–轨道和载体被配置成在水平平面内的选定连续位置处实现载体运动和定位，该水平平面具有法向向量

，其中，

，法向向量

基本上平行于坐标轴

，使得

–轨道由一个或多个轨道模块组成；

–轨道由平铺的轨道模块组成；

–轨道由平铺的轨道模块组成，轨道模块具有无缝连结的上表面；

–轨道由一个或多个轨道模块组成，轨道模块具有矩形、等边三角形或等边六边形形状的上表面；

–上轨道表面覆盖由矩形、等边三角形或等边六边形组成的连接区域；

–上轨道表面覆盖简单、双重、三重或多重连接的区域；

–轨道和载体被配置成实现横向精度≤ 1000 μm、≤ 100 μm、≤ 10 μm或≤ 2 μm的载体定位，；

–轨道和载体被配置成实现横向重复性≤ 1000 μm、≤ 100 μm、≤ 10 μm或≤ 2μm的载体定位；

–轨道和载体被配置成实现载体绕竖直轴的旋转；

–轨道和载体被配置成实现载体绕轴

的旋转，其中

，轴

基本上平行于参考坐标轴

，使得：

；

–轨道和载体被配置成实现载体绕竖直轴的旋转选定的连续旋转角度；

–轨道和载体被配置成实现载体绕轴

的旋转选定的连续旋转角度，其中

，轴

基本上平行于参考坐标轴，使得

；

–轨道和载体被配置成在轨道的上表面上方实现磁性载体悬浮；

–轨道和载体被配置成在轨道上表面上方以竖直间隙D实现磁性载体悬浮，其中0.5mm≤D≤10mm；

–轨道和载体被配置成在轨道上表面上方以空气间隙D实现磁性载体悬浮，其中0.5mm≤D≤10mm；

–轨道和载体被配置成在轨道上表面上方的水平平面内实现磁悬浮和载体运动；

–轨道和载体被配置成确定载体的重量；

–轨道和载体被配置成测量载体的重量，并确定载体是空的还是承载有效载荷；

–轨道被配置成产生恒定或调制磁场；

–轨道被配置成产生时间和/或空间调制的磁场；

–轨道被配置成产生时间和/或空间调制的磁场，并且由此在一个或多个载体上施加水平指向的磁力；

–轨道包括多个电磁感应器；

–轨道包括多个电磁线圈；

–轨道包括多个磁场传感器；

–轨道包括多个霍尔传感器；

–轨道包括电适配器，该电适配器被配置成用于从外部源向所述多个电磁感应器中的每一者供应电力；

–轨道包括电适配器，该电适配器被配置成从外部源向所述多个电磁线圈中的每一者供应电力；

–轨道包括电子载体运动控制系统，该电子载体运动控制系统被配置成调制所述多个电磁感应器的每一者中的电流；

–轨道包括电子载体运动控制系统，其被配置成调制所述多个电磁线圈的每一者中的电流；

–每个磁场传感器都电连接到电子载体运动控制系统；

–每个磁场传感器的输出到电连接到电子载体运动控制系统；

–电子载体运动控制系统包括数字处理器；

–电子载体运动控制系统包括电子存储器；

–电子载体运动控制系统被配置成基于所述多个磁场传感器的输出信号来检测所述一个或多个载体中的每一者的位置；

–电子载体运动控制系统配置成检测所述一个或多个载体的位置，其中横向精度≤ 1000µm、≤ 100µm、≤ 10µm或≤ 2µm；

–电子载体运动控制系统包括电子存储的运动控制程序，所述运动控制程序被配置成用于载体路线规定；

–电子载体运动控制系统被配置成防止载体碰撞；

–电子载体运动控制系统被配置成用于载体路线规定的优化；

–电子载体运动控制系统被配置成确定载体的重量；

–电子载体运动控制系统配置成测量载体的重量，并确定载体是空的还是承载有效载荷；

–每个载体包括一个或多个永磁体；

–每个载体包括一个或多个永磁体组件；

–每个载体包括一个或多个Halbach阵列；

–每个载体包括四个矩形Halbach阵列；

–分析器、装载器或供应站中的至少一者包括轨道和致动器，该致动器被配置成实现致动器运动并定位在具有基本上垂直于竖直方向的法向向量

的平面内的选定连续位置处；

–分析器、装载器或供应站中的至少一者包括轨道和致动器，诸如机器人吸移管管理器或机器人操纵器，机器人操纵器被配置成在具有基本垂直于竖直方向的法向向量

的平面内实现致动器运动以及在选择的连续位置处的定位；

–分析器、装载器或供应站中的至少一者包括轨道和致动器，该致动器被配置成实现致动器运动以及在具有法向向量

的平面内的选定连续位置处的定位，其中

，法向向量

基本上垂直于竖直方向，使得

；

–分析器、装载器或供应站中的至少一者包括轨道和致动器，该致动器被配置成实现磁悬浮和致动器在具有基本上垂直于竖直方向的法向向量

的平面内的运动；

–至少一个载体包括一个或多个光学对准标记；

–至少一个载体包括一个或多个光学对准标记，该光学对准标记包括一个或多个成形为矩形条纹、十字形或圆形的图案；

–至少一个载体包括由聚合物材料、金属、玻璃或陶瓷制成的盖板；

–至少一个载体包括由聚合物材料、金属或陶瓷制成的涂层膜；

–至少一个载体的上表面配备有一个或多个凸状突起，用于机械对准用于保持样本或反应物容器的搁架；

–至少一个载体的上表面配备有具有具有圆锥形或圆柱形形状的一个或多个凸状突起，用于机械对准具有下表面的搁架，该下表面配备有一个或多个与其形状配合的凹槽；

–一个或多个载体配备有搁架，搁架被配置成保持一个、两个、三个或更多个用于临床样本流体和/或生化反应流体的容器；

–每个搁架包括一个、两个、三个或更多个凹槽；

–每个搁架包括一个、两个、三个或更多个凹槽，其中每个凹槽配备有一个、两个或三个弹簧，用于夹持容器；

–每个搁架包括具有矩形或圆柱形形状的一个、两个、三个或更多个凹槽；

–每个搁架包括1至40个、1至30个、1至20个或1至10个用于存放容器的凹槽；

–所述至少一个装载器包括机器人操纵器，该机器人操纵器被配置成用于将载体分别从载体上拾取搁架和将搁架放置操纵到载体上；

–所述至少一个装载器包括机器人操纵器，该机器人操纵器被配置成用于分别从布置在载体上的搁架中拾取容器和将容器放置操纵到布置在载体上的搁架中；

–所述至少一个分析器包括机器人操纵器，该机器人操纵器被配置成用于分别从布置在载体上的搁架拾取容器和将容器放置操纵到布置在载体上的搁架中；

–所述至少一个分析器包括机器人吸移管系统，该系统被配置成用于分别从被保持在搁架中的容器中吸取流体以及将流体分配到容器中，搁架被布置在载体上；

–所述至少一个分析器包括机器人操纵器，该机器人操纵器被配置成用于分别从载体拾取试剂器皿和将试剂器皿放置操纵到载体上；

–所述至少一个分析器包括机器人吸移管管理器，其被配置成用于从布置在载体上的试剂器皿吸取流体；

–机器人吸移管管理器包括一个线性致动器，该线性致动器被配置成用于沿着轴

进行吸移运动，其中

，轴

基本上平行于参考坐标轴

，使得：

–机器人吸移管管理器被配置成用于吸移管倾斜，使得吸移管中心轴和参考坐标轴

之间的角度

在从0到10度之间调整，即

；

–机器人吸移管管理器包括三脚架倾斜致动器，其被配置成用于吸移管倾斜，使得吸移管中心轴和参考坐标轴

之间的角度

在从0度到10度之间调整，即

；

–所述至少一个供应站包括机器人操纵器，该机器人操纵器被配置成用于分别从载体上拾取试剂器皿和将试剂器皿放置操纵到载体上；

–临床诊断系统包括至少一个数字视觉系统；

–数字视觉系统和电子载体运动控制系统被配置成用于相对于临床诊断系统对安置在载体上的对象进行配准和实时定位；

–数字视觉系统和电子载体运动控制系统被配置成用于相对于临床诊断系统的参考坐标系对安置在载体上的对象进行配准和实时定位；

–数字视觉系统和电子载体运动控制系统被配置成用于相对于载体配准安置在载体上的对象；

–数字视觉系统和电子载体运动控制系统被配置成用于相对于载体的坐标系配准安置在载体上的对象；

–临床诊断系统包括机械对准器；

–临床诊断系统包括机械对准器，该机械对准器被配置成使用数字视觉系统结合受控的载体运动来对准安置在载体上的对象；

–数字视觉系统和机械对准器被配置成用于相对于载体对准搁架；

–机械对准器被配置成在支撑搁架的载体在水平平面内平移时将搁架保持在适当位置；

–机械对准器被配置成在支撑搁架的载体绕竖直轴旋转时将搁架保持在适当位置；

–机械对准器包括凹槽，该凹槽具有与搁架的表面轮廓一致的内表面；

–机械对准器包括具有矩形形状的凹槽，并且每个搁架包括四个或更多个具有矩形形状的竖直定向的边缘；

–数字视觉系统包括一个、两个、三个或更多数字摄像机；

–数字视觉系统的一个、两个、三个或更多数字摄像机配备有远心物镜；

–数字视觉系统的一个、两个、三个或更多个数字摄像机配备有远心物镜，其具有在至少一个方向上≥ 30 mm、≥ 40 mm、≥ 50 mm、≥ 60 mm、≥ 70 mm、≥ 80 mm、≥ 90mm、≥ 100 mm、≥ 110 mm ≥ 120 mm、≥ 130 mm或≥140mm的视野；

–数字视觉系统包括两个数字摄像机，每一者都配备有远心物镜；

–数字视觉系统包括三个数字摄像机，每一者都配备有远心物镜；

–数字视觉系统以及轨道和载体被配置成经由线性或旋转扫描来获取载体的数字图像，载体上安置有保持容器的搁架；

–数字视觉系统的一个、两个、三个或更多个数字摄像机被配置为扫描摄像机，其包括常规（透视）或远心物镜和由1至64个传感器行组成的光电图像传感器；

–数字视觉系统的一个、两个、三个或更多数字摄像机配置为扫描摄像机，包括常规（透视）或远心物镜和光电图像传感器，光电图像传感器由1至64个传感器行组成，每个传感器行由4k至32k（即4×1024至32×1024）个有源像素组成；

–数字视觉系统的一个、两个、三个或更多个数字摄像机被配置为光场摄像机，并包括布置在电子图像传感器和摄像机物镜之间的多透镜阵列；

–数字视觉系统包括两个或三个数字摄像机，其中，所述两个或三个数字摄像机的光轴基本上相互竖直定向；

–数字视觉系统包括数字摄像机，其具有光轴

，其中

，光轴

基本上平行于参考坐标轴

定向，使得

；

–数字视觉系统包括数字摄像机，其具有光轴

，其中，

，光轴

基本上平行于参考坐标轴

定向，使得

；

–数字视觉系统包括数字摄像机，其具有光轴

，其中，

，光轴

基本上平行于参考坐标轴

定向，使得

；

–数字视觉系统包括一个、两个、三个或更多个光源，每个光源被配置成用于朝向一个、两个、三个或更多个数字摄像机中的一个数字摄像机的准直逆光照明；

–数字视觉系统包括一个、两个、三个或更多个光源，每个光源被配置成用于沿着一个、两个、三个或更多个数字摄像机中的一个数字摄像机的光轴定向的准直明场照明；

–数字视觉系统包括至少一个半透明反射镜或分束器，其被配置成用于沿着一个、两个、三个或更多数字摄像机中一个数字摄像机光轴反射用于明场照明的准直光源；

–数字视觉系统包括数字处理器和电子存储器；

–数字视觉系统包括电子存储的程序；

–数字视觉系统被配置成用于图像分析；

–数字视觉系统被配置成用于对象识别；

–数字视觉系统被配置成用于确定对象在临床诊断系统的参考坐标系中的位置；

–数字视觉系统被配置成用于确定对象在临床诊断系统的参考坐标系中的取向；

–数字视觉系统被配置成用于确定对象的光学轮廓；

–数字视觉系统被配置成用于确定对象的光学轮廓的尺寸；

–该数字视觉系统被配置成用于确定对象在第一平面中的第一光学轮廓的尺寸，该第一平面具有法向向量

，其中，

，法向向量

基本上垂直于参考坐标轴

，使得

；

–该数字视觉系统被配置成用于确定对象在第二平面中的第二光学轮廓的尺寸，该第二平面具有法向向量

，其中

，法向向量

基本上垂直于参考坐标轴

，使得

；

–该数字视觉系统被配置成用于确定对象在具有法向向量

（其中

）的第一平面中的第一光学轮廓的尺寸和对象在具有法向向量

（其中

）的第二平面中的第二光学轮廓的尺寸，其中

和

基本上彼此垂直，使得

，并且基本上垂直于参考坐标轴

，使得

并且

；

–该数字视觉系统被配置成用于确定对象在具有法向向量

的平面中的光学轮廓的尺寸，其中，

，法向向量

基本上平行于参考坐标轴

，使得

；

–该数字视觉系统被配置成用于确定对象在具有法向向量

的平面中的光学轮廓的尺寸，其中，

，法向向量

基本上平行于参考坐标轴

，使得

；和/或

–该数字视觉系统被配置成用于确定对象在具有法向向量

的平面中的光学轮廓的尺寸，其中，

，法向向量

基本上平行于参考坐标轴

，使得

。

本发明还旨在提供一种用于临床样本的自动化生化分析的灵活且高效的方法。特别地，该方法应适应偏离标准工作流程的分析以及手动或自动传送的样本。

该目的通过一种用于自动化生化分析的方法来实现，该方法包括以下步骤：

（a）提供包括一个或多个分析器和具有一个或多个载体的轨道的临床诊断系统，其中轨道和载体被配置成实现载体在水平平面内的运动，并且所述至少一个分析器被布置在轨道和所述一个或多个载体上方；

（b）将一个或多个具有临床样本的容器安置在所述至少一个载体上；

（c）配准所述至少一个容器相对于临床诊断系统的位置和取向；

（d）将载体移动到一位置，在该位置中，所述至少一个容器被布置在分析器下面；

（e）将临床样本转移到分析器；以及

（f）对临床样本执行生化分析。

本发明方法的有利实施例的特征在于：

–一个或多个样本容器被保持在搁架中，并且搁架安置在载体上；

–在步骤（c）中，使用数字视觉系统获取并处理载体和容器的一幅、两幅或更多幅数字图像；

–在步骤（c）中，使用数字视觉系统获取并处理载体、搁架和容器的一幅、两幅或更多幅数字图像；

–在步骤（c）中，使用一个、两个、三个或更多个数字摄像机对载体和容器进行成像，其中至少一个数字摄像机配备有远心物镜；

–在步骤（c）中，使用一个、两个、三个或更多个数字摄像机对载体、搁架和容器进行成像，其中至少一个数字摄像机配备有远心物镜；

–在步骤（c）中，确定载体和容器的相对或绝对尺寸；

–在步骤（c）中，确定载体、载体和容器的相对或绝对尺寸；

–在步骤（c）中，由处于偏心位置中的载体支撑的搁架相对于载体对准；

–在步骤（c）中，使用机械对准器和数字视觉系统将由处于偏心位置中的载体支撑的搁架相对于载体对准；

–在步骤（c）中，通过机械对准器将搁架保持在适当位置，同时支撑搁架的载体在水平平面内移动；

–在步骤（c）中，通过机械对准器将搁架保持在适当位置，同时支撑搁架的载体绕竖直轴旋转；

–在步骤（d）、（e）和（f）中，实时监控所述至少一个容器的位置；

–至少一个载体被磁悬浮并在轨道上表面上方的水平平面内移动；

–在步骤（e）中，使吸移管沿基本上平行于竖直轴的方向下降，浸入临床样本中，并且将一部分样本吸取并转移到分析器中；

–临床诊断系统包括优化样本分析的工作流程的电子自动化控制系统；

–通过形成临床诊断系统一部分的电子自动化控制系统优化生化分析的工作流程；

–给至少一个样本分配优先级，并且将所述优先级输入到电子自动化控制系统并由电子自动化控制系统处理；

–自动化控制系统采用人工神经网络，该人工神经网络使用在临床诊断系统的安装基座的操作期间收集的工作流程数据针对工作流程优化进行训练；和/或

–该自动化控制系统采用人工神经网络，该人工神经网络使用由临床诊断系统的蒙特卡罗模拟产生的工作流程数据针对工作流程优化进行训练。

本发明的临床分析器包括多个部件，即物理对象，基于它们的功能，它们可以被分配到对象类。根据面向对象编程的范例，每个物理对象可以表示为存储在电子自动化或控制系统中的数字数据对象。下面的表1中示出了对象类以及对应的物理对象和数据对象的列表。

表1：对象类和相关的物理对象和数据对象。

表1中呈现的面向对象的模式说明了用于运动控制和配准的优选编程和数据管理技术。然而，要强调的是，本发明的诊断系统可以采用不具体实施面向对象编程范例的替代编程和数据管理技术。

本发明的诊断系统可以采用每个对象类的一个或多个物理对象和一个或多个对应的数据对象。相同类的不同物理对象用前缀“第一”、“第二”、“第三”等来表示，例如第一载体、第二载体、第三载体等。

每个数据对象包括唯一的标识符，该标识符可以由数字和字符、坐标原点向量和三个坐标轴组成。坐标原点向量和三个坐标轴均由三维向量表示，即三个实数的数组。三个坐标轴是线性独立的，并且优选地形成一组三个正交向量

，其中i = 1、2或3，并且

，其中Kronecker符号

对于i=j等于1，并且对于i≠j等于0。不失一般性，坐标原点向量可以优选地由三个零的数组表示，即（0，0，0）。

每个数据对象还包括三维平移向量

和具有三行三列的正交旋转矩阵

，即正交二维3×3矩阵。每个物理对象相对于全局参考坐标系的位置和取向完全由平移向量

和旋转矩阵

来表征，使得由对象坐标系中的向量

表示的位置对应于由参考坐标系中的向量

表示的位置。

优选地，不失一般性，参考原点向量和三个参考坐标轴分别由向量

和

，

表示。

载体、搁架和容器类的物理对象是可移动的，并且它们的位置和/或取向可随时间而改变。因此，可移动对象的平移和/或旋转矩阵可能是时间相关的。

在一些情况下，诸如在将搁架引入装载器中时，相应物理对象相对于参考坐标系的位置和取向（即对象的平移向量

和旋转矩阵

）可能是未定义的。在这种情况下，平移向量

和旋转矩阵

借助于机械对准器和/或数字视觉系统来确定。在本发明中，确定对象的平移向量

和旋转矩阵

的过程被称为“配准”。

通常，轨道、装载器、分析器和供应站类的物理对象是静态的。除非另有明确说明，否则轨道、装载器、分析器或供应站类的对象的平移向量

和旋转矩阵

是已知的和固定的。

不失一般性，对于大多数物理对象，并且特别是对于轨道、装载器、分析器和供应站类的静态对象，旋转矩阵

对应于单位矩阵，即，

。

载体、搁架和容器类的动态对象可以相对于全局参考坐标系旋转和/或倾斜。例如，可以描述动态对象的三个坐标轴

中的每一者，分别通过将三个参考坐标轴

中的一者围绕旋转轴

旋转角度ω而获得。相应旋转矩阵

的系数由以下公式描述

其中

是旋转轴单位向量，其中

，并且δ_ij和ε_ikj分别表示Kronecker和Livi-Civita符号（https://en.wikipedia.org/wiki/Rotation_matrix; https://en.wikipedia.org/wiki/Kronecker_delta; http://en.Wikipedia.org/wiki/Levi-Civita_symbol）。

然而，对于大多数实际情况，动态对象的旋转轴

基本上平行于参考坐标轴

，使得

且

。

装载器、分析器和供应站类的每个物理对象可以包括一个或多个被致动的子部件，诸如机器人操纵器或机器人吸移管。通常，使用一个或多个常规编码器连续监控被致动的子部件的位置和取向，例如，致动轴和两个机器人夹持器指状件之间的中点，或者吸移管圆柱体轴和吸移管尖端位置。工业自动化领域的技术人员非常熟悉并经常采用线性和旋转编码器。通常，这种编码器包括电容、电感、磁或光电传感器，其输出电连接到机器人控制系统。

因此，子部件（诸如机器人操纵器或机器人吸移管）在其父对象（诸如，分析器）的坐标系中的位置和取向在任何给定时间处都是已知的，并且可以使用父对象平移向量

和旋转矩阵

实时转换成全局参考坐标。

上面阐述的概念——其中一些是工业自动化领域中固有的——使得能够实时跟踪本发明的临床诊断系统的每个部件的位置和取向。

本公开采用具有特定含义的术语，如下文所解释的：

“在水平或竖直平面内选定的连续位置处的运动和定位”涉及一种电子致动器系统，其包括一个或多个动态部件，并被配置成将所述部件移动到相连区域内的任何选定点处，诸如所述平面内的矩形，这意味着部件沿着任意可选择的平面路径移动；

“实时”涉及在几微秒到几毫秒内启动和/或完成的自动化操作；

“基本上垂直”是指两个方向或轴围成从90度偏离≤ 5度的角度；

“基本上平行”是指两个方向或轴围成≤ 5度的角度；

“布置在轨道和载体上方”涉及分析器、装载器和/或供应站，其水平横截面到轨道上表面上的竖直投影占其总水平横截面的≥ 30 %、≥ 40 %、≥ 50 %、≥ 60 %、≥ 70 %、≥ 80 %或≥90%；

“

”或“

”表示两个向量的标量积，即，两个分量积的和，其在两个三维向量

和

的情况下相当于

。

在本发明的临床诊断系统的优选实施例中，数字视觉系统包括一个、两个或三个数字摄像机，这些数字摄像机配备有远心物镜，用于对诸如搁架和容器之类的对象进行适当的尺寸测量。远心物镜使对象看起来大小相同，而与它们在空间中的位置无关。远心物镜消除了使离摄像机较近的对象看起来比离摄像机较远的对象更大的透视或视差误差，与常规物镜相比提高了测量准确性。技术人员通常在各种应用中使用远心物镜，包括计量、测量、基于CCD的测量或微光刻。在许多情况下，远心成像极大地方便了基于计算机的图像分析。

在本发明的临床诊断系统的另一个有利实施例中，数字视觉系统包括一个、两个或三个数字光场摄像机，每个数字光场摄像机配备有布置在摄像机物镜和图像传感器之间的微透镜阵列。诸如，例如由Raytrix® GmbH提供的数字光场摄像机使得能够实现三维计量。

本发明的临床诊断系统提供了各种优点，诸如小占地面积、灵活性、准确性、速度、更少的机械部件、减少的维护和粒子产生。

利用精确的实时运动控制和运输平面上方的分析器安置，在水平平面内连续运输样本允许大幅降低系统复杂性，同时提高灵活性和高通量。

下面参照图1-4进一步举例说明本发明。

图1示出了包括一个或多个生化分析器2、平面轨道4和一个或多个样本载体5的临床诊断系统1的示意性侧视图。轨道4和载体5优选被配置为磁运动系统，其中载体5被磁悬浮以分别在轨道4的上表面上方的水平平面40上悬浮。载体5用作样本搁架6的运输载具。一个或多个搁架6是独立于载体5（即不附接到载体5）的独立单元。在替代实施例中，一个或多个搁架6固定在载体5上。

具有竖直坐标轴

的参考坐标系被分配给临床诊断分析器1。

分析器2布置在轨道4和载体5上方。轨道4的上表面和分析器2下静态部分之间的最小间隙为≥ 5 cm、≥ 10 cm、≥ 15 cm、≥ 20 cm、≥ 25 cm或≥ 30 cm。所述至少一个分析器2包括一个或多个机器人吸移管管理器3，其被配置成用于吸移管的线性竖直运动，用于从样本容器7或试剂器皿8吸取样本流体和生化试剂流体并将其分配到样本容器7或试剂器皿8中。在有利的实施例中，机器人吸移管管理器3还被配置成实现动态吸移管倾斜，以便使吸移管的轨迹、特别是吸移管尖端适应一致倾斜的容器7的圆柱体中心轴。分析器2还容纳用于分光光度测定和/或生化测定的一个或多个仪器。

临床诊断系统1还可以包括一个或多个装载器9和/或一个或多个供应站10。装载器9包括被配置成用于从载体5拾取和放置转移样本搁架6的机器人操纵器。另外，或者替代地，装载器9的机器人操纵器可以被配置成用于从安置在载体5上的搁架6拾取各个容器7以及将各个容器7放置操纵到安置在载体5上的搁架6中。除了夹持致动器之外，装载器9的机器人操纵器还配备有一个竖直线性运动平台和一个或两个用于在一个或两个水平方向上运动的线性平台。在又另一个实施例中，装载器9的机器人操纵器可以包括旋转平台。

临床诊断系统1还可以包括一个或多个供应站10，其被配置成用于补充被至少一个分析器2消耗的生化试剂。为此，供应站10配备有用于将生化试剂流体转移到试剂器皿8中的机器人吸移管管理器和/或用于试剂器皿8的机器人操纵器。供应站10的机器人吸移管管理器和/或机器人操纵器包括至少一个线性平台，该线性平台被配置成用于除了机器人夹具之外的竖直运动。

类似于分析器2，任选的装载器9和任选的供应站10优选地布置在轨道4和载体5上方，使得其水平横截面到轨道4的上表面上的竖直投影相当于其总水平横截面的≥ 30 %、≥ 40 %、≥ 50 %、≥ 60 %、≥ 70 %、≥ 80 %或≥ 90 %。分析器2、任选的装载器9和任选的供应站10在轨道4和载体5上方的竖直布置大大减少了临床诊断系统1的占地面积，并节省了昂贵的实验室空间。

图2描绘了临床诊断系统1的透视图，并图示了有利的操作模式。临床诊断系统1包括由多个轨道模块4A组成的轨道，这些轨道模块具有矩形、正方形、等边三角形或等边六边形形状的无缝平铺的上表面。轨道模块4A的上表面可以形成诸如图2所示的单一连结区域（即没有开口）。替代地，轨道模块4A的上表面可以形成双重或三重连结区域（即，分别具有一个或两个开口或回路）。生化分析器2的轮廓由虚线指示。分析器2布置在轨道模块4A和载体5上方，并且包括一个或多个机器人吸移管管理器（图2中未示出）和一个或多个用于分光光度测定和/或生化测定的仪器（图2中未示出）。附图标记3A指示吸移管，该吸移管形成分析器2的机器人吸移管管理器的一部分，并且被插入保持在搁架6中的容器7中，该搁架6安置在定位在分析器2下面的载体5上。

在图2的前景中示出的第一行轨道模块4A用作装载区，空闲载体5在该装载区中排队。可以由操作者手动地或者由形成临床诊断系统1的一部分的机器人装载器或者由外部样本处理器将保持具有新获得的患者样本的容器7的搁架6安置在装载区域中的空闲载体5上。

取决于队列顺序或计算出的优先级，在装载区中保持未处理样本的载体5被移动到图2右侧前景中所示的配准区。布置在所述配准区中的数字摄像机21和22形成数字视觉系统的一部分。数字视觉系统被配置成确定搁架6以及其中保持的容器7相对于载体5的位置。数字摄像机21和22被配置成分别获取载体5、搁架6和容器7的平面图（即，俯视图）和侧视图。优选地，数字摄像机21和22每个都配备有远心物镜，以便使得能够准确确定尺寸和相对位置。在有利的实施例中，数字视觉系统还包括准直光源25，以便提高用侧视摄像机22获取的数字图像的品质。由光源25发射的光束可以使用反射镜26重新定向，以便产生紧凑且较少阻碍的设置。

有利的是，用数字摄像机22在载体5、搁架6和容器7的选定旋转位置处获取一系列侧视图像。为此，载体5围绕竖直轴旋转选定的角度增量。由此获取的数字图像使得能够进行三维图像合成和最终光学遮挡的修复。因此，可以确定每个容器7的尺寸，特别是高度。

用数字摄像机21获取的平面图图像用于相对于载体5配准搁架6和容器7，并且由此与全局参考坐标系配准。

如图2的左手侧所示，具有搁架6的载体5在卸载区中排队，搁架6保持具有已处理样本的容器7，已处理样本的分析已完成，卸载区由垂直于装载区排对准的一行轨道模块4A形成。一旦搁架6从定位在卸载区中的载体5移除，载体5就可以被送到装载区，从而结束处理循环。有利的是，轨道和载体被配置成测量载体的重量，并评估载体是空的还是承载了诸如搁架的有效载荷。因此，取决于装载队列中的空间可用性，空的载体可以自动地从卸载区前进到装载区。

上述使用平面摄像机（plan-view camera）21和相应地侧视摄像机22的基于图像的配准和计量，结合精确的载体运动控制以及分析器在轨道上方的定位和放置，消除了对具有多个线性或旋转轴的机器人吸移管管理器和操纵器的需求。例如图2所示的分析器2的机器人吸移管管理器仅需要一个竖直对准的线性运动平台。因此，系统复杂性和维护强度大大降低。

基于轨道模块4A、载体5或搁架6的已知尺寸，尺寸校准（例如，以米、毫米、微米或英寸为单位）可能受到影响。否则，对于独立的尺寸校准，标准尺可以水平地布置或在搁架6旁边的载体5上竖直地对准，并且使用平面摄像机21或相应的侧视摄像机22共同成像。

图3A和3B分别图示了用配备有常规（透视）物镜和远心物镜的数字摄像机获取的图像。图3A和3B示出了载体5和安置在其上的具有样本容器7的搁架6的相应平面图，搁架6位于（悬挂）轨道模块4A上方。搁架6的中心相对于载体5的中心水平移位。搁架6相对于载体5的偏心放置可能由手动或机器人操纵误差引起，后者可能够归因于电子漂移或机械磨损。

在大多数情况下，诸如图3A和3B中所示的旋转未对准或水平移位是可以容忍的，并且可以通过使用临床诊断系统的数字视觉系统进行适当配准来补偿。数字视觉系统被配置成推断搁架6和容器7相对于载体5的位置，并将搁架6和容器7的坐标（即，位置）转换为全局参考坐标，从而实现实时运动跟踪和准确定位。如从图3A和3B显而易见的，远心成像更适合于基于数字图像的配准和（根据需要）尺寸校准。

在极少数情况下，载体上搁架的严重错位可能会导致不平衡和倾斜，最终导致容器甩出、与其他对象碰撞或破损。图4A至4D示出了如何通过使用数字视觉系统结合由机械对准器控制的载体运动和保持的机械对准来补救严重的搁架错位。图4A与图3A相同，并且示出了具有相对于载体5错位的容器7的搁架6，载体5磁性地悬挂在轨道模块4A的上表面上方。基于图像的错位检测载体5以及其上安置的搁架6和容器7绕竖直轴旋转180度到图4B所示的取向。接下来，载体5沿着直线或阶梯路径移动，这使得搁架6的竖直边缘紧密地安放在校准器30的形状配合的矩形凹槽中，如图4C所示。随后，载体5在由对准器30保持的搁架6下方滑动到其中搁架6相对于载体5居中的位置，如图4D所描绘的。此后，可以根据上面结合图2描述的方法进一步处理搁架6和其中保持的容器7。

附图标记

1......... 临床诊断系统

2......... 分析器

3 ....... 机器人吸移管管理器

3A...... 吸移管

4......... 轨道

4A...... 轨道模块

5......... 载体

6......... 搁架

7......... 容器

8......... 试剂器皿

9......... 装载器

10....... 供应站

21....... 数字摄像机

22....... 数字摄像机

25....... 光源（优选准直的）

26....... 反射镜

27....... 光束中心轴

30....... 机械对准器

40....... 水平平面

........ 竖直参考坐标轴。

Claims (16)

1.一种临床诊断系统，包括：

至少一个分析器；

轨道；和

多个载体，

其中，所述轨道和载体被配置成实现所述载体在水平平面内的运动，并且

至少一个分析器布置在所述轨道和载体上方。

2.根据权利要求1所述的临床诊断系统，其中，所述轨道和所述载体被配置成用于每个载体相对于所述临床诊断系统的实时定位。

3.根据权利要求1所述的临床诊断系统，还包括数字视觉系统。

4.根据权利要求3所述的临床诊断系统，还包括电子载体运动控制系统。

5.根据权利要求4所述的临床诊断系统，其中，所述数字视觉系统和所述电子载体运动控制系统被配置成用于相对于所述临床诊断系统配准和实时定位安置在载体上的对象。

6. 根据权利要求1所述的临床诊断系统，进一步包括：

一个或多个装载器；和

用于生化试剂的一个或多个供应站。

7.根据权利要求6所述的临床诊断系统，其中，所述装载器中的至少一个和所述供应站中的至少一个布置在所述轨道上方。

8.根据权利要求1所述的临床诊断系统，其中，所述轨道和所述载体被配置成在所述轨道的上表面上方的水平平面中实现磁悬浮和所述载体的运动。

9.根据权利要求3所述的临床诊断系统，其中，所述数字视觉系统包括一个或多个配备有远心物镜的数字摄像机。

10.根据权利要求1所述的临床诊断系统，其中，所述至少一个分析器包括机器人吸移管管理器，所述机器人吸移管管理器被配置成用于在基本上平行于竖直轴的方向上的线性吸移管运动。

11.根据权利要求1所述的临床诊断系统，还包括被配置成用于工作流程优化和样本优先化的自动化控制系统。

12.一种用于自动化生化分析的方法，包括以下步骤：

（a）提供包括至少一个分析器和具有多个载体的轨道的临床诊断系统，其中，所述轨道和载体被配置成实现载体在水平平面内的运动，并且至少一个分析器被布置在所述轨道和载体上方；

（b）将至少一个具有临床样本的容器安置在载体上；

（c）配准所述至少一个容器相对于所述临床诊断系统的位置和取向；

（d）将每个载体移动到一位置，在所述位置中，所述至少一个容器被布置在分析器下方；

（e）将临床样本转移到所述分析器；和

（f）对所述临床样本执行生化分析。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，在步骤（c）中，使用数字视觉系统获取并处理载体和容器的一幅、两幅或更多幅数字图像。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，通过电子自动化控制系统来优化生化分析的工作流程。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，每个载体被磁悬浮并在轨道上表面上方的水平平面内移动。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，在步骤（e）中，吸移管沿基本上平行于竖直轴的方向下降，浸入临床样本中，并且吸取样本的一部分并转移将其至所述分析器。

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