DE19605006C1 - Volume measuring method for fluid in container - Google Patents
Volume measuring method for fluid in containerInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion und Bestimmung des Volumens von in Gefäßen eingebrachten Flüssigkeiten, wobei das Volumen über ein optisches Bild und dessen Analyse bestimmt wird.The present invention relates to a method and an apparatus for detection and determining the volume of liquids introduced into vessels, wherein the volume is determined via an optical image and its analysis.
Die Erfindung liegt im Bereich der Kontrolle bei der Dosierung von kleineren Flüs sigkeitsvolumina (z. B. 5 µl-50 µl) insbesondere für chemische und klinische Analy sen. Vorwiegend für Anwendungen, bei denen durch sogen. Pipettierroboter in kurzer Zeit eine Vielzahl derartiger Volumina in Mikrotiterplatten, die jeweils eine größere Anzahl, z. B. 8×12, von Minigefäßen aufweisen, eingebracht werden müssen und bei denen für eine zuverlässige analytische Auswertung sichergestellt sein muß, daß ein Flüssigkeitsvolumen tatsächlich in jedes Minigefäß der Mikrotiterplatte abgelegt wurde.The invention is in the field of control in the metering of smaller rivers liquid volumes (e.g. 5 µl-50 µl) especially for chemical and clinical analysis sen. Mainly for applications in which Pipetting robot in a short time a variety of such volumes in microtiter plates, each one larger number, e.g. B. 8 × 12, of mini-vessels, must be introduced and which must be ensured for a reliable analytical evaluation, that a volume of liquid is actually in each mini-well of the microtiter plate was filed.
Im Stand der Technik sind Verfahren bekannt, die sich sowohl mit der Dosierung als auch der Vermessung kleinerer Flüssigkeitsvolumina befassen. Dabei werden opti sche und nichtoptische (kapazitive oder eintauchende) Verfahren verwendet. In der DE 42 11 003 A1 werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren des Volumens einer ausgetragenen Flüssigkeit beschrieben, bei der im Prozeß des Austragens (Abtropfens, Ausspritzens) die zeitliche Länge des Tropfstrahls außerhalb des Gefäßes und unabhängig vom Durchmesser des Strahls optisch gemessen wird. Die DE 43 14 249 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung des Flüssigkeitspegels. Dabei wird das Gefäß mit der Flüssigkeit durchleuchtet und elektro-optisch ein Signal ausgewertet, das den oberen Flüssigkeitspegel zu detektieren gestattet. Das Japanische Patent mit der Publikationsnummer 06313723 A betrifft ein Verfahren für die Messung der Füllstand höhe in Gefäßen auf Grund der Absorption eines Infrarotstrahls. Die DE 43 30 412 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeiten, bei dem das Flüssigkeitsvolumen an einem Transferelement gemessen wird, dies ist insbesondere für extrem kleine Volumina bis ca. 1 µl geeignet.In the prior art, methods are known which can be used both with the dosage and also deal with the measurement of smaller volumes of liquid. Here, opti and non-optical (capacitive or immersion) processes are used. In the DE 42 11 003 A1 describes an apparatus and a method for detecting the Volume of a discharged liquid described in the process of Discharge (dripping, spraying) the time length of the drip jet outside of the vessel and regardless of the diameter of the beam is measured optically. DE 43 14 249 A1 describes a device for detecting the Liquid level. The vessel is illuminated with the liquid and electro-optically evaluated a signal that the upper liquid level too allowed to detect. The Japanese patent with the publication number 06313723 A relates to a method for measuring the fill level in vessels due to the absorption of an infrared ray. DE 43 30 412 A1 describes a Method and device for dosing liquids, in which the Liquid volume measured on a transfer element, this is especially suitable for extremely small volumes up to approx. 1 µl.
Nachteilig bei den beschriebenen Verfahren (DE 42 11 003 A1, DE 43 30 412 A1) ist, daß das Volumen vor dem Einbringen in den eigentlichen Zielort, z. B. Mikrogefäße in Mikrotiterplatten, gemessen wird, so daß nicht sicher gesagt werden kann, ob die abzulegende Flüssigkeit ihr Ziel erreicht hat. Nachteilig bei dem beschriebenen Verfahren (DE 43 30 412 A1) ist weiterhin, daß die Volumenbestimmung des Tropfens abhängig von der Oberflächenstruktur des konkreten Transferelementes ist, für ein neues Transferelement eine neue Kalibrierung erfolgen muß und daß bei nichtkreisförmigen Querschnitten der Transferelemente mit mehreren Strahlbündeln gemessen werden muß. Nachteilig bei dem Verfahren (DE 43 14 249 A1) ist, daß die Signalgewinnung zur Volumenberechnung quer zur Flüssigkeitssäule erfolgt, sie somit nicht für Mengen von Gefäßen, die in Batterien, so wie es z. B. in Mikrotiterplatten der Fall ist, angeordnet sind, geeignet sind. Nachteilig bei diesen ist auch, daß eine Flüssigkeitssäule im Gefäß vorhanden sein muß, Tropfen auf dem Boden oder an einem Teil der Gefäßwand, so wie es z. B. typisch für Mikrotiterplatten ist, nicht entsprechend sicher detektiert werden können. Nachteilig bei dem in JP 06313723 A beschriebenen Verfahren ist, daß nur eine eindimensionale Signalerhebung erfolgt, also Flüssigkeitsvolumina, die sich nicht als Säule, sondern als Tripfen ausbilden, nicht in ihrer Form und damit nicht in ihrem Volumen bestimmt werden können, nachteilig ist auch, daß im gewählten IR-Bereich nichtdurchscheinende Flüssigkeiten nicht vermessen werden können.A disadvantage of the methods described (DE 42 11 003 A1, DE 43 30 412 A1) is that the volume before being brought into the actual destination, e.g. B. Microvessels in microtiter plates, so that it cannot be said with certainty whether the liquid to be deposited has reached its destination. A disadvantage of the described Method (DE 43 30 412 A1) is further that the volume determination of the drop depends on the surface structure of the concrete transfer element, for a new transfer element a new calibration must be done and that at non-circular cross-sections of the transfer elements with several beams must be measured. A disadvantage of the method (DE 43 14 249 A1) is that Signal acquisition for volume calculation across the liquid column takes place therefore not for quantities of vessels in batteries, as is the case for. B. in Microtiter plates are the case, are arranged, are suitable. The disadvantage of these is also that there must be a liquid column in the vessel, drops on the Bottom or on part of the vessel wall, as it is e.g. B. typical for Microtiter plates, cannot be detected reliably. Disadvantageous in the method described in JP 06313723 A, only one one-dimensional signal acquisition takes place, i.e. liquid volumes that do not turn out to be Form pillar, but as tricks, not in their form and therefore not in their Volume can be determined, it is also disadvantageous that in the selected IR range non-translucent liquids cannot be measured.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrich tung zu schaffen, die es gestatten, das Volumen eines Reagenz- oder Probetropfens oder eines Volumens nach seinem Einbringen in das Zielgefäß (z. B. ein Gefäß in einer Mikrotiterplatte) zu bestimmen, wobei vorzugsweise der Volumenbereich ab 5 µl in Betracht zu ziehen ist.It is therefore an object of the present invention, a method and a device creation that allow the volume of a reagent or sample drop or a volume after it has been introduced into the target vessel (e.g. a vessel in a microtiter plate), preferably the volume range from 5 µl should be considered.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 bzw. Anspruch 5 angegebenen Merkmalen.This object is achieved according to the invention by a method and a Device with the features specified in claim 1 or claim 5.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the invention result from the respective Subclaims.
Weitere Einzelheiten und Vorteile von Ausführungsbeispielen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Verweis auf die angefügten Zeichnungen.Further details and advantages of exemplary embodiments of the invention result from the following description with reference to the attached Drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 teilweise vereinfacht den Gesamtaufbau einer Ausführungsform einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion und Bestimmung der in Mikro gefäßen eingebrachten Volumen; Fig. 1 partially simplified the overall structure of an embodiment of an inventive device for detecting and determining the volume introduced into micro vessels;
Fig. 2 eine Ausführungsform eines geeigneten Strukturierungsmusters, das in der Kamera ein erwartetes Bildmuster zu erzeugen gestattet und das durch die in die Mikrogefäße eingebrachten Flüssigkeitsvolumina in seinem Erschei nungsbild gestört wird; Fig. 2 shows an embodiment of a suitable structuring pattern, which allows to produce in the camera an expected image pattern and the image is disturbed by the voltage introduced into the microvessels liquid volumes in its Erschei;
Fig. 3 das Detail einer Ausführung einer Mikrotiterplatte, das genau ein Gefäß umfaßt, in dem ein Flüssigkeitsvolumen abgelegt ist; Fig. 3, in which a volume of liquid is stored, the detail of an embodiment of a microtiter plate, which comprises exactly one vessel;
Fig. 4 ein über die Kamera von oben aufgenommenes typisches Bild, in dem durch die in dieser Ausführungsform durchsichtigen Gefäße die regelmäßig verformten Strukturierungen in den Teilen, wo sich keine Flüssigkeit befindet, zu sehen sind und in den Teilen mit Flüssigkeit eine Störung dieser Regel mäßigkeit zu sehen ist; Fig. 4 is a typical image taken via the camera from above, in which through the transparent containers in this embodiment the regularly deformed structures can be seen in the parts where there is no liquid and in the parts with liquid a disturbance of this rule is moderate you can see;
Fig. 5 einen Ausschnitt einer Ausführungsform der Gesamtanordnung, in der die Kamera durch eine in einem bekannten Winkel angebrachten Projektions einrichtung ergänzt ist. Fig. 5 shows a detail of an embodiment of the overall arrangement in which the camera is supplemented by a projection device mounted at a known angle.
Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem Verfahren zur Detektion und Bestimmung abgelegter Flüssig keitsvolumina. Die Kamera 4 nimmt ein Bild der Szene mit einem Gefäß 2 aus einer Mikrotiterplatte 3, in dem sich ein Flüssigkeitsvolumen 5 befindet und in dem durch die in Fig. 3 im Detail gezeigte Gefäßwand 6 die Strukturierung 1 zu sehen ist, auf und leitet dieses Bild an eine nicht weiter ausgeführte Auswerteeinheit 8, die z. B. ein Personalcomputer sein kann, weiter. Ein typisches Erscheinungsbild der durch die Kamera aufgenommenen Szene zeigt die Fig. 4, wobei mit 7a die Teile der Struk turierung 1 gekennzeichnet sind, die einer erwartungsgemäßen regelmäßigen Deformation in ihrer optischen Abbildung durch die Gefäßwand 6 unterliegen und in der mit 7b die Teile dieser Strukturierung 1 gekennzeichnet sind, die einer weiteren Deformation, die auch eine vollständige Abschattung sein kann, durch das einge brachte Flüssigkeitsvolumen unterliegen. Die Flächenbereiche dieser Deformation können durch an sich bekannte Verfahren der Bildverarbeitung in der Auswerteein heit 8 berechnet werden, so daß diese Bereiche unter Nutzung der bekannten Gefäßgeometrie und feststehender physikalischer Parameter der Flüssigkeit wie Oberflächenspannung, Adhäsion und Dichte zur Voluminaberechnung nach physi kalischen Gesetzmäßigkeiten, die in Formeln gefaßt sind, dienen. Fig. 3 zeigt ein Gefäß 2 mehr im Detail mit der Gefäßwand 6, wobei zugelassen ist, daß sich die Strukturierung auch direkt auf der inneren Seite der Gefäßwand 6a oder der äußeren Seite der Gefäßwand 6b oder in der Gefäßwand 6 befindet. Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf eine Ausführungsform der Strukturierung 1; in Fig. 1 ist diese Strukturierung 1 nur als Seitenschnitt angedeutet. Fig. 5 zeigt eine vorteilhafte Ausführung mit der Kamera 4 und dem Projektor 9, der gestattet, ein definiertes Lichtmuster, z. B. einen Punkt, zu projizieren. Der Hauptstrahl 10 der Kamera 4 und der Hauptstrahl 11 des Projektors 9 befinden sich in einem definierten und bekannten Winkel 12, so daß in der Auswerteeinheit 8 der Ort des Lichtpunktes des projizierten Lichtmusters im Bild bestimmt werden kann und über die bekannten Verfahren der Triangulation unter Ausnutzung der Bekanntheit der Entfernung 13 des Mittelpunktes des Linsensystems 14 vom Gefäß 2 und der Parameter der Kamera 4 die Entfernung des aktuellen Flüssigkeitspegels von dem Linsensystem der Kamera 4 berechnet werden kann. Fig. 1 shows the overall structure of an embodiment of a device according to the invention with the method for the detection and determination of stored liquid volumes. The camera 4 takes an image of the scene with a vessel 2 from a microtiter plate 3 , in which there is a liquid volume 5 and in which the structure 1 can be seen through the vessel wall 6 shown in detail in FIG. 3, and conducts this image to an evaluation unit 8 which is not further developed and which, for. B. can be a personal computer, further. A typical appearance of the scene recorded by the camera is shown in FIG. 4, with 7a identifying the parts of the structure 1 which are subject to an expected regular deformation in their optical image through the vessel wall 6 and in which the parts of this structuring are shown with 7b 1 are marked, which are subject to further deformation, which can also be complete shading, by the liquid volume introduced. The surface areas of this deformation can be calculated by known methods of image processing in the evaluation unit 8 , so that these areas using the known vessel geometry and fixed physical parameters of the liquid such as surface tension, adhesion and density for volume calculation according to physical laws, which in Formulas are used. Fig. 3 shows a vessel 2 in more detail with the vessel wall 6 , it being permitted that the structuring is also directly on the inner side of the vessel wall 6 a or the outer side of the vessel wall 6 b or in the vessel wall 6 . Fig. 2 is a plan view showing an embodiment of the structure 1; In Fig. 1, this structuring 1 is only indicated as a side section. Fig. 5 shows an advantageous embodiment with the camera 4 and the projector 9 , which allows a defined light pattern, for. B. project a point. The main beam 10 of the camera 4 and the main beam 11 of the projector 9 are located at a defined and known angle 12 , so that the location of the light point of the projected light pattern in the image can be determined in the evaluation unit 8 and by using the known methods of triangulation Known the distance 13 of the center of the lens system 14 from the vessel 2 and the parameters of the camera 4, the distance of the current liquid level from the lens system of the camera 4 can be calculated.
BezugszeichenlisteReference list
1 Strukturierung
1a Strukturierungslinien
2 Gefäß
3 Mikrotiterplatte
4 Kamera
5 Flüssigkeitsvolumen
6 Gefäßwand
6a Strukturierung auf der inneren Gefäßwand
6b Strukturierung auf der äußeren Gefäßwand
7 typisches Erscheinungsbild des Gefäßes mit Flüssigkeitsvolumen und sichtbarer
Strukturierung
7a Abbild der Teile der Strukturierung durch die die Gefäßwand deformiert ist
7b Abbild der Teile der Strukturierung durch die die Flüssigkeit und Gefäßwand
deformiert sind
8 Auswerteeinheit
9 Projektionseinheit
10 Hauptstrahl Kamera
11 Hauptstrahl Projektor
12 Winkel zwischen Hauptstrahl Kamera und Hauptstrahl Projektionseinheit
13 Entfernung Linsensystem Gefäß
14 Mittelpunkt Linsensystem 1 structuring
1 a structuring lines
2 vessel
3 microtiter plate
4 camera
5 volume of liquid
6 vessel wall
6 a Structuring on the inner wall of the vessel
6 b Structuring on the outer wall of the vessel
7 typical appearance of the vessel with liquid volume and visible structuring
7 a Image of the parts of the structure by which the vessel wall is deformed
7 b Image of the parts of the structuring through which the liquid and the vessel wall are deformed
8 evaluation unit
9 projection unit
10 main beam camera
11 main beam projector
12 angles between the main beam camera and the main beam projection unit
13 Vascular lens system removal
14 Center of the lens system
Claims (7)
- - sich an der Gefäßwand oder hinter bzw. unter der Gefäßwand oder in der Gefäßwand eine Strukturierung befindet,
- - mindestens ein Bild des Gefäßes mit dem sich gegebenenfalls darin befind lichen Flüssigkeitsvolumen und der Strukturierung aufgenommen wird und nachfolgend
- - die aufgenommenen Bilder verarbeitet und ausgewertet werden derart, daß die Störungen im Abbild der Strukturierung durch Verzerrungen und/oder Veränderungen in der Regelmäßigkeit und/oder durch Abschattungen als Kriterium für das Vorhandensein und als Berechnungsgrundlage für die Größe des Volumens der Flüssigkeiten dienen.
- - there is a structuring on the vessel wall or behind or below the vessel wall or in the vessel wall,
- - At least one image of the vessel with the liquid volume and the structure, if any, is recorded and subsequently
- - The recorded images are processed and evaluated in such a way that the disturbances in the image of the structuring due to distortions and / or changes in the regularity and / or shadowing serve as a criterion for the presence and as a basis for calculating the size of the volume of the liquids.
mit den weiteren Merkmalen, daß
sich an der Gefäßwand oder hinter bzw. unter der Gefäßwand oder in der Gefäßwand eine Strukturierung befindet, die Kamera (4) derart angeordnet ist,
daß sie ein Bild des Gefäßes mit dem sich gegebenenfalls darin befindlichen Flüssigkeitsvolumen und der Strukturierung aufnimmt, und daß in der Auswerteeinheit die Störungen im Abbild der Strukturierung durch Verzerrungen und/oder Veränderungen in der Regelmäßigkeit und/oder durch Abschattungen als Kriterium für das Vorhandensein und als Berechnungsgrundlage für die Größe des Volumens der Flüssigkeit dienen.5. Device for detecting and determining the volume of liquids introduced into vessels with a camera and an evaluation unit for image processing and image evaluation,
with the further characteristics that
there is a structuring on the vessel wall or behind or below the vessel wall or in the vessel wall, the camera ( 4 ) is arranged in such a way
that it takes a picture of the vessel with the liquid volume and the structure, if any, and that in the evaluation unit the disturbances in the image of the structure due to distortions and / or changes in regularity and / or shadowing as a criterion for the presence and as Calculation basis for the size of the volume of the liquid serve.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| 8368 | Opposition refused due to inadmissibility | ||
| 8330 | Complete renunciation |