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Die
Erfindung bezieht sich auf die Mitführung, Sicherung und ständige Ergänzung der
Informationen über
Herkunft, Probenahme und Verarbeitungszustände diagnostischer Proben.
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Die
Erfindung besteht darin, alle verwendeten Probengefäße mit elektronischen
Datenspeichern zu versehen, in die die Herkunft der diagnostischen
Probe und weitere Daten über
Probennahme und Verarbeitung bis hin zu einer Beauftragung des Analysenlaboratoriums
eingeschrieben werden, beispielsweise automatisch durch die Geräte zum Sammeln
und zur Weiterverarbeitung der Proben.
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Stand der
Technik
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Im
Gesundheits- und Hygienewesen und verwandten Gebieten wie der Lebensmittelüberwachung
werden unvorstellbar große
Mengen von Proben genommen, etikettiert und für Analysen zu einschlägigen Laboratorien
versandt. Allein für
die Analyse von Mikroben werden jährlich weltweit etwa eine Milliarde
Proben genommen und versandt. Der Trend ist stark steigend mit einem
geschätzten
jährlichen Zuwachs
von zehn Prozent. Da in der Medizin eine schnelle und irrtumsfreie
Analyse der Proben lebensrettend sein kann, beispielsweise bei der
Identifizierung von Infektionserregern, spielt die Zeit bis zum Erhalt
der Analysenergebnisse eine immer stärker werdende Rolle; trotz
der knapperen Zeit für
Probennahme, Transport, Analyse und Rückmeldung müssen aber Verwechselungen der
Proben und Irrtümer bei
der Weiterverarbeitung nach Möglichkeit
absolut ausgeschlossen werden.
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Für diagnostische
Proben gibt es eine große Zahl
verschiedenartiger Probengefäße. Allein
für Mikrobenproben
gibt es eigene Transportgefäße für Stuhlproben,
spezielle Blutkulturflaschen zur direkten Beimpfung mit aeroben
oder mit anaeroben Blutkulturen, Serumröhrchen, Citrat-Blutröhrchen für Mykobakterien,
EDTA-Blutröhrchen,
Gefäße zur direkten Beimpfung
und Bebrütung
von Urin, Urinröhrchen
mit Stabilisator, Universal-Abstrichtupfer mit oder ohne Transportmedium,
Universal-Probenröhrchen
mit Schraubdeckeln in verschiedenen Farben, Magensaftröhrchen,
Amöben-Transportröhrchen,
Petrischalen verschiedener Art und viele andere mehr. Alle diese
Probengefäße müssen, meist
auf Etiketten, mit Kennungen versehen werden die auf mitgeführte Begleitpapiere
verweisen, in denen Patienten-Identifizierung (meist anonymisiert),
Daten über die
Probennahme, Analysenauftrag, Empfängeradresse für die Analysenergebnisse
und vieles mehr stehen.
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Im
Allgemeinen werden heute auf den Probengefäßen Barcodes oder allenfalls
OCR-Schriften verwandt. Diese können
einen Informationsgehalt von einigen (bis maximal etwa 100) Bytes
aufnehmen, damit ist also nur eine einfache Identifizierungskennung
des Probengefäßes möglich; weitergehende
Daten können
nicht aufgenommen werden. Barcodes auf Etiketten sind darüber hinaus
verwischbar (zumal in einer Laboratoriumsumgebung, in denen mit
Lösungsmitteln
hantiert wird) oder können
verschmutzt werden, obwohl Barcodes mit einge bauter Redundanz hier
bereits eine gewisse Sicherheit bieten können. Bei einer Weiterverarbeitung
der Proben im Probengefäß können keine
Informationen hinzugefügt
werden. Es kann der Status der Verarbeitung nicht mitgeführt werden.
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Mit
Barcodes oder OCR-Kennzeichnungen besteht der Zwang, die detaillierten
Informationen über
die Probe einschließlich
der Aufgabenbeschreibung und des Auftrages an das Analysenlaboratorium
getrennt von den Proben dem Analysenlaboratorium zu übermitteln.
Die auf Papier oder Digitalmedien mitgeführten Daten müssen dann
in Labordatennetzwerke eingegeben werden, wobei die Barcodes (oder
OCR-Beschriftungen) immer nur auf die Begleitdaten verweisen können. Moderne
Analysenlaboratorien lesen dabei die auf Fragebögen angekreuzten speziell gewünschten
Analysenarten maschinell ein, um wenigstens hier keine weiteren Schreibfehler
zu verursachen.
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Es
werde hier einmal ein einfacher Analysenvorgang anhand einer massenspektrometrischen
Mikrobenidentifizierung näher
geschildert. Mikroben, insbesondere Bakterien, lassen sich nach
einem jüngst
gefundenen Verfahren sehr leicht und weitgehend automatisiert massenspektrometrisch
identifizieren, indem zunächst
von einer über
Nacht auf einem Nährmedium
gewachsenen Kolonie kleine Mikrobenmengen auf eine massenspektrometrischen Probenträgerplatte übertragen
werden. Solche Arbeiten können
heute mit Pipettierrobotern, die mit Digitalkameras ausgestattet
sind, automatisch erledigt werden. Diese Mikrobenmenge wird dann,
immer noch auf dem Pipettierroboter, mit einer Lösung einer fachüblichen
Matrixsubstanz für
eine Ionisierung durch matrixunterstützte Laserdesorption (MALDI) beträufelt, wobei
diese Lösung
in die mikrobiellen Zellen eindringt und diese während der Kristallisation des
Matrixmaterials zerstört.
Proteine und Peptide der Zelle werden in die Matrixkristalle eingebaut.
Die Matrixkristalle werden dann im Vakuum eines Flugzeitmassenspektrometers
mit pulsförmigen
Laserlichtblitzen beschossen, wobei Ionen der Peptide und Proteine
entstehen, die dann im Flugzeitmassenspektrometer gemessen werden
können.
Das Massenspektrum enthält
ein Profil der Ionen dieser Peptide und Proteine, das sehr charakteristisch
für die betreffende
Mikrobe ist. Es können
sogar Unterstämme
von Mikroben auseinander gehalten werden, da die Ausstattung der
Mikroben mit Proteinen, genetisch vorgegeben, sehr charakteristisch
ist. Die Identifizierung scheint, soweit heute untersucht, sehr
sicher zu sein.
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Es
lässt sich
also ein Verfahren zur voll- oder halbautomatischen Identifizierung
von Mikroben, zumindest von Bakterien, aufbauen, soweit sich diese auf
Nährmedien
zu Kolonien heranzüchten
lassen. Infektionserreger lassen sich praktisch immer auf geeigneten
Nährmedien
züchten.
Das Verfahren ist beispielsweise interessant zur Überprüfung von
Krankenhäusern,
besonders ihrer Operationssäle,
auf irregulären
Befall. Es können
auch Wischproben von Klobrillen und Handgriffen überprüft werden. An Patienten können relativ
rasch die Mikrobenbesetzung in Stuhl, Tränenflüssigkeit, Nasenabstrichen, Mundabstrichen,
Ohrabstrichen, Hautflora, Abszessen, Geweben, Zahnwurzeln und vielen
anderen befallenen Stellen gemes sen werden, besonders wenn ungewöhnliche
Symptome an den Patienten zu beobachten sind, die auf einen Befall
mit ungewöhnlichen,
möglicherweise
sehr gefährlichen
Mikroben hindeuten. Ähnliche
Anwendungsfelder bietet die Veterinärmedizin. Auch Luftbelastungen
außerhalb
von Krankenhäusern,
beispielsweise in der Umgebung von Ställen oder Müllhalden, sind interessant.
Weitere Einsatzgebiete sind die Lebensmittelherstellung und Lebensmittelüberwachung.
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Wie
aus dieser Schilderung entnommen werden kann, bieten solche und ähnliche
Analysenverfahren, soweit sie sich weitgehend automatisieren lassen,
in den Laboratorien kaum Probleme. Die schwerstwiegenden Probleme
der diagnostischen Analyse bestehen in der Probennahme und auf dem Weg
der Proben in das Laboratorium: Wie können Irrtümern bei der Probennahme vermieden
werden? Wie können
die Proben irrtumsfrei gekennzeichnet werden? Wie kann sichergestellt
werden, dass beim Versand der Proben und der zugehörigen Daten,
insbesondere der Analysenaufträge,
keine Verwechslungen oder Zuordnungsfehler auftreten?
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Die
Verwendung eines Massenspektrometers oder eines anderen Analyseautomaten
lohnt sich in der Regel nur, wenn auch ein entsprechender Umsatz
an Analysen erreicht wird. Es werden also sehr viele Proben zu einem
zentralen Laboratorium zu bringen sein, das mit diesen Geräten ausgestattet
ist. Dabei stellt sich die Aufgabe einer Probenlogistik und einer
Probenvorbereitung, die ohne Verwechslung von Proben effizient arbeitet.
Die Protokollierung von Hand in einem Laborbuch während der
Entnahme der Proben am Patienten und die Notierung aller Daten verbietet
sich dabei schon wegen unvermeidlicher Schreibfehler und der damit
gegebenen Verwechselungsgefahr. Dazu kommt, dass in vielen Fällen die
diagnostischen Proben zu teilen und in andere Gefäße einzubringen
sind, dass beispielsweise Mikroben aus den Probengefäßen zunächst auf
Petrischalen aufzubringen und von den Kolonien der Petrischalen
auf massenspektrometrische Probenträgerplatten zu überführen sind.
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In
der Massenspektrometrie sind nun bereits Probenträgerplatten
bekannt, die fest mit Transpondern ausgestattet sind, in denen von
Beladungsrobotern automatisch Probenkennzeichnungen und umfangreiche
weitere Informationen eingeschrieben werden können. Diese können von
entsprechend ausgestatteten Massenspektrometern gelesen werden.
Dabei können
die Probenkennzeichnungen nicht nur Bezeichnungen zur Herkunft der
Proben tragen, sondern auch Anweisungen für die An der Analyse und die
An der Datenauswertung für
die Analysedaten. Da Massenspektrometer im Allgemeinen in Labordatennetze
eingebunden sind, können
in diesem Fall die Transponder die Adressen von Dateien enthalten,
in denen die Information über
die 384 oder 1536 Proben auf den Probenträgerplatten detailliert gespeichert
sind.
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Transponder
sind elektrische Schaltkreise, die umfangreiche Informationen speichern
können. Die
Informationen können
mit besonderen Lesestationen berührungslos über eine
Entfernung von einigen Zentimetern ausgelesen werden; mit entsprechenden
Schreibstationen lassen sich ebenfalls berührungslos Informationen einschreiben.
Transponder benötigen
nicht unbedingt eine eigene Spannungsversorgung, die Spannungen
können
von den Schreib- oder Lesestationen induktiv übertragen werden. Moderne Ausführungsformen
von Transpondern für
Warenetiketten, die unter der Abkürzung RFID (radio frequency
identification) bekannt geworden sind, haben größere, unter die Etiketten gedruckte Antennen,
die ein Einstrahlen der Spannung und ein Auslesen der Information
auf mehrere Meter Entfernung zulässt.
Es sind heute bereits RFID-Transponder bis zu 64 Kilobyte Speicherkapazität im Handel. Sie
lassen sich in weniger als einer Sekunde auslesen oder beschreiben.
Die Transponderchips werden immer preiswerter, sie kosten nur noch
wenige zehn Cent und werden in einigen Jahren nur noch wenige Cent
kosten; bereits heutzutage kann man durchaus in wirtschaftlich vertretbarer
Weise Einweggeräte oder
Verpackungsetiketten mit Transpondern ausstatten.
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In
den Transpondern gibt es für
gewöhnlich feste
Speicherbereiche, die nur einmal mit besonderen Schreibstationen
beschreibbar und nicht löschbar
sind, und andere Speicherbereiche, die mit normalen Schreibstationen
beschreibbar, oft auch überschreibbar,
sind. In den festen Speicherbereichen können Informationen für die fälschungssichere
Identifizierung des so ausgestatteten Gerätes, also beispielsweise der
massenspektrometrischen Probenträgerplatte,
enthalten sein, in den veränderlichen Speicherbereichen
können
Probenherkunft, Verarbeitungsstatus und Analysenanweisungen mitgeschrieben
werden.
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Im
Folgenden wird hier von „Primärproben" gesprochen, wenn
es sich um diagnostische Proben der Probenahme am Patienten oder
am Ort der Probenherkunft handelt. Die später im Analysenlabor geteilten
Probenmengen für
verschiedene analytische Aufgabenstellungen oder auch die Proben
mit Mikrobenmengen, die aus den Kolonien der Petrischalen auf die
massenspektrometrische Probenträgerplatte aufgebracht
werden, werden im Folgenden mit „Sekundärproben" bezeichnet. Die Sekundärproben brauchen
also eine Herkunftskennzeichnung der Primärproben, und eine zweite Herkunftskennzeichnung,
die auf die Kolonie auf der entsprechenden Petrischale mit der Primärprobe zurückführt.
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Aufgabe der
Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, Geräte und Verfahren bereitzustellen,
mit denen sich eine eindeutige und sichere Verfolgung der Identität von diagnostischen
Proben, ihres Analyseziels und ihres Verarbeitungszustandes bis
zum Analysenergebnis, insbesondere auf dem Weg vom Ort der Probenahme
bis zum Analysenlaboratorium, sicherstellen lässt.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Es
ist der Grundgedanke der Erfindung, alle Gefäße für die diagnostischen Proben
und für
deren Weiterverarbeitung, beispielsweise auch die Gefäße für die Züchtung der
Mikrobenkolonien (Brut- oder Zuchtschalen), mit elektronischen Datenspeichersystemen
wie beispielsweise Transpondern zum maschinellen Einschreiben und
Auslesen der Herkunftsdaten für
die Primärproben
auszustatten. Die elektronischen Datenspeichersysteme können elektrische oder
magnetische Speicher enthalten; sie mögen durch direkten Kontakt
wie bei Chipkarten, durch eingebaute Kleinstantennen wie bei gewöhnlichen Transpondern,
oder durch größere Antennen
wie bei RFID-Transpondern gelesen und beschrieben werden.
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Es
ist ein weiterer Aspekt der Erfindung, dass es sich bei den Informationen,
die in die elektronischen Datenspeichersysteme eingeschrieben werden
können,
nicht nur einen mitgeführten
Erkennungscode für
die Probe handelt, sondern um das direkte Mitführen umfangreicher und möglichst
vollständiger
Daten über
die Herkunft der Probe wie Ort, Zeit, Mengen und Umstände der
Probennahme, besondere Vorkommnisse der Probennahme, Identifizierungscodes
der Patienten, Namen des Probennehmers und dergleichen. Insbesondere
können auch
Zieldaten mitgeführt
werden, beispielsweise die gewünschten
Arten der Analysen, die Adresse des Empfängers für die Analysenergebnisse bis
hin zu einer Beauftragung des auswertenden Labors, die mit entsprechenden
elektronischen Signaturverfahren gesichert werden kann. In diesem
Idealfall ist somit überhaupt
kein getrenntes Mitführen
weiterer Informationen in Papier- oder Digitalform mehr notwendig;
die Informationen über
die Probe sind in den elektronischen Datenspeichersystemen bis in
das Analysenlaboratorium hinein über
das Probengefäß fest mit
jeder Probe selbst verbunden. Die Erfindung geht also weit über die
reine Identifizierung der Probe, die auch über einen Barcode zu erreichen
wäre, hinaus.
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Im
Analysenlaboratorium kann eine Abtrennung eines Teils der Informationen
durch eine Eingabe in das Labordatennetz erfolgen, beispielsweise zur
automatischen Steuerung von Analysenautomaten oder Probenlogistiksystemen,
zur Berichtserstellung über
die Analysenergebnisse und zur späteren Rechnungslegung an den
Auftraggeber.
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Konsequenterweise
sollen alle Geräte
für eine
automatische Beladung der Probengefäße vor Ort mit diagnostischen
Proben oder der späteren Umladung
der Probengefäße im Laboratorium,
aber auch die Arbeitstische für
eine manuelle Beladung oder Umladung, geeignete Lese- und Schreibstationen
für die
Transponder besitzen. Beispiele für automatische Umladestationen
sind die Pipettierroboter, die Mikrobenproben aus Transportgefäßen in Petrischalen
verteilen, oder Pipettierroboter, die Mikrobenmengen aus Kolonien
auf massenspektrometrische Probenträgerplatten übertragen.
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Transportgefäße für diagnostische
Proben, die bereits Nähr-
oder Schutzmedien enthalten, unterliegen Verfallsdaten. Einfache
Beladungsstationen, beispielsweise Arbeitstische in einer Arztpraxis mit
Aufnahmemasken für
die Probengefäße, können durch
Lesen der unlöschbaren
Information der Transponder die An des Nähr- oder Schutzmediums und das
Verfallsdatum prüfen,
können
Beladungen verweigern, und können
im Beladungsfall alle Informationen über die Probennahme wie Ort,
Zeit und Patientenkennung hinzuschreiben. Um jeden Irrtum zu vermeiden,
können
beispielsweise Patientendaten direkt aus dem Datennetz der Arztpraxis
und damit aus Patientenchipkarten übertragen werden. In gleicher Weise
werden die Daten über
den Probennehmer, beispielsweise den Arzt oder Arzthelfer, übertragen. Bei
Beladungen, bei denen der Probennahmeort eine wichtige Rolle spielt,
können
die Ortskoordinaten direkt aus einem GPS-System übertragen werden (GPS = global
positioning system).
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Moderne
Probengefäße für diagnostische Zwecke
sind durchweg aus Glas oder Plastik gefertigte sterile Einweg-Gefäße, die
nach Verwendung entsorgt werden. Sie können, wie beispielsweise Petrischalen,
bereits mit den entsprechenden Nährböden ausgegossen
sein, aber auch andere Arten von Schutzmedien für die Proben enthalten. Die
Transponder können
direkt in die Gefäße integriert,
beispielsweise eingegossen oder fest eingeklebt, sie können aber
auch in An der RFID als Papier- oder Kunststoff-Etiketten mit Antennen
versehen und fest aufgeklebt sein. Die Antennen ziehen sich spulenartig
am Rand der Etiketten entlang. Bei Petrischalen können sie
sich in Boden oder Seitenwand der Petrischalen befinden.
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Kurze Beschreibung
der Abbildungen
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1 zeigt
eine Bodenansicht einer erfindungsgemäßen Petrischale mit Seitenwand
(1), Induktions- und Lese-Antennen (2) und Transponderchip
(3).
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2 zeigt
ein Etikett (4) für
ein Probengefäß von der
Klebschicht her. Es sind die Induktions- und Lese-Antennen (2)
und der Transponderchip (3) sichtbar.
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Besonders
günstige
Ausführungsformen
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Die
Erfindung besteht darin, alle Gefäße für Entnahme, Lagerung, Transport,
Weiterverarbeitung und Analyse diagnostischer Proben mit elektronischen
Datenspeichersystemen wie beispielsweise Transpondern zum maschinellen
Einschreiben und Auslesen umfangreicher Herkunfts- und Zieldaten
für die
Primärproben
auszustatten. Die elektronischen Datenspeichersysteme können elektrische
oder magnetische Speicher enthalten; sie können durch direkten Kontakt
wie bei Chipkarten, durch eingebaute Kleinstantennen wie bei gewöhnlichen
Transpondern, oder durch größere Antennen
wie bei RFID-Transpondern mit vorübergehend Spannung versorgt,
gelesen und beschrieben werden.
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Moderne
Probengefäße für diagnostische Zwecke
sind durchweg aus Glas oder Plastik gefertigte sterile Einweg-Gefäße, die
nach Verwendung entsorgt werden. Die Transponder können direkt
in die Gefäße integriert,
beispielsweise eingegossen oder fest eingeklebt, sie können aber
auch in An der RFID-Transponder als Papier- oder Kunststoff-Etiketten
mit Antennen versehen und fest aufgeklebt sein. Die Antennen ziehen
sich spulenartig am Rand der Etiketten entlang. Bei Petrischalen
können
sie sich in Boden oder Seitenwand der Petrischalen befinden.
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Entsprechend
sollen alle Geräte
für eine
automatische Beladung der Probengefäße mit diagnostischen Proben
und alle Geräte
für die
spätere
Umladung der Probengefäße und der
Weiterverarbeitung der Proben im Laboratorium geeignete Lese- und Schreibstationen
für die
Transponder besitzen. Die Arbeitstische für eine manuelle Beladung der
Probengefäße mit Proben
oder Umladung der Probengefäße werden
ebenfalls mit Lese- und Schreibstationen ausgestattet, also nicht
nur automatische Umladestationen wie Pipettierroboter, die Mikrobenproben aus
Transportgefäßen in Petrischalen
verteilen, oder Pipettierroboter, die Mikrobenmengen aus Kolonien auf
massenspektrometrische Probenträgerplatten übertragen.
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Nach
dieser Erfindung handelt es sich bei den Informationen, die in die
elektronischen Datenspeichersysteme eingeschrieben werden, nicht
nur um einen mitgeführten
Erkennungscode für
die Probe, wie er etwa aus Barcode-Aufdrucken bekannt ist. Es handelt
sich vielmehr um das Einschreiben und direkte Mitführen umfangreicher
und möglichst
vollständiger
Daten über
die Herkunft der Probe wie Entnahmeort, Entnahmezeit, Entnahmemengen,
Identifizierungscodes der Patienten und Namen des Probennehmers.
Es kann sich des Weiteren um Zieldaten und Aufträge an das Analysenlaboratorium
handeln, die direkt in das elektronische Datenspeichersystem des
Probengefäßes eingeschrieben
werden. Es kann sich somit um Informationen darüber handeln, was mit den Proben
in den Probengefäßen geschehen
soll, beispielsweise welche Arten von Analysen ausgeführt werden
sollen, in welcher Art die Analysenmessergebnisse ausgewertet werden
sollen, ob bereits eine zusammenfassende Bewertung der Analysenergebnisse
vorgenommen werden soll und an welche Adresse die Ergebnisberichte
gesendet werden sollen. Es kann abschließend in den elektrischen Datenspeichersystemen
der Probengefäße eine
legal gültige
Beauftragung des analysierenden und auswertenden Labors vorgenommen
werden, wobei der Auftrag mit einem entsprechenden Signaturverfahren
gesichert werden kann.
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Mit
dieser Erfindung soll es somit überhaupt nicht
mehr notwendig sein, Informationen über die Probe und den Auftrag
in Papier- oder Digitalform getrennt von der Probe zum Analysenlaboratorium
zu schaffen; alle Informationen über
die Probe und über den
Auftrag sind in den elektronischen Datenspeichersystemen bis in
das Analysenlaboratorium hinein durch das erfindungsgemäße Probengefäß fest mit
jeder Probe selbst verbunden.
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Die
Erfindung geht also weit über
die reine Identifizierung der Probe hinaus; diese wäre auch über einen
einfachen Barcode oder eine maschinenlesbare OCR-Beschriftung zu
erreichen.
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Im
Analysenlaboratorium kann dann der Analysenauftrag ausgelesen werden,
wobei auch ein Teil der Informationen automatisch in das Labordatennetz übertragen
werden kann, beispielsweise zur automatischen Steuerung der laborinternen
Probenlogistik und der Analysenautomaten. Alles weitere kann dann,
wenn entsprechende Probenverteilungs- und Analysenautomaten vorhanden
sind, im Analysenlaboratorium automatisch erfolgen, bis hin zu einer
Erstellung eines Berichts über
die Analysenergebnisse und bis zur Rechnungslegung an den Auftraggeber.
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Transportgefäße für diagnostische
Proben enthalten oft bereits Nähr-
oder Schutzmedien für
die Proben. Diese Probengefäße unterliegen
Verfallsdaten. Die verschiedenartigen Beladungsstationen können durch
Lesen der unlöschbaren
Information der Transponder die Art des Nähr- oder Schutzmediums und
das Verfallsdatum prüfen
und bei falschen Nährmedien
oder abgelaufenen Verfallsdaten Beladungen verweigern. Es kann sich
dabei automatische Beladungsstationen, wie beispielsweise Luftkeimsammler,
oder manuelle Beladungsstation, wie beispielsweise Arbeitstische
in der Arztpraxis mit eingeprägten
Hohlformen für
die Zwischenablage der standardisierten Probengefäße handeln.
Bei Beladung mit Proben können
dann über
diese Stationen alle Informationen über die Probennahme wie Probenherkunft,
Beladungsdaten und Zielangaben hinzu geschrieben werden. Die manuellen
Beladungsstationen in der Arztpraxis sind mit dem Arztpraxendatennetz
verbunden. Diese können
Patientendaten direkt aus Patientenchipkarten und die Angaben über den Probennehmer,
beispielsweise den Arzt oder den Arzthelfer, direkt in die Probengefäße übertragen.
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Es
werde hier eine günstige
Ausführungsform
und ein dazugehöriges
Verfahren an Hand eines einfachen Beispiels aufgezeigt. Es handelt
sich dabei um die Identifizierung von Luftkeimen, beispielsweise aus
Operationssälen.
Hier werden Beladungsautomaten verwendet, die die Mikroben aus der
Luft direkt auf geeignete Petrischalen aufbringen, es entfällt also
der Schritt der Übertragung
der Proben von gesonderten Transportgefäßen auf Petrischalen. Die erste
Anwendung bezieht sich auf die Überwachung der
Operationssaalluft auf Anzahl und An von Mikroben. So sind für Operationssäle Grenzwerte
für die Anzahl
von Mikroben pro Kubikmeter bindend vorgeschrieben, die ständig überprüft werden
müssen.
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Die
Beladung der Petrischalen mit Mikroben aus Luft kann über Geräte erfolgen,
die Systeme von so genannten virtuellen und realen Impaktoren enthalten
und Aerosolpartikel aus vielen Kubikmetern Luft anfeuchten und mit
hoher Ausbeute auf feuchte Nährmedien übertragen
können.
Mit virtuellen Impaktoren lassen sich dabei hohe Anreicherungen
von aerosolen Teilchen aus der angesaugten Luft in viel kleineren
Luftströmen
erreichen. Die Aerosolpartikelchen können mit hoher Effizienz durch
Düsensysteme
aus dem großen
Luftstrom in einen kleineren Luftstrom überführt werden, indem man die höhere Trägheit von
aerosolen Partikeln gegenüber
den Luftmolekülen
ausnutzt. Mit realen Impaktoren lassen sich dann die aerosolen Partikelchen
auf das feuchte Nährstoffmedium
aufblasen. Erfindungsgemäß erhalten
diese Geräte
Lese- und Schreibstationen für die
Transponder der Petrischalen, mit denen Ort, Zeit, Zeitdauer und
damit die Luftmenge der Probennahme direkt festgehalten wird. Der
Ort kann mit einer Tastatur eingegeben werden und ist auf einem Kontrollfeld
lesbar. Anmerkung: Für
Freiluft-Benutzung, aber auch in großen Krankenhäusern, kann
ein solches Gerät
auch ein GPS-System zur automatischen Feststellung der Koordinaten
enthalten (GPS = global positioning system). Es entfällt dann
jeder Irrtum bei der Eingabe des Probennahmeortes.
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Diese
Sammelgeräte
filtern insbesondere Aerosolpartikel zwischen etwa 0,5 und 10 Mikrometer
Durchmesser aus der Luft aus. Aerolsolpartikel bis zu etwa 3 Mikrometer
Durchmesser bilden Schwebeteilchen in Luft, die sich praktisch nicht
mehr durch Sedimentation absetzen. Die Mikroben kommen dabei gewöhnlich nicht
als Einzelwesen vor, sondern bilden Aggrega te, die besonders in
Größen von
zwei bis acht Mikrometer Durchmesser wegen der erhöhten Infektionsgefahr
gefährlich
sind. Einzelmikroben sind in der Regel weniger gefährlich,
weil sie bei Infektionen meist vom Körper durch Abwehrmechanismen
ausgeschaltet werden können,
außerdem
sind viele Einzelmikroben, die eine feuchte Umgebung zum Überleben
brauchen, meist in Luft nicht über
längere
Zeiten hinweg überlebensfähig. Sporen bilden
hier Ausnahmen, aber auch hier sind in der Regel mehrere Sporen
gleichzeitig für
eine Infektion notwendig.
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Die
Sammelgeräte
für Mikroben
aus Luft werden für
die Aufnahme der Mikroben nun direkt mit Petrischalen bestückt, die
erfindungsgemäß Transponder
tragen. Die Sammelgeräte
besitzen Schreib- und Lesestationen für diese Transponder. Zunächst werden
aus den nicht löschbaren
Speicher Verfallsdatum, Hersteller und Angaben über die An des Nährmediums
herausgelesen und geprüft.
Stimmt die An des Nährmediums
nicht, oder ist das Verfallsdatum überschritten, so erfolgt eine
Warnmeldung und die Beladung wird verweigert. Ist alles in Ordnung,
so erfolgt die automatische Beladung, und der beschreibbare Speicher
wird mit den Informationen über
die Probennahme wie Name des Probennehmers, Primärprobenherkunft, Primärprobennahmedetails,
und Zielangaben über
die Art der Analyse für das
Analysenlaboratorium beschrieben.
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Die
staubdicht verschlossenen Petrischalen werden nun, vorzugsweise
bereits in gewärmten Bruttaschen,
zu einem Brutschrank transportiert, der sich an ganz anderer Stelle,
vielleicht in einer anderen Stadt, befinden kann. Das Einbringen
von Hunderten von Petrischalen in einen Brutofen geschieht mit manuell
eingeschobenen Tabletts, die mit den Petrischalen vollgestellt sind.
Durch die Verwendung von Transpondern braucht man sich um Verwechslungen
der Petrischalen nicht mehr zu kümmern.
Der Brutschrank kann wiederum mit Schreib- und Lesestationen für die Transponder
versehen sein, muss aber nicht unbedingt so ausgerüstet sein.
Es genügt hier,
wenn überhaupt,
eine Station zur Eingangs- und Ausgangskontrolle, die Nachrichten über die
Zeitdauer und Temperatur der Bebrütung hinzufügen kann.
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Nach
der Entnahme aus dem Brutschrank werden die Petrischalen einem Automaten
zugeführt, der
die Kolonien über
Videokameras automatisch erkennen, durch Bildanalyse bereits grob
klassifizieren und Mikrobenmengen aus den Kolonien auf Probenträgerplatten überführen kann.
Für diesen
Automaten eignet sich beispielsweise ein Pipettierroboter, der mit
einer Digitalkamera ausgerüstet
ist. Die Digitalkamera nimmt zunächst
ein Bild der Oberfläche
des Nährmediums
mit den Kolonien der Mikroben auf. Dieses Digitalbild wird durch
Bildverarbeitungsverfahren nach Größe, Form, Farbe, Koordinaten
und Brauchbarkeit der Kolonien anhand guter Trennung von anderen
Kolonien analysiert. Dabei können
bereits charakteristische Kennzeichen für die Erkennung der Mikroben
mitgespeichert werden, wie Größe der Kolonie,
ihre Färbung,
ihre Form und andere Kennzeichen mehr. Auch eine Statistik der Kolonien kann
angefertigt werden. Das Programm entscheidet über die Entnahme von Proben zur
Analyse der Mikroben; je nach Vorwahl können dabei alle (Regelfall) oder
auch nur kritisch zu beurteilende Kolonien zur sekundären Probenahme
herangezogen werden.
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Der
Pipettierroboter überträgt dann
mit einem geeigneten Werkzeug Sekundärproben von den Kolonien auf
die MALDI-Probenträgerplatte.
Das Werkzeug kann beispielsweise eine Metallnadel oder eine Kunststoffnadel
mit stumpfen Ende sein, also ein stumpfer Stempel, der sich gut
waschen lässt.
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Es
kann dabei aus jeder Kolonie nur genau eine Sekundärprobe auf
die Probenträgerplatte übertragen
werden, in der Regel werden aber zwei bis vier Sekundärproben
pro Kolonie zu übertragen
sein, um sichere Identifizierungen zu gewährleisten. Die Probenträgerplatten
können
in einer hydrophoben Oberfläche
kleine hydrophile Ankerflächen
für die Belegung
mit Mikrobenmengen besitzen. Es sind massenspektrometrische Probenträgerplatten
in der Größe von Mikrotiterplatten
mit 384 oder auch 1536 Ankerflächen
kommerziell erhältlich.
Die Probenträgerplatten
enthalten ebenfalls Transponder für die Identifizierung der Probenträgerplatten
und der Probenbelegung. Auch hier können der Status der Verarbeitung,
die Adresse der Datei für
die Beschreibung der Einzelproben, wie Zugehörigkeit der Einzelproben zu
den Petrischalen und zu bestimmten Kolonien, und andere Einzelheiten
festgehalten werden.
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Die
Probenträgerplatten
werden dann dem Massenspektrometer zugeführt, das die Proteinprofile
misst. Aus den Proteinprofilen werden über besondere Programme, beispielsweise
Bibliothekssuchprogramme, die Mikroben identifiziert. Die Ergebnisse
aller Identifizierungen einer Primärprobe werden, wenn gewünscht mit
statistischen Auswertungen und Gefährdungsanalysen, in Ergebnisprotokollen
ausgedruckt, können
aber auch automatisch in digitaler Form an den Auftraggeber versandt
werden. Als gefährlich
eingestufte Mikrobenkolonien können,
wenn gewünscht,
weitergehend einer Analyse ihrer Resistenz gegenüber gebräuchlichen Bakteriziden unterworfen
werden. Die Wünsche
nach der An der Kolonienauswahl, der statistischen Auswertung, der
Gefährdungsanalyse
und der Resistenzanalyse können alle
bereits im Analysenauftrag, der im elektronischen Speicherdatensystem
des Probengefäßes eingeschrieben
ist, vermerkt sein.
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Wenn
für den
Analysenauftrag ein Platz sparendes Informationsschema analog zu
einem Formblatt mit ankreuzbaren Feldern verwendet wird, kann der
Speicherinhalt des elektronischen Datenspeichersystems recht klein
sein. Es ist nicht unbedingt notwendig, hier die gegenwärtig maximale
Größe von 64
Kilobyte einzusetzen. Aus preislichen Gründen können hier meist Transponder
mit etwa zwei Kilobyte Inhalt eingesetzt werden, das ist der Inhalt
einer eng bedruckten Schreibmaschinenseite. Ein solches Vorgehen
setzt allerdings eine entsprechende Normierung des Formats voraus;
diese Normierung muss nicht welt- oder landesweit gelten, aber zumindest
zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer abgestimmt sein (wie es
in ähnlicher
Form auch für
die Formblätter
mit ankreuzbaren Feldern gilt).
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Weitere
Anwendungen einer Mikrobendiagnostik betreffen Infektionsfälle mit
einer vom Arzt gewünschten
Identifizierung der Infektionserreger. Dabei werden die Proben in
spezialisierten Probengefäßen zum
Auswertelaboratorium geschickt, eine Praxis, die eingeübt ist und
daher auch schwer zu ändern
sein wird. Es ist aber unschwer, jetzt an sich gleiche, aber mit
elektrischen Datenspeichersystemen versehene Probengefäße zu verwenden,
und in diese die Informationen weitgehend automatisch einschreiben
zu lassen. Dazu sind lediglich Arbeitstischauflagen erforderlich,
deren Schreib- und Lesestationen mit dem digitalen Praxisnetz verbunden sind.
Es können
die Patientencodes auch direkt über das
Rechensystem der Arztpraxis eingelesen werden, fußend auf
der Patientenchipkarte.
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In
Zukunft wird ein Versand der Probengefäße, die mit Nährböden versehen
sind, in Wärmebeuteln
bereits zu einer Bebrütung
und damit zu einer Abkürzung
des Identifizierungsverfahrens führen. Gerade
in Infektionsfällen
kann die Zeit bis zur Kenntnis über
die Art der Infektion eine lebensrettende Rolle spielen.
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Die
hier gegebenen Beispiele einer Mikrobendiagnostik lassen sich ohne
weiteres auf eine chemische Analyse diagnostischer Proben ausweiten.
Für chemische
Analysen gibt es ebenfalls Automaten, die Analysen weitgehend selbständig durchführen können. Hier
ist es oft notwendig, die Proben nach Eingang im Analysenlaboratorium
zu teilen und auf viele einzelne Probengefäße zu verteilen, die dann den
Analyseautomaten getrennt und mit verschiedenartigen Einzelaufträgen zugeführt werden müssen.
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Dem
Fachmann auf diesem Gebiet sind viele weitere Anwendungsfelder bekannt.
Aus obigen Angaben lassen die wesentlichen Einsatzarten bereits ableiten.
Die hier gegebenen Grundlagen der Erfindung erlauben es somit dem
einschlägigen
Fachmann, die Sicherung der Probenherkunft für diagnostische Proben und
die Beauftragung mit analytischen Verfahren unter Benutzung der
erfindungsgemäßen Probengefäße in vielfältiger Weise
zu variieren und zu verfeinern.