ES2562855T3 - Extrapolación de datos de sensor interpolados para aumentar el rendimiento de muestras - Google Patents

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ES2562855T3
ES2562855T3 ES12762106.8T ES12762106T ES2562855T3 ES 2562855 T3 ES2562855 T3 ES 2562855T3 ES 12762106 T ES12762106 T ES 12762106T ES 2562855 T3 ES2562855 T3 ES 2562855T3
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Abstract

Un sistema para aumentar el rendimiento de muestras, que comprende: un sensor (140) configurado para generar señales de datos en respuesta a ser expuestas a un analito dentro de una muestra; un procesador (104) configurado para registrar puntos de datos asociados con las señales de datos, seleccionar una serie de puntos de datos correspondientes a una parte de un intervalo de tiempo de la región cinética de los puntos de datos registrados, convertir los puntos de datos seleccionados de los correspondientes en una parte de un intervalo de tiempo de la región cinética para que correspondan a una escala de tiempo logarítmica, evaluar los puntos de datos convertidos, determinar una ecuación de ajuste de curva que corresponda a la curva, en donde la ecuación de ajuste de curva es de la forma s(t) >= a(log (t))2 + b(log (t)) + c, donde t representa el tiempo y a, b, y c son parámetros de ajuste para un polinomio de segundo orden y se determinan en base a la respuesta inicial del sensor; extrapolar una respuesta final del sensor (140) utilizando la ecuación de ajuste de curva, y calcular, utilizando la respuesta final extrapolada, un valor correspondiente al analito, aumentando con ello dicho rendimiento de la muestra.

Description

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DESCRIPCION
Extrapolacion de datos de sensor interpolados para aumentar el rendimiento de muestras Campo de la Invencion
La presente invencion se refiere al aumento de rendimiento de muestras. La presente invencion se refiere mas espedficamente a un dispositivo, tal como un analizador automatizado clmico de fluidos corporales, tales como la sangre, y a un metodo para aumentar el rendimiento de la muestra a traves del analizador mediante la prediccion de la respuesta final de un sensor electroqmmico que responde a la presencia de un analito en una muestra de fluido corporal.
Antecedentes de la Invencion
En una diversidad de situaciones clmicas, es importante medir determinadas caractensticas qmmicas de la sangre de un paciente tales como el pH, el hematocrito, la concentracion de iones calcio, potasio, cloruro, sodio, glucosa, lactato, creatinina, creatina, urea, la presion parcial de O2 y/o CO2, y similares. Estas situaciones pueden surgir en una visita rutinaria a la consulta del medico, en el quirofano, unidad de cuidados intensivos o sala de emergencia. La velocidad con la que se obtiene la respuesta analftica es importante para determinar la terapia y el resultado terapeutico. Un retraso en el tiempo de respuesta de un sensor ralentiza el diagnostico y, con ello, la aplicacion de la terapia apropiada. Retrasos de este tipo pueden afectar al pronostico y al resultado clmico.
Sensores electroqmmicos tales como los descritos en las patentes de EE.UU. N°s: 6.652.720; 7.632.672; 7.022.219; y 7.972.280, se utilizan tfpicamente para proporcionar un analisis qrnmico de la sangre de un paciente.
Microelectrodos convencionales generan senales electricas proporcionales a las caractensticas qmmicas de la muestra de sangre. Para generar estas senales electricas, los sistemas de sensores pueden combinar un componente de reconocimiento qrnmico o bioqmmico tal como una enzima, con un transductor ffsico tal como un electrodo de platino. Componentes de reconocimiento qmmicos o bioqmmicos tradicionales interaction selectivamente con un analito de interes para generar, directa o indirectamente, la senal electrica necesaria a traves del transductor.
La selectividad de ciertos componentes de reconocimiento bioqmmicos hace posible que los sensores electroqmmicos detecten con precision ciertos analitos biologicos, incluso en una mezcla compleja de analitos tales como la sangre. La precision y la velocidad con la que estos sensores proporcionan una respuesta son caractensticas importantes de los analizadores automatizados clmicos.
Uno de los objetivos de los fabricantes de sistemas de analisis de muestras clmicas es aumentar el rendimiento de las muestras. Innovaciones recientes han centrado su atencion en la reduccion del tiempo de respuesta final de un sensor, que es el tiempo que el sensor necesita para proporcionar una respuesta final. En los sistemas analtticos clmicos convencionales, una vez que el sensor proporciona una respuesta final, la respuesta es proporcionada a un ordenador, que realiza diversas operaciones matematicas para convertir la respuesta final en una concentracion de un analito dentro de la muestra de fluido corporal. El tiempo necesario para que el sensor proporcione una respuesta final dicta el tiempo para analizar una muestra, que en ultima instancia, determina el rendimiento de la muestra. En consecuencia, hay una necesidad de reducir el tiempo necesario para analizar una muestra de fluido corporal para acelerar el diagnostico y la intervencion terapeutica. Es tambien conocido extrapolar la respuesta del sensor con el fin de obtener mas rapidamente un resultado, vease el documento US 2008/0102441.
Sumario de la Invencion
La presente invencion supera los inconvenientes de los dispositivos y metodos de la tecnica anterior y esta dirigida a las tecnologfas para aumentar el rendimiento de la muestra, tal como muestra de fluido corporal, mediante la prediccion del tiempo de respuesta final de un sensor para el analisis de un analito en la muestra.
La presente invencion describe tecnicas para la extrapolacion de una respuesta final de un sensor mediante la determinacion de una ecuacion de ajuste de curva derivada de senales de datos generados por el sensor en respuesta a la exposicion a analitos en una muestra. La ecuacion de ajuste de la curva es un polinomio logantmico de segundo grado, que tiene una forma general de s(t) = a(log (t))2 + b(log (t)) + c, donde a, b, y c son los coeficientes del polinomio que se determinan en base a los puntos de datos convertidos, y s(t) es la salida del sensor calculada en un momento t particular.
En un aspecto, un sistema para aumentar el rendimiento de la muestra incluye un sensor configurado para generar una pluralidad de senales de datos asociados con la medicion de un analito dentro de la muestra. El sistema incluye, ademas, un procesador que registra los puntos de datos correspondientes a un intervalo de tiempo particular dentro de la region cinetica, convierte los puntos de datos registrados en una funcion logantmica de la escala de tiempo, y representa los puntos de datos convertidos. El procesador determina entonces una curva que se ajusta a los puntos de datos trazados y determina una ecuacion de ajuste de curva para la curva. Una vez determinada la ecuacion de
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ajuste de curva, el procesador extrapola una respuesta final del sensor usando la ecuacion de ajuste de curva. Un valor, tal como la concentracion del analito, se calcula entonces utilizando la respuesta final extrapolada.
En otro aspecto, un metodo para aumentar el rendimiento de muestras incluye la recepcion de senales de datos generados por un sensor en respuesta a ser expuesto a un analito dentro de una muestra. Una vez que se reciben las senales de datos, se registran puntos de datos asociados con las senales de datos. Se selecciona una serie de puntos de datos correspondientes a una porcion de un intervalo de tiempo de una region cinetica a partir de los puntos de datos registrados y luego se convierte en una funcion logantmica de la escala de tiempo y se representa graficamente. Se genera una curva que se ajusta a los puntos de datos y se determina una ecuacion logantmica de segundo grado para la curva. Una vez determinada la ecuacion de ajuste de curva, el procesador extrapola una respuesta final del sensor utilizando la ecuacion de ajuste de curva. Un valor, tal como la concentracion del analito, se calcula entonces utilizando la respuesta final extrapolada.
En aun otro aspecto, un medio de almacenamiento legible por ordenador que incluye instrucciones ejecutables por ordenador para la recepcion de senales de datos generadas por un sensor en respuesta a ser expuesto a un analito dentro de una muestra. Una vez que se reciben las senales de datos, se registran puntos de datos asociados con las senales de datos. Se selecciona una serie de puntos de datos correspondientes a una porcion de un intervalo de tiempo de una region cinetica a partir de los puntos de datos registrados y luego se convierte en una funcion logantmica de la escala de tiempo y se representa graficamente. Se genera una curva que se ajusta a los puntos de datos y se determina una ecuacion logantmica de segundo grado para la curva. Una vez que se determina la ecuacion de ajuste de curva, el procesador extrapola una respuesta final del sensor usando la ecuacion de ajuste de curva. Un valor, tal como la concentracion de analito, se calcula a continuacion utilizando la respuesta final extrapolada
Breve Descripcion de los Dibujos
Estas formas de realizacion y otros aspectos de esta invencion resultaran facilmente evidentes a partir de la siguiente descripcion detallada y de los dibujos adjuntos, que estan destinados a ilustrar y no a limitar la invencion, y en los cuales:
La Figura 1 ilustra un diagrama de bloques a modo de ejemplo de un sistema de medicion de concentracion de analito de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion;
la Figura 2 muestra un grafico a modo de ejemplo de la tension en funcion del tiempo para datos experimentales generados por un sensor para medir la concentracion de glucosa de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion;
la Figura 3 muestra un grafico a modo de ejemplo de la tension frente a la funcion logantmica de tiempo utilizando una porcion de los datos experimentales de la Figura 2 de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion; y
la Figura 4 es un diagrama de flujo logico a modo de ejemplo para la prediccion de la respuesta final del sensor de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
Descripcion
La presente invencion se refiere a tecnologfas para incrementar el rendimiento de muestras, tales como una muestra de fluido corporal, en un analizador automatizado clmico mediante la prediccion del tiempo de respuesta final de un sensor para el analisis de un analito en la muestra. De acuerdo con diversas formas de realizacion descritas en esta memoria, la presente invencion describe tecnicas para la extrapolacion de una respuesta final de un sensor mediante la determinacion de una ecuacion de ajuste de curva derivada de las senales de datos generados por el sensor en respuesta a la exposicion a una muestra. La ecuacion de ajuste de curva es un polinomio logantmico de segundo grado que tiene una forma general de s(t) = a(log (t))2 + b(log (t)) + c, donde a, b, y c son los coeficientes del polinomio que se determina en base a los puntos de datos convertidos, y s(t) es la salida del sensor calculada en un momento t particular. De esta manera, un sistema de analisis de muestras puede que ya no tenga que esperar toda la duracion del tiempo de respuesta final del sensor para analizar una muestra y proporcionar una determinacion de la concentracion del analito medida por el sensor en la muestra. Ademas de ello, al reducir el tiempo de respuesta del sensor y, por lo tanto, el tiempo de exposicion de la muestra, tambien se reduce el tiempo de recuperacion del sensor, que es el tiempo que el sensor tarda en recuperarse, lo que permite un mayor rendimiento.
Con referencia ahora a las figuras, la Figura 1 ilustra un diagrama de bloques de un sistema de medicion de la concentracion de analito 102 de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion. En particular, un sistema de medicion de la concentracion de analito 102 incluye un procesador 104, una memoria 106, y una aplicacion 110 de medicion de la concentracion de analito almacenado en la memoria 106. La aplicacion 110 de medicion de la concentracion de analito puede estar configurada generalmente para comunicar con uno o mas sensores 140A-N, generalmente denominados en lo sucesivo como sensores 140. En diversas realizaciones, los sensores 140 pueden ser sensores electroqmmicos que pueden generar senales voltimetricas o amperometricas en respuesta a la exposicion a los analitos. En diversas realizaciones, un primer sensor 140A puede ser sensible a un primer analito
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dentro de una muestra, un segundo sensor 140B puede ser sensible a un segundo analito dentro de la muestra, y un n-esimo sensor 140N puede ser sensible a un n-esimo analito dentro de la muestra, etcetera. Mas detalles acerca de los sensores 140 se proporcionan mas adelante.
La aplicacion 110 de medicion de la concentracion de analito puede incluir uno o mas modulos configurados para realizar funciones o tareas espedficas con el fin de determinar la concentracion de un analito dentro de una muestra. En diversas formas de realizacion, la aplicacion 110 de medicion de la concentracion de analito puede incluir un modulo 112 de comunicacion del sensor, un modulo 114 de informacion de puntos de datos, un modulo 116 de seleccion de puntos de datos, un modulo 118 de ajuste de curva, un modulo 120 de extrapolacion, un modulo 122 de validacion y un modulo 124 de informe de la concentracion de analito. Debe apreciarse que en diversas formas de realizacion, la aplicacion 110 de medicion de la concentracion de analito puede incluir modulos adicionales para llevar a cabo tareas adicionales, o puede incluir solamente algunos de los modulos mencionados anteriormente.
La aplicacion 110 de medicion de la concentracion de analito esta configurada para recibir senales de datos generadas por un sensor al ser expuesto a un analito dentro de una muestra, registrar los puntos de datos extrafdos de las senales de datos, evaluar los puntos de datos en una funcion logantmica de escala de tiempo, determinar una curva que coincida con los puntos de datos evaluados, determinar una ecuacion de ajuste de curva que puede ser utilizada para extrapolar una respuesta final del sensor, y estimar con precision la concentracion del analito basandose en la respuesta final extrapolada del sensor.
En diversas formas de realizacion, el modulo 112 de comunicacion del sensor puede ser configurado para recibir senales de datos de los sensores 140. En algunas formas de realizacion, en las que los sensores pueden ser sensores electroqmmicos, las senales de datos pueden representar una salida amperometrica que puede ser medida en amperios, o una salida voltimetrica que puede ser medida en voltios. En diversas formas de realizacion, estas senales de datos pueden variar con el tiempo y tfpicamente pueden generar un valor de salida que finalmente se estabiliza con el tiempo. El valor de salida estabilizado puede ser tfpicamente la respuesta final del sensor. Debe apreciarse que se puede utilizar como un sensor 140 cualquier tipo de sensor que pueda generar una senal de salida de datos en respuesta a la exposicion a un analito.
El modulo 114 de registro de puntos de datos esta configurado para capturar y registrar puntos de datos de las senales de datos generadas. Los puntos de datos se pueden almacenar en la memoria del sistema 102 de medicion de la concentracion de analito, o en cualquier otro medio de almacenamiento accesible por la aplicacion 110 de medicion de concentracion de analito. En diversas formas de realizacion, el modulo 114 de registro de puntos de datos puede registrar una medicion de la senal de datos despues de cada n-esimo penodo de tiempo fijado. El penodo de tiempo fijado puede ser predefinido por la aplicacion 110 de medicion de concentracion de analito. Se debe apreciar que el penodo de tiempo fijado puede estar definido por las limitaciones tecnologicas de los sistemas existentes y no pretende limitarse a cualquier intervalo particular. Sin embargo, en algunas formas de realizacion, el penodo de tiempo fijado puede variar de una milesima de segundo a unos pocos segundos. En formas de realizacion alternativas, el modulo 114 de registro de puntos de datos puede registrar una medicion de la senal de datos despues de periodos aleatorios o variables de tiempo.
El modulo 116 de seleccion de puntos de datos esta configurado para seleccionar puntos de datos pertinentes a partir de los puntos de datos registrados. En diversas formas de realizacion, el modulo 116 de seleccion de puntos de datos puede seleccionar puntos de datos que, cuando se representan en una funcion logantmica de escala de tiempo, pueden permitir a la aplicacion de medicion de concentracion de analito determinar una curva que se ajuste estrechamente a los puntos de datos seleccionados y tambien de lugar a la prediccion de una respuesta final del sensor que este dentro de lfmites aceptables. En diversas formas de realizacion, los puntos de datos que pueden proporcionar los resultados mas exactos pueden ser seleccionados de un intervalo de tiempo que se determina empmcamente, y pueden variar dependiendo de las caractensticas del sensor y del analito.
El modulo 116 de seleccion de puntos de datos selecciona una serie de puntos de datos correspondientes a un intervalo de tiempo de una region cinetica a partir de los puntos de datos registrados. El intervalo de tiempo de la region cinetica se refiere a cualquier intervalo de tiempo en el que los puntos de datos estan dentro de la region cinetica de una respuesta del sensor. Tfpicamente, la region cinetica se produce una primera vez cuando el sensor esta expuesto al analito, una segunda vez cuando las senales de datos generadas por el sensor no son sustancialmente similares a la respuesta final del sensor, es decir, antes de que la respuesta del sensor alcance el equilibrio. En otras palabras, una vez que las senales de datos generadas por el sensor se convierten de manera sustancialmente similar a la respuesta final del sensor, las senales de datos estan siendo generadas en una region de equilibrio. El modulo 116 de seleccion de puntos de datos selecciona una serie de puntos de datos correspondientes a una porcion de un intervalo de tiempo de una region cinetica. En una forma de realizacion, el intervalo de tiempo puede comenzar unos quince segundos despues de que el sensor sea expuesto al analito. Ademas, el intervalo de tiempo puede terminar unos treinta segundos despues de que el sensor sea expuesto al analito. Detalles adicionales sobre que puntos de datos seleccionar se proporcionan mas adelante con respecto a la FIGURA 4.
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El modulo 118 de ajuste de curva esta configurado para convertir los puntos de datos seleccionados en una funcion logantmica de la escala de tiempo de tal manera que los puntos de datos convertidos pueden ser evaluados en una funcion logantmica de escala de tiempo. El modulo de ajuste de curva puede entonces determinar una curva que coincide estrechamente con los puntos de datos evaluados. En diversas formas de realizacion, el modulo 118 de ajuste de curva puede trazar los puntos de datos seleccionados en una funcion logantmica de escala de tiempo y determinar una curva que coincida estrechamente o se ajuste a los puntos de datos representados. Al determinar la curva, el modulo de ajuste de curva puede determinar una ecuacion que corresponde a la curva. La ecuacion de la ecuacion de ajuste de curva es una ecuacion logantmica de segundo grado que tiene una forma general de s(t) = a(log (t))2 + b(log (t)) + c, donde a, b y c son los coeficientes del polinomio que se determinan en base a los puntos de datos convertidos, y s(t) es la salida del sensor calculada en un momento t particular. Los valores precisos de a, b, y c, que se determinan empmcamente para cada configuracion del sensor utilizada, dependen en parte de la concentracion del analito, del tamano de la muestra, de la temperatura, de la configuracion de la geometna del sensor del aparato, y de otros parametros.
El modulo 120 de extrapolacion esta configurado para extrapolar una respuesta final del sensor mediante la resolucion de la ecuacion de ajuste de curva para un tiempo dentro de la region de equilibrio de la curva. En diversas formas de realizacion, la aplicacion 102 de medicion de la concentracion de analito puede utilizar metodos empmcos para determinar un tiempo que esta dentro de la region de equilibrio de la curva, y luego almacenar el tiempo de la region de equilibrio determinado como un tiempo predefinido con el que resolver la ecuacion de ajuste de curva.
El modulo 122 de validacion puede estar configurado para validar la respuesta final calculada mediante la determinacion del coeficiente de variacion (CV) y el coeficiente de determinacion (R2). Las siguientes formulas para determinar el coeficiente de variacion (CV) y el coeficiente de determinacion (R2) son bien conocidas en la tecnica y pueden ser utilizadas por el modulo 122 de validacion para validar la respuesta final calculada.
CV = desviacion estandar(yi-)/media(yi); y
R2= 1 -(suma (yi-fi)2)/(suma ((yi-media (yi))2);
donde yi.y fi son los valores observados y calculados en un momento determinado, respectivamente.
Se debe apreciar que por medio de la presente descripcion, el tiempo de exposicion de la muestra se reduce a medida que se reduce el tiempo de respuesta del sensor. Como resultado del tiempo de exposicion de la muestra reducida, los sensores y, en particular, los sensores enzimaticos, incluyendo pero no limitados a los sensores para medir glucosa y lactato, pueden haber acortado los tiempos de recuperacion del sensor. Debido a que los sensores pueden recuperar mas rapidamente, puede lograrse un mayor rendimiento.
EJEMPLIFICACION
El modulo 124 de informe de la concentracion de analito determina la concentracion del analito dentro de la muestra utilizando la respuesta final calculada e informa sobre la concentracion del analito con una senal si el modulo 122 de validacion determina que el CV y el R2 no estan dentro de los lfmites aceptables. Por el contrario, si el CV y el R2 estan dentro de los lfmites aceptables, entonces el modulo 124 de informe de la concentracion de analito puede informar sobre la concentracion del analito sin una senal. Los analitos que se pueden medir de acuerdo con el metodo de la invencion incluyen, pero no se limitan a, por ejemplo, hematocrito, la concentracion de iones de calcio, potasio, cloruro, sodio, glucosa, lactato, creatinina, creatina, urea, la presion parcial de O2 y/o CO2, o cualquier otro analito para el que exista un sensor. En diversas formas de realizacion, la senal puede ser un bit de datos que se puede representar visualmente como una marca, un sfmbolo, o auditivamente, como un pitido, un tono, o en cualquier otra manifestacion que pueda indicar a un usuario que bien el CV o el R2 no estan dentro de lfmites aceptables.
Con referencia ahora a la Figura 2, se muestra un grafico a modo de ejemplo de tension frente al tiempo para los datos experimentales generados por un sensor para medir la concentracion de glucosa. En particular, el grafico muestra una serie de puntos de datos 202A-N que son capturados a partir de una senal de datos generada por el sensor 140. Los puntos de datos indican un valor de salida, tal como una tension, corriente o carga. En diversas formas de realizacion, los puntos datos de la senal generada pueden registrarse a lo largo del tiempo y representarse en funcion del tiempo. El grafico que se muestra en la Figura 2 se genera mediante el trazado de los puntos de datos registrados 202A-N frente al tiempo. En la presente forma de realizacion, los puntos de datos se registran cada segundo. Sin embargo, en diversas formas de realizacion, los puntos de datos pueden ser registrados en intervalos de tiempo que son menos o mas de un segundo.
Se debe apreciar que mediante el registro de los puntos de datos en intervalos de tiempo de menos de un segundo, se generan mas datos, lo que puede permitir una representacion mas precisa, pero tambien puede utilizar recursos de computacion adicionales, que pueden ser indeseables, dependiendo de los recursos del sistema. Alternativamente, los puntos de datos que se registran a intervalos de tiempo sustancialmente superiores a un
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segundo pueden proporcionar una representacion menos precisa. En cualquier caso, la duracion de los intervalos de tiempo entre los puntos de datos es una opcion de implementacion que pueden determinarse en base a diversos factores, tales como el tiempo de respuesta final del sensor, las limitaciones con respecto a los recursos informaticos, la naturaleza del sensor y del analito y similares.
Haciendo referencia ahora a la Figura 3, se muestra un grafico a modo de ejemplo de tension frente a una funcion logantmica de tiempo utilizando una parte de los datos de glucosa experimentales de la Figura 2. Como se describio anteriormente, una vez que se registran los puntos de datos correspondientes a las senales de datos recibidas desde el sensor, el modulo 114 de seleccion de puntos de datos puede seleccionar puntos de datos pertinentes de los puntos de datos registrados. Los puntos de datos seleccionados pueden entonces ser convertidos en una escala logantmica, tal como la base 10 o logaritmo neperiano. Al convertir los puntos de datos a la escala logantmica, los puntos de datos 302A-N convertidos se representan como valores de tension frente a la funcion logantmica de tiempo.
Como se muestra en la Figura 3, una vez que los puntos de datos convertidos se representan en la tension frente a la funcion logantmica de escala de tiempo, se puede mostrar el grafico 300. Esto permite que el modulo 118 de ajuste de curva determine una curva 306 que coincida estrechamente con los puntos de datos 302A-N convertidos. Entonces, el modulo 118 de ajuste de curva puede determinar una ecuacion de ajuste de curva basada en la curva 306 que es mas simple que las ecuaciones de ajuste de curva existentes utilizadas en las tecnologfas de sensores. Las ecuaciones de ajuste de curvas existentes requieren la busqueda de rafces de ecuaciones no lineales, mientras que las tecnicas descritas en esta memoria no requieren encontrar tales rafces. Encontrar rafces de ecuaciones no lineales es computacionalmente intensivo, y cuando se trata de sistemas que tienen altos rendimientos, la gravedad del problema se hace aun mas evidente. Como resultado de ello, mediante la utilizacion de ecuaciones de ajuste de curva que no requieren la busqueda de rafces de ecuaciones no lineales, el sistema 102 de medicion de la concentracion de analito requiere menos recursos computacionales que los sistemas existentes. Esto se traduce en diversas ventajas frente a los sistemas existentes, incluyendo pero no limitado a rendimientos incrementados, costes de fabricacion reducidos, y una huella ffsica y de energfa mas pequena. Ademas, debe apreciarse que el paso de visualizacion puede no ser necesario, ya que la ecuacion de ajuste de curva puede ser determinada sin tener que representar los puntos de datos ni dibujar una curva que se ajuste a los puntos de datos.
La ecuacion de ajuste de curva es una ecuacion logantmica de segundo grado que tiene una forma general de
s(t) = a(log (t))2 + b(log (t)) + c,
donde a, b, y c son los coeficientes del polinomio que se determinan en base a los puntos de datos convertidos, y s(t) es la salida del sensor calculada en un momento particular t. Los valores precisos de a, b, y c que se determinan experimentalmente para cada configuracion de sensor utilizada, dependen en parte de la concentracion del analito, del tamano de la muestra, de la temperatura, de la configuracion de la geometna del transductor del sensor, y de otros parametros. Una vez que los valores de a, b, y c se han determinado para una configuracion del sensor, la ecuacion de ajuste de curva puede ser utilizada para estimar rapidamente la concentracion del analito en la muestra. Segun la invencion, no hay necesidad de esperar a que el sensor proporcione su lectura final para determinar la concentracion de analito.
Se debe apreciar que la seleccion de los puntos de datos a ser convertidos juega un papel importante en la determinacion de la precision de la ecuacion de ajuste de curva. Aunque la sabiduna convencional sugiere que cuanto mayor sea el numero de puntos de datos utilizados para determinar el ajuste de la curva, tanto mejor.
La presente invencion da a conocer que esta sabiduna no es necesariamente cierta. Mas bien, el intervalo del que se seleccionan los puntos de datos puede incluso desempenar un papel mas importante. En diversas formas de realizacion, los puntos de datos seleccionados para ser convertidos en la funcion logantmica de la escala de tiempo eran puntos de datos generados entre 15-30 segundos despues de que el analito se expuso por primera vez al sensor. En otras formas de realizacion, los puntos de datos utilizados eran entre 15-35 segundos despues de que el analito se expusiera por primera vez al sensor sin mejoras significativas en la precision. Del mismo modo, se utilizaron puntos de datos entre 10-25 segundos despues de que el analito se expusiera por primera vez al sensor, pero produjeron algunos resultados que no eran suficientemente precisos. Se debe apreciar que, los puntos de datos seleccionados pueden variar segun el tipo de sensor y de analito, el tiempo de respuesta final, entre otros factores. En diversas formas de realizacion, el intervalo de tiempo para la seleccion de los puntos de datos se puede determinar a traves de metodos empmcos.
Como se describio anteriormente, el valor de la respuesta final del sensor puede ser calculado resolviendo la ecuacion para un tiempo que esta dentro de la region de equilibrio de la curva de respuesta del sensor. Una vez se calcula el valor final relativo al analito usando la ecuacion de ajuste de curva, el valor de respuesta final es convertido en un valor correspondiente a la concentracion del analito, utilizando, por ejemplo, un metodo que comprende un valor de calibracion (por ejemplo, una parte, un punto de calibracion, un valor de una diferencia, etc.).
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Con referencia ahora a la Figura 4, se muestra un diagrama de flujo logico a modo de ejemplo para estimar la concentracion de un analito dentro de una muestra. Una rutina 400 comienza en la operacion 402, donde se expone el sensor 140 a una muestra que contiene el analito. Como se describio anteriormente, el sensor 140 electroqmmico puede ser sensible a los niveles de la concentracion de un analito dentro de la muestra.
A partir de la operacion 402, la rutina 400 prosigue a la operacion 404, donde el sensor 140 genera una o mas senales de datos en respuesta a la exposicion al analito. En diversas formas de realizacion, las senales de datos pueden estar en forma de una tension, corriente, carga o cualquier otro tipo de salida medible. Estas senales de datos son generadas continuamente por el sensor 140 mientras es expuesto al analito.
A partir de la operacion 404, la rutina 400 prosigue a la operacion 406, donde el modulo 114 de registro de puntos de datos registra los puntos de datos de las senales de datos. La granularidad en la que se registran estos puntos datos puede ser determinada por el tipo de sensor, la cantidad de analito, el tamano de la muestra, la temperatura, entre otros factores. En una forma de realizacion, las senales de datos se registran cada segundo. Sin embargo, se debe apreciar que la frecuencia a la que se registran estos puntos datos puede ser mayor o menor que un punto de datos por segundo. Los puntos de datos pueden ser almacenados dentro de la memoria del sistema 102 de medicion de la concentracion de analito, o pueden ser almacenados remotamente en una ubicacion que es accesible por la aplicacion 110 de medicion de la concentracion de analito.
A partir de la operacion 406, la rutina 400 prosigue a la operacion 408, donde el modulo 116 de seleccion de punto de datos selecciona una parte de los puntos de datos registrados por el modulo 114 de registro de punto de datos. En diversas formas de realizacion, el modulo 116 de seleccion de punto de datos puede seleccionar puntos de datos que, cuando se representan, pueden ayudar a determinar una curva que tiene una ecuacion que, cuando se extrapola a un tiempo en el futuro, genera un resultado que se aproxima al resultado real del sensor 140. En diversas formas de realizacion, el modulo 116 de seleccion de puntos de datos puede seleccionar cualquier numero de puntos de datos. Hay un equilibrio compensatorio que el modulo 116 de seleccion de punto de datos tiene que tener en cuenta al seleccionar los puntos de datos. La seleccion de demasiados puntos de datos tambien puede aumentar el numero de valores atfpicos, que puede afectar negativamente a la precision de la curva que esta siendo ajustada, asf como la seleccion de puntos de datos que estan demasiado lejos en el tiempo puede retrasar el tiempo en el que el sistema 102 de medicion de la concentracion de analito puede determinar la concentracion de analito. En particular, la seleccion de los primeros pocos puntos de datos que se registran puede provocar que el sistema de medicion de la concentracion de analito produzca resultados imprecisos. Esto es debido a que los sensores 140, cuando se exponen inicialmente al analito, pueden generar senales de ruido, entre otras afectaciones indeseables. En consecuencia, basado en metodos empmcos, puntos de datos seleccionados de la region cinetica, pero despues de la respuesta inicial del sensor 140, pueden generar los resultados mas precisos, mientras que equilibran la necesidad de determinar la concentracion de analito en el menor tiempo, sin comprometer significativamente la precision.
A partir de la operacion 408, la rutina 400 prosigue a la operacion 410, donde el modulo 118 de ajuste de curva convierte los puntos de datos seleccionados que tienen un valor de salida correspondiente a un tiempo particular en una unidad de funcion logantmica de tiempo. En diversas formas de realizacion, la base de la escala logantmica puede ser de base 10, o logaritmo neperiano (ln e), Al hacer esto, una curva generada por los puntos de datos representados, convertidos, puede ser mas precisa y utiliza menos puntos de datos que ecuaciones de ajuste de curvas existentes.
A partir de la operacion 410, la rutina 400 prosigue a la operacion 412, donde el modulo 118 de ajuste de curva puede representar los puntos de datos convertidos en un grafico. En diversas formas de realizacion, el eje Y es un valor de salida recopilado de la senal de datos generada por el sensor 140, y el eje X es una funcion logantmica de tiempo. A partir de la operacion 412, la rutina 400 prosigue a la operacion 414, donde el modulo 118 de ajuste de curva puede determinar una ecuacion de ajuste de curva para el grafico trazado.
El modulo 118 de ajuste de curva determina una ecuacion de ajuste de curva que es un polinomio logantmico de segundo grado que tiene la forma s(t) = a(log (t))2 + b(log (t)) + c, donde a, b y c son los coeficientes del polinomio que se determinan en base a los puntos de datos convertidos, y s(t) es la salida del sensor calculada en un momento particular t. Los valores precisos de a, b, y c, que se determinan experimentalmente para cada una de las configuraciones de sensor utilizadas, dependen en parte de la concentracion del analito, del tamano de la muestra, de la temperatura, de la geometna de la configuracion, y de otros parametros. Se debe apreciar que el modulo de ajuste de curva puede no representar necesariamente los puntos de datos para determinar una curva que se ajusta a los puntos de datos. En algunas formas de realizacion, el modulo 118 de ajuste de curva puede ser capaz de determinar una curva que se ajusta a los puntos de datos, sin tener que trazar los puntos de datos. Se puede utilizar un software comercialmente disponible de ajuste de curvas para determinar una curva y una ecuacion correspondiente que se ajusta a los puntos de datos seleccionados.
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A partir de la operacion 414, la rutina 400 prosigue a la operacion 416, donde el modulo 120 de extrapolacion extrapola la respuesta final calculada del sensor 140 mediante la resolucion de la ecuacion de ajuste de curva para un tiempo que cae dentro de la region de equilibrio. Desde la operacion 416, la rutina 400 prosigue a la operacion 418, donde el modulo 122 de validacion valida la respuesta final para precision. De acuerdo con algunas formas de realizacion, el proceso de validacion incluye determinar el coeficiente de variacion (CV) y el coeficiente de determinacion (R2) utilizando las formulas de CV y R2 que se presentan anteriormente.
A partir de la operacion 418, la rutina 400 prosigue a la operacion 420, donde el modulo de validacion determina si el CV y el R2 estan dentro de los lfmites aceptables predefinidos por el sistema 102 de medicion de la concentracion de analito. En diversas formas de realizacion, estos lfmites pueden permitir que el CV y el R2 caigan dentro de un intervalo aceptable, que puede ser conocido por aquellas personas que tienen una experiencia ordinaria en la tecnica. En una forma de realizacion, los lfmites pueden permitir que el R2 caiga entre 0,98 y 1. El coeficiente de determinacion (R2) indica lo bien que se ajustan los datos y la funcion de ajuste de la curva. Cuanto mas cerca del valor de R2, mejor se ajusta.
Si en la operacion 420, el modulo 122 de validacion determina que o bien el CV, el R2, o tanto el CV como el R2 no estan dentro del lfmite aceptable, la rutina 400 prosigue a la operacion 422, donde el modulo 124 de informe de la concentracion de analito determina la concentracion del analito utilizando la respuesta final extrapolada e informa de la concentracion del analito con una marca que indica que el resultado no cae dentro de los lfmites aceptables.
Sin embargo, si en la operacion 420 el modulo 122 de validacion determina que tanto el CV como el R2 estan dentro del lfmite aceptable, la rutina 400 prosigue a la operacion 424, donde el modulo 124 de informe de la concentracion de analito determina la concentracion del analito utilizando la respuesta final extrapolada, e informa de la concentracion del analito sin una senal. Desde la operacion 422 y 424 la rutina 400 termina en la operacion 426.
De acuerdo con diversas formas de realizacion, puede ser deseable proporcionar un sistema para la calibracion de los sensores 140. Un sistema de auto-calibracion para la medicion de la concentracion de analito se puede utilizar para corregir imprecisiones en la fabricacion del sensor, reduciendo asf el tiempo y el costo de la produccion. Ademas, el sistema de auto-calibracion puede ser usado para compensar pequenas magnitudes de ruido generadas por el sensor o de otros componentes del sistema 102 de medicion de la concentracion de analito.
De acuerdo con diversas formas de realizacion, la descripcion presentada en esta memoria puede ser utilizada para reducir el tiempo para determinar un tiempo de respuesta importante de sensores electroqmmicos. En alguna formas de realizacion, se pueden utilizar sensores electroqmmicos en un entorno de control de difusion de la respuesta, tales como para calcular niveles de la concentracion de pO2, pCO2, glucosa y lactato. Ademas, la metodologfa tambien puede ser utilizada para la deteccion del punto final de electrodos selectivos de iones tales como Na, K, CI y Ca. Sin embargo, tales sensores presentan tfpicamente respuestas rapidas y, por lo tanto, una prediccion de respuesta final del sensor puede no ser necesaria.

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    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema para aumentar el rendimiento de muestras, que comprende:
    un sensor (140) configurado para generar senales de datos en respuesta a ser expuestas a un analito dentro de una muestra;
    un procesador (104) configurado para registrar puntos de datos asociados con las senales de datos, seleccionar una serie de puntos de datos correspondientes a una parte de un intervalo de tiempo de la region cinetica de los puntos de datos registrados,
    convertir los puntos de datos seleccionados de los correspondientes en una parte de un intervalo de tiempo de la region cinetica para que correspondan a una escala de tiempo logantmica, evaluar los puntos de datos convertidos,
    determinar una ecuacion de ajuste de curva que corresponda a la curva, en donde la ecuacion de ajuste de curva es de la forma s(t) = a(log (t))2 + b(log (t)) + c, donde t representa el tiempo y a, b, y c son parametros de ajuste para un polinomio de segundo orden y se determinan en base a la respuesta inicial del sensor; extrapolar una respuesta final del sensor (140) utilizando la ecuacion de ajuste de curva, y calcular, utilizando la respuesta final extrapolada, un valor correspondiente al analito, aumentando con ello dicho rendimiento de la muestra.
  2. 2. El sistema de la reivindicacion 1, en donde los puntos de datos se registran a intervalos iguales.
  3. 3. El sistema de la reivindicacion 1, en donde el intervalo de tiempo de la region cinetica se extiende desde una primera vez, cuando el sensor (140) se expone primero al analito, a una segunda vez, cuando las senales de datos generadas por el sensor (140) son sustancialmente similares a una respuesta final real del sensor (140); y, opcionalmente, en donde la parte del intervalo de tiempo de la region cinetica: comienza aproximadamente a los quince segundos despues de haber expuesto el sensor (140) al analito; y/o termina aproximadamente a los treinta segundos despues de haber expuesto el sensor (140) al analito.
  4. 4. El sistema de la reivindicacion 1, en donde el sensor (140) esta configurado para tener una respuesta controlada en difusion.
  5. 5. El sistema de la reivindicacion 1, en donde el procesador (104) esta configurado, ademas, para validar el valor calculado correspondiente al analito.
  6. 6. El sistema de la reivindicacion 1, que comprende, ademas:
    presentar, como una salida, el valor calculado correspondiente al analito.
  7. 7. Un metodo para aumentar el rendimiento de muestras, que comprende:
    recibir de un sensor (140) senales de datos generadas en respuesta a ser expuestas a un analito dentro de una muestra;
    configurar un procesador (104) para:
    registrar puntos de datos asociados con las senales de datos;
    seleccionar una serie de puntos de datos correspondiente a una parte de un intervalo de tiempo de la region cinetica de los puntos de datos registrados;
    convertir los puntos de datos seleccionados en una escala de tiempo logantmica;
    determinar una ecuacion de ajuste de curva correspondiente a la curva; en donde la ecuacion de ajuste de curva es de la forma s(t) = a*(log (t))2 + b*(log (t)) + c, donde t representa el tiempo y a, b, y c son parametros de ajuste para un polinomio de segundo orden, y se determinan en base a la respuesta inicial del sensor; extrapolar una respuesta final del sensor (140) utilizando la ecuacion de ajuste de curva; y calcular, utilizando la respuesta final extrapolada, un valor correspondiente al analito, aumentando con ello dicho rendimiento de la muestra.
  8. 8. El metodo de la reivindicacion 7, en el que la seleccion de una serie de puntos de datos correspondientes a una parte de un intervalo de tiempo de la region cinetica a partir de los puntos de datos registrados comprende:
    a) seleccionar puntos de datos que corresponden a un penodo de tiempo que comienza cuando el sensor (140) se expone primero al analito y termina cuando las senales de datos generadas por el sensor (140) son sustancialmente simulares a una respuesta final real del sensor (140); o
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    b) seleccionar puntos de datos que corresponden a un penodo de tiempo que comienza aproximadamente quince segundos despues de que el sensor (140) sea expuesto al analito y termina aproximadamente treinta segundos despues de que el sensor (140) sea expuesto al analito.
  9. 9. El sistema de la reivindicacion 1 o el metodo de la reivindicacion 7, en donde la extrapolacion de una respuesta final del sensor (140) utilizando la ecuacion de ajuste de curva comprende resolver la ecuacion de ajuste de curva para un tiempo cuando entonces las senales de datos generadas por el sensor (140) son sustancialmente similares a una respuesta final real del sensor (140).
  10. 10. El sistema de la reivindicacion 1 o el metodo de la reivindicacion 7, que comprende, ademas:
    determinar una concentracion del analito utilizando la respuesta final calculada y presentando la concentracion determinada del analito.
  11. 11. El sistema de la reivindicacion 5 o el metodo de la reivindicacion 7, en donde el procesador (104) esta configurado, ademas, para validar el valor calculado correspondiente al analito al:
    determinar un coeficiente de variacion; determinar un coeficiente de determinacion; y
    determinar si el coeficiente de variacion y el coeficiente de determinacion determinados estan dentro de lfmites aceptables.
  12. 12. El sistema de la reivindicacion 11, en donde el procesador (104) esta configurado, ademas, para:
    determinar una concentracion del analito utilizando la respuesta final calculada; y
    tras determinar que el coeficiente de variacion y el coeficiente de determinacion determinados estan dentro de lfmites aceptables, presentar la concentracion determinada del analito sin una senal; y
    tras determinar que al menos uno del coeficiente de variacion y del coeficiente de determinacion determinados no esten dentro de lfmites aceptables, presentar la concentracion determinada del analito con una senal.
  13. 13. Un medio de almacenamiento legible por ordenador que tiene instrucciones ejecutables por ordenador almacenadas en el mismo que, cuando se ejecuta por un ordenador, provoca que el ordenador:
    reciba, de un sensor (140), senales de datos generadas en respuesta a ser expuestas a un analito dentro de una muestra;
    seleccione una serie de puntos de datos asociados con las senales de datos correspondientes a un intervalo de tiempo de la region cinetica;
    convierta la serie de puntos de datos seleccionados en una escala de tiempo logantmica;
    determine una curva definida por una ecuacion cuadratica de segundo orden que fija la serie de puntos de
    datos recibidos del sensor (140), en donde la ecuacion de ajuste de curva es de la forma s(t) = a*(log(t))2 +
    b*(log(t)) + c, donde t representa el tiempo y a, b, y c son parametros de ajuste para un polinomio de segundo
    orden, y se determinan en base a la respuesta inicial del sensor;
    extrapolar un respuesta final del sensor (140) utilizando la curva; y
    calcular, utilizando la respuesta final extrapolada, un valor correspondiente al analito.
  14. 14. El medio de almacenamiento legible por ordenador de la reivindicacion 13 que tiene, ademas, instrucciones ejecutables por ordenador en el mismo que, cuando se ejecutan por el ordenador provocan que el ordenador:
    determine una concentracion del analito utilizando el valor calculado correspondiente al analito; y presente la concentracion determinada del analito.
  15. 15. El medio de almacenamiento legible por ordenador de la reivindicacion 13 que tiene, ademas, instrucciones ejecutables por ordenador en el mismo que, cuando se ejecutan por el ordenador provocan que el ordenador:
    valide el valor calculado correspondiente al analito, determinando un coeficiente de variacion; determinando un coeficiente de determinacion; y
    determinando el coeficiente de variacion y el coeficiente de determinacion determinados estan dentro de lfmites aceptables.
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