JP4514174B2 - 自動検査システムにおける、吸引液量を検証する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（連邦により支援された研究の記載）
なし
（関連出願）
適用可能なし
（発明の背景）
自動分析機は、例えば全血、血清、血漿、脳髄液、尿などの、患者から得られる、体液の様々な化学的成分を測定するために、臨床の検査室で使用される。自動分析機は臨床の検査室で検査を行うために必要とされる熟練者の数を減らし、検査の正確性を改善し、検査ごとのコストを軽減する。
【０００２】
典型的に、自動分析機は、患者の検体容器から体液のサンプルを吸い込み反応キュベットの中に分配する、自動流体移動システムを備える。その流体移動システムは典型的に、吸引および分配機能をなすためのロボット制御のアーム上に、ピペットあるいは試料プローブを備える。
【０００３】
行われる検査に特異的な化学試薬は、試料を含むキュベットの中に入れられ、それにより試料と化学試薬が混合する。試料と試薬との混合の結果生じた反応生成物を検査することにより、自動分析機は検査される特定の化学成分の濃度を決定する。検査の終了後、自動分析機は典型的に検査結果を印刷する。その検査結果には、試料の識別名、検査の数値結果、および検査によって測定される化学成分に関する値の範囲を含む。
【０００４】
吸引操作の間、そのロボットアームは、システム制御装置のコマンドにより、試料プローブを検体容器の上に配置させ、そのプローブが容器の流体に達するまでプローブをその容器の中に移動させる。シリンジ型のポンプが起動されると試料の流体を検体容器からプローブの中に吸い込む。その検査において正確な結果が得られることを確実にするために、一定の既知容量の試料が正確に吸引され、反応キュベットに分配されなければならない。理想的条件の下では、電動シリンジは要求される正確さでその容量を分配し得る。しかし、条件がいつも理想的とは限らず、試料流体量を検証する方法が必要とされる。
【０００５】
先行技術の方法は、非理想的条件を検出することに焦点をあてていた。一つの方法では、吸引量の各増大後に圧力が測定される。所定の圧力範囲外の圧力値はその試料における不均一性を表す。Ｋｈａｌｉｌ，ＯｍａｒＳ．らによる、「Ａｂｂｏｔｔ Ｐｒｉｓｍ：Ａ Ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｈｅｍｉｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｉｍｍｕｎｏａｓｓａｙ Ａｎａｌｙｚｅｒ」という表題で、Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ．，３７／９，１５４０−４７（１９９１）に記載されている。欧州特許出願第３４１，４３８号は、圧力がまた吸引中にモニタされるシステムについて記述している。気泡、クロットあるは圧力漏れが一つ以上のスパイクとして表示画面に示される。欧州特許出願第２１５，５３４号は、吸引操作後の圧力が測定されおよび期待される正常値と比較されるシステムについて記述している。
【０００６】
（発明の要旨）
本発明は、吸引される流体量を数量化することによって試料流体量を検証する方法および試料中の気泡あるいはクロットの存在のような非理想的条件を検出することによって試料の均一性を検証する方法を提供する。
【０００７】
圧力センサは、吸引された流体柱をプローブ先端で保持するために必要な減圧を測定するために使用される。この値は、吸引開始と吸引終了の間の圧力差を決定することによって測定される。吸引開始時の圧力および吸引終了時の圧力は、開始時に上昇し終了時に下降する顕著な圧力変化率を見出すことによって決定される。プローブ先端の幾何学的形状を知ることによって、圧力差は試料重量に換算され得る。試料密度を仮定することによって、試料重量は試料流体量に換算され得る。その算出された流体量は、所定のプローブの幾何学的形状に関して予測された流体量と比較し得る。流体表面の気泡あるいは流体中のクロットのような非理想的条件のために、明らかに試料の液量は気泡の場合には予想よりもずっと小さく、あるいはクロットの場合には予想よりもずっと大きい結果となる。また、試料中に気泡が存在する場合には、圧力の減衰が通常の試料において予想されるよりもかなり早く始まる。一方、試料中にクロットが存在する場合には、圧力の減衰は通常の試料において予想されるよりもかなり遅く始まる。したがって、測定された吸引の経過時間と予想された経過時間とを比較することによって、試料の不均一性の別の兆候が提供される。
【０００８】
本発明の方法により吸引された流体量を直接定量することができる。圧力測定の変化率を使うことによって、本発明の方法は流体の特質である通常のバリアンスの影響をそれほど受けない。さらに、本発明の方法は、組み合わされた方法を使用して、正確な流体量が吸引されたことを検証する。
【０００９】
本発明は次の図面と組み合わせて、発明の詳細な説明を参照することでより良く理解される。
【００１０】
（発明の詳細な説明）
図１を参照して、吸引および分配システム１０は、通気孔１４を通してアキュミュレータ１６に接続している空気ポンプ１２のような空気源を備える。その空気源は所定の割合および圧力で一定の空気流を提供する能力が必要である。空気ポンプは小型の回転式ポンプであり得る。アキュミュレータは典型的に、シリンダの周りに巻きつけられた、長い管状材料のコイルを備え、ポンプからの脈動を抑える役目をする。この方法において、アキュミュレータからの出力は脈動のほとんどない、あるいは全くない一定の空気の流れである。
【００１１】
排液弁１８はアキュミュレータの下流に設置されている。その排液弁の下流にはポンプバルブ２０がある。そのポンプバルブは三方向弁であり、下流方向に通常は開いたポート２２および通気孔方向に通常は閉じたポート２４を備える。Ｔ字コネクタ２６はポンプバルブの下流ポートに接続されている。そのＴ字コネクタの一つの枝が、電動シリンジ型ポンプあるいは希釈器２８に接続され、そのＴ字コネクタの他の枝が、試料プローブ３０に接続されている。
【００１２】
通過フロー圧力センサあるいはトランスデューサ３２は、Ｔ字コネクタ２６と試料プローブ３０との間に提供される。Ｍｉｃｒｏ Ｓｗｉｔｃｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって適切な圧力センサが製造され、２６ＰＣシリーズ圧力トランスデューサとして識別されている。そのセンサの感度は、圧力差で約１６ｍＶ／ｐｓｉに相当する。適切な流体特性および電気特性を有する他の圧力センサが使用され得る。好ましくは、圧力センサは試料プローブの近くに設置され、圧力測定の信号対ノイズ比を改善する。
【００１３】
試料プローブはロボットアーム３４に据え付けられている。典型的に、そのプローブはプローブ本体３６およびプローブ先端３８を備える。その先端は通常は使い捨てであり、取り外し可能な状態でプローブ本体と接続されている。先端の在庫はロボットアームによる動作中のプローブによって接近可能な場所に保管されている。しかし、いくつかの適用においては、永久的にプローブ本体に取り付けられた使い捨て不可能な先端が使用され得る。
【００１４】
システム制御装置４０は、そのシステムの作動を制御するために、空気ポンプ１２、排液弁１８、ポンプバルブ２０、希釈器２８およびロボットアーム３４と連結して、および圧力測定を受け持つ圧力センサ３２と連結して、提供される。本発明のタイプの吸引および分配システムはまた、１９９５年７月１３日に提出され、「試料液体を吸引し、分配するための方法および装置」という発明の名称の、その出願の譲受人に譲渡された、特許出願第０８／５０１，８０６号に記載されている。特許出願第０８／５０１，８０６号の開示は、参考として本明細書に援用されている。
【００１５】
吸引中の操作では、空気ポンプ１２をオンにし、プローブ３０に空気を通す。ロボットアーム３４は、プローブ先端を取り付けて、検体容器４２の上でプローブの位置を合わせ、プローブがその中に入っている流体に到達するまでプローブを容器の中へ移動させる。そのプローブが流体に触れると、圧力センサは圧力の上昇を検出する。空気ポンプをオフにし、排液弁１８を開いてシステムの圧力を下げる。次いでポンプバルブ２０を閉じてポンプ１２およびアキュミュレータ１６をプローブ３０および希釈器２８から切り離し、ある流体量の試料をプローブの中に吸い込むように希釈器を操作する。
【００１６】
図２を参照して、圧力センサ３２は、一対の流体ポート５２および５４、ならびに増幅回路６０に接続されている一対の電気信号端子５６および５８を備える。センサ３２で測定される空気圧は、対応する差電圧信号を増幅回路６０に供給し、単一の増幅された出力信号を端子６２に提供する。増幅回路は好ましくは、圧力規準化回路６４に接続される。その圧力規準化回路は、試料を使用し、本技術分野で公知である回路構成を備え、増幅された圧力信号を基準レベル（通常０ボルト）に対して、制御装置からの信号に基づいて規準化する。システムが、プローブに流体柱を保持するために必要な減圧量を測定する場合、相対的な圧力測定が必要とされる。
【００１７】
流体柱を保持するために必要な減圧量を決定する場合、吸引圧力が長時間にわたって測定される。通常の試料の圧力特性は、図３および図４に図示され、破線および「通常試料の吸引（１）」という表記によって示されている。吸引が始まると、基準レベルからの最初の減圧上昇が生じる。その圧力上昇が頭打ちになり始め、ある時間経過後、減圧は落ち込む。それは、図３および図４に「最初の減衰（１）」という表記によって示されている。その圧力は最終レベルにとどまり、「最終レベル」という表記によって示されている。この圧力はプローブの中に流体を保持するために必要な減圧量である。
【００１８】
測定された圧力特性から、四つの重要な基準値が決定される：
１）Ｔ_rise 最初の圧力信号の上昇が生じる時刻；
２）Ｐ_init 好ましくは０ｐｓｉに規準化された、最初の減圧上昇直前の減圧；
３）Ｔ_decay 圧力信号において最初の減衰が生じる時刻；および
４）Ｐ_final 最初の減衰後の指定時刻における減圧。
【００１９】
この二つの時刻に基づく基準値、Ｔ_riseおよびＴ_decayは、第１の顕著な上昇圧力および下降圧力の変化に関して、それぞれ圧力センサを調査することによって好ましくは数値的に決定される。圧力センサは所定の時間間隔、例えば、２ミリ秒ごとにサンプリングされる。圧力変化は、例えば、３〜４ミリ秒の時間間隔で生じる約１ｐｓｉ／秒の変化率によって、トリガされる。各変化の開始時刻が記録され、これら二つの時間差として吸引のための経過時間が算出される。
【００２０】
例えば、約１００μｌの通常の吸引では、Ｐ_finalは約０．０７ｐｓｉｇ（ここでＰ_initは０ｐｓｉに規準化されている。）であり得る。経過時間は約５００ミリ秒であり得る。吸引中の平均圧力変化は約０．１４ｐｓｉ／秒である。したがって、Ｔ_riseおよびＴ_decayは期待される平均圧力が吸引中に変化する約１０回の圧力変化により誘発される。
【００２１】
圧力Ｐ_initは最初の上昇の開始時刻直前に読み取られる。圧力Ｐ_finalは最初の減衰後、指定時刻に読み取られる。典型的にこの読み取りは最初の減衰の３００ミリ秒後、システムの安定化を考慮して行われる。圧力の読みをより良く特徴づけるために、各読みの時間平均値を決定することが好ましい。その時間平均の読みは、例えば５０から５００ミリ秒の所定の時間間隔の圧力の読みの平均をとることによって、数値的に決定される。
【００２２】
圧力の読みＰ_initとＰ_finalとの差は吸引による圧力変化として記録される。その吸引による圧力変化は、試料先端の流体量を決定するために使用される。それは、流体の密度と試料先端の幾何学的形状が既知である場合、使用され得る。圧力差Ｐ_final−Ｐ_initは、その密度が既知である場合、流体柱の高さに換算され得る。その流体量は、試料先端の幾何学的形状に基づいて流体柱の高さから算出され得る。例えば血清のような、さまざまな試料の密度がほぼ知られている。典型的に既知の密度範囲を有し得る試料に関しては、その既知の範囲内の中間値がその計算用に選択され得る。試料表面の気泡あるいは試料中のクロットのような非理想的条件は期待値から外れた流体量を算出する。気泡により試料流体量は予想よりも小さい結果となる。クロットにより試料流体量は予想よりも大きい結果となる。
【００２３】
図３はまた、気泡を含む試料の圧力特性を図示している。それは、実線および「気泡を含む試料の吸引（２）」という表記によって示されており、吸引流体量が小さく算出される結果となる。この場合、「最初の減衰（２）」によって示された最初の減衰は、最初の上昇の直後に生じる。従って吸引の経過時間は、通常より少ない。また、最終圧力の読みは、「最終レベル（２）」によって示されており、通常試料の最終圧力の読みより少ない。
【００２４】
図４はまた、クロットを含む試料の圧力特性を図示する。それは、実線および「クロットを含む試料の吸引（３）」という表記によって示されており、吸引流体量が高く計算される結果となる。この場合圧力の読みは、減衰前に、通常の試料から予想される値よりも大きい値まで上昇し続け、「最初の減衰（３）」に示されている。最終圧力の読みは、「最終レベル（３）」に示されており、通常試料の最終圧力の読みよりも大きい。
【００２５】
特定の試料の予想値とは異なる流体量あるいは経過時間の検出時に、そのシステムは信号を提供する。その信号は警報ランプあるいは警報音であり得る。試料流体量および経過時間の算出は任意の適切な方法、例えばプログラムされたマイクロプロセッサによって、あるいは回路機構によってなされ得る。
【００２６】
本発明の好ましい実施態様を示せば、特許請求の範囲に記載された発明の範囲および精神の範囲内で、当業者は多くの変形が可能であることを理解する。したがって、本発明を特許請求の範囲によって示されるのみに限ることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明による吸引および分配システムの概略図である。
【図２】 図２は、圧力センサシステムのブロック図である。
【図３】 図３は、時間に対する圧力（減圧）のグラフであり、通常の試料の吸引を破線で、気泡を含む試料の吸引を実線で例示している。
【図４】 図４は、時間に対する圧力（減圧）のグラフであり、通常の試料の吸引を破線で、クロットを含む試料の吸引を実線で例示している。

Claims (8)

1. 試料プローブを試料流体の容器内に設置し、該試料プローブが所定の幾何学的形状を有し、および該試料流体が所定の見かけの密度を有する工程と、
   該試料プローブ内に流体を吸引するために、該試料プローブ内を減圧にする工程と、
   時間に対する圧力特性を生成するために、該流体の吸引中に該試料プローブ内の圧力を測定する工程と、
   該圧力特性の減圧における最初の上昇時刻を決定する工程と、
   該圧力特性の減圧における最初の減衰時刻を決定する工程と、
   該最初の上昇前の第１の圧力を決定する工程と、
   該最初の減衰後の所定の時点での第２の圧力を決定する工程と、
   該第１の圧力と該第２の圧力との圧力差を算出する工程と、
   該圧力差と該所定のプローブ幾何学的形状と該試料流体密度を使用して該試料プローブ内の吸引された流体量を算出し、そして該試料プローブ内の吸引された流体量を所定の基準量と比較することによって、該試料プローブ内の該吸引された流体量を検証する工程、とを包含する吸引された流体量を検証する方法。
2. 前記流体量が前記所定の基準量から、所定量だけ異なる場合、信号を提供する工程を更に包含する請求項１に記載の方法。
3. 前記最初の上昇時刻を決定する工程が、所定の期間少なくとも規定値の圧力変化率を検出する工程を更に包含する請求項１に記載の方法。
4. 前記最初の減衰時刻を決定する工程が、所定の期間少なくとも規定値の圧力変化率を検出する方法を更に包含する請求項３に記載の方法。
5. 前記最初の上昇の前記時刻と前記最初の減衰の前記時刻との間の経過時間を算出する工程と、
   該経過時間と所定の時間基準値とを比較する工程、
   とを更に包含する請求項１に記載の方法。
6. 前記最初の減衰の前記時刻と前記最初の上昇の前記時刻との間の経過時間を算出する工程と、該算出された経過時間が前記所定の基準値から、所定量だけ異なる場合、信号を提供する工程を更に包含する請求項１に記載の方法。
7. 前記試料プローブ内で測定された前記圧力を、前記流体の吸引前に基準値に規準化する方法を更に包含する請求項１に記載の方法。
8. 前記基準値が０ｐｓｉである、請求項７に記載の方法。

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