JP4686100B2 - 流体移動の完全性を確かめる方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ある容器から別の容器への液体のある量の移送に関し、特に、真空作動されるピペットを用いる液体吸引処理の総合的な品質及び完全性を確認するための方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
完全に自動化された診断用分析装置は、尿、血清、血漿、脳脊髄液等のような生物学的な流体の化学分析及び免疫分析を実行するために市販されている。一般に、分析検査中に使用される試薬と患者のサンプル中の検体と間の反応は、分析装置によって計測され得るある種の信号を発生する。この信号から、患者サンプル中の検体の濃度が計算されることになる。そのような自動化された分析装置は、通常、採取用チップ、プローブ、又は針のような吸引手段を用いて、分析装置上に設けられた分析キュベット（cuvette）や、試薬容器、試料容器のような容器間で液体サンプル又は液体試薬の所定量を移送する。以下では、吸引すなわち「アスピレート（aspirate）」という語の変形は、１つの容器から液体を取り出すこと（extract）、及びその液体の少なくともいくらかをいくつか又は別の容器に置くこと（deposit）のようなすべての処理を指し示し、液体操作の作業を完了するために必要となる補助装置をさらに含む。
【０００３】
吸引装置すなわちアスピレータは、典型的には、液体試料及び／又は試薬を保持する貯蔵器の間で液体を移送するために使用され、そのような貯蔵器から分析キュベット若しくはカートリッジ中のような試験位置に移送して様々な試験を行うために使用される。
【０００４】
吸引用の装置は、典型的には、細長く、針状の部材であって、これによって液体が適当なポンプ源を用いて試料プローブから吐出され、及び／又は吸引されるような中空の経路を有するピペットと呼ばれるものを含む。このピペットは、ピペットのチップが液体の吸引のためにある貯蔵器中の液体中に降下されるように、そしてその液体を試験位置へ移送してそのピペットをその液体の吐出のために最適な位置に降下させるため、水平及び垂直に運動することを可能にする移送機構によって搬送される。ピストン組立体のような、ピペット中に内蔵されるある種の装置は、電気的に作動して、液体をピペット中に吸引したり、ピペットから液体を吐出したりする。
【０００５】
液体を吸引するとき、吸収処理の総合的な品質に悪影響を及ぼす液体中の何らかの異常性や非一様性の程度を正確に決定することが望ましい。凝塊、気泡（bubbles）、気泡体（foam）、不十分な体積物等のような非一様性は、特に液体が体液の１つであってしばしば非一様な組成として分析される場合において、多く見出される。吸引処理におけるそのような非一様性の効果を脱落させるべく様々な方法が開発されている。
【０００６】
米国特許第６,０２２,７４７号公報は、吸引ライン上に圧力変換器を有し、吸引中の真空度に対応してマイクロプロセッサに出力電圧データを与える血液凝塊検出器を開示する。このマイクロプロセッサは、吸引サイクル中に亘る真空度の読取値を積分して各試験サンプルの吸引に対して圧力積分値を与える。
圧力積分値は、ある非凝塊性の吸引について測定されるとともに各試験サンプルの吸引の圧力積分値と比較する参照値として用いられて、血液の凝塊が各試験サンプルの吸引を妨げたか否かが測定される。バルブが分析ラインと吸引ラインとを横切るように設けられて、分析ラインと吸引ラインとの間で選択的連通が提供され、或いはそのような連通が妨げられる。吸引ラインと分析ラインとの間の連通は、試験サンプルがサンプル分析を容認できるものであると認められた場合には、試験サンプルが吸引ラインから分析ラインへ移動することを許容する。試験サンプルの分析の容認は、参照の圧力積分値と各試験サンプルの圧力積分値との間の所定の差に基づく。
【０００７】
米国特許第５,８１４,２７５号公報、第５,６２２,８６９号公報、及び第５,４５１,３７３号公報は、流動ラインの障害を検出する装置に関するものである。検出器ハウジングは、その内部のキャビティ中への第１及び第２の開口を有する。流動ラインは、検出器ハウジングに取り付けられて第１の開口、キャビティ、第２の開口にそれぞれ通じる流路を確立する。圧力検出器は、キャビティ中の圧力の変化、すなわち障害の存在を検出する。圧力検出器の近くには、圧力検出器の流動ラインの反対側に剛性の障壁が配設されており、流動ラインと圧力検出器が膨張した場合には、剛性の障壁は膨張せず圧力検出器が圧縮される。
【０００８】
米国特許第５,５４０,０８１号公報は、サンプルを吸引するノズルを備える凝塊検出装置を設けたピペット装置に関するものである。圧力センサがノズル中の圧力を測定するためノズルに接続されている。複数の圧力差を計算するための回路が圧力センサに接続されており、各々は、圧力センサの出力を入力されて異なる圧力計算期間において圧力差を得る。圧力計算期間の各々に関して決定された、異なる識別閾値をそれぞれ有する複数の識別回路が設けられている。上記識別回路の少なくとも１つが識別閾値を超える圧力差を計測した時に、警報回路が凝塊検出の警報信号を出力する。
【０００９】
米国特許第５,５０３,０３６号公報は、自動化された流体サンプルの吸引／吐出装置のサンプル・プローブの障害を検出するための障害検出回路、及びこのような障害の検出法に関する。ある実施形態では、障害検出回路は、ポンプにつながる流体導管中とサンプル・プローブのオリフィスへとの圧力を計測する圧力センサとを含む。接続用の流体導管中の圧力が、自動式流体サンプル吸引・吐出装置によるサンプル体積の吸引又は吐出の開始直後に計測される。接続用の流体導管中の圧力は、ポンプによる吸引又は吐出の完了後に再度計測され、圧力が所定時間内に所定範囲に復帰していない場合には、エラー状態が報告される。
【００１０】
米国特許第５,４６３,８９５号公報は、サンプルの表面上の気泡体や気泡の存在、及び／又はサンプルの表面又は内部の凝塊存在のような、流体サンプル中の非均一性を検出する装置及び方法を開示する。この方法は、ピペット装置（pipettor）中の雰囲気圧をベースラインの読取値として検出し、ピッペット装置を容器中のサンプルに向けて移動させつつピペット装置中に空気を吸引し、さらに、ピペット装置中の圧力変化が容器中の流体の表面レベルを示すことを検出する。ピペット装置が流体中に浸漬されて流体のある堆積が容器中から取り出される、吸引後に圧力変化が監視され、所定の通常吸引圧の窓領域と比較される。
【００１１】
このような従来の液体吸引処理は、あらゆる場合において不十分である。例えば、吸引処理の品質又は完全性を検出するための良く知られたシステムは、吸引処理中に異なる期間中に真空圧の差のみを測定し、これらの測定を所定の適当な値の範囲と比較することに依存している。したがって、技術が進歩し、分析に対する要求が増大するにつれて、吸引処理の総合的品質を規定する付加的情報を測定することができる液体吸引システムに対する要望が継続的に存在する。さらに、例えば意図しない空気漏れの結果、吸引手段の完全性が失われているかどうかを知ることは、有用である。
【００１２】
【発明の概要】
それゆえ、本発明の目的は、ピペットのチップ中に吸引されている液体の総量の総合的な品質及び完全性を決定することができる液体吸引方法を提供することである。これやその他の利点は、本発明により、吸引処理の前、間、及び後において作成された圧力プロファイルの分析を通して吸引されたサンプルの品質を決定する液体吸引方法を提供することにより達成される。吸引処理の総合的な品質を確かめるために使用される検出吸引圧力は、各サンプルの吸引ごとに記録され、吸引の工程後に分析される。ポンプ源の動作は、データの収集が開始された後に開始される。本吸引方法は、液体が吸引されたことを確認する圧力差試験、凝塊及び希望しない細胞の吸引に対してチェックする圧力回復試験、及び凝塊、空気吸引、（血液細胞の吸引にようる）濃度変化のような、吸引中の異常をチェックする圧力形状試験を含む３つの分離した吸引試験を使用することによって、部分的又は完全な凝塊、空気吸引のような望ましくない事象をチェックする。３つのアルゴリズムが用いられ、各々は、いずれか別の場所へ移送して放出されるべきサンプルに対して明確な結果を与えなければならない。
【００１３】
添付図面において：
図１は、本発明が実践される吸引システムを概略的に表現した図である。
図２は、図１に示したシステムの吸引圧力値をグラフとして表現したものである。
図３は、図１の吸引システムに対する吸引圧力形状試験を記載したフロー図である。
図４は、図３のフロー図を用いた分析をグラフとして表現したものである。
図５は、図１の吸引システムに対する吸引圧力回復試験を記載したフロー図である。
図６は、図１の吸引システムに対する吸引圧力差試験を記載したフロー図である。
図７は、空気のリークがある場合とない場合のシステムの圧力プロファイルの比較を示す。
図８は、図７のシステムに対する形状計算を示す。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、ここには、貯蔵器１６中に保管されたサンプル液１４のような液体を吸引したり吐出したりするためのピペット装置１２を含む発明に係る液体吸引システム１０が説明されている。１つのサンプル液１４が液体吸引システム１０を記述する目的で示されているが、ある自動式臨床分析装置中に任意の数のサンプル液貯蔵器が存在し得ることは、等業者ならば明らかである。典型的な実施形態では、液体吸引システム１０は、自動式臨床分析装置（不図示）中で使用されることになる。このような自動式臨床分析装置は、当業界において周知であり、当業者は、参照された分析装置の要素の機能を確実に知るであろう。
【００１５】
ピペット装置１２は、中央キャビティ１８を含んでおり、この中央キャビティ１８は、末端のオリフィスであってこれを介してキャビティ１８中に液体が吸引されこれから液体が吐出されるオリフィスに終端する円錐状に先細りのノーズ形状を有するピペット・チップ２０を搭載するように適応している。このホルダは、ホルダがチップと係合した状態でチップ・キャビティ中に開口する中心室を有する。ピペットは、ホルダとその上端側であってチップの反対側に連結されるピストン組立体をさらに備える。ピストン組立体中のピストンは、ホルダ室中に延在する。
【００１６】
液体吸引システム１０は、図解されている搬送装置２２を通常含み、これは、任意の適当なタイプとすることがでできる。搬送装置２２は、ピペット装置１２を分析装置において水平（Ｘ方向）に、垂直（Ｚ方向）に、及び前方から後方に（Ｙ方向）移動させて、ピペット装置１２にピペット・チップ２０を取り込ませ（使い捨てチップが使用されているとき）、サンプル液の貯蔵器１６からピペット・チップ２０中に液体１４を吸引させ、さらに、所望の量のサンプル液を試験分析部品（不図示）に吐出させることを可能にする。一般に、ステップモータ及びリミットスイッチが、ピペット装置１２を搬送するために搬送装置２２中において使用され、これらは、本発明を実現するために適合化されプログラムされたシステム・コンピュータ２４に対してインターフェースがとられている。あるいは、ピペット装置１２は、ラックピニオン駆動装置によって垂直のＺ軸に沿って移すものとできる。ピペット装置自体は、ラックを形成し、往復運動部は、モータとピニオンを含み、ピペット装置１２を位置決めするために必要な電気制御部を含む。従来型の電子機器及びインターフェース回路が、搬送装置をコンピュータ２４にインターフェースするために用いられる。
【００１７】
図示のように、ピペット装置１２は、液体１４を保持するキャビティ１８と、チューブ２６であって、ここから、コンピュータ２４からの指令に応じてピペット装置１２中に可変の真空圧力を発生する吸引圧力制御手段３０及び真空圧力測定装置２８に接続されるチューブ２６とを有する。このような装置と製造元（source）は、当業界において周知である。ステンレス鋼のような金属、又はポリエチレン及び類似の材料のようなプラスチックから形成された市販のピペット装置１２、並びにビニール、ポリプロピレン、ポリエチレン、金属等から形成されたチューブ２６が本発明において使用される。圧力測定装置２８は、本発明の吸引処理の間に連続的及び周期的の双方でピペット装置１２中の空気圧を測定する。典型的な圧力測定装置２８は、圧力変換器（カリフォルニア、ミリティパス（Militipas）、SenSym社のModel SCXL004DN）であり、コンピュータ２４にインターフェースされて、チューブ２０中の測定空気圧をコンピュータ２４に提供する。
【００１８】
吸引システム１０は、ピペット装置１２を介して精密に制御された吸引圧を与える手段３０を含む。典型的な吸引圧力制御手段は、ステップモータ３２及びホーム・リミットスイッチ（不図示）に機械的に接続されており、これらは、ピストン・シリンジの運動を制御することができ、制御手段３０をしてチューブ２６を介して空気を吸引及び吐出させる。吸引圧力制御手段３０及び圧力検知装置２８は、液体吸引システム１０の動作を制御するために用いられるコンピュータ２４に電気的にインターフェースされている。また、コンピュータ２４は、ピペット・チップ２４からの液体の吐出及びこれへの吸引だけでなく、搬送装置２２を介してピペット装置１２の運動を制御する信号も発生する。
【００１９】
そのような場合、図１に示すように、手段３０は、閉じた室３６中でピストン３４を前進及び後退させるためのモータ３２に取り付けられたピストン３４を備える。ピストン３４の降下運動は、室３６の体積を増加させることになり、これによって、室３６内に真空若しくは負の気圧を発生し、この室３６は、キャビティ１８中においてピペット・チップ２０中に液体１４を吸引するため、相互に接続されたチューブ２６、キャビティ１８、及びピペット・チップ２０から空気を吸引する。ピストン３６を室３６中に前進させることは、室３６の体積を減少させ、これによって、チップ・オリフィスを介してピペット・チップ２０から液体を排出し吐出するために、室３６外に空気を押し出して相互に接続されたチューブ２６、キャビティ１８、及びピペット・チップ２０中に導く。このように、ピストン・ユニット３６は、ピペット・チップ２０中からの液体吐出及び液体吸引を提供する。
【００２０】
チューブ２６の長さと直径は、適切な水準の検知と吸引のチェックとを可能にするべく、圧力システムの動的な直接の応答を与えるように選定される。吸引圧力制御手段３０及びピペット装置１２の間のチューブ２６の長さは、システム１０中の圧力頭損失（pressure head loss）の大半を与える。吸引圧力制御手段３０及びポンプの間のチューブ長は、ピペット装置１２の操作中における個々のポンプ工程による圧力ノイズ生成を低減するのに十分な圧力減衰を与える。
【００２１】
本発明によれば、吸引圧力制御手段３０及び圧力検知装置２８は、吸引処理の前、間、及び後に生成される圧力プロファイルの分析を通して、吸引されたサンプル１４の品質を決定するために、コンピュータ２４によって制御され分析される。吸引の品質の確認方法は、不十分又は過剰のサンプル、凝固したピペット・チップ２０、空気又は気泡の吸引、サンプルに伴う凝塊又は他の障害物、遠心分離されたサンプルの容器中のゲル又は細胞層の吸引を、他の状況の中から検出する能力を有している。完全に凝固した又は完全に開通したピペット・チップ２０の両極端の間における他の吸引誤動作を検出する能力を提供することにより、本発明は、低品質の吸引液体サンプルを分析装置に供給することに対する付加的な保護を提供する。この能力は、分析装置として他と区別される利点を提供し、研究所の自動化が進み、さらに、研究所技術者によって行われるサンプル検査の量を減らす。例えば、本発明は、ピペット・チップを完全に凝固させるほどに十分大きくはないが、分析装置のサンプル・プローブを凝固させる可能性がある程大きな血液凝塊の吸引を検出できる。また、研究所の自動システムによって分析装置に運ばれた遠心分離化サンプルが細胞層上に不十分な血漿又は血清を有するとすると、本方法は、血液細胞の吸引を検出して、汚染されたサンプルが分析されて誤った可能性のある結果が生成されることを回避する。
【００２２】
本発明は、吸引処理の直後において各サンプル吸引に対する圧力検知装置２８からの圧力測定値を分析することによって実践される。吸引圧力制御手段３０は、圧力検知装置２８からの圧力測定値によってデータ収集が開始して後に、特定数の読み取りが行われる。圧力データは、例えばＡ／Ｄ（アナログ信号からデジタルデータへの変換）コンバータを用いて、全吸引処理を把握するのに十分な長い時間において収集される。圧力データは、吸引サイクル全体に亘る実時間で収集される。典型的な実施形態では、アナログ入力の補助システムが一定割合（例えば２５Ｈｚ）の時間で読み取りごとに打刻して、吸引データのセット中に事象を含めるため読取値をバッファしながら、圧力検知装置が読み取られる。吸引処理と並行して、圧力データがアナログの補助システムのバッファから吸引データのセット中に周期的に転送される。吸引データのセットは、ポンプ動作の前、間、及び後に生じる打刻された一連の圧力読取値からなる。各処理事象（吸引サイクルの開始、ポンプサイクルの開始、ポンプサイクルの終了、及び吸引サイクルの終了）は、データのセット中に記録される。また、データは、処理事象と近接して組み合わされるように、これらの事象と一致させてアナログ補助システムから読み出される。それゆえ、結果的に得られたデータのセットは、吸引処理の総合的な品質の分析を可能にするように、打刻された圧力と事象マーカとを複合したものになっている。
【００２３】
サンプル液１４の上部表面部分の検出は、システム１０によってピペット・チップが液体１４の境界を横切る際に空気圧が上昇することを検出することによって実行される。この過程は、当業界で良く知られており、これを達成するため、吸引圧力制御手段３０が最初に適当なゼロ圧力の位置に移動される。そして、吸引圧力制御手段３０が、チップ２０介して一定の率で小さな気流を吹き出すように利用される。ピペット・チップ２０と吸引圧力制御手段３０との間のチューブ２６中における落差損失は、圧力検知装置２８で圧力の増加を引き起こす。一旦、気流が安定化されると（つまり、圧力検知装置２８によって測定される圧力）、参照圧力が、数秒に亘る多数の読取値を平均することによって得られる。そして、ピペット装置１２が、搬送装置２２によってサンプルに向けて降下される。ピペット・チップ２０が液体表面を横切る際に、チップ２０外への気流が制限され、チューブ２６中における圧力が上昇する。圧力が参照水準を超えて既定の閾値量だけ上昇するとき、水準検出が行われる。この検出によって、吸引圧力制御手段３０とピペット装置１２との運動が休止される。
【００２４】
貯蔵器１６中の液体水準すなわちレベルが一旦決定されると、サンプル吸引が開始される。吸引圧力制御手段３０によって形成された真空は、サンプル液１４を吸引してピペット・チップ２０中に引き上げる。サンプル時刻において、ピペット装置１２は、貯蔵器１６中のサンプルの降下する水準に追従して降下され、チップ２０が液体１４中に浸漬したままに保持される。貯蔵器１６の直径に依存して、異なる降下速度が採用される。吸引が完了した後、事象の間において記録された圧力プロファイルが以下に記述されるように検査され、ペット・チップ２０が液体サンプル１４から引き戻される。最後に、所定量の空気がチップ２０中に吸引されて、サンプル液１４がチップ２０の底部から除去されて滴の滴る可能性が回避される。
【００２５】
チップ中の流体柱の重さのため、粘性、表面張力、圧力落差損失、及び他の効果を伴って、ある所与のポンプの体積排気量によっても同量のサンプルの吸引が生じない。しかしながら、排気体積と吸引体積との関係は、線形な関係にあることが知られており、システム中の全空気体積について比較的敏感でないことが知られている（空気体積の１０％の変化は、送られるサンプル体積に１％の変化を生じさせる）。そして、分析によれば、これは雰囲気圧にも敏感でない。
【００２６】
吸引の速度は、以下に説明する吸引達成分析に必要な特性を有する圧力プロファイルを与え、一方でサイクル時間を最小限にし、圧力検知装置２８の限界内に圧力信号の強度を保つように選択される。
【００２７】
本発明は、部分的或いは完全な凝塊、又は空気の吸引のような事象に対する吸引処理をチェックする。本発明に係る吸引を確かめるアルゴリズムは、３つの分離した試験で構成され、各試験は、個別のアルゴリズムで実行され、各試験は、吸引されたサンプルが続く分析のために移送されて放出される前に、明確な結果を与える。３つのうちいずれかの試験が許容できる結果を生じさせない場合、エラー信号が生成される。これらの個別の試験は、
凝塊、空気吸引、濃度変化（細胞の吸引によるもの）等のような、吸引中における異常性をチェックする「圧力形状」試験、
凝塊、及び空気吸引をチェックする「圧力回復」試験、及び
液体が吸引されたことを確かめる「圧力差」試験を備える。
事象についての以下のシーケンスは、上記３つの個別の試験を用いる本発明の典型的な実施形態を構成する。
所定の率で圧力検知装置２８を使用する圧力データ計測を開始する。
所定数の圧力読み取りのための遅延。
吸収圧力制御制御手段３０を使用する吸引又は吐出の開始。
所定数の圧力読み取りのための遅延。
圧力データ収集の停止。
以下に説明する「圧力形状」試験を実行し、成功した場合、「圧力回復」試験に進む。
以下に説明する「圧力回復」試験を実行し、成功した場合、「圧力差」試験に進む。
以下に説明する「圧力差」試験を実行。
【００２８】
上述の圧力形状、圧力回復、及び圧力差の試験が独立して行われ、記述された方法の他の変形として行われる点が重要である。３つの試験の各々は、吸引処理の総合的品質の様々な様相を決定する。本発明の典型的な実施形態において吸引を確かめるアルゴリズムで使用されるデータのセットのグラフ表示は、図２に示される。圧力試験が落差圧力、圧力の変化率、及び全体的な曲線形状を計測することから、アルゴリズムは、高さ及び他の雰囲気圧力に関連する効果に対し比較的感受性が低い。現時点の実施形態は、水の１５倍の粘性を有するサンプルの吸引を制限し、水野１０倍のサンプルが、信頼性を有する動作のために推奨される。典型的なサンプル粘性（血清、血漿、尿等）は、水のそれの１〜２倍の範囲となっており、典型的に病気にかかったサンプルは、水のそれの５倍までの範囲となっている。水の粘性の１５倍の粘性を有するサンプルは、圧力測定装置２８を飽和させることになり、結果的に吸引のエラーを引き起こす。他の粘性範囲においては、他の圧力測定装置を使用することができる。例えば、通常の血清を全体の血液から分ける場合のように、複数の液体タイプを識別するべく、パラメータもセットされる。粘性は、吐出される体積によって重大でない影響を受けるに過ぎず、粘性が１０倍増加して吐出される体積が４％減少するだけである。
【００２９】
圧力形状試験
圧力形状試験は、吸引圧力曲線の形状が良好な吸引圧力曲線のものと一致することを確かめ、それゆえ吸引の一様性の目安となる。凝塊、空気の吸引、流体密度のかなりの変化等によって生じるような、吸引の突然の変化が検出されることになる。
【００３０】
曲線の形状は、屈曲点、或いは圧力曲線の傾斜の変化率がゼロとなる点の数を計数することによって計測される。現在の実施形態において典型的に良好な吸引圧力曲線は、「バスタブ」形状であり、それゆえ以下の６つの屈曲点を有する。
吸引の開始、
圧力低下の中間点、
「一定傾斜」の開始、
ポンプの運動の終了
圧力上昇の中間点、及び
吸引処理の終了
曲線中に付加的なピークやヴァレイ（吸引速度の突然の変化によるもの）があると、それらは、付加的な屈曲点として明示される。屈曲点は、圧力曲線の２次の導関数を最初に計算し、ゼロ付近にある点の「ノイズ」をフィルタリングによって除去し、そして、値が図４に上側及び下側の閾値として示された２つの所定値の少なくとも一方を横切って通過する回数をカウントすることによって見出される。２次の導関数の形状曲線は、中心差分方程式（例えば、Ｘ点に関するテーラー級数展開に基づく）を用いることによって得られる。圧力曲線の形状は、所望の点に対してｈ点先行する圧力とｈ点遅れる圧力との数値を用いて任意のｘ点に対して計算される。従って、ｈは、「形状スパン（時間）」と呼ばれる。ｈの「正確な」値は、圧力信号のサンプリング速度とその圧力信号に予想される変化率との関数であり、通常は経験的に決定される。それは、本質的に、傾斜曲線の「平滑化」を制御することになる。
【００３１】
２次導関数の圧力形状曲線のフィルタリングは、最初にゼロの一定距離（閾値）内にある点をゼロと仮定することによって達成される。そして、ある点に先行する点の符号（＋、−、ゼロ）が両方現在の符号と等しくないとき、及び、先行する点が屈曲点でないときは、ある点が屈曲点と決定される。このフィルタリングのアルゴリズムは、図３に説明されており、このステップ１において、２次導関数が計算される各点を通してアルゴリズムのループ処理が行われる（これらの点は、「形状スパン」（つまり、ｈ）の端部からの間隔である）。形状関数は、ステップ２で計算され、その結果の符号（Sign）はステップ３で決定される。形状計算の結果は、正、負、又はゼロの３つの符号の１つとする。正の符号は、結果が上の「形状閾値」限界よりも大きい場合に割り当てられ、負の符号は、結果が下の「形状閾値」限界よりも低い場合に割り当てられ、「ゼロ」の符号は、結果が「形状閾値」限界の間にある場合に割り当てられる（図４参照）。
【００３２】
ステップ４、５は、続くステップで実行される比較のために以前の点が存在しないことから、計算された最初の点に対するアルゴリズムを初期化する。このアルゴリズムの残りの部分は、４つの状態機構、すなわち正、負、ゼロ、及び変化からなる。現在の符号は、ステップ６で現在の状態（State）と比較され、それらが同じであれば、アルゴリズムは次の点に移動する。もし、現在の状態が現在の符号と等しくないとすると、状態は、ステップ８で「変化（Change）」にリセットされ、ステップ９で「ゼロ通過」が記録され、そして、アルゴリズムは次の点に移動する。もし現在の状態が「変化」であるとすると、状態は、次の点に移動する前にステップ７で現在の符号にリセットされる。
【００３３】
一旦すべての点がアルゴリズムを介してフィルタリングされると、ステップ１１で「ゼロ通過」の数が加算され、所定の計数値と比較される。「ゼロ通過」の数が所定の計数値と一致しないと、ステップ１２でエラーが宣告される。
【００３４】
この典型的実施形態において、圧力の２次導関数の方程式は、単一点ｘにおいて、テキサス、オースティン（Austin）のナショナル・インスツルメンツ（National Instruments）社から入手できる市販のＬａｂＶｉｅｗアプリケーションを用いて圧力データから計算され、そして、これは、以下の（式１）に示されるものであり、この際「ｈ」を１２０ｍｓにセットする。つまり、点「ｘ」の傾斜が１２０ｍｓ前の点と１２０ｍｓ後の点の圧力値に基づいて計算される。閾値を±２５Ａ／Ｄにセットすることにより、形状曲線は、６回ゼロに接したり横切ったりする。このような計算は、従来のスプレッドシート・アプリケーションを用いて行うことができ、或いはコンピュータ２４に制御されているような吸引システム１０のシステム・ソフトウェア中に組み込むことができる。
Ｐ”(ｘ)＝［Ｐ(ｘ＋ｈ)−２Ｐ(ｘ)＋Ｐ(ｘ-ｈ)］／ｈ² … (式１)
圧力は、Ａ／Ｄ変換器からの数値であり、それゆえ整数の有限のセットであるので、２次導関数の計算の結果は、増加する値の有限のセットである。従って、分母は、以下の（式２）に示すように、簡単のために除去される。
Ｐ”(ｘ)＝［Ｐ(ｘ＋ｈ)−２Ｐ(ｘ)＋Ｐ(ｘ-ｈ)］ … (式２)
フィルタリングの閾値は、それがシステムのノイズよりも大きくなるように、経験的に決定される。以下の表１は、本発明の典型的な実施形態中において圧力形状を計算するための動作仕様を示し、図４は、圧力形状試験の分析をグラフとして説明する。
【表１】

【００３５】
圧力回復試験
２の圧力回復試験は、システムの圧力が吸引圧力制御手段３０の停止後に既定の時間で、平衡な水準にまで上昇復帰することを確かめることによって、凝塊と細胞の吸引をチェックする。このことは、ピペット・チップ３０中の液体の粘性と流動制限の目安となる。この試験の失敗は、チップ２０が部分的に凝固しているか、或いはチップ２０が細胞層内で吸引を行なっているのかのいずれかを示している。この試験は、データの収集が始まった後、既定の又は計算された時間で、圧力曲線の傾斜の計測を開始する。傾斜の読み取りが閾値の外にあるならば、試験は失敗を発生する。
【００３６】
前で説明したと同様の方法によって、傾斜が、中心差分方程式（例えば、点ｘに関してテーラー級数展開することに基づく）を用いて評価される。圧力曲線の傾斜は、所望の点に対してｈ点先行する圧力とｈ点遅れる圧力との数値を用いて任意のｘ点に対して再度計算される。この場合、ｈは「傾斜スパン」と呼ばれる。ｈの「現時点」の値は、圧力信号のサンプリング速度とその予想される変化率との関数となっており、通常は経験的に決定される。それは、本質的に、傾斜曲線の「平滑化」を制御することになる。
【００３７】
単一の点ｘにおいて、圧力傾斜の方程式は、以下の式（３）を用いて決定される。
Ｐ'(ｘ)＝［Ｐ(ｘ＋ｈ)−Ｐ(ｘ−ｈ)］／２ｈ … (式３)
圧力形状試験でもそうであったように、圧力の読取値は圧力検知装置２８内のＡ／Ｄ変換器からのものであり、したがって整数であることから、傾斜の計算の結果は、増加する値の有限のセットである。「ｈ」は定数であるから、また、これは重要な傾斜の相対的な値であって現実の値ではないことから、計算は、（式３）の分母の除去することによって簡素化され、以下の（式４）に示されるように整数の有限のセットを結果として与える。
Ｐ'(ｘ)＝Ｐ(ｘ＋ｈ)−Ｐ(ｘ−ｈ) … （式４）
回復試験の閾値限界は、合理的な粘性を有するサンプルの吸引を可能にするように経験的に決定される。水の粘性の約１５倍の大きさの粘性を有するサンプルは、圧力検知装置２８を飽和させることになり、したがって、その点での傾斜は、選択された閾値であった。第１の傾斜読取点は、「良」及び「不良」の吸引の間の計測差を最大限とするように選択された。
【００３８】
図５は、圧力回復試験の実行において有用なアルゴリズムを説明するものである。アルゴリズムは各データ点を通してループ処理され、ステップ１に始まって、傾斜が計算される対象であるデータのセット中の所定（または算出された）「平衡点」から最終データ点まで行なわれる（データ・セットの終端から傾斜スパン又はｈの間隔）。ステップ２で各点の傾斜が計算され、ステップ３で上限及び下限の「傾斜閾値」限界と比較される。ステップ４、そうでなければ、残った点を通してループが継続する。
【００３９】
以下の表２は、本発明の上の典型的な実施形態中における圧力差に計算のための動作の仕様を示す。
【表２】

【００４０】
圧力差の試験
図２の試験により、第１の吸引圧力差試験は、吸引前及び吸引後の圧力差が特定の限界内にあることを確かめ、適量のサンプルが吸引されていることを示す。圧力差は、ペピットチップ２０中の液体１４の落差圧力の目安である。この試験の失敗は、極めて過剰又は極めて少ないサンプルが吸引されていることを示す。その主たる目的は、大きな体積の空気が吸引されたか否かを決定することであり、吸引中に大きな擬塊が発生したかどうかを決定することである。
【００４１】
図６は、圧力差試験の間に行われるステップを説明する。ステップ１において、多数の圧力読取値の平均がポンプ吸引のスタート前にとられる。ステップ２において、第２の平均が特定の遅い時間（圧力が通常の吸引後に定常状態に達するのに十分な時間）でとられる。ステップ３において、第１平均と第２平均との差が圧力デルタとされる。ステップ４において、計算された差が所定の又は計算された上限よりも大きいとすると、「凝固したペピット装置」のエラーがシステム・コンピュータ２４によって出力される。ステップ５において、もし差が所定又は計算された上限よりも小さいとすると、「不十分なサンプル」のエラーがシステム・コンピュータ２４によって出力される。あるいは、いずれかのエラーが検出されたとすると、ピペットからピペット外の任意の場所に吸引される液体の移送が回避される。
【００４２】
以下に示す（式５）は、圧力差を計算するために用いられる。
ΔＰ＝Ｐ_2avg−Ｐ_1avg … （５式）
差の試験の限界は、様々な分析装置間の変化をカバーするように広く選択されるが、これは、本方法が大まかな吸引エラーを検出することを意図したものであることから、何ら困難を伴うものではない。以下の表３は、本発明の典型的な実施形態の圧力差を計算するための動作仕様である。
【表３】

【００４３】
当業者ならば予期するかもしれないが、吸引されたサンプルの粘性の増加は、システムの「時定数」、つまり図２に示すように、圧力が吸引後にその最終値に回復させる時間を増加させる。図２のデータは、圧力検出装置２８の出力において、ＬａｂＶｉｅｗアプリケーションによりサンプリング速度２０００Ｈｚで取得された。例えば馬の血漿及び馬の全血液をグリセロールと比較して、血漿は１.２〜２.０ｃｐｓの粘性を有しており、全血液は約５.０ｃｐｓの粘性を有していることが観察される。約１５ｃｐｓよりも大きな粘性は圧力変換器を飽和させる。
【００４４】
ＬａｂＶｉｅｗを備える圧力検知装置２８によって収集される圧力データは、サンプリング速度を２５Ｈｚとする第１の換算によって１０ビットのＡ／Ｄ読取値に変換され、そして、Ａ／Ｄ計数あたり２０４.８Ｖだけ電圧を加算する（５Ｖ／１０２４Ａ／Ｄ計数＝２０４.８）。この変換は、変換されたＬａｂＶｉｅｗデータを従来のソフトウェア計算を用いる算術的導関数を決定するためのコンピュータ支援方法と比較することによって確かめることができる。
【００４５】
圧力データは、吸引サイクルを通じて実時間で収集される。アナログ入力システムが圧力検知装置２８を一定速度（例えば２５Ｈｚ）で読み取って各読取毎に打刻し、吸引のデータ・セットに事象を含めるため読取値をバッファする。吸引サイクルと並行して、この圧力データは、アナログの補助システムのバッファから吸引データ・セットに周期的に移される。この吸引データ・セットは、ポンプの動作の前、中、及び後に生じる一連の打刻された圧力読取値からなる。各処理事象（吸引サイクルの開始、ポンプサイクルの開始、ポンプサイクルの終了、及び吸引サイクルの終了）は、データ・セットに中に符号を付される。処理事象と近く結びつけるべく、データが、これらの事象と一致させてアナログの補助システムから読み出される。結果として得られたデータ・セットは、吸引の成功の分析を可能にする打刻された圧力と事象の符号とを複合したものを含む。
【００４６】
リーク検出試験
液体吸引システム１０に空気のリークがあるとすると、部分的な真空が維持され得なくなり、サンプル吸引及びサンプル吐出の完了間の時間中に吸引された液体がピペット装置１２から漏れ出す。このような状況は、分析装置を汚染し、或いはサンプルの相互汚染を生じさせる。それゆえ、リーク状況の存在の検出は大変望ましい。
【００４７】
吸引や吐出の場合のように、液体吸引システム１０内の圧力が継続的に監視されて、公称上リークが無いシステムの特性を有していることが確かめられる（或いは、逆の場合、リーク特性が検出される）。したがって、「吸引品質決定」（圧力デルタ、圧力回復、及び圧力形状）中で用いられた同じ３つのアルゴリズムがリーク検出でも同様に用いられる。
【００４８】
リークが無い液体吸引システム１０中の圧力は、吸引の完了と吐出の開始との間において比較的一定になる。しかしながら、この一定圧力の具体的な値は吸引される液体の体積を含む多くの要因に依存する。したがって、この圧力の値の簡単なチェックは、意図しないリークが存在するか否かを決定するには不十分である。
【００４９】
空気のリークを検出する液体吸引システム１０のこの典型的な実施形態中において、液体サンプルは、１５秒までの範囲の時間間隔でピペット装置１２内に保持される。この流体サンプルは、ピペット装置１２のオリフィス上方約１／４インチに保持される。液体吸引システム１０に空気のリークがあるとすると、ピペット装置１２中の液体柱は、それがオリフィスに達するまで降下する。この間に、液体吸引システム１０中の圧力が変動し、すなわち図７に示すように、流体がピペット・チップの狭い部分を通って降下するにつれて圧力が上がってまた下がる。一旦液体柱がオリフィスに達すると、流体力（表面張力等）が液体の更なる移動を抑制する。空気が液体吸引システム１０中にリークし続けると、圧力は増加する。結局、この圧力は流体力に勝るものとなって、ピペット・チップの外部に液滴を形成する。液滴が形成されると、（今やシステムの外部にある液滴の体積に等しい空気体積の増加の結果として）システム中の圧力は急激に下がる。空気がシステム中に入り込み続けることによって、圧力を一定に保ったままで液滴が大きく成長する。最終的に、液滴はピペット装置１２から切り離されて、流体力が再び流体柱を抑制し、圧力が再び増加し始める。この鋸刃パターンはそれ自身で繰り返される。
【００５０】
このパターンは、この前の部分で説明したと同じアルゴリズムを異なるパラメータを用いて適用することによって検出される。データの収集は、吸引及び吐出の処理についてのデータを収集する同様のシステムを用いて達成される。早期検出とリークするピペット装置１２の成り行きを最小限とするため、データ収集中において同様にアルゴリズムが用いられる。
【００５１】
圧力デルタのアルゴリズムは、現時点の圧力を吸引終了時の圧力と比較して大きなリーク（例えば、ピペット装置１２のチップの脱落のようなもの）を検出するために用いられる。
【００５２】
圧力形状（傾斜の変化率）は、液滴の形成のような圧力の突然の低下を検出するため、圧力読取値の全セットに対して計算される。計算で使用される時間スパンｈは、落下する液滴に対して迅速に対処できるように比較的小さい。通常、空気のリークがなければ、計算はゼロに近くなる。しかしながら、液滴がチップから落下すると、図７の圧力曲線に対して得た図８に示すように、計算はかなり大きな値を示す。この値が所定の閾値を超えると、リークが宣告され、適当な処置が行われる。したがって、この形状試験に対して許容される「ゼロ通過」の数はゼロである。
【００５３】
圧力傾斜計算は、圧力形状計算に代えてこれと本質的に同様の結果を得るべく、用いることができる。この実施形態では、圧力傾斜計算が、流体柱がオリフィスに向けて降下するにつれての初期の圧力変動を検出することによって、あるより長い時間スパンｈに亘って使用される。この長い時間スパンｈは、比較的ゆっくりした事象を検出するのに不可欠である（液滴が形成されるのは、１０分の数秒とは対照的に数秒である）。この事象の検出は、液滴の形成前にリークを宣告すすることを可能にし、これは、汚染が発生する前に対処する時間を提供する。再び、ゼロよりも大きな所定の閾値が設定され、もし計算の結果がこの閾値を越えると、リーク・エラーが宣告される。この試験単独では、しかしながらすべてのリークを検出するのに十分でなく、速い液滴形成は看過され、したがって、前段落で説明した速い速度の試験の必要がある。以下の表４は、本発明の上の典型的な実施形態中における空気のリークの存在検出のための動作仕様を示す。
【表４】

【００５４】
当業者は、ここに記載した発明に係る実施形態が本発明の原理の実例であり、本発明の範囲内にある他の変形例を用い得ると認めるであろう。例えば、本発明の明らかな異形物が、ある流体連結システムに対してパラメータの幾分の調節を伴って適用され得る。本方法は、吐出動作の成功を検出するため、液体吐出処理にも適用され得る。本方法は、また、例えば全体の血液からの正常な血清のように、流体のタイプ間で識別を行うように調整することができる。サンプル体積とポンプ排気量との間の既知の関係を与えることにより、本方法は、可変体積を吸引するために用いることもできる。したがって、本発明は、この発明の詳細な説明に正確に示され説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
本発明と、それについての他の目的及び更なる特徴とをより良く理解するため、その様々な好適な実施形態の以下の詳細な説明について、添付図面に関連する参照が行われる。
【図１】 本発明が実践される吸引システムを概略的に表現した図である。
【図２】 図１に示したシステムの吸引圧力値をグラフとして表現したものである。
【図３】 図１の吸引システムに対する吸引圧力形状試験を記載したフロー図である。
【図４】 図３のフロー図を用いた分析をグラフとして表現したものである。
【図５】 図１の吸引システムに対する吸引圧力回復試験を記載したフロー図である。
【図６】 図１の吸引システムに対する吸引圧力差試験を記載したフロー図である。
【図７】 空気のリークがある場合とない場合のシステムの圧力プロファイルの比較を示す。
【図８】 図７のシステムに対する形状計算を示す。

Claims (4)

1. 液体が容器とピペットとの間で吸引される間の吸引処理の品質を決定する方法であって、
   ピペット内の吸引圧力を表す圧力曲線の２次導関数を、圧力検知装置を用いて決定する工程と、
   吸引圧力形状の試験を実施することによって、前記圧力曲線がある許容できる圧力曲線の特性と一致する特性を有することを確かめる工程とを備え、
   前記吸引圧力形状の試験は、前記圧力曲線の１次導関数の変化率が２つの所定値の少なくとも１つを所定の回数だけ通過することを確かめる、上記方法。
2. 所定値は、圧力曲線中の重要でない変化に比較的感受性がないように選択された上側及び下側の閾値数値であることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 圧力曲線の１次導関数の変化率は、当該圧力曲線の２次導関数を計算することによって決定され、所定点ｘに対して、当該所定点ｘのｈ点前とｈ点後の吸引圧力の数値を用いて計算され、ここで、ｈは、前記圧力曲線の形状を前記圧力検出装置を用いて決定する速度に関連する経験的に決定された値であることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 所定の回数は、６であることを特徴とする請求項１記載の方法。

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