JP6113193B2 - バーコード読み取り式試験管ホルダ - Google Patents

Description

本願は、２０１２年２月３日出願の米国仮出願６１／５９４，４９１（本明細書に援用される）の優先権を主張する。

本発明は、概して、研究所環境における使用を目的とした自動化システム、より具体的には、臨床分析装置において能動搬送デバイスにより体外診断用患者試料を搬送するシステムと方法に関する。本発明の具体的態様は、限定するのではないが、体外診断環境において液体試料を搬送する搬送体及びラックであって、液体試料管にあるバーコードを読み取る光学手段を有する搬送体及びラックに最適である。

体外診断（ＩＶＤ）は、患者の液体試料について実施する検査に基づいて病気を診断する支援を、研究所で行えるようにする。体外診断には、患者の体液や膿瘍から取られた液体試料の分析により実施可能である、患者の診断及び治療に関する多様な分析試験及び検査が含まれる。これら検査は、ほとんどの場合、患者試料を入れる管やバイアルなどの液体容器を備えた自動式の臨床化学分析装置（単に分析装置）で実施される。この分析装置は、バイアルから液体試料を取り出し、該試料を専用の反応キュベットやチューブ（総称して反応容器とする）内で各種試薬と混ぜる。いくつかの現状のシステムにおいて、モジュール方式の仕様が分析装置に対し使用されている。研究所自動化システムは、１つの試料処理モジュール（単にモジュール）と他のモジュールとの間で試料を往復させることができる。モジュールは、試料ハンドリング（取り扱い）ステーション及び試験ステーション（例えば、ある種の検査に特化可能な、あるいは、試験役務をより大規模の分析装置へ提供可能なユニット）を含めて、１以上のステーションを含み得る。また、免疫測定（ＩＡ）及び臨床化学（ＣＣ）ステーションを含めることもできる。現状の体外診断自動化軌道システムには、１つの完全独立モジュールから別の非連動モジュールへ試料を搬送するように設計されているシステムを備えたものもある。これにより、違う種類の試験を２つの異なるステーションにおいて特化することができ、又は、試料の処理可能量を増加させるべく２つの余剰ステーションを相互接続することができる。このような研究所自動化システムは、しかしながら、複数ステーションの分析装置においてボトルネックとなることが多い。相対的に言えば、現状の研究所自動化システムは、試料をステーション間で自立的に移動させる高度の知能又は自律性に欠ける。

現在のシステムの一例では、コンベヤベルトのような摩擦軌道が、パックとも呼ばれる搬送機構、又は、容器（コンテナ）のラックを、個々に異なるステーション間で行き来させている。試料は、例えばオペレータやロボットアームによってパック中に置かれる試験管などの試料容器（サンプルコンテナ）に入れられて、分析装置のステーション間を軌道に沿って搬送される。試料は、試料を搬送する試験管ごとに付けられたバーコードを使用することで、分析装置、自動化システム、及びオペレータにより同定可能である。バーコードは、病院環境などで液体試料を取得した際にステッカーを用いて付けられる。オペレータは、試料管を取ってバーコードを走査し、端末に試料の身元情報を呼び出す。試料が自動化システムのパックに入っている場合は、該パックをシステム内のポイントで回転させることによりバーコードを読み取る。これには、パック全体を回転させるために丸いパックが必要である。また、装置間搬送又は装置内搬送用のラックに試料が入っている場合、ほとんどのラックは、読み取りのためにバーコードを表示する能力を持ち合わせていない。通常、試料は、手動でバーコードを読み取るために現状のラックから取り出す必要がある。従来技術のラックには、ウインドウと、各ラック内で管がバーコードをウインドウ内に向けている限りバーコードの列を読み取ることができる一次元ラックとを含むものもある。

現状では、バーコード情報を読み取る必要があるために、丸いパックを必要としない自動化システムを設計するのは難しい。また、予め決められた向きに各管を正しく向ける又は複数管のアレイを含むラックにおいて各管を正しく向けることをオペレータに頼らずとも、ラック内に管を入れられるようにすべきである。ヒューマンエラーを軽減するためにも、オペーレータへの依存は制限すべきである。

本発明の実施態様は、上記の短所及び不利益の一つ以上に向けられ、バーコードを読み取る装置及びシステムを提供することによって克服する。当該実施態様は、限定する意図は無いが、体外診断ＩＶＤ環境において移動させられる試料の情報読み取りに特に適している。

本発明の実施態様は、バーコードを視野に入れて光学手段で捉えられるようにする装置に向けられる。この装置は、試料管を回転させる機械式装置、バーコードの像を１以上の光学デバイスへ向ける光学手段、及び、向きに関係なくバーコードを捉えられるようにする複数の光学デバイスの配置、を含み得る。当該装置は、試料管を取り扱い、バーコード読み取り過程を遂行する、搬送体又はラックの一部分として含まれ得る。

本発明の一態様によれば、体外診断環境で使用する搬送体は、試料管を保持するように構成された管ホルダと、その試料管にあるバーコードの像を捉えるように構成された１以上の光学デバイスと、を含む。バーコードが１以上の光学デバイスの直行視線内に入らないような向きで管が管ホルダへ入れられたときに、管ホルダの反射面がバーコードの像を光学デバイスへ反射するように構成されている。

当態様の一側面によれば、反射面は、管ホルダの円錐状内面又は管ホルダの放物線状の内面を含む。別の側面によれば、光学デバイスは、１以上のレンズ及びイメージセンサのいずれかか両方を含むか、又は、光源及び光検出器を含む。他の側面によれば、搬送体は、管が管ホルダに入れられたとき又はリクエストに応じて１以上の光学デバイスからバーコード情報を受信するように構成された処理装置を含む。

本発明の一態様によれば、体外診断環境で使用する搬送体は、試料管を保持するように構成された管ホルダと、その試料管にあるバーコードの像を捉えるように構成された複数の光学デバイスと、を含む。その複数の光学デバイスは、該複数の光学デバイスの少なくとも一部の視線内にバーコードが入るように、管ホルダの表面に配置される。

当態様の他の側面によれば、前記管ホルダの表面には内面が含まれ、管ホルダは、該管ホルダの中に事実上バーコードがあるように管を受け入れるよう構成される。別の側面によれば、前記管ホルダの表面には外面が含まれ、管ホルダは、該管ホルダの外に事実上バーコードがあるように管を受け入れるよう構成される。

本発明の一態様によれば、体外診断環境で使用する搬送体は、試料管を保持するように構成された管ホルダと、その試料管にあるバーコードの像を捉えるように構成された１以上の光学デバイスと、試料管を回転させてバーコードを少なくとも１つの光学デバイスの視線内に向けるように構成された回転装置と、を含む。

当態様の他の側面によれば、回転装置は、ギア、外側から作用する摩擦ホイール、又はモータを備える。別の側面によれば、光学デバイスは、１以上のレンズ及び１以上のイメージセンサのいずれかか両方を含む。

本発明の一態様によれば、体外診断環境で試料を搬送するラックは、それぞれ試料管を保持するように構成された複数の管ホルダと、試料管の像を１以上の光学ポートへ伝達するラックの構造内の複数の光路と、を含む。その光学ポートは、管ホルダに入れられた管に付けられているバーコード情報を捉えるのに適合させてある。

当態様の他の側面によれば、光路には、１以上の光ファイバが用いられる。

本発明の一態様によれば、体外診断環境で試料を搬送するラックは、それぞれ試料管を保持するように構成された複数の管ホルダと、ラック内の１以上の表面で試料管のバーコードを捉える複数の光学デバイスと、この光学デバイスに接続されて光学デバイスとの間でバーコードの像を通信する電気ポートと、を含む。

本発明に関する上記以外の特徴、利点は、図面を参照して述べる以下の例示的実施形態の詳細な説明によって明らかとなる。

本発明の上述した態様及びそれ以外の態様は、添付図面と関連させて述べる以下の詳細な説明から良く理解される。本発明を例示する目的で、現時点で好ましい実施形態を図中に示してあるが、その特定の開示手段に本発明が限定されないのは当然である。添付図面は次の各図を含む。
本書に開示する自動化システムの実施形態を使用して改善可能な臨床分析装置配置例の上面図。 本書に開示する自動化システムの実施形態で使用可能な軌道配置の概略図。 本書に開示する実施形態で使用可能なモジュール式軌道構成例の概略図。 本書に開示する実施形態で使用可能な搬送体例の斜視図。 本書に開示する実施形態で使用可能な軌道構成例の斜視図。 本書に開示する実施形態で使用可能な自動化システム例の上面図。 本書に開示する所定の実施形態で使用可能な能動搬送体の内蔵制御システムのシステムブロック図。 本書に開示する所定の実施形態で使用する管ホルダ例の斜視図、上面図、断面図を示した概略図。 本書に開示する所定の実施形態で使用する管ホルダ例の斜視図、上面図、断面図を示した概略図。 本書に開示する所定の実施形態で使用する管ホルダ例の斜視図、上面図、断面図を示した概略図。 本書に開示する所定の実施形態で使用する管ホルダ例の斜視図、断面図、試料結像の概略図。 本書に開示する所定の実施形態で使用する管ホルダ例の斜視図、断面図、試料結像の概略図。 本書に開示する所定の実施形態で使用する管ホルダ例の斜視図、上面図、断面図、試料結像の概略図。 本書に開示する所定の実施形態で使用する管ホルダ及びバーコード読み取りシステムの例の概略図。 本書に開示する所定の実施形態で使用する管ホルダのアレイの例の斜視図。 本書に開示する所定の実施形態で使用する管ホルダのアレイの例の斜視図。 本書に開示する所定の実施形態で使用する管ホルダのアレイの例の斜視図。 本書に開示する所定の実施形態で使用する管ホルダのアレイの例の斜視図。

−実施形態に関連した用語と概念−

分析装置：
臨床化学分析装置、自動式免疫測定分析装置、又はその他の種類の体外診断（ＩＶＤ）試験分析装置を含む自動式臨床分析装置（単に分析装置）。一般的に、分析装置は、複数の患者試料について、一連の自動式ＩＶＤ試験を実施する。患者試料が分析装置へ（手動又は自動化システムを介して）投入されると、該分析装置は、各試料に対し、１以上の免疫測定、化学試験、又はその他の観察試験を実施することができる。用語の分析装置は、限定の意図は無いが、モジュール式分析システムとして構成される分析装置のことも指し得る。モジュール式分析システムは、自動化軌道などの自動化面によって線状又はその他の配置構成で相互接続された複数のモジュール（同じ種類のモジュール又は異なる種類のモジュールを含み得る）を組み合わせてなる統合され且つ拡張可能なシステムを含む。所定の実施形態において、自動化軌道は、患者試料及びその他の種類の物質をモジュール間で移動させるべく自立搬送体を使用する、統合搬送システムとして構成される。通常、モジュール式分析システムのうちの少なくとも１つのモジュールは、分析モジュールである。モジュールは、患者試料に対する分析タスクの高スループットを得るために特化し又は冗長に設けることもできる。

分析モジュール：
分析モジュールは、患者試料に対する免疫測定、化学試験、又はその他の観察試験などのＩＶＤ試験を実施するように構成される、モジュール式分析装置の中のモジュールである。通常、分析モジュールは、試料容器から液体試料を取り出し、反応キュベット又はチューブ（総じて反応容器とする）内で試薬に試料を混ぜ合わせる。分析モジュールで可能な試験には、限定の意図は無いが、電解質、腎機能や肝機能、代謝、心臓、ミネラル、血液疾患、薬物、免疫測定、又はその他の試験のサブセットも含まれる。所定のシステムにおいて、分析モジュールは、高スループットを得るために特化し又は冗長に設けることができる。分析モジュールの機能は、モジュール式の仕様を利用していない独立した分析装置によって実施することもできる。

搬送体：
搬送体は、試料容器（及びその延長線上で液体試料）又はその他のアイテムを自動化システムにおいて移動させるために使用可能な搬送ユニットである。所定の実施形態において、搬送体は、従来の自動化パック（例えば、管又はアイテムを嵌めるホルダ、自動化軌道のコンベヤベルトから移動力を受けるための摩擦面、及び、当パックを目的地へ導くことの可能な自動化軌道の壁又はレールによって当パックが案内されるようにする複数の側部、を備えた受動装置）のようにシンプルであり得る。所定の実施形態において、搬送体は、処理装置、移動システム、道案内システム、センサなどの能動部品を含む。所定の実施形態において、搬送体は、自動化システムのポイント間における搬送体の自己道案内を可能とする内蔵知能を含む。所定の実施形態において、搬送体は、移動力を提供する内蔵部品を含むが、他の形態においては、移動力は軌道などの自動化面から提供される。所定の実施形態において、搬送体は、決定ポイント間において一方向（例えば前進と後進）に移動を制限する自動化軌道に沿って移動する。搬送体は、試料管を受け入れて搬送する管ホルダを有するなど、ＩＶＤ環境の予め決められた積荷に特化されるか、あるいは、自動化システムにおいて異なるアイテムを搬送するために最適化された搭載面を含み得る。搬送体は、１以上のスロット（例えば、搬送体が１つの又は複数の試料容器を保持できるように）を含む構成とすることもできる。

中央制御装置／中央処理装置：
中央制御装置又は中央処理装置（中央運行計画装置（スケジューラ）とも呼ぶ）は、自動化システムの一部をなすプロセッサであり、搬送体内蔵の処理装置とは別である。中央制御装置は、搬送体に関する道順、運行予定、及びタスクの管理を容易にする。所定の実施形態において、中央制御装置は、自動化システムのサブシステムと通信し、搬送体と無線で通信する。中央制御装置は、走行軌跡（道案内）の情報（指令）を搬送体へ送り、搬送体が何処へ何時向かうべきか決めることも行う。所定の実施形態においては、局所処理装置が、局所待ち列を管理するなど、局所軌道区域における搬送体管理を担う。このような局所処置装置は、局所における中央制御装置相当装置として機能する。

決定ポイント：
決定ポイントは、各種類の搬送体に対してそれぞれの道案内（走行軌跡）の判断が行われる自動化軌道上のポイントである。共通の例において軌道は分岐路を含む。ある搬送体は方向転換すること無く進み、別の搬送体は速度を落として方向転換し得る。決定ポイントは、ある搬送体は止まる一方で他の搬送体は進む、設備における停止ポイントを含み得る。所定の実施形態において、これから方向転換する搬送体は横向きの力を制限するために減速する一方、この他の、方向転換しないか又は減速不要の移動プロファイルをもつ搬送体は進むことのできる、方向転換に先立つ減速ゾーンが、決定ポイントとして機能し得る。決定ポイントでなされる判断は、実施形態に係る、搬送体内蔵の処理装置、軌道区域の局所処理装置、中央処理装置、又はこれらの組み合わせによって実行される。

自立搬送体：
所定の実施形態において、搬送体は、自立制御搬送体としての特徴を有する。自立制御搬送体は、走行軌跡を自立制御する搬送体である。所定の実施形態において、自立搬送体は、サイズ、ウエイト、形態因子、及び中身の少なくともいずれかで異なる積荷もしくは積荷の組み合わせを搬送する搬送体が同時に同じ軌道上で運行できるようにする。各自立制御搬送体の走行軌跡は、自動化システムを移動中の搬送体に関する加加速度の限度、加速度、方向、及び速度の少なくともいずれかを含めた移動プロファイルによって制限される。この移動プロファイルは、各搬送体ごとに個別に走行軌跡を制限又は規定可能である。所定の実施形態において、移動プロファイルは、少なくとも、自動化システムの異なる区域ごとに（例えば、方向転換中に横方向の力が加わる原因となるカーブに対する直線軌道区域）、異なる搬送体状態ごとに（例えば、空の搬送体は、試料搬送中の搬送体や試薬又は他のアイテムを搬送中の搬送体とは異なる移動プロファイルをもつ）、あるいは異種の搬送体ごとに、違い得る。所定の実施形態において、搬送体は、個別の搬送体ごとに意図された移動プロファイル又は走行軌跡又は目的地情報に応じ、個々の搬送体が自立して運行可能なように、内蔵推進力部品を含む。

高知能搬送体／半自律搬送体：
所定の実施形態において、搬送体は、高知能搬送体としての特徴をもつ。高知能搬送体は、移動、運行経路、又は走行軌跡の決定に関与する内蔵回路を有する搬送体である。高知能搬送体は、ソフトウエア指令を実行して該指令に応じ自動化面に沿って進むデジタルプロセッサ、又は、移動入力に応答する内蔵アナログ回路（例えばライン追跡回路）、を含み得る。指令は、移動プロファイル、交通又は走行軌跡のルールを特徴付ける指令を含む。搬送体の運行経路又は搬送体周囲状況に応じた決定を行う内蔵処理装置を支援する内蔵センサを含んだ高知能搬送体も可能である。内蔵処理装置の制御に従い搬送体を移動させるモータ又は磁石などの内蔵部品を含んだ高知能搬送体もあり得る。

体外診断（ＩＶＤ）：
体外診断（ＩＶＤ）は、病気、体調、感染症、代謝マーカーを検出したり、あるいは、身体物質／体液の各種成分を数値化することの可能な試験である。このような試験は、患者の身体の外で、研究所、病院、内科医院、又はその他の健康を専門に扱う舞台において実施される。ＩＶＤ試験は、概して、試験管又はその他の試料容器における、より広く言えば、生体外の管理された環境における検査から診断を実施することを目的とした医療機器を使用する。ＩＶＤは、患者体液試料に実施した検査に基づく病気の試験及び診断又は身体物質／体液の各種成分数値化を含む。ＩＶＤは、患者の体液又は膿瘍から得られた液体試料の分析により実施可能とされる患者診断及び治療に関係する各種の分析的試験及び検査を含む。このような検査は、一般的には、患者試料を入れたチューブやバイアルをセットした分析装置で進められる。ＩＶＤは、ここに説明するＩＶＤ官能性のサブセットにも当てはまる。

目印：
搬送体が内蔵センサを含んでいる実施形態において、軌道面の光学式やその他のマークあるいは軌道面から可視の又は感知可能な場所のマークが目印として機能する。目印は、現在位置、間近の停止位置、決定ポイント、方向転換、加速／減速ポイントなどの地理的情報を搬送体へ伝える。

研究所自動化システム：
研究所自動化システムは、自動的に（例えば、オペレータ又はソフトウエアの要求で）試料容器又はその他のアイテムを研究所環境内で行き来させることの可能なシステムを含む。分析装置に対して、自動化システムは、容器又はその他のアイテムを、分析装置のステーションへ、ステーションから、ステーションの中で、ステーションの間で、自動的に移動させる。このステーションは、限定の意図は無いが、モジュール式試験ステーション（例えば、ある種の検査に特化したユニットや、より大規模の分析装置に対して試験役務を提供するユニット）、試料ハンドリングステーション、貯蔵ステーション、又は作業セルを含む。

モジュール：
モジュールは、モジュール式分析システムの中で特定のタスク又は機能を実行する。モジュールの例として、分析試験用の試料を準備する分析前モジュール（例えば、試料試験管頭部のキャップ（蓋）を外すデキャッパー（蓋開け）モジュール）、試料の一部を抜き出して試験又は検査を実施する分析モジュール、分析試験後の貯蔵用試料を準備する分析後モジュール（例えば、試料試験管を再封止するリキャッパー（蓋閉じ）モジュール）、試料ハンドリングモジュールが含まれる。試料ハンドリングモジュールの機能には、在庫管理を目的として試料容器を管理し、分類し、自動化軌道（統合搬送システムも含まれる）へ又は該自動化軌道から試料容器を移動させ、別の研究所自動化軌道へ又は該自動化軌道から試料容器を移動させ、そして、トレイ、ラック、搬送体、パック、及び貯蔵場所の少なくともいずれかへ又はいずれかから試料容器を移動させることが含まれる。

積荷：
例示する搬送体は患者試料を搬送するものとして説明するが、その他の妥当な積荷を自動化システムを通して搬送するために搬送体を使用する実施形態も可能である。積荷としては、液体、液体容器、試薬、廃棄物、使い捨てアイテム、部品、あるいはその他の適当な積荷が含まれる。

処理装置：
処理装置は、１以上のプロセッサか、又は関連ソフトウエア及び処理回路、あるいはこれら両方を表す。このような処理装置には、好適には各実施形態において詳述する処理機能を実行する、シングルコア又はマルチコアプロセッサ、シングル又はマルチプロセッサ、組み込みシステム、又は分散処理アーキテクチャが含まれる。

引き出し路・サイドカー・分岐路：
これらの用語は、軌道システムの主要部から外れる軌道区域を表すために使用される。引き出し路又はサイドカーは、主交通パターンから所定の搬送体を分岐させるための、弦、併走軌道、又はその他の適切な手段を含む。引き出し路又はサイドカーは、主軌道区域の交通を混乱させることなく、物理的行列を容易にしたり、所定の搬送体を停止又は減速させたりできるように構成される。

試料：
試料は、患者（人又は動物）から取得した液体又はその他の試料を指し、血液、尿、ヘマトクリット、羊膜液、又は検査や試験を実施するのに適したその他の液体を含め得る。試料は、患者試料の処理に際して分析装置を支援するために使用される較正液又はその他の液体を示す場合もある。

ＳＴＡＴ（short turnaround time）試料：
分析装置において非ＳＴＡＴ試料に先行して取り扱われるべき試料にＳＴＡＴ優先権を与えるため、研究所情報システム（ＬＩＳ）又はオペレータにより割り当てられた優先順位をもつ試料。上手く利用することで、所定の試料を他の試料に先駆けて試験過程に通すことができ、内科医やその他の専門家が迅速に試験結果を受け取ることができる。

ステーション：
ステーションは、モジュール内の特定のタスクを実施する一部分を含む。例えば、分析モジュールに提供されるピペットステーションは、統合搬送システム又は研究所自動化システムで搬送体により搬送される試料容器から試料液をピペットで移すために使用される。モジュールのそれぞれが、モジュールに機能性を追加する１以上のステーションを含み得る。

ステーション／モジュール：
ステーションは、分析装置内の特定のタスクを実施する一部分を含む。例えば、キャッパー（蓋閉じ）／デキャッパー（蓋開け）ステーションは試料容器に対しキャップを開け閉めし、試験ステーションは試料の一部を抜き取って試験又は検査を実施し、試料ハンドリングステーションは、試料容器を管理し、自動化軌道へ又は自動化軌道からの試料容器の移動を管理し、貯蔵場所やトレイへ又は貯蔵場所やトレイからの試料容器の移動を管理する。ステーションはモジュール化可能で、より大規模な分析装置へステーションを追加することができる。各モジュールは、１以上のモジュールからなる分析装置に機能性を追加する１以上のステーションを含み得る。所定の実施形態において、モジュールは、複数のモジュール又はステーション（あるいはモジュール及びステーション）を接続する自動化システムの一部を含むか、あるいは、該システムとは別である。ステーションは、特定のタスクを実行する１以上の機器を含む（例えば、ピペットは、免疫測定ステーションにおいて使用され、自動化軌道上の試料に対し作用する機器である）。別途言及する場合を除いて、モジュールとステーションの概念は相互に代替可能なものとして参照される。

管／試料容器／液体容器：
試料は、搬送体表面を汚染すること無く試料を搬送体で搬送できるように、試験管又はその他の適切な容器に入れて搬送される。

−実施形態の例示−

前述した従来技術における問題から、搬送体又はラックに既に入っている管のバーコード情報を読み取るための向上した装置と方法を発案する動機が生まれる。具体的に、搬送体及びラックの少なくともいずれかが、試料管はそのままで試料管の側部にあるバーコード情報を検出し取得することを可能にする光学手段を含む。これにより、身元確認のために搬送体又はラックから試料を取り出す必要性を減らすことができる。また、ＩＶＤシステム全体を通じて、試料の取り扱い及び搬送時にオペレータの関与を減らすことができるので、分析過程管理の問題及び試料汚染を減らすこともできる。さらには、自動化によって試料管の扱いを減らすこともできる。

所定の実施形態において、液体試料を搬送する搬送体は能動装置である。このような搬送体には、電源及びメモリを内蔵した半自律ロボットが含まれる。メモリは、特に、表示すべき試料の現状を含み、書き換え可能な画面を更新するために電源が使用されて、その現状が表示される。所定の実施形態において、ここに開示する光学手段は、管を搬送する、搬送体、搬送体の一部、又はラックに少なくとも設けられる。本欄で説明するように、本発明の実施形態で使用する光学デバイスは受動型で、したがって能動又は受動搬送体又はラックで使用される。所定の実施形態において、搬送体又はラックで使用する光学デバイスは、カメラなどの能動デバイスを含む。このような実施形態の場合、搬送体又はラックは能動デバイスである。所定の実施形態において、カメラなどの能動デバイスが、通常は受動型のラック又は搬送体で使用され、当該ラック又は搬送体が一時的に能動デバイスへ電源供給する手段を提供する。

所定の実施形態において、能動搬送体は、従来の方法に比べて事実上速く試料を搬送するために使用され、試験の確実な計画、自動化システムにおける交通量低減、分析装置内での試験の待ち時間低減及び安定したスループットを実現する。所定の実施形態において、試料搬送体の半自律性により、１運転サイクル以下でのステーション間移動が実現され、パフォーマンスのボトルネックとなるような試料配置の自動化が効果的に取り除かれ又は大幅に低減され、試料運行予定の選択肢がより柔軟になる。

本発明の実施形態は、試料を少ない待ち時間及びより独立した制御で各種分析試験ステーションの間及びその中において往来させることを可能とする高効率の研究所自動化システムを提供するシステムと方法を含む。本発明の実施形態は、自動化システムを移動中の試料が経験する待ち列を減少させるか無くすことができる。通常、試料は、自動式臨床分析装置（単に分析装置）において、１つの試験ステーションだけでは担えない多くの異種類の試験を受ける必要がある。分析装置の試験ステーションは、特化した試験に適合させてある。例えば、免疫測定は、ある種のインキュベーション能力を含むと共に免疫測定に固有の特定試薬を使用する免疫測定ステーションにより実施される。化学分析は、臨床分析装置により実施され、電解質化学分析は、イオン選択電極（ＩＳＥ）臨床分析装置により執り行われる。モジュール式の仕様を用いることにより、分析装置は、試料に行う試験の種類だけではなくて、研究所のニーズを受け入れるのに必要な試験の頻度と容量にも適合させることができる。追加の免疫測定能力が必要な場合には、研究所は、該当する免疫測定ステーションを追加し、そのシステムにおける免疫測定試験に対するスループット全体を増加させることを、選択可能である。

所定の実施形態において、１つのＩＶＤ環境で複数の分析装置が使用される。例えば、古い分析装置、独立使用の分析装置、又は事実上異なる試験メカニズムを提供する分析装置が、別々の自動化システム上で使用され得る。オペレータは、これら機械の間及び中で試料のトレイを運ぶ。

−搬送体を使用するモジュール式自動化システム−

従来技術の代表的構成をもつ分析装置において試料搬送に使用される軌道配置の一例を、図１に示す。当該軌道は、軌道システムの設計に際し問題をもたらす、従来技術の摩擦軌道を含む。ただし、本発明の実施形態には、必ずしも移動に摩擦軌道を使用するのではない同様の配置を用いるものもある。軌道１００は、概略長円形状の軌道であり、試料準備又は分析／試験ステーション１１０，１２０，１３０などの種々のステーション間でパック又はトレイに入れた試料を搬送する。軌道１００は、一方向軌道であるか、又は、ある種の例では、線状双方向軌道である。この例の設定では、各分析装置１１０，１２０，１３０は、それぞれのサイドカー１１２，１２２，１３２による補助を受ける。軌道１００と各サイドカーとの間の連絡部には、ゲート又はスイッチが配置され、軌道１００からサイドカーへ試料を方向転換させることが可能である。軌道１００の長円特性は、試料が各分析装置へのアクセスを待つ間、該試料を循環させるために使用される。例えば、分析装置１１０がサイドカー１１２において満杯の列をもっていると、分析装置１１０がサイドカー１１２にある待機試料のハンドリングを終えて該試料を軌道１００の主交通流中へ戻すまで、軌道１００上の新しい試料を引き出し路１１２へ導くことはできない。

従来技術のシステムには、各サイドカーが試料探査アーム１１４，１２４，１３４などのハンドリング機構による補助を受けるものもある。このようなロボット式のハンドリングアームは、サイドカー内の試料から探査ニードルを介して試料物質を吸引するか、又は、サイドカーから試料管を取り出して対応する試験ステーションへ移載する。本例のシステムにおいて、利用可能な試験ステーションは、免疫測定ステーション１１０、低容量化学ステーション１２０、そして拡張可能な希釈／ＩＳＥ電解質及び高容量化学ステーション１３０を含む。この仕様の利点は、軌道１００が、その他の点では自立型であるステーションに追加される、区分された研究所自動化システムの一部であること、そして、軌道１００及びステーション１１０，１２０，１３０をそれぞれ、アップグレードし、購入し、又は点検することができる、ということである。高容量化学ステーション１３０などのステーションは、軌道１００から独立して運転される自身の摩擦軌道１３６を含み得る。摩擦軌道１３６は、高容量化学ステーション１３０のサブモジュール間で試料を移動させる双方向摩擦軌道を含む。このタイプのシステムの短所は、各別の摩擦軌道がばらばらに運転されて、全体的自動制御がさらに複雑になるということである。さらに言えば、摩擦軌道１３６と摩擦軌道１００との間の移送がゆっくりで手間がかかり、特に、これら２つの摩擦軌道間にはダイレクトなルートが無い。軌道間の移動に、ロボットアームにより試料を持ち上げで置き換える作業が必要であるシステムもある。

従来技術の分析装置用研究所自動化システムは、ほとんどが、軌道上の試料の包括的目的地として個々の分析装置／試験ステーションを取り扱う。本発明の所定の実施形態においては、研究所自動化システムは、個々の試験ステーション内に統合され、個々の試験ステーションの複雑性を大きく軽減又は排除することができ、各ステーションにおける個別の試料ハンドリングシステムの必要性を減らすことができる。所定の実施形態において、研究所自動化システムをステーションに統合することによって、システムは、個々のステーションを、包括的目的としてよりも、試料の進む多経路軌道の一部分として取り扱うことの方が多くなり始める。

図２Ａは、本発明との使用に適する軌道システムの一実施形態を示す。軌道１５０は、試料搬送体を時計回り（又は反時計回り）に移動させる長方形／長円形／円形の軌道である。軌道１５０は、一方通行又は双方向通行である。搬送体は、液体試料、試薬、廃棄物などのＩＶＤ環境で適切な積荷を搬送する。患者試料などの液体は、試験管、バイアル、キュベットなど、搬送体により搬送可能な容器内に入れられる。搬送体及び広げて言えば試料などの積荷は、主軌道１５０上を移動可能であり、決定ポイント（例えば１６４，１６６）で方向転換させられる。決定ポイントは、機械式ゲート（従来技術におけるような）又はその他の、試料を主軌道１５０からここに説明する１６０，１６０Ａ，１６０Ｂ，１６０Ｃで示すようなサイドカーへ方向転換させることのできる機構である。一例をあげると、試料搬送体が主通路１５０を移動し決定ポイント１６６に到達した場合、継続して主軌道上を区域１６２へ進ませるか、あるいは、サイドカー１６０へ方向転換させるかを決定することができる。試料搬送体を決定ポイント１６６で方向転換させることを判断するシステム及び方法については、本欄を通して説明する。

図２Ｂは、本発明の所定の実施形態に適する別の軌道レイアウトを示す。軌道１７０は、これも、試料搬送体が時計回り（又は反時計回り）に移動する概略円形軌道である。本例の場合、軌道の外側にサイドカーを有するのではなくて、引き出し路１８０，１８０Ａ，１８０Ｂが軌道内側の弦となっている。上記同様に、試料搬送体が決定ポイントに到達すると、当該搬送体は、主通路から例えば通路１８０である脇道通路へ方向転換させられる。決定ポイント１８６において、主軌道１７０上の試料は、主軌道上を進み続けるか、又は、通路１８０へ方向転換するかを決められる。ハンドリング通路１８０に沿う分析装置ステーションが試料の処理を終えると、該試料は、決定ポイント１８４に進んで主通路１７０へ戻ることができる。

図３は、本発明の所定の実施形態に使用可能な自動化システム軌道のモジュール式仕様を示す。本例において、軌道は、個々の分析装置ステーションに統合されており、当該軌道は、各研究所ステーションの内部移動又は試料ハンドリングシステムの一部として使用される。従来技術の場合、個々の分析装置／試験ステーション内に複数の異なる種類の移動システムを有するのが普通である。例えば、試料管のパック又はトレイを往来させる摩擦軌道を含むステーションもあれば、試料の一部を吸引又は分配したキュベットや反応容器などの小型容器を入れた回転棚を含むステーションもある。所定の実施形態において、分析装置ステーション自体に軌道システムの一部を統合することによって、各ステーションは、独自の待ち列ロジックを含むことができ、簡素化されて、不必要な内部移動システムを排除することができる。図３を参照して、軌道２００は、分析モジュールに統合されるモジュール部品へ分割される。この例示軌道において、モジュール２０５，２０５Ａ，２０５Ｂは、お互いに且つ場合に応じて他のモジュール軌道部品２０２，２０４と連結可能であり、図２Ｂに示したのと同様の軌道を形成する。例えば、モジュール２０５Ａは免疫測定モジュール１１０（図１）と同じ機能を実施し、モジュール２０５は低容量化学モジュール１２０（図１）と同じ機能を実施し、モジュール２０５Ｂはモジュール１３０（図１）のようにＩＳＥ電解質試験を実施する。この例の場合、主外周軌道は、軌道区域２０２，２０４，２０６，２０６Ａ，２０６Ｂ，２０８，２０８Ａ，２０８Ｂによって形成される。分析モジュール２０５，２０５Ａ，２０５Ｂの中で、内部通路２１０，２１０Ａ，２１０Ｂが主軌道からの引き出し路を形成する。内部通路は、内部待ち列に使用され、各分析モジュールにおいて自立して管理可能であり、処理する試料全体の好適制御が各モジュールで可能になる。

図３を参照して、軌道２００は、分析モジュールに統合されるモジュール部品へ分割される。この例示軌道において、モジュール２０５，２０５Ａ，２０５Ｂは、お互いに且つ場合に応じて他のモジュール軌道部品２０２，２０４と連結可能であり、図２Ｂに示したのと同様の軌道を形成する。例えば、モジュール２０５Ａは免疫測定モジュール１１０（図１）と同じ機能を実施し、モジュール２０５は低容量化学モジュール１２０（図１）と同じ機能を実施し、モジュール２０５Ｂはモジュール１３０（図１）のようにＩＳＥ電解質試験を実施する。この例の場合、主外周軌道は、軌道区域２０２，２０４，２０６，２０６Ａ，２０６Ｂ，２０８，２０８Ａ，２０８Ｂによって形成される。分析モジュール２０５，２０５Ａ，２０５Ｂの中で、内部通路２１０，２１０Ａ，２１０Ｂが主軌道からの引き出し路を形成する。内部通路は、内部待ち列に使用され、各分析モジュールにおいて自立して管理可能であり、処理する試料全体の好適制御が各モジュールで可能になる。

統合軌道２００と分析モジュール２０５，２０５Ａ，２０５Ｂそれぞれのサブ通路２１０，２１０Ａ，２１０Ｂによる一つの利点は、各分析モジュールの内部ハンドリング機構が、その軌道サブ通路とより良く調和するよう専用に構成可能であるということである。所定の実施形態において、モジュール２０５，２０５Ａ，２０５Ｂは、分析装置全体の運転サイクルより短い期間内で各試料を処理するように構成可能であり、処理後に他のモジュールへ軌道システムに沿って進んでいくための時間を試料に十分に残し、次の運転サイクルにおいて直ちに該試料を他のモジュールで処理できるようにする。この場合の運転サイクルは、試料検査用モジュールに処理時間を割り当てる運行計画（スケジューリング）アルゴリズムで使用される時間単位である。運転サイクルは、動的又は固定的であり、分析装置内モジュールの同期運転を可能とし、分析装置にある複数のモジュールの中で試料の計画をたてるための確実なタイミングモデルを提供する。運転サイクル時間は、いずれかのモジュールが予想される定常状態条件の下で第１の試料の処理を開始してから次の試料の処理準備ができるまでに必要な時間として選ばれる。例えば、分析装置が３秒ごとに１つの試験を処理でき且つ１試料に対する予想平均試験が７つあるとすると、運転サイクル時間は２１秒になる。当然ながら、個々のモジュールは、１サイクル内での並列や多重試料処理などの効率技術を実行して、１試料に対する試験数が予想量と異なる場合であってもスループットを最大化できる。また、個々のモジュールが異なる運転サイクル時間を有し、これらモジュールが実質的に互いに非同期で作業できる実施形態があることも、当然である。仮想の待ち列又は緩衝が、サイクル時間又は要求がモジュール間で違うときの試料計画の管理を補助するために使用され得る。

ほぼ１回の運転サイクル又はこれ以下の確実な時間フレーム内で、分析装置にあるモジュール間の搬送が可能になれば、従来の軌道システムで出来なかった性能上の利点が得られる。分析装置の１回のサイクルで試料が分析モジュールにより確実に取り扱われて次の分析モジュールへ搬送されれば、列生成中の交通ハンドリングは格段に簡素化され、スループットはより安定し、待ち時間の制御が可能で減少させることができる。基本的に、このような分析装置においては試料は、列待ちで軌道システム上に無駄に居座らないように、軌道システムによって確実に取り扱われてムラ無く処理される。さらに言えば、所定の分析モジュールでの待ち例などシステム内の待ち列は、システム内のモジュール数により確実に短くし、制限することが可能である。

本発明の所定の実施形態において、軌道システムの確実で迅速な特質は、物理的ではない仮想としての待ち列を可能にする。仮想待ち列は、物理的限界によってではなくて、ソフトウエアにおいて取り扱われる。従来的には、待ち例は物理的なものであった。最も簡単な物理的待ち列は、試料ハンドリング作業の部分における事実上の交通渋滞である。ボトルネックが先入れ先出し（ＦＩＦＯ）待ち列を生み出し、試料搬送体がライン内で事実上停止し、準備のできた分析装置又は決定ポイントがその列中の次の試料を要求できるように、緩衝域が生成される。従来技術のほとんどの研究所自動化軌道がＦＩＦＯ処理列を維持し、付属モジュール（分析装置又は分析前／後装置）による処理待ちの試料に緩衝域を与える。このような緩衝域は、モジュール又はオペレータのリクエストが突発的な要求をもたらしたとしても、軌道が一定のレートで試料管を処理できるようにする。ＦＩＦＯ列は、例えば、現試料を処理している間にキュベット又は吸引試薬を用意するなど、次の試料に関する処理前タスクを個々のモジュールが実施できるようにすることによって、該モジュールのスループットを実質的に向上させもする。ＦＩＦＯ列の厳密な予測可能性が処理タスクの並列化を可能にするが、モジュールにとっては、リソースを最適化するために試料に対する試験を再発注することによりスループットを向上させる適応的計画の使用が妨げられるということでもある。例えば、ほとんどの免疫測定分析装置の内部リソース衝突は複雑で、分析装置が最大効率を達成するために複数試料からの試験を入れ込む必要がある。ＦＩＦＯ列は、このような分析装置のスループットを２０％程度下げ得る。ＦＩＦＯ列に伴うもう一つの難題は、優先的試料（例えばＳＴＡＴ試料）を取り扱えないということである。ＳＴＡＴ試料を直ちに処理する必要がある場合、全部のＦＩＦＯ列を主軌道へ戻して解消しなければならず、軌道上の他の全ての試料に遅延が生じ、元のモジュールは待ち列をゆっくり再構築することを強いられる。

待ち列のもう一つの種類がランダムアクセス（ＲＡ）列である。回転棚が、分析モジュールにおいて見られる物理的ＲＡ列の一例である。回転棚にある１以上の容器中の試料から一部を取り出すことによって、分析装置内で何時でも分析モジュールは多数の試料のいずれかを選択して処理する。しかし、回転棚は、余分の複雑性、サイズ、及びコストを含めて多くの短所をもつ。回転棚はさらに、試料をランダムアクセス列に入れたり出したりしなければらならないので、定常状態処理時間を増やす。処理は、回転棚内の位置番号など、実施状況で遅延する。他方、試料に対しランダムアクセスできることは、モジュールにある局所運行計画機構が試料を並列に処理して、計画した順番でサブステップを実施できるようにする。

所定の実施形態において、回転棚又はその他のＲＡ列はモジュールから除かれ、自動化システムからのサブ通路（例えば２１０）がＲＡ又はＦＩＦＯ列の箇所として使用される。すなわち、試料に関する２つのポイント間の移動時間が、回転棚の該当時間と同程度の既知時間に制限される（予測の通り運転サイクルの一部より少ないなど）場合、軌道２００は、所定モジュールに対する列の一部であり得る。例えば、回転棚を使用せずとも、モジュール２０５は、サブ通路２１０上の搬送体にある試料を利用することができる。試薬準備などの処理前ステップは、試験する試料の到着に先立って進められる。試験する試料が到着すると、該試料の１以上の部分が検査用のキュベット又はその他の反応容器へ吸引される。所定の実施形態においてはこのような反応容器がモジュール２０５において軌道外に収容されており、別の実施形態においては、このような反応容器が簡単に移動できるようにサブ通路２１０上の搬送体に入れられている。試験する試料が運転サイクルより長い時間、モジュールに留まることを要求される場合、又は、複数の試料が運転サイクルでモジュールにより処理されるであろう場合、サブ通路２１０は、モジュールに対する待ち列として働く。

さらに、他のモジュールに現在あって、まだ試験されない試料は、次の運転サイクルの予定に入れられる。次のサイクルの試料は、モジュール２０５に対する仮想列にあると見なされる。モジュールは、軌道２００上の試料に関して予め決めた運転サイクルで、試料が到着するように計画することができる。中央制御装置、又はモジュール自身に備えられた制御装置が、所定サイクルの試料に関する競合を解決する。試料到着時刻の事前情報をモジュールに与えることにより、各モジュールは、リソースを用意し、より効率的に内部リソースを割り当てるために試験又は試験の一部を入れ込むことができる。このようにして、モジュールは、大きな物理的緩衝域を使用することなく、適時手法で試料に作業を施すことができる。その効果は、所定モジュールに関する仮想列が該モジュール用のサブ通路の物理的容量より十分に長くなり、既存の運行計画アルゴリズムを使用可能であるということである。事実上、各モジュールは、あたかも従来技術のモジュールにおける試料回転棚を扱うように、軌道２００を扱える。

当然理解されるように、仮想列を利用することにより、所定の実施形態においては、複数のモジュールが複数の列をもつことができるし、１つの列又は列内の試料を共有することができる。例えば、ある検査を実施するために２つのモジュールが備えられる場合、該検査に必要な試料は当該検査用の仮想列に割り当てることが可能で、この仮想列は、当検査を取り扱うことのできる前記２つのモジュールの間で共有される。この手法によれば、モジュール間の負荷バランスが保たれ、並列化が容易になる。反応容器が軌道２００上の搬送体に入れられている実施形態においては、１つのモジュールで開始された（例えば、試薬が準備されるか又は試料が試薬に混ぜられる、あるいは、試薬が準備されてこれに試料が混ぜられる）検査は、別の所で完了し得る（例えば、反応が別のモジュールで観察される）。複数のモジュールを、所定の実施形態においては事実上、試料ハンドリング用のマルチコアプロセッサと見なすことができる。この実施形態の場合、その複数のモジュールの運行計画アルゴリズムは、予定の運転サイクルで試料に関する競合を避けるように協調させるべきである。

仮想列を利用することによって、モジュールは、他のモジュールの仮想列にある試料に対し作業することができる。これにより、軌道２００に置かれている各試料は、物理的待ち列を通して待つ必要が無く、モジュールが検査をできるだけ迅速に完了できるように処理されるので、試料の待ち時間を減らすことができる。この結果、軌道２００上の試料搬送体の個数を常時大幅に減らすことができ、安定したスループットを得られる。モジュールが列又は試料を共用できるようにすることで、負荷バランスをシステムのスループットを最大化するために使用することも可能になる。

仮想列の利用によるさらなる利点は、ＳＴＡＴ試料に動的に優先順位を割り振れるということである。例えば、ＳＴＡＴ試料は、多量に止まっている物理的待ち列の先頭へＳＴＡＴ試料を飛び越えさせるための物理的迂回路を使用することなく、ソフトウエア上で次の運転サイクルに関する待ち列の先頭へ移動させることができる。例えば、モジュールが、次の運転サイクルにおける検査用に軌道２００で分配すべき３つの試料を予測している場合、試料のモジュール割り当てを担うスケジューラは、単純に１以上の試料をＳＴＡＴ試料に置き換え、そして軌道２００に次の運転サイクルで処理するＳＴＡＴ試料を分配させればよい。

２１４，２１６などの決定ポイントが合理化されて各決定ポイントで待ち列が不要であれば、物理的待ち列はサブ通路２１０，２１０Ａ，２１０Ｂの中だけになる。上述したように、この列は、ＲＡ列又はＦＩＦＯ列として扱うことができる。ＳＴＡＴ試料が軌道２００に入れられたときに、該ＳＴＡＴ試料は直ちに処理可能なので、サブ通路２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ内のＲＡ列を解消する必要は無い。ＦＩＦＯ列は個々に解消し得る。例えば、ＳＴＡＴ試料が区域２２２で軌道２００に入れられたとすると、該試料には、外周軌道及び決定ポイント２１６を通って該当の分析装置２０５Ｂへ至る経路が選定される。通路２１０Ｂの列に他の試料（及び、言及すれば、該試料を搬送する試料搬送体）が待機していれば、列中にあるこれらの試料だけは、ＳＴＡＴ試料の優先順位を守るために解消する必要がある。外周軌道２００が運転サイクル内で１周すると予測される場合、通路２１０Ｂの列から外された試料は、軌道を回るだけで直ぐに通路２１０Ｂにある列のＳＴＡＴ試料の後へ戻り、ＳＴＡＴ試料に起因した中断時間は回避される。

玄関通路２２０，２２２が、軌道２００へ試料を入れるために使用される。例えば、通常優先順位の試料は入口２２０から軌道２００へ入れられ、ＳＴＡＴ優先順位の試料は入口２２２から入れられる。これらの入口は終了した試料の出口としても使用される。あるいは、図示せぬ他のポートを使用済み試料の排出通路として使用してもよい。入口２２０は投入緩衝域としての役割をもち、軌道２００への加入を模索する投入試料に対するＦＩＦＯ列として働く。入口２２０で列の先頭に達した試料が軌道へ移動させられる（搬送体へ入れられることによって、あるいは、入口２２０に置かれるときに搬送体に入れられることによって）。ＳＴＡＴ試料は、入口２２２に置かれると直ちに軌道２００へ投入される。あるいは、軌道２００が過密状態であれば、ＳＴＡＴ試料は、次に利用可能な混雑のない運転サイクルで軌道へ投入される。所定の実施形態で、運転サイクル中の軌道上搬送体数が監視され、その総数を管理可能な個数に制限し、余剰分は入口待ち列に残される。入口で試料を制限することにより、軌道２００は通行フリーとされ、可能な限り最も効率の良い方式で常に運転される。本実施形態の場合、２つのモジュール間の試料搬送時間は、有限値（例えば、運転サイクルの一部以下）であり、計画構築を単純化できる。

所定の実施形態において、軌道システム２００は、双方向に設計される。これは、試料搬送体が、外周通路及びサブ通路（外周通路又はサブ通路）をいずれの方向にも移動可能であることを意味する。所定の実施形態において、追加決定ポイント２１５，２１７を経由して設定される２１１Ｂのような追加サブ通路が、双方向アクセスの実現をサポートする。双方向通路は固有の利点をもつ。例えば、通常優先順位の試料は常に同じ方向で取り扱われ、ＳＴＡＴ試料は、サブ通路において逆方向に取り扱われる。これにより、ＳＴＡＴ試料は基本的にサブ通路の出口から入り、列を解消せずとも、列の先頭に直ぐに配置される。例えば、ＳＴＡＴ試料が軌道２００の区域２０４にある場合、該試料は決定ポイント２１５を経て通路２１０Ｂへ入ることができ、通路２１０Ｂを進んで直ちに列の先頭へ位置することができる。なお、これらの例の全てにおいて、待ち列はほぼサブ通路に限定されると見なせるので、ＳＴＡＴ試料が直ちにアクセスする必要のないモジュールにおいて列を解消する必要は無い。後続のサイクルでＳＴＡＴ試料を受け入れる必要のあるモジュールは、その時点で列を解消すればよく、各分析モジュールの作業を中断することなく、ＳＴＡＴ試料に対する適時アクセスが実現される。

モジュール式の設計は、別の利点も生む。分析モジュール内の自動化システムが、モジュールに備えられた軌道システムの利益を受けるように構成されていれば、共通軌道を使用する新たな特徴が追加される。例えば、モジュールは、試料ごとに規定された検査を実施するために必要な全試薬を含んだ自身の内部試薬回転棚を有し得る。分析モジュール内にストックされている試薬が減ってきたときに、所定の実施形態において、オペレータは、軌道２００上の搬送体に追加の試薬を載せさえすれば、該試薬を補充することができる。軌道２００上の試薬が該当するモジュールに到達すると、該モジュールは、アーム又は供給システムなどの軌道から試薬を取り出す機械的システムを使用して、モジュール用の試薬庫にその試薬を入れる。

所定の実施形態において、図３、図２Ａ、図２Ｂに示す個々の軌道部分は、互いに自立して運行するか、受動的である。自立搬送体の移動は、試料搬送体を移動させるために摩擦軌道全体が動く局所のものではないコンベヤベルトなど、摩擦系軌道システムを越える利点を生む。このシステムでは、軌道上の他の試料も同じ速度で移動せねばならない。また、ある区域が違う速度で動いた場合、試料を搬送している受動搬送体の間に衝突が発生する。

図４Ａは、本発明に使用する搬送体２５０の一例を示す。搬送体２５０は、別の実施形態では異なる積荷を保持し得る。積荷は１つで試料管２５５であり、血液や尿などの液体試料２５６が入れられる。積荷としては、管又は試薬カートリッジのラック、その他の適当なカートリッジが含まれ得る。試料搬送体２５０は、ここに説明する内部電子部品を収容した胴体２６０を含む。胴体２６０は、積荷を受容するブラケット２６２を支持する。所定の実施形態において、ブラケット２６２は、試料管などの液体容器２５５を受容して摩擦嵌合で保持するように設計された浅い穴である。所定の実施形態において、その摩擦嵌合は、弾力による固定又は作用で保持力を生み出す弾性口又はクランプを用いて作られる。所定の実施形態において、試料ラック及び試薬カートリッジは、ブラケット２６２に適合するように設計され、ブラケット２６２は、多様な種類の積荷に対応した汎用ベースとして機能し得る。

胴体２６０は、搬送体２５０が決定ポイント間の軌道を辿ることができるようにする案内部２６６を含むか連結してある。案内部２６６は、例えば、軌道内の１以上のレールを受容するスロットを含み、少なくとも横方向又は縦方向の支持を提供する。所定の実施形態において、案内部は、雨樋形軌道の壁など、軌道内の壁による搬送体２５０の案内を可能にする。案内部２６６は、搬送体胴体２６０内のモータで搬送体（又はパック）２５０を軌道上で前進又は後進させるための摩擦車輪など、駆動機構も含む。案内部２６６は、磁石や誘導コイルなど、本書を通し説明される実施形態で使用するのに適したその他の駆動部品を含み得る。

書き換え可能な表示部２６８が搬送体２５０の上部に設けられる。この表示部は、ＬＣＤ配向パネルを含み、搬送体２５０によってリアルタイムで更新されて試料２５６に関する状態情報を表示する。搬送体２５０の上部に電子的に書き換え可能な表示部を設けることによって、オペレータが一瞥して状態情報を確認することができる。これによりオペレータは、グループ内に複数の搬送体２５０があるときに、探している試料を素速く見つけることができる。搬送体２５０の上部に書き換え可能な表示部を配置することにより、オペレータは、たとえ複数の搬送体２５０が引き出しやラックの中にあったとしても、状態情報を判別することができる。

図４Ｂは、搬送体２５０を使うための軌道構成２７０の一例を示す。この例においては、主軌道２７２及びサブ通路２７４，２７４Ａ（主軌道２７２又はサブ通路２７４，２７４Ａ）に沿って、搬送体２５０Ａが試料管を搬送し、搬送体２５０Ｂが管のラックを搬送する。通路２７６は、オペレータが試料を搬送体へ入れるか又は搬送体から試料を取り出すために、使用される。

図４Ｃは、例示軌道構成２７０に関する追加の図である。この例において、サブ通路２７４は免疫測定ステーションとして働き、サブ通路２７４Ａは臨床化学ステーションとして働く。入口／出口レーン２７６は、主軌道２７２に対し試料を出し入れするときの試料緩衝域としてサブ通路２７７，２７８を使用する試料ハンドリングステーション２８０により、使われる。

所定の実施形態において、サンプルハンドラー２８０は、搬送体２５０Ａ，２５０Ｂに対し試料又は他の積荷を積み、降ろす。これにより、分析装置に対する要求のピーク時に、軌道２７７，２７８上に非常に多くの搬送体を待機させずとも、軌道システム２７０にあるステーションによって現在使用されている積荷をサポートするために必要な量に、搬送体の個数を減らすことができる。また、違う例として、入口／出口レーン２７６においてオペレータが試料トレイ（ここに開示する搬送体ではなく）を入れ、取り出すこともできる。この場合、システムの全体的コストを減らすことができ、必要とされる搬送体の数は、スループットを超過する分析装置へのピーク要求の予測に基づくのではなくて、分析装置のスループットにより決めることができる。

−高知能搬送体−

本発明の所定の実施形態では、摩擦系軌道の受動パックを越える確かな改善点を得るために高知能搬送体を使用する。例えば、従来技術の軌道システムにある短所の一つが、各決定ポイントにおけるパックの方向決定を、パックを回転させて光学的にバーコードを読み取ることにより、軌道で行うということである。この回転と光学的読み取りは相対的に遅い処理である。さらに言えば、当処理は、オペレータが試料管をパックに入れたときにシステムが該試料管の身元の事前情報を得ているとすれば、冗長である。本発明の実施形態では、試料管の中身を同定する（そして当該情報を自動化システムと通信することも可能とできる）手段をもつ搬送体を含み、搬送体の停止、回転、光学読み取りは必要無い。

例えば、搬送体は、積荷のバーコードを自動的に読み取る光学読み取り装置を内蔵する。その走査結果は、搬送体が処理能力を内蔵していれば、該搬送体の記憶装置に蓄積される。別の例では、搬送体に試料を入れた時にオペレータが操作する手持ちのバーコード読み取り装置などの外部ソースが、現在の電気通信又は光通信を使用する通信プロトコルなど、無線（ＲＦ）信号又はその他既知の手段を介して、積荷のバーコード情報を搬送体へ通信する。所定の実施形態において、積荷をもつ搬送体の連携情報は搬送体の外に蓄積され、搬送体の身元情報は、搬送体により無線、光、又は近距離通信を通してシステムへ送られ、システムが搬送体及び積荷の経路を選択し追跡できるようする。経路の決定は、積荷の固有バーコードを読み取るのではなくて、搬送体により、又は、搬送体を同定することにより、行われる。

個々の搬送体それぞれに載せて処理能力又は感知能力（あるいは処理能力及び感知能力）を移動させることにより、搬送体は、軌道システムを通る自身の経路選定に能動的且つ知能的に関与する。例えば、個々の搬送体が、自律移動能力又は軌道との通信のどちらによる場合であっても互いから自立して移動すれば、実用上の利点が生み出される。

搬送体が自立して移動できれば、搬送体は軌道を速く回ることができる。搬送体の移動にとって鍵となる一つの制限は、開管試料をこぼさないようにすることである。その制限要因は、概して、直線における搬送体の速度ではなくて、搬送体が経る、飛散を引き起こすような加速度と加加速度（増速、減速、方向転換）である。従来技術の摩擦系軌道システムの場合、軌道の速度は、軌道全体が動いているので、通例、パックの経験する加速度及び加加速度がしきい値を超えないように、制限される。一方、個々の搬送体に応答可能な自立運行区域、又は自立移動能力のある個々の搬送体を有する軌道システムを使用することによって、搬送体の加速度は、従来の軌道の速度よりも速い平均速度を可能としつつも、加速／減速度及び加加速度を制限するように、それぞれに合わせて決められる。搬送体の最高速度を制限しなければ、搬送体は、各軌道区域でそれぞれに適切な範囲で加速され続け、結果、軌道を回る平均速度が実質的により高められる。これにより、搬送体は、分析装置の１マシンサイクル以下で軌道システムを周回するように支援される。このマシンサイクルは、一例として２０秒又は４０秒である。

同様に、自律搬送体は、身元情報と積荷の身元情報とをもっている。したがって搬送体は、個々の決定ポイントで経路決定処理に能動的に関与し又は支援を行える。例えば、決定ポイント（例えば、スイッチ、交差点、乗換点、分岐）に到達すると、搬送体は、自身の身元情報及び積荷の身元情報のいずれかか両方を（又は、搬送体が積荷の身元情報に基づき判断したその目的経路を）軌道又は切り換え機構と無線又は近距離通信で通信する。この場合、搬送体は、バーコード走査のために決定ポイントで止まることが無い。代わりに、搬送体は可能な限り減速することもなく進み続け、リアルタイムで経路選定される。さらに、物理的に決定ポイントに到達する前に、搬送体が行き先を知っているか、その身元情報を軌道と通信（軌道が搬送体の行き先を知っている）していれば、当該搬送体は、方向転換すべき決定ポイントの手前で減速することができる。他方、搬送体が決定ポイントで方向転換する必要がない場合は、搬送体が決定ポイント又は軌道のカーブ区域で方向転換することがなければ該搬送体に搬送されている試料はコーナーリングの力を受けないので、当該搬送体は、より高速で進み続けられる。

自律搬送体は、内蔵処理及びセンサ能力をもち得る。これにより、搬送体は、軌道により指揮されるのではなくて、軌道上の何処に居て何処へ向かわなければならないのか自分で判断することができる（中央制御装置から運行経路指令を送って搬送体が実行する実施形態も可能であるが）。例えば、軌道内の位置コード又はマーカーを搬送体が読み取って自身の現在位置を判別する。絶対位置情報が軌道面にコード化され、軌道を進む搬送体に基準ポイントを提供する。この位置コード化は、種々の形態でできる。軌道は、軌道の現区域を示す光学マーカー（例えば、仮想道路標識など）を用いて符号化し得るし、その軌道区域内に具体的な絶対場所の光学コード（例えば、仮想距離マーカーなど）を含めてもよい。位置情報は、絶対位置マーク間のマーキングで符号化してもよい。これらの例は、同期化情報を提供し、現在の走行軌跡を推測している搬送体を支援する。光学コードスキームは、当業者に既知の適切な形式とし得る。光学コードスキームで使用する上記のマークは、ロータリーエンコーダに見られるような二進位置コード、軌道の所定位置に配置したＬＥＤなどの光学目印、バーコード、ＱＲコード、データマトリックス、反射目印などを含む。全体位置情報は、無線手段を経て搬送体へ送られる。例えば、軌道内のＲＦＩＤマーカーが搬送体へ近距離通信を提供し、軌道の所定域に入った搬送体へアラートを出す。所定の実施形態において、軌道に沿うか近くの局所送信器がＧＰＳのような現位置情報を提供し、搬送体の現在位置確認を可能にする。別の実施形態では、ホール効果センサ又はカメラなど、軌道内のセンサが、個々の搬送体の位置を確認して該情報を搬送体へ中継する。

同様に、搬送体が相対移動を示すセンサを有し、このセンサの提供するデータが蓄積されることで位置が判断される。例えば、搬送体は、速度又は加速度を判断するために、ジャイロスコープ、加速度計、又は搬送体が移動するときに斑点パターンを観測する光学センサをもち、相対位置を推測するために使用する。

搬送体が軌道に対する位置と移動を知ることができるので、搬送体は、提供されて知っている自身の目的地へ基本的に自己運転して行く。搬送体の運行経路は、各実施形態において種々の方法で提供される。所定の実施形態において、搬送体に試料が積まれると、システムから搬送体へ目的の分析装置ステーションが告げられる。この情報は、搬送体が自律経路選定能力をもつ実施形態の場合、目的地ステーションの簡単な身元情報である。当該情報は、搬送体が進んでいく個々の軌道区域及び決定ポイントの具体的通路を同定する経路リストなど、詳細情報であってもよい。運行経路情報は、無線通信、近距離／誘導通信、電気接触通信、又は光通信など、本書に説明する通信手法を介して搬送体へ送られる。

例示する実施形態において、オペレータが試料管のバーコードを走査して搬送体に該試料管を入れると、システムがこの搬送体の身元情報を判定して試料の身元情報と合致させる。そしてシステムは、当該試料に関する記録を見つけ出し、分析装置において該試料に実施すべき試験を確認する。スケジューラが、個々の試験ステーションで実施する試験と分析を行う各試験ステーションに試料が何時到着すべきかの選出も含めて、試料に対し試験リソースを割り当てる。システムは、当該運行計画（又は運行計画の一部）を搬送体と通信し、搬送体に、何処へ行く必要があるのかを、そして場合によっては、何時出発する必要があるのか又は何時到着する必要があるのかを、あるいは、何時出発する必要があり且つ何時到着する必要があるのかを、知らせる。

搬送体が軌道に入れられると、搬送体の経路選定能力及び現在位置取得システムにより、軌道上の何処に居て軌道上の何処へ行くべきか、搬送体において判断される。軌道上を進行する搬送体は、各決定ポイントへ到達し、場合に応じて主軌道又はサブ通路へ向けられる。各搬送体は互いに自立して運行しているので、搬送体は、各決定ポイントで止まる必要無く且つ待ち列で他の搬送体を待つ必要無く、極めて迅速に上記運行を実行する。当搬送体は迅速に移動するので、軌道の主区域における交通は少なく、軌道内の決定ポイント又はコーナーにおける衝突又は交通渋滞のリスクが減る（例えば、試料に過度の力がかからないように搬送体が減速する区域）。

移動力は、種々の方法で搬送体に供給される。所定の実施形態においては、各搬送体に対する自立移動力供給に軌道が能動的に関与する。一実施形態において、移動力は、搬送対中の１以上の磁石に対し推進力を加える、軌道中の電磁コイルから供給される。この移動力を供給するシステムの一例が、MagneMotion, Inc.の軌道システムであり、MagneMotion, Inc.が譲受人の米国特許出願公開２０１０／０２３６４４５に見られるリニア同期モータ（ＬＳＭ）の説明により概略理解される。この磁気移動システムを利用する従来システムは、ここに説明するような搬送体のもつ知能を欠いた受動搬送体を含んでいた。そして、経路選択と決定の全ては中央制御装置により行われていて、経路選定及び身元確認過程に関与する能動搬送体は全く必要無い。

磁気移動を利用する実施形態において、電磁コイル及び磁石はＬＳＭとして働いて、個々の搬送体を、選択方向へ、速度、加速度、及び加加速度の正確な制御の下、推進する。軌道上の各コイル（又はコイルの局所セット）は自立して運転され、個々に調整した加速度及び速度で個々の搬送体が移動できるように、高度に局所化した移動力を個々の搬送体へ与える。各瞬間で搬送体に専属するコイルは、当該コイルの傍を通過する個々の搬送体の方向、速度、加速度、加加速度の正確な制御を提供するように励起される。

所定の実施形態において、軌道は、局所的にカスタマイズ可能な摩擦軌道として機能する個々に関節化可能な多数のローラからなる。軌道の個々の小区域が個別に管理され、搬送体の直ぐ傍のローラが、個別化した速度、加速度、加加速度を提供するように制御される。所定の実施形態において、他の能動軌道構成を使用して、各搬送体に、局所化した個別移動力を提供する。

所定の実施形態において、軌道は、主として受動で、一次元で搬送体を案内するように、床、壁、レール、又はその他の、搬送体の移動に対する適切な規制を提供する。この実施形態において、移動力は搬送体自身により提供される。別の実施形態では、個々の搬送体が、１以上の内蔵モータを有し、車輪を駆動して、軌道と搬送体との間に自己推進摩擦系移動力を提供する。従来の摩擦軌道とは異なり、軌道がコンベヤで、被駆動車輪をもつ搬送体は、自立して軌道を進み、個々に加速し減速する。これにより、各搬送体は、自身の速度、加速度、加加速度を各瞬間で制御し、個々に選定した経路で軌道を進むと同時に、その積荷にかかる力をコントロールすることができる。所定の実施形態において、永久磁石が軌道内に配置され、搬送体内の電磁石が搬送体を前進させるべく操縦されることにより、搬送体が駆動磁力を供給するＬＳＭとして機能する。他の受動軌道構成として、搬送体が浮かんでウオータージェットなどで自律移動する液体軌道、軌道から提供される空気のポケットに搬送体が浮かぶ（例えば、局所化したエアホッケーテーブルのように機能する）低摩擦軌道、又は、個々の搬送体が軌道を進むときに個別化した移動力を体験できるようなその他の構成、も考えられる。

図５は、一例としての高知能自律搬送体３００に関する制御システムとセンサの最上位システムの図を示す。搬送体３００は、マイクロコントローラ３０１により制御され、このマイクロコントローラ３０１は、道案内（ナビゲーション）、メンテナンス、移動、及び搬送体を運転するために必要なセンサの活動を取り扱うのに十分な能力を有する。従来技術の受動搬送体と違い、能動搬送体３００は内蔵電気部品を含んでいるので、内蔵電源ステーションを有する。このステーションの細部は本発明の実施形態の違いで変わる。所定の実施形態においては、電源システム３０３が搬送体の運行時に充電可能なバッテリーを備え、別の実施携帯においては、バッテリーが搬送体の非運行時に取り替え可能か又は手動充電可能である。電源システム３０３は、バッテリーを維持するために必要な充電回路を含み得る。他の実施形態において、電源システム３０３は、地下鉄車両や模型列車が電力を受けるのと同じような方法で軌道自体から電位を得る誘導又は電気接触機構により充電されるキャパシタを備える。

マイクロコントローラ３０１は、システムメモリ３０４と通信する。システムメモリ３０４は、データ及び指令メモリを含む。メモリ３０４中の指令メモリは、搬送体の運行に十分なプログラム、アプリケーション、又は指令を含んでいる。このメモリは、センサハンドリングアプリケーションと共に道案内の手順を含み得る。メモリ３０４中のデータメモリは、現在位置、速度、加速度、積荷内容、案内計画、搬送体又は積荷の身元情報、又はその他の状態情報についてのデータを含む。搬送体３００に内蔵メモリを含むことにより、搬送体は、自身の現状の経過を追うことができ、情報を使用して、軌道で知能的に経路選定するか、あるいは、軌道又は他の搬送体へ状態情報を送る。

マイクロコントローラ３０１は、移動システム３０５、センサ３１２，３１３，３１４、通信システム３１５、状態表示部３１６、及び試料センサ３１７を制御する。これらの周辺装置は、バス３１０を通しマイクロコントローラ３０１により制御される。バス３１０は、ＣＡＮバスなどの標準的バスで、多数の周辺装置と通信する能力をもつか、又は、個々の周辺装置に対する個々のシングルパスを含む。周辺装置は、それぞれ独自の電源を使用するか、又は、共通の電源システム３０３を使用する。

移動システム３０５は、ここに説明する移動システムの運転に必要な制御ロジックを含む。例えば、移動システム３０５は、被駆動車輪を使用する実施形態においてはモータコントローラを含む。他の実施形態では、移動システム３０５は、搬送体３００に移動力を供給するために必要な能動軌道システムとの通信に必要なロジックを含む。このような実施形態において、移動システム３０５は、マイクロコントローラ３０１に実行され、軌道との通信に通信システム３１５を利用するソフトウェアコンポーネントであり得る。移動システム３０５に制御されるモータ、アクチュエータ、電磁石などのデバイスは、これらデバイスが搬送体内蔵である実施形態の場合、電源システム３０３から電源供給を受ける。ＬＳＭが軌道内コイルを励起することにより移動力を得る形態など所定の実施形態では、外部電源も使用可能である。所定の実施形態において、移動システム３０５は、搬送体内又は搬送体外のデバイスを制御して移動力を生成する。所定の実施形態において、移動システム３０５は、軌道内制御装置など、他の制御装置と協働し、軌道内の近いコイルの励起を要求したり、局所ローラの動作を要求したりするなどして、移動力を調整する。このような実施形態において、移動システム３０５は、通信システム３１５と協働して搬送体を移動させる。

搬送体３００は、１以上のセンサを含む。所定の実施形態において、搬送体３００は、衝突検出システム３１２を含む。衝突検出システム３１２は、他の搬送体の接近を判断するためのセンサを搬送体の前部又は後部に含む。衝突検出センサの一例として、赤外線距離計、磁気センサ、マイクロ波センサ、光学検出器が含まれる。多くの従来技術パックは丸いが、搬送体３００は前部と後部をもっており、方向性がある。方向性のある形状をもつことにより、搬送体３００は、前方衝突検出器と後方衝突検出器を含み得る。

所定の実施形態において、衝突検出情報は、通信システム３１５を経て受信される情報を含む。例えば、所定の実施形態において、軌道の中央制御装置は、軌道上の搬送体の現在位置及び速度を観測して衝突状況を評価し、衝突を避けるために搬送体へ更新した道順を送信する。所定の実施形態において、近くの搬送体は、ピアツーピアで自分の位置を通信可能である。これにより、搬送体は、他の搬送体から受信されるリアルタイムの位置情報に基づいて衝突のリスクを個々に評価することができる。なお、搬送体が他の搬送体の走行軌跡情報を受信する実施形態の場合、あるいは、近くの搬送体の走行軌跡情報を入手可能な一極集中型制御装置の支援で判断が行われる実施形態の場合、搬送体は、方向性をもっている必要は無く、搬送体の向きに依存しないセンサ又は受信器を含み得る。

搬送体３００は、位置デコーダ３１３も含む。このセンサ３１３は、ここに説明するようにして、搬送体の位置を推測する。例えば、位置デコーダ３１３は、カメラ又はその他の光学手段を含み、軌道内の目印を識別するか、又は、軌道内の光学コードを観測する。所定の実施形態において、位置デコーダ３１３は、搬送体の現在位置、方向、速度、加速度、加加速度の少なくともいずれかを判断するのに十分な慣性センサ、磁気センサ、又はその他のセンサも含む。

搬送体３００は、バーコードリーダ３１４を場合によっては含む。バーコードリーダ３１４を備える場合、搬送体３００は、試料が搬送体に積まれた時点で、又は、その後の任意の時点で、その積荷のバーコードを読み取る。これにより、各決定ポイントで搬送体を止めて試料管のバーコードをシステムが読み取る必要が無くなる。試料管の身元情報を読み取って記憶することにより、あるいは、該情報を全体システムへ送ることにより、搬送体は、決定ポイントへの到着前に経路を決めることができるので、軌道をより効率的に進むことができる。搬送体に試料が載せられたときに該試料の身元情報をシステムが知るようにした実施形態では、システムが外部バーコードリーダを含み、積荷の身元情報を通信システム３１５を介して搬送体の記憶装置及びメモリ３０４に対し送る。

通信システム３１５は、搬送体が自動化システム全体と通信するために十分な機能を備える。例えば、通信システム３１５は、８０２．１５．４、８０２．１１の適切なバージョン、標準又は専有の無線プロトコルなど、既製の通信プロトコルを使用した無線通信用のＸＢｅｅ通信システムを含む。通信システム３１５は、送信器、アンテナ、そして無線通信プロトコルを実施するロジックを含む。所定の実施形態において、通信システム３１５は、近距離通信、光通信、又は電気接触部品も含む。搬送体３００へ又は搬送体３００から通信システムを経て送られる情報は、本願全体を通じて説明される。

所定の実施形態において、搬送体は、状態表示部モジュール３１６も含む。状態表示部モジュール３１６は、コントローラと、ＬＣＤパネルやＥ−ｉｎｋディスプレイなどの書き換え可能な電子表示部とを含む。所定の実施形態において、コントローラは、マイクロコントローラ３０１が状態表示部３１６を容易に更新できるように、メモリのアドレス指定可能領域として扱われる。

所定の実施形態において、搬送体は、試料センサ３１７も含む。試料センサ３１７は、搬送体の管ブラケット（管ホルダとも称する）に液体容器が有るか無いかを示すために使用される。所定の実施形態において、試料センサ３１７は、管が有ると押し込まれ、管が無いと押し込まれない、モーメンタリ機械スイッチである。その情報は管の状態を判断するために使用され、状態表示部モジュール３１６による状態情報の表示を支援する。

−バーコード読み取り−

ここに説明する搬送体の所定の実施形態において、搬送体は、１つ又は複数のスロットを備えており、その各スロットは、管などの液体容器を保持するように構成される。このスロットは管ホルダと呼ぶことができる。複数のスロットをもつ（マルチスロット）搬送体は、自動化システムにおいてラック又は１つの搬送体として機能する。例えば、ラック搬送体は、マルチスロット搬送体が自動化軌道を移動しない実施形態（すなわち、オペレータにより運ばれたり、あるいは、後の用途やより簡単な手動搬送及び貯蔵のために複数の試料を貯蔵するべく使用される二次元ラックなど、自動化システム内の搬送体として構成されていない場合）において、トレイに当たる。本発明の実施形態は、これらの構成のいずれとの使用にも適している。

図５に示すように、搬送体３００は、バーコードリーダ３１４を含む。バーコードリーダ３１４は、レンズや光ファイバケーブルなどの光学デバイスを含み、カメラや光ファイバケーブルなどの他の光学デバイスへバーコードの像を伝達する。所定の実施形態において、搬送体３００は、受動光学系と、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳデジタルイメージセンサなどの能動撮像デバイスとを含む。所定の実施形態において、光学デバイスは、携帯電話機で使用されるような一体型カメラユニットであり、他の電子機器で広く普及していることから、低コストで採用できる。このようなカメラは、アレイにして又は個別に使用することができる。所定の実施形態において、搬送体３００は、能動撮像部品を内蔵しておらず、受動部品を使用して１以上の光路を形成し、搬送体３００の表面を観察する外側のカメラにより、搬送体で搬送中の管のバーコード情報を撮像することができるようにする。同様に、受動ラック（例えば貯蔵トレイ又は受動搬送体）を含むラックが同様の光学手段を含み、ラックに入れられた１以上の管のバーコードとラックの撮像可能表面との間に光路を形成する。これによれば、ラックをカメラの前に移動させ、複数の管のバーコード情報を一斉に又は素速く連続して取得することが可能である。ラックは、ＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージセンサ（例えばカメラ）などの能動撮像デバイスを１以上内蔵することも可能で、ラック中に保管された１以上の管からバーコード情報を読み取るようにもできる。

所定の実施形態において、管は、該管のバーコードが視線に入るように、一定の許容範囲内で、撮像時に所定の方向を向いている必要がある。ここに説明するように、管ホルダの所定の実施形態では、管を自動的に回転させる機構を含んでいる。このような実施形態において、管ホルダへ挿入されるときの管の向きは、水平面に対して傾いた方向であってもよい。当該機構が、その向きを調整（又は補正）する。所定の実施形態において、管ホルダからユーザへ、視覚フィードバックが提供される。例えば、ライト又はその他の視覚インジケータが、カメラがバーコードを検出したときに点灯する。他の実施形態では、ブザーなどの聴覚フィードバックが使用される。これらは、バーコードに向かう視野を有する１つの光学デバイスを要するだけの簡単な構成を可能とするが、ユーザーが確実に管を正しい向きにしないと精度が上がらない。所定の実施形態においては容器の形状が丸くない。丸くない容器の場合、容器ホルダ（すなわち、管ホルダは管を保持するだけに限らない）は、容器が正しい向きのときだけ容器ホルダに入るように保証する形状の、凹部を有する。したがって、所定の実施形態において、管ホルダは、管ではない容器のホルダを含む。

所定の実施形態において、複数の光学デバイスが、管ホルダに入れられた管の向きを補うために使用される。例えば、バーコードを視認するための視線が複数利用可能となるように、複数の光学デバイスが管ホルダに設けられる。所定の実施形態において、管ホルダに複数のレンズが設けられ、管を視認するための光学入力を複数生成する。所定の実施形態において、複数のイメージセンサが管ホルダの受像部位に配置され、管ホルダ内の複数の位置でバーコードを視認できるようにする。この配置には、リングのような形で管を取り囲む一次元アレイなどのアレイ状にした３個〜８個以上のイメージデバイスを含み得る。これにより、バーコードの主要部分は、試料管が管ホルダに入れられたときの最初の向きに関係なく読み取ることができる。

所定の実施形態において、管ホルダの構成に、反射又は屈折要素を含む。この要素は、バーコードの向きの許容範囲を広げ、あるいは、どのような向きのバーコードでも許容し、バーコードがイメージデバイスの直行視線に入っていない場合であっても、バーコードの読み取りを容易に成功させる。このような実施形態において、バーコードが管ホルダに入れられたときの最初の向きを補うために、光学系が使用される。すなわち、管がホルダに入れられたとき最初に水平面で傾いた向きであったとしても、管ホルダの反射（又は屈折）面がバーコードの像の十分な部分を反射し（又は屈折させ）、バーコードを読み取れるようにする。所定の実施形態において、管ホルダは、１以上の反射面（すなわち鏡面）を含み、この反射面は、１以上の光学デバイスで捉えられるように、バーコードの像の進行方向を変える。所定の実施形態において、管ホルダは、プリズムやレンズなどの屈折面を１以上含み、この屈折面は、バーコードの像の進行方向を、１以上の光学デバイスへ向ける。所定の実施形態において、管の向きの許容範囲は、視線の寸法に対して大きく広げられる。所定の実施形態において、管の向きの許容範囲が広げられて、ホルダに入れられたとき最初に管がどのような向きであっても許容される。

所定の実施形態において、管ホルダは、該管ホルダの受像部位の内部にバーコードの少なくとも主要部分、例えば、バーコードの９０％以上が入るように、構成される。この実施形態において、受像部位の範囲内を視野にすることの可能な光学デバイスが、バーコードを捉えるために使用される。

別の実施形態において、管ホルダは、バーコードの主要部分が該管ホルダの受像部位の外側へはみ出すように構成される。この実施形態において、光学デバイスは、管ホルダの受像部位の中に視線をもっているとは限らないものとして使用される。例えば、１以上の光学デバイスが搬送体の上面に配置され、管ホルダの上部より上の領域へ向いた視線をもつ。その光学デバイスと管ホルダからはみ出したバーコードとの間で視線交差を得られるように管が向けられると、バーコードが読み取られる。

ここに開示する実施形態は、管ホルダの受像部位内でのみバーコードを捉えることができる構成に限定することを意図したものではない。さらに言えば、所定の実施形態において、管ホルダは、透明プラスチックから形成されるなど、透光性である。この実施形態において、光学デバイスは、管ホルダの外側へ配置可能であり、本欄に説明する実施形態とほぼ同じ機能を提供する。

図６Ａは、バーコード４０３を有する管４０２を保持する搬送体４０４の一例をいくつかの視点で示す。この実施形態において、管４０２は、受け入れ位置４０８を有する管ホルダ４０６の中に入れられる。受け入れ位置４０８は、管４０２を受け入れるための穴、容器、凹部を含む。所定の実施形態において、管ホルダ４０６は、管４０２をしっかりと保持するための機械式メカニズムを含む。これには、ラッチ、レバー、スプリングのメカニズム、摩擦嵌合などが含まれる。本実施形態において、光学デバイス４１０は、ホルダ４０６のこのような構造内に配置される。図示のように、光学デバイス４１０は垂直壁に配置され、当該光学デバイス４１０は、正しい向きにある管４０２のバーコードを捉える。所定の実施形態において、レーザ、電球、ＬＥＤなどの光源４１２がホルダ４０６に配置される。光源４１２は、光学デバイス４１０が捉えられるようにバーコードのマークを照らすために使用される。

光学デバイス４１０は、レンズ、レンズ系、光ファイバなどの受動光学系を含む。所定の実施形態において、光学デバイス４１０は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ（例えばカメラ）などのイメージセンサをさらに含む。所定の実施形態において、光ファイバのアレイが、光学デバイス４１０にもたらされた像を捉えるために使用され、他所にある能動イメージセンサへ光路を提供する。このような実施形態において、イメージセンサは、搬送体４０４に内蔵か、搬送体４０４の外にある。光学デバイス４１０が能動センサを含んでいない実施形態において、搬送体表面の光ファイバウインドウのような光学ポートが、カメラなどの外部イメージデバイスへバーコード情報を伝達するために設けられる。したがって、ここに説明する光学デバイスは、受動光学系と撮像デバイスなどの能動光学系のいずれかか一方、または両方を含むものである。

図６Ｂは、バーコード４０３を有する管４０２を保持する同様の搬送体４０４を示す。この実施形態において、管ホルダ４０７は、開口４１４を含む。図６Ａを参照して説明したように、光学デバイス４１０は、バーコード４０３への直行視線を要求する。したがって、管４０２は、バーコード４０３が光学デバイス４１０と対面するように正しい向きとする必要がある。ホルダ４０７の構造に開口４１４が設けられているので、外部装置が受け入れ位置４０８内において管４０２を回転させることができる。例えば、摩擦ホイール４１６などの回転装置が、一時的に管４０２と係合して管４０２を回転させる。摩擦ホイール４１６は、搬送体４０４に内蔵して設けられるか、あるいは、自動化システム内ステーションから一時的に提供される。例えば、自動化システム軌道において搬送体４０４を移動させる前に、ステーションが摩擦ホイール４１６により管４０２を回転させ、光学デバイス４１０の視線にバーコード４０３を入れる。

図７は、別の実施形態に係る搬送体４２４を示し、この搬送体４２４は、管ホルダ４２６の中で管４０２を回転させ、撮像デバイス４３０で捉えられるようにバーコード４０３を向ける。他の実施形態に関連して述べたように、管４０２は、管ホルダ４２６内の受け入れ位置４２８に入れられる。回転装置４３４は、搬送体４２４の一部分として設けられる。回転装置４３４は、モータか、モータ又はギアと係合するギアである。回転装置４３４は、管４０２を回転させてバーコード４０３を光学デバイス４３０の視線内に入れるために使用される。所定の実施形態において、光源４３２が、バーコード４０３を捉えるための照明として使用される。

バーコードとこれを捉える光学デバイスとの間が直行視線でなくともバーコードを捉えることができるように、反射面が使用される。図８は、バーコード４０３付きの管４０２を保持する管ホルダ４４６を備えた搬送体４４４の実施形態を示す。この実施形態において、管ホルダ４４６の内面は、垂直ではない反射内側壁を含む。この実施形態において、管ホルダ４４６の側壁は円錐形である。管ホルダ４４６の内面が円錐形なので、管４０２の下方に配置された光学デバイス４５０へ光を反射する光学凹面が提供される。

所定の実施形態において、管ホルダ４４６の内面は、光沢金属や、当分野で既知の鏡仕上げ面など、反射材料から形成される。該内面は、事実上円錐鏡である。この反射面には、不透明、半透明、又は透明である材料の光沢面など、半反射面も含まれる。所定の実施形態において、光源４５２が、管ホルダ４４６の反射面を利用してバーコード４０３を照らすために使用される。管ホルダ４４６の表面が円錐形なので、管ホルダ４４６内での管４０２の角度方向の回転は広範囲の向きに可能であって、それでも光学デバイス４５０がバーコード情報を捉えることができる。所定の実施形態において、管ホルダ４４６の円錐形状により、管４０２がいかなる向きであっても、バーコードの読み取りが可能である。

像４５４は、光学デバイス４５０で捉えられた像の一例である。そのパターン４５４は、管ホルダ４４６の円錐面の曲面特性に従って、直線ではない湾曲部分を含む。イメージセンサで撮像されると、この像はデカルト座標系へ変換され、直線をもつ元のバーコードが復元される。所定の実施形態において、この変換は、バーコードをデコードする前に行われる。別の実施形態では、撮像したバーコードをデコードするプロセッサが、他の画像処理技術を使うなどして、像をデカルト座標系へ変換せずにバーコード情報を検出する。例えば、その像において１本の線を選出し、この線に沿った明暗領域をバーコードパターンの判別に使用する。

所定の実施形態において、管ホルダ４４６の内面は、他の形状を含む。例えば、楕円形の円錐を使用可能である。所定の実施形態において、上下方向に凹の又は凸の面、例えばドーム又はすり鉢の面など、を使用できる。所定の実施形態において、管ホルダ４４６の内面は、略放物線状の反射器である。概略放物線状の反射器は、単体の連続湾曲反射器／鏡、又は、湾曲面のほぼ全体に配列した複数の平坦な反射面、あるいは、これらの組み合わせ、を含む。同様の多視点視野を可能にする放物線（双曲線面など）状の曲線をもつ湾曲面も、ここに説明する実施形態と事実上同じ結果を達成すべく使用することも考えられる。

図９は、バーコード４０３を有する管４０２を保持する、別の実施形態に係る搬送体４６４を示す。管ホルダ４６６は、反射内面と円錐形状を有する。管４０２は、垂直方向に対し傾けて入れられる。これにより、管ホルダ４６６の内面が放物線面として機能する。事実上、ホルダ４６６の内面は、光学デバイス４７０へバーコード情報を反射し、直行視線を不要とする、放物線鏡を提供する。光源４７２は、撮像のためにバーコード４０３を照らすように使用される。パターン４７４は、バーコードの撮像結果の一例を示す。所定の実施形態において、撮像結果は、バーコード４０３のサイズより実質的に小さいレンズに対し、ホルダ４６６の円錐面の壁が真っ直ぐなので、少しだけ弓状変形を伴う。管ホルダ４６６の円錐面を使用することで、実質的に管４０２をどのような向きに入れても、バーコード４０３は光学デバイス４７０によって正確に撮像される。

図１０は、管４０２を保持する管ホルダ４８６を有する、他の実施形態に係る搬送体４８４を示す。管ホルダ４８６の内面４８８は、放物線輪郭をもち、光を反射する（すなわち、少なくとも部分的に光を反射する）。この実施形態において、内面４８８は、ほぼ垂直の側壁をもち、水平方向においては実質的に放物線状である。管４０２は、内面４８８の側壁により形成される放物線鏡の焦点に置かれる。光学デバイス４９０は、放物線面とは反対側の壁に配置される。バーコード４０３の像は、湾曲面４８８で反射し、光学デバイス４９０で撮像される。光源４９２は、この場所の照明である。所定の実施形態において、光源４９２は、水平面において光学デバイス４９０と同じ広がりをもつ。パターン４９４は、光学デバイス４９０により撮像された像の一例を示す。放物線面４８８を使用することで、実質的に管４０２をどのような回転の向きで置いても、バーコード４０３は光学デバイス４９０によって正確に撮像される。

バーコードは数種の幅のマークを含むので、所定の実施形態において、管は、かなりの許容度でもって、反射面をもつ管ホルダに入れられる。また、湾曲又は円錐形状は、バーコードを読み取り可能にする、球形や楕円形、又は幾何学的平面をもつ湾曲などのその他の形状を含み得る。

図１１は、ここに開示する多くの構造的実施形態で使用可能なバーコード読み取りシステム５００を示す。管４０２のバーコード４０３を捉える光学デバイスは、１以上の光ファイバ束からなる。図１１に示す例において、光ファイバ束５１０は、多数の光ファイバを含み、各光ファイバの先端にレンズ構造も含む。所定の実施形態において、そのレンズ構造は、光ファイバの先端がバーコードの直ぐ近くに配置される場合には、使用されない。この例において、光ファイバ束５１０中の光ファイバは、バーコード４０３の主要部分（又は全体）を捉えるのに適する予め決められたパターンで間隔を置いて配置される。図１１の例は、管ホルダ側部の一箇所だけにある光ファイバ束５１０を示している。しかし、当然ながら、他の光ファイバの配列でも管ホルダでの使用に適する。例えば、管ホルダ４８６の受け入れ位置の表面を巡らして個々の光ファイバを間隔を置いて設けることもできる。この態様によれば、該光ファイバの配列を使用することにより、９０度や３６０度といった広範囲で向きが許容され、バーコード４０３を読み取ることができる。

光ファイバ束５１０は、イメージセンサ５１２へ光ファイバ信号のアレイを提供する。イメージセンサ５１２は、ＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサなどの既存のイメージセンサを含む。イメージセンサ５１２からバーコードリーダ５１４へ電気信号が送られ、このバーコードリーダ５１４は、撮像信号からバーコード４０３をデコードするプロセッサなどの回路を含んでいる。所定の実施形態において、バーコードリーダ５１４は、搬送体の内蔵処理システムの一部であり、プロセッサ、メモリ、処理指令を含む。バーコードリーダ５１４は、ユーザに警報５１６を出すためにも使用される。例えば、警報５１６は、ユーザに対する聴覚警報や視覚警報であり、バーコードリーダ５１４がバーコードを捉えたことを知らせる。管４０２の向きがバーコードを読み取るために（又はその他の目的で）重要である実施形態において、管４０２が正しい向きにあることをユーザへ知らせるために、警報を使用可能である。所定の実施形態において、光ファイバ束５１０及びイメージセンサ５１２は、光ファイバ束５１０の前記レンズとほぼ同じようにして管ホルダ４８６の内側に設けられてバーコード４０３への視線をもつ、イメージセンサのアレイに置き換えることができる。

撮像と画像処理は、同じ回路又は別々の回路で実施し得る。所定の実施形態において、バーコード情報は、搬送体から切り離して処置される。例えば、バーコード情報は、画像として、又は、１以上の光検出器による感知信号として、捉えられる。この捕捉情報は、ＤＳＰやＣＰＵなどの処理回路へ送られる。該処理回路は、バーコード情報を撮像するそのようなデバイス（例えば、搬送体又は読み取りステーションのイメージセンサ及び内蔵処理回路）とは別の装置（例えば、中央制御装置、１以上のサブ制御装置など）の一部であり、該別の装置により処理される。この場合、搬送体に内蔵するのは低電力処理装置でよい。バーコードは、１以上のプロセッサ又は専用のデコード回路によって処理することができる。また、バーコードは、全体として読み取って局所でデコードするようにして、搬送体で迅速にバーコードをデコードし、通信のオーバーヘッドを抑制することもできる。

ここに開示する光学機構は、搬送体だけでなく、トレイ（例えば搬送体ではないラック）にも使用可能である。図１２はラック５２０を示し、このラック５２０は、個別管ホルダ５２２の一次元アレイを含む。所定の実施形態において、各管ホルダ５２２は、自身のイメージセンサを含む。図１２に示す実施形態の場合は、光学ポート５２４を含み、外部イメージセンサ５２６によってバーコード情報を捉えられるようにしてある。光学ポート５２４は、光ファイバ束又は他の内部反射デバイスなどとした複数の光ガイドの出力を含む。これら光ガイドの入力側は、上述の実施形態に関連して説明した光学デバイスである。この例において、イメージセンサ５２６は、同時に又は順次に、光学ポート５２４の各出力を捉え、ラック５２０にある１以上の管のバーコードを読み取る。

図１３は、ラック５２０の別の実施形態である。図１３に示すように、ラック５３０は、管ホルダ５３２のアレイを含む。ラック５３０の各管ホルダは、イメージセンサを含んでいる。これらイメージセンサからの情報は、電気ポート５３４と交信することによって判断される。これらイメージセンサはバーコード情報を電気信号へ変換し、これがポート５３４で検出される。所定の実施形態において、ラック５３０は通常受動で電源供給されない。このような実施形態の場合、電源が電気ポート５３４から供給されてラック５３０内のイメージセンサに給電され、個々の管ホルダ５３２に入っている管のバーコードが検出される。所定の実施形態において、電気ポート５３４は、ラック５３０内のイメージセンサと交信するためのバスインターフェイスを提供する。このバスインターフェイスは、Ｉ２Ｃバス又はＣＡＮバスといったパラレル又はシリアルインターフェイスなどの適切なインターフェイスである。

図１４は、複数のポート５４４を有する二次元ラック５４０を示す。そのポートは、図１２及び図１３を参照して説明したポートのいずれかである。所定の実施形態において、イメージセンサ５４６は光学ポートを捉えるために使用される。ラックは、個別の管ホルダを有するものとしてここに記載するが、個別管ホルダから作られるものでも、管ホルダが共通の胴体をもつ一体型として作られるものでもよい。

図１５は、光学ポートを採用したラック５５０における管ホルダの断面を示す。管ホルダ５５１，５６１，５７１は、それぞれ、側壁５５２，５６２，５７２と受け入れ位置５５４，５６４，５７４を含む。側壁５５２，５６２，５７２内の光路束５５６，５６６，５７６は、それぞれ、受け入れ位置内から出力端５５８，５６８，５７８へそれぞれ画像情報を伝達する光ガイドを提供する。所定の実施形態において、光路束５５６，５６６，５７６は、予め決められた適切なパターンに配列した光ファイバを含む。所定の実施形態において、その予め決められたパターンは、各受け入れ位置の側面内の複数の箇所において光ファイバを含み、広範囲の向きにおいてバーコードの撮像を可能にする。所定の実施形態において、光路束５５６，５６６，５７６は、ペリスコープの光路のようなその他の光路を含む。

バーコードは、様々な時点で、自動化システムの様々な位置において読み取られる。所定の実施形態において、バーコードは、搬送体又はトレイに液体容器（例えば試料管）が入れられたときに読み取られる。試料管挿入は、機械的（例えばスイッチ）、電気的、又は光学的に、あるいはこれらの組み合わせで、検出される。バーコードも、置かれたときか、又は搬送中、あるいはその両方で読み取られる。例えば、搬送体が受動光学系を含む場合、読み取りステーションが、自動化軌道上にある搬送体へ挿入後のバーコード読み取りを可能するために利用される。搬送体の積荷のバーコードは、試験ステーションで読み取られ、搬送体積荷の状態変化が更新される。同様に、トレイも、試料が投入された後に特徴付けされる。バーコードは、予め決められた間隔で又は連続して、読み取られもする。また、バーコードは、リクエストに応じて読み取られもする。該リクエストは、システムにより自動的に、又は、システムオペレータにより手動で、生成される。搬送体バーコードは、ステーションで、又は、ステーションの近くで、読み取られることもある。例えば、ステーションでの試験中、試料管が搬送体から取り出されたり、又は、新しい管が搬送体へ入れられたりし、あるいは、試料管が搬送体から取り出されて新しい管が搬送体へ入れられることもある。

バーコード情報は、読み取り時、デコード時、あるいは後になって、中央制御装置へ報告される。例えば、搬送体又はトレイは、バーコード情報を走査し、該情報（画像又はセンサ信号などの生データ、あるいはデコードした情報）を直ちに無線で報告する。所定の実施形態において、搬送体又はトレイは、後に報告するためにバーコード情報を記憶する。例えば、搬送体又はトレイは、バーコード情報を、定期的に、予め決められた時点で、（制御装置又はオペレータの）リクエストに応じて、決定ポイントへ近づくときなど所定の位置で、又は、トレイが分析装置の投入レーンに置かれたときに、報告する。

なお、例示した実施形態において使用するバーコードの例は、一次元バーコードに限定する必要は無い。ここに説明するシステムは、二次元バーコード又はカラーバーコード、あるいはその組み合わせの使用に適している又は応用できる。例えば、所定の実施形態において、ＱＲコードがバーコード情報として使用される。用語「バーコード」は、したがって、物の表面の光学コード全般をカバーする広い用語として理解される。所定の実施形態において、バーコードを捉えるための既述したメカニズムと同じものが、管の印字など、他のマークを捉えるためにも適用される。したがって、試料管表面のマークの捕捉も、本発明の実施形態に含まれる。

本発明の実施形態は、既存の分析装置及び自動化システムへ組み込むことができる。搬送体は、考え得る分析装置又は設備での使用に適したレイアウト及び物理的構造を含めて、種々の形状及びサイズで構成可能である。例えば、所定の実施形態において、搬送体は、自動化軌道を巡って複数の試料を搬送可能なように複数のスロットを含み得る。一実施形態では、例えば、１以上の搬送ラックに多数のスロットをもつ搬送体の管保持部分の物理的レイアウトを含む。各ラックは、複数のスロット（例えば５以上のスロット）を含み、各スロットが管（例えば試料管）を保持するように構成可能である。

実施形態を例示して本発明を説明してきたが、本発明はこれに限定されない。当業者であれば、多種多様な変更と修正を本発明の好適な実施形態に対し行えること、及び、そのような変更と修正を本発明の思想から逸脱することなく行えることは、自明である。特許請求の範囲は、そのような等価の派生全てが本発明の思想及び範囲に入るように設けられている。

Claims (7)

1. 体外診断環境で使用する搬送体であって、
   試料管を保持するように構成された管ホルダと、
   前記試料管にあるバーコードの像を捉えるように構成された１以上の光学デバイスと、
   前記バーコードが前記光学デバイスの直行視線内に入らないような向きで前記試料管が前記管ホルダ内にあるときに、前記バーコードの像を前記光学デバイスへ反射するように構成された前記管ホルダの反射面と、
   を備え、
   前記反射面は、前記管ホルダの円錐形内面により形成されている、
   搬送体。
2. 体外診断環境で使用する搬送体であって、
   試料管を保持するように構成された管ホルダと、
   前記試料管にあるバーコードの像を捉えるように構成された１以上の光学デバイスと、
   前記バーコードが前記光学デバイスの直行視線内に入らないような向きで前記試料管が前記管ホルダ内にあるときに、前記バーコードの像を前記光学デバイスへ反射するように構成された前記管ホルダの反射面と、
   を備え、
   前記反射面は、前記管ホルダの放物線状内面により形成されており、
   前記試料管が、前記放物線状内面により形成される放物線鏡の焦点に置かれる、
   搬送体。
3. 前記光学デバイスは、１以上のレンズを備えている、請求項１または２に記載の搬送体。
4. 前記光学デバイスは、１以上のイメージセンサを備えている、請求項１または２に記載の搬送体。
5. 前記光学デバイスは、光源及び光検出器を備えている、請求項１または２に記載の搬送体。
6. 前記管が前記管ホルダに入れられたときに前記光学デバイスからバーコード情報を受信するように構成された処理装置をさらに備える、請求項１または２に記載の搬送体。
7. リクエストに応じて前記光学デバイスからバーコード情報を受信するように構成された処理装置をさらに備える、請求項１または２に記載の搬送体。
   

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