JP6510046B2 - 新規較正方法 - Google Patents

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Description

本発明は、クレアチニン測定装置を較正する方法、及びそれらの方法において使用するための較正用溶液に関する。
クレアチニン(Crn)及びクレアチン(Cr)の濃度を測定するための技法は、医学において、例えば腎疾患をモニタリングするのに有用である。水溶液中のCr(cCr)の濃度及びCrn(cCrn)の濃度は、電流測定により求めることができる。cCrnの測定には2つのセンサー、すなわちCrを検出するCreaAセンサー、及びCrとCrnの両方を検出するCreaBセンサーが使用される。cCrnは、CreaAとCreaBセンサーの測定値の間の差異に基づく。
十分な精度で未知試料中のcCrnを測定するためには、CreaAセンサー及びCreaBセンサーは、それらの実際の感度を測定するため、定期的に較正しなければならない。これらのセンサーは、既知のcCrn及びcCrの2つの較正用水溶液を使用して較正することができる。しかし、こうした較正用溶液に伴う問題は、cCr及びcCrnが固定されないことである。むしろ、水溶液中では、スキーム1において、反応式中の二重矢印によって示されている通り、Crnは、水による加水分解によってCrに、及びCrは脱離によってCrnにそれぞれ変換され得て、式中、Tは反応が起こる温度であり、k及びkは、それぞれ加水分解及び脱離反応の速度定数である。
一定の温度において十分な時間後、この混合物は、cCr及びcCrnが一定となる、速度論的平衡に到達するであろう。しかし、溶液の温度が変化すると平衡の比がシフトし、したがって、cCr及びcCrnが変わるであろう。
平衡比にある既知のcCr及びcCrnを有する較正用溶液は、CrとCrnの既知の合計濃度の溶液に酵素であるクレアチニンアミドヒドロラーゼ(CA)を添加することにより生成され、次に、約1時間、特定の温度においてこの溶液を維持することによって、この溶液を平衡にすることができる。CAは、平衡を促進する。一旦、平衡状態が所与の温度において到達すると、cCr及びcCrnは、所与の温度において既知の平衡定数を参照することにより簡単に求めることができる。
国際公開第2005/052596号は、参照溶液を保持するための、医療用分析装置及びキットに関する品質保証向けの参照溶液を開示している。このキットは、第1及び第2の区画を備えた容器を含み、これらの第1及び第2の区画は、薄壁により分離され得て、この薄壁は、手動による圧力をかけると、破壊され得て、これにより、第1及び第2の区画の液体の混合が起こる。第1の区画は緩衝液を含み、第2の区画は、2つの化合物及び触媒を含む。これらの2つの化合物、触媒及び緩衝液が混合されると、より速やかに熱力学的平衡に到達し、この溶液は、25℃において条件を整えると、1時間以内に品質保証用参照溶液として使用することが可能になる一方、そうでないと、触媒が使用されない場合、この溶液は、相当長時間、条件を整えなければならない。
cCrとcCrnの両方の変化に線形に対応するセンサーの場合、2つの較正用溶液の選択された組成が、線形に独立した式系となることが必要である。すなわち、cCrCalX=m・cCrCalY及びcCrnCalX=n・cCrnCalYであり、m≠nであることが必要となる。したがって、2つの異なる温度で保管しない限り、較正用溶液の1つだけが、Cr及びCrnをそれらの平衡濃度で含有することができる。しかし、最良のセンサーの較正は、実質的に純粋なCrの溶液を1つ、及び実質的に純粋なCrnの溶液を1つ使用することにより得ることができる。
平衡比にない、既知のcCr及びcCrnを有する較正用溶液は、既知量の水又は他の水性媒体中に、既知量のCr及びCrnを含有する、既知量の乾燥粉末を溶解することにより調製することができる。
通常、この較正用溶液は、15℃〜32℃に維持され、これにより、この溶液を一定温度に近づけた場合でさえも、14日未満の溶液の場合、正確な計算が可能となる。したがって、既存の方法は、短期の利用期間(すなわち、tage<14日)を有する較正用溶液の場合、cCr及びcCrnの計算を可能にする程、十分に正確である。
別の選択肢は、酸性クレアチニン溶液を生成することであり、この溶液は、熱力学的に安定であり、したがって、保管の間、維持され得る。次に、この溶液を使用直前に緩衝溶液と混合し、既知のpH及びcCrnを有する実質的に純粋なCrnの較正用溶液を得ることができる。この方法は、米国特許第2004/0072277号に開示されている方法に相当する。この手法に伴う問題は、2つの溶液が密封されている気密パウチに含有されている場合、均一混合物を生成するのが困難である、ということである。更に、この混合法は、自動混合が必要とされる場合、及び/又はパウチがカセットをベースとする溶液パックなどの密閉系の一部である場合、ポンプ注入手段も必要とするであろう。更に、CA酵素は、クレアチニンセンサーから、例えば溶液に漏出し、これにより非平衡状態を壊す恐れがあるので、溶液をセンサーのチャンバーに通過させるのは推奨されない。これを防ぐには、液体を輸送するためのチャネルの分離が必要である。
両方の場合において、較正用溶液の精度のために、14日間の時間制限を持たせることは、頻繁に交換することが必要となる点で欠点があり、このことは、最終使用者にとって非経済的であり不便である。更に、最終使用者は、製造業者から配達される溶液を数日間待たなければならないことがあるので、短い利用期間がなお一層、短くなる恐れがある。あるいは、最終使用者は、使用時点(例えば、病院)において、較正用溶液を調製せざる得ないことがあり、これにより、最終使用者にとって更なる作業、並びに例えば、Cr及びCrn粉末の秤量時、及び溶媒の体積の測定時の、又は不均一な混合による不正確さのリスクがもたらされる。tage>14日である較正用溶液の使用を可能にする手法に関する満たされていない需要が存在している。
本発明の第1の態様では、本出願人は、1つ以上の較正用溶液を使用して、クレアチニンの濃度を測定するための装置を較正する方法であって、1つ以上の較正用溶液のクレアチンCr及び/又はクレアチニンCrnの初期時間における濃度値を受け取ること、終了時間において測定装置の出力値を受け取ること、温度モデルを使用して、終了時間における較正用溶液中のCr及び/又はCrnの濃度を計算することであって、この温度モデルが初期時間から終了時間までの較正用溶液の温度の推定値を示し、かつ可変パラメータを含むこと、並びに測定装置の出力値とCr及び/又はCrnの計算濃度との間の関係を決定すること、を含む、方法を利用可能にする。
較正用溶液の温度モデルを使用することによって、この溶液が受ける正確な温度プロファイルが14日間以上にわたり未知である場合でさえも、センサーを正確に較正することが可能である。温度モデルによって、顧客はある範囲の温度で較正用溶液を保管することが可能になるので、顧客はこの溶液を受け取った後、依然として正確な較正を実現しながらも、短い期間内での較正用溶液の利用に制限されない。温度プロファイル用のモデルを提供することによって、溶液が受ける実際の温度を知る必要はなく、これにより、較正用溶液内に常時記録用温度センサーを必要とすることが回避される。
一部の例となる実施形態では、測定装置は、較正用溶液のうちの1つ以上中のクレアチンを測定するためのセンサーを含む。
一部の例となる実施形態では、測定装置は、較正用溶液のうちの1つ以上中のクレアチニンを測定するためのセンサーを含む。
一部の例となる実施形態では、測定装置は、較正用溶液のうちの1つ以上中のクレアチン及びクレアチニンを測定するためのセンサーを含む。
一部の例となる実施形態では、測定装置は電流測定装置である。
一部の例となる実施形態では、本方法は、可変パラメータを計算することにより温度モデルを決定することを更に含み、この計算することは、速度式、温度モデル及びこの測定装置からの出力値を含む解析表式の解を求めることを含む。
一部の例となる実施形態では、解析表式は、温度モデルに対する速度式の積分から導出され、速度式中の速度定数はアレーニウスの式から導出される。
一部の例となる実施形態では、この温度モデルは、初期時間から終了時間までの平均温度を含み、可変パラメータは平均温度である。
一部の例となる実施形態では、温度モデルは、初期時間における温度、及び中間時間における異なる温度を含み、可変パラメータは中間時間である。
一部の例となる実施形態では、測定装置の出力値とCr及びCrnの計算濃度との間の関係を決定することは、測定装置のセンサー感度を計算することを含む。
一部の例となる実施形態では、本方法は、測定装置の計算されたセンサー感度及び測定装置の出力値に基づいて、試料中のCr及び/又はCrnの濃度を測定することを含む。
一部の例となる実施形態では、終了時間は、初期時間の14日後より後である。
本発明の別の態様によれば、電子デバイスの1つ以上のプロセッサによって実行されたときに、この電子デバイスを前述の方法のいずれかに従って作動させる命令を含む、コンピュータにより読み取り可能な媒体が提供される。
本発明の別の態様によれば、電子デバイスであって、1つ以上のプロセッサと、プロセッサのうちの1つ以上によって実行されたときに、この電子デバイスを前述の方法のいずれかに従って作動させる命令を含む、メモリーと、を含む電子デバイスが提供される。
本発明の別の態様によれば、1つ以上の較正用溶液を含むパッケージであって、前述の方法又は前述の電子デバイスのうちのいずれかと一緒に使用するのに好適な、パッケージが提供される。
一部の例となる実施形態では、このパッケージは、初期時間、及び初期時間における2つ以上の較正用溶液のクレアチン(Cr)及びクレアチニン(Crn)の濃度の表示を更に含む。
本発明の提案されている機器の例は、これより、添付の図面を参照して、詳細に説明する。
電流測定システムの一例の概略図である。 較正用溶液の温度変動、及び対応する温度変動を推定する二温度モデルを示すグラフである。 提案方法の導出(derivation)を示すフロー図である。 提案方法の工程の概略を示すフロー図である。 較正用溶液中の濃度を提案方法の例となる実施形態に従って計算した濃度と比較した一連のグラフである。 較正用溶液中の濃度を提案方法の更なる例となる実施形態に従って計算した濃度と比較した一連のグラフである。
3本の電極電流測定システム101の概略図である、図1をこれから参照する。電流測定システムは、少なくとも2本の電極である作用電極(WE)110及び対電極と参照電極の組み合わせた物(CE/RE)を有することができる。3本の電極電流測定システム101については、CE/RE電極の機能は、2本の分離電極である参照電極(RE)111及び対電極(CE)112に分けられている。例となる電流測定システム101はまた、電流計120、電圧計121及び電圧源122、並びに電解質溶液140も含む。
WE110は、酸化反応が起こる、正に帯電している電極である。RE111は、通常、Ag/AgClから作製されており、とりわけ、電流がRE111を流れない場合に安定な電位を維持することができ、こうして、WE110からの電流が流れて電解質溶液140に戻るために、CE112が必要となる。電解質溶液140/試料150は、3本の電極間の電流経路を提供する。膜130は、被験物質を、試料150からの通過を選択的に可能にする物質に選択的に変換する。電圧源122は、所望の還元反応又は酸化反応を維持するために必要な電位を印加し、これは、電圧計121により制御される。電流計120は、電気回路を流れて得られる電流を測定する。
図1に示されている電流測定システムは、実例であり、他のいくつかの実装形態も考えられる。例えば、電流測定システムは、上記の2本の電極システムとすることができる。
電極鎖を流れる電流の量は、WE110において酸化(又は還元)される物質の濃度に比例する。理想的には、電流を濃度に関係付ける比例定数が分かると、任意の所与の試料中の濃度を、そうした特定の試料により発生する電流を測定することにより得ることができる。
電流測定システムにおける測定方法を例示するために、本発明者らは、以下と仮定している:試料150は、膜130において化学種Aに選択的に変換される化学種Bを含有しており、この化学種Aは、WE110(アノード)においてAに酸化され得ること、及び電極140は、CE112(カソード)においてXに還元される化学種Xを含有する。本発明者らはまた、膜130は、試料から電解質溶液140に化学種Aしか通さないと仮定している。
適切な電位が電極間に印可されると、Aは、以下の反応に従って、WE110において酸化される:
Aの酸化により電子の流れが生じる。電気回路を完成するために、電子が消費される還元反応が必要である。したがって、化学種Xは、以下の反応に従って、CE112において還元される:
回路を流れる電流の量は、酸化される被験物質の濃度に比例する。したがって、分析装置は、所与の化学種Xが過剰に存在している試料中の被験物質の濃度を自動的に計算することができる。
センサーという用語は、試料150を除いて図1に示されている、完全な電流測定システムを指す。
Crnは水溶液中、例えば血液中では不安定であり、Crに可逆的に変換される(スキーム1を参照されたい)。cCrnを測定するために、本発明は二センサーシステムを利用しており、センサーの1つ(CreaA)はCrだけを検出し、もう一方のセンサー(CreaB)は、CrとCrnの両方を検出する。測定値の差異により、cCrn値を得ることが可能となる。
センサーは、少なくとも3つの機能層からなる多層膜130により保護されており、すなわち、外側の膜層はCrnとCrを通過可能であり、中間の酵素層及び内側の膜層はHを通過可能である。
Crn及びCr分子は、外側の膜層を通過して拡散する。酵素であるクレアチニンアミドヒドロラーゼ、クレアチンアミジノヒドロラーゼ及びサルコシンオキシダーゼは、内側の膜層と外側の膜層との間に固定されている。CreaAセンサーは、クレアチンアミジノヒドロラーゼ及びサルコシンオキシダーゼしか含有しておらず、その結果、Crしか検出しない。CreaAセンサーでは、酵素カスケードによって、以下の通り、Crが変化する:
CreaBセンサーは、3種の酵素であるクレアチニンアミドヒドロラーゼ、クレアチンアミジノヒドロラーゼ及びサルコシンオキシダーゼのすべてを含有しており、したがって、CrnとCrの両方を検出する。酵素カスケードでは、Crn/Crは、以下の通り変化する:
CreaAセンサーとCreaBセンサーの両方の場合に、この酵素反応により、同一の最終生成物に至り、最終生成物の1つは、内側の膜層を通過してWE110(好ましくは、白金)に拡散することができる、Hである。CreaAセンサー及びCreaBセンサーの電極鎖に十分に高い電位を印加することにより、Hは、WE110において酸化され得る。
電気回路を完成するために、電子はCE112において還元反応に消費され、これにより、WE110とCE112との間の電荷バランスが維持される。
の酸化により、Hの量に比例する電流(I)が生成し、ひいては、この電流(I)は、センサーの応答モデルに従って、CreaAの場合はCrの量に、並びにCreaBセンサーの場合はCr及びCrnの量に直接関係付けられる。
式中、I及びIは、それぞれCreaAセンサー及びCreaBセンサーにおいて生成した電流であり、S_Cr^A及びS_Cr^Bはそれぞれ、CreaAセンサー及びCreaBセンサーにおいてCr濃度に電流(I)を関係付ける感度定数であり、S_Crn^Bは、CreaBセンサーにおいてCrn濃度に電流(I)を関係付ける感度定数である。
電流を濃度に関係付ける比例定数Sは、通常、感度と称される。この定数は、センサーを較正することにより求められる。各センサーの電流(信号)は、分析装置中の電流計120により測定される。センサー感度Sが既知の場合、所与の試料中の未知のCrn濃度は、上式から容易に求められる。
cCr及びcCrnの最後の既知の値に対するcCr及びcCrnの変化は、反応速度式、及びアレーニウスの式によって記載される速度定数に基づいて計算することができる。計算を行うため、cCr及びcCrnが最後に既知であったときから経過した時間(tage)、及びその期間に溶液が受ける温度を知る必要がある。
較正用溶液がある範囲の温度を受けた場合、cCr及びcCrnを正確に推定する方法の1つは、最後の濃度測定からの温度の変化を記録することである。例えば、較正用溶液が輸送される場合、この較正用溶液のパックは、温度測定装置及び温度変化を記録するための手段を含むことができる。
例となる実装形態の1つは、この溶液の温度を定期的な間隔で、コンピュータのメモリーに記録する温度プローブを含ませることであり、その結果、この溶液が較正を必要とする場合、受けた温度を決定するため、このメモリーにアクセスすることができる。記録温度を記録するための温度プローブ及びメモリーの組合せは、本明細書において、温度ロガーと呼ばれることがある。
過去の温度変化が分かると、記録された初期濃度から較正時における計算濃度までの濃度変化を正確に計算することができる。例えば、反応速度式及びアレーニウスの式によって記載される速度定数に基づいており、かつ経時的な記録温度に適用される、経時的なcCrn及びcCrの変化を計算することが可能となる。
各溶液パックは温度ロガーを必要とするので、コストを削減するため、低コスト温度プローブを使用するのが有益となり得る。低コスト温度プローブは、不正確な温度測定に至る恐れあるが、この温度プローブは、より正確な温度プローブを用いて較正することができる。この較正は、1つの温度のために、又は測定値間の差異があるかどうかを決定するためにある範囲の温度にわたって、低コストな参照温度プローブによる測定値を比較することを含み得る。差異が決定されると、メモリー中の記録温度がこの差異により相殺され得る。記録温度の相殺は、既に記録されている読取値に適用することができるか、又はその後のすべての温度の記録に適用することができる。
溶液パックによりパッケージングされている温度ロガーを使用して、温度変化の正確な測定値が得られる一方、この溶液パックは、保管されて輸送され、最終的に使用されて、センサーを較正する一助となり得る。この較正用溶液が一旦その行き先に到着すると、センサーは付属の温度ロガーを使用して較正することができ、次に、より精度の高い温度ロガーによって、温度がモニタリングされ続け、センサー感度が最新の状態に保たれることを確実にする。より精度の高い温度ロガーは、測定場所の一部となってもよく、又は最終使用者が恒久的に据え付けた一部となってもよい。
驚くべきことに、一実施形態では、実際の温度から相殺された温度を有する温度ロガーを使用する較正物質の変換率の計算、及び較正用溶液が受けた温度プロファイルに全く類似していない熱的曝露により、依然として、較正物質中のCr及びCrnの濃度の許容される推定値がもたらされ得ることが見いだされた。したがって、温度プローブのこうした較正は必要とならないことがあり、低コスト温度プローブを使用することができる。正確な温度プロファイルの推定値として温度ロガーを使用すると、較正物質中のCr及びCrnの濃度を推定するのに、十分なデータが提供され得る。
1つ以上の温度測定装置及び記録を使用した測定により、最終濃度に対して非常に正確な計算が可能となるが、較正用溶液の各パックのコストを削減するため、温度プローブ又はメモリーを使用しないで、類似の正確な結果を計算すことは利点となり得る。こうした方法の1つは、受けた温度変化を推定するための温度モデルを使用することを含む。
図2は、較正用溶液の例となる温度プロファイル、及び温度変動を推定する対応する二温度モデルを示すグラフである。真の温度プロファイル210は、初期時間230(t=0)から終了時間232(t=tage)までの実際の温度変動を示している。この例では、製造業者211における保管中、4日間の初期期間、4℃という低い温度で開始する。較正用溶液が輸送されると、温度はおよそ14日間の期間、31℃というより高い温度まで上昇する(212)。較正用溶液を輸送(212)後、これらの溶液は、およそ76日間の期間、顧客により低温(およそ5℃)で保管される(213)。この例では、顧客は、14日間の期間にわたり較正用溶液を使用するため、保管庫からそれらを取り出し(214)、この時間の間、較正用溶液は、およそ20℃というより高い温度に維持される。
最終使用者が、使用者自身により、既知の温度の水性媒体をCr及びCrn粉末と混合することによって調製する場合、使用者は較正用溶液の温度が分かるが、製造業者により調製された場合、生成時点から利用するまでの温度プロファイルを使用者は分からないであろう。図2に示されている通り、真の温度プロファイル210は、長時間にわたる大きな温度変動を伴う、非常に複雑なものとなり得る。過去において、こうした温度変動により、較正用溶液の濃度レベルを正確に計算することが困難になる。
本出願人は、温度プロファイルは顧客により必ずしも知られる必要はないが、複雑な温度プロファイルは、一層簡単な温度モデルによってモデル化され得ることを、驚くべきことに明らかにした。例となる温度モデルである、二温度モデル220が、図2に示されている。複雑な温度プロファイルは、第1の期間(221)が、T=2℃の低温(241)を有しており、初期時間t=0(230)から中間時間t=t(231)まで、次に、期間(222)は、T=32℃(242)という高温を有し、中間時間t=t(231)から終了時間t=tage(232)までとしてモデル化されている。図2中の二温度モデル(220)は、真の温度プロファイル210と正確には一致しないが、温度変化の機能上の推定値をもたらす。
の値は、真の温度プロファイル210と二温度モデル220との間の任意の不適合性を補償するよう最適化することができる。例えば、真の温度プロファイル210における温度の最終的な向上は、約107日目において起こるが、二温度モデル220の温度における対応する向上は、より早い時間のt=t=で95日目に起こる。tに関するこのより早い時間は、実際の温度向上よりも早く、初期輸送相(212)の間の温度の大きな温度向上を相殺する。同様に、温度値T及びTが、あまりにも高くなるかあまりにも低くなるよう選択される場合、tの値は、やはりこれを補償するよう調節され得る。
クレアチニン/クレアチン溶液の保管のパターン、輸送及び利用条件が、類似のパターンに従うので、真の温度プロファイルは、多温度モデルに単純化することができる。表1は、cCrnの測定を支援する、例となる較正用溶液の推定時間及び温度範囲を示している。
他の多温度モデルを使用することができる。例えば、3つ以上の温度を有する温度モデルを使用してもよい。例えば、温度の個別の工程変化よりもむしろ、漸進的な温度の冷却及び加熱を単純な指数関数を使用したモデルに組み込むか、又は変動をシヌソイド関数を使用するモデルに組み込むことができる。
提示される例となる実施形態では、二温度モデルは、提案解決策の簡単な例示を提供するので、二温度モデルが使用される。こうした例となる実施形態では、以下の較正物質、Cal2及びCal3が、CreaAセンサー及びCreaBセンサーを較正するために使用される。
Cr及びCrnに加えて、較正物質Cal2及びCal3はまた、緩衝剤、塩、保存剤及び界面活性剤を含有してもよい。提案方法のためには、較正物質中のCr及びCrnの濃度しか検討しないであろう。
本明細書において示されている例となる実施形態では、CrとCrnの両方の濃度が、2つの較正用溶液及び2つのセンサーを使用することにより測定される。しかし、提案方法は、Cr濃度だけ、又はCrn濃度だけを計算するために使用されてもよいと考えられる。ちょうど1つの物質の濃度が測定される場合(Cr又はCrn)、たった1つの指定されるセンサー(Cr又はCrn)及び2つの較正用溶液が必要となる。
スキーム1に示されている通り、Crnは、可逆的な反応において、水による加水分解によりCrに変換され得て、脱離によりその反対に変換され得る。この可逆的な変換反応は、2つの化学種の一方が水に溶解すると直ちに始まり、この反応は、この系が熱力学的平衡に到達するまで、すなわち、この反応の平衡定数(Keq(T))に従って、Crn及びCrがそれらの相互平衡濃度(cXeq)に到達するまで、一方の方向に一層速い速度で継続する:
この平衡定数はまた、スキーム1の変換反応に関与する、前方向反応及び逆方向反応(個々の矢印)に対する、速度定数k(T)及びk(T)に関して表すこともできる。速度定数は、温度依存性であるが、必ずしも等しく依存しない。したがって、変換反応の平衡定数Keq(T)(したがって、Crn及びCrの平衡濃度)もまた、温度依存性となろう。
速度定数の温度依存性は、アレーニウスの式によって示される:
温度Tに関する下付文字は、ここでは、この文字が時間tの関数となり得ることを示す略語として使用されている。α及びβは、考察している反応の関連アレーニウスパラメータであり、これは、非常に高いレベルの精度であることが知られている。
上の反応は、Cr及び/又はCrnが生成過程中に添加された瞬間から、較正物質Cal2及びCal3において自発的に起こる。したがって、溶液パック中の較正物質におけるCr及びCrnの実際の濃度は、生成してから経過した時間、及びその時間間隔の間に個々の溶液パックにより受けた温度プロファイルTprofile(t)に、強く依存する。表2は、時間及び温度プロファイルの関数として、Cal2及びCal3中のCr及びCrnの濃度変化を示している:
表3において、ΔcCrnCal2は、CrnのCrへの1つ1つの変換による時間tまでのCal2におけるCrn濃度の変化であり、ΔcCrCal3は、CrのCrnへの1つ1つの変換による時間tまでのCal3におけるCr濃度の変化である。
微小時間間隔(dt)の間のcCrnの濃度変化(dcCrn)は、速度式としても知られている、以下の微分方程式に従う:
反応速度式(式5)とアレーニウスの式(式4)、及び二温度モデルを組み合わせると、解析表式cCr_(Cal#)^model(t_1)及びcCrn_(Cal#)^model(t_1)が得られ、これらはそれぞれ、初期時間T、通常、低温において消費される時間tの関数としての、較正物質「Cal#」におけるCr及びCrn濃度である。
真の温度プロファイル(T=Tprofile(t))、上記反応の関連アレーニウスパラメータ(α及びβ)、及び時間t=0における較正物質Cal#におけるCr及びCrnの開始濃度cCr_(Cal#)^0及びcCrn_(Cal#)^0の各々が既知である場合、後の任意の時間におけるその較正物質における真のCr及びCrn濃度の非常に正確な推定値をこの速度式の積分により得ることができる。
保管、輸送、顧客での保管及び使用の間の較正用溶液が受けた真の温度プロファイルは、温度変動の記録が入手できない場合、最終使用者によって分かり得ない。正確な温度プロファイルは未知となることがあるが、条件の詳細を明らかにするために測定可能な互いに独立したいくつかの変数がある。したがって、未知の真の温度プロファイルの十分に正確な推定値を得るために、本発明者らは、他の目的に、例えば、CreaAセンサー及びCreaBセンサーを較正するためには利用されていない、cCrn測定システムにおける利用可能な自由度(DOF)のすべてを利用する。
2つの較正用溶液Cal2及びCal3に対する、CreaAセンサー及びCreaBセンサーを用いる測定は、センサーの信号は4つとなり、すなわち利用可能なDOFは4つとなる。表2及びそれを支持する本文によれば、利用可能な4つのDOFのうちの3つが、センサーの較正目的に割り当てられ、余剰の未使用のDOFの1つ、すなわちCal2に対するCreaAの信号が残される。この単一のDOFが利用して、他の3つのDOFを3つの「未知の」検出感度を決定するために利用するのと同じ方法で、「未知の」実体の値を決定することができる。
図3は、較正物質において被験物質のレベルを決定し、次いでセンサーを較正する提案方法に関する、工程毎の導出を示すフロー図である。
上で議論されている通り、速度式310(式5)は、アレーニウスの式311(式4)と温度モデル320とが組み合わされる。適切な温度モデルを選択するために、予期される温度変動の一般パターンを知る必要がある。表1は、較正用溶液が受け得る様々な条件(生成時の保管、輸送、顧客での保管及び利用)を示している通り、この一般的なパターンの例を提示する。この表はまた、較正用溶液が受けると予想される温度範囲を示しており、どれくらいの期間、これらの溶液がこれらの条件の状態で存在すると予想されるかを示している。
この選択された温度モデルは、初期時間(tproduction又はt=0)における初期温度(T)、較正時(tage)における終了温度(T)、及び初期温度から終了温度まで温度が変化する中間時間点(t)を有することができる。初期時間及び終了時間が既知であり、かつ初期温度及び終了温度のどちらか一方が既知であるか又は推定される一方、中間時間tが全く分からないことがある。こうしたシナリオでは、利用可能なDOFは、この中間時間tを決定するために使用することができる。
したがって、当業者は、利用可能なデータを見て、温度モデルを構築すると思われる。利用可能なDOFが1つ存在する場合、この温度モデルが構築され、その結果、中間時間tなどの1つだけが未知である。利用可能なDOFが2つ以上存在する場合、温度モデルは、利用可能なDOFと同数の未知数を用いて構築され得る。
上記の実施形態では、2つの既知の(又は推定される)温度及びこれら2つの間で温度が変化する時間tを含む温度モデルにおいて、利用可能なDOFを使用して可変パラメータtが決定される。利用可能なDOFの別の考えられる使用は、可変パラメータとして単一の未知温度を含む温度モデルにおいて、全体の時間間隔tage−tproductionを通じて使用される、平均変換温度を決定することである。
本明細書により示されている例では、真の温度プロファイルTprofile(t)は、二温度モデルによってモデル化することができ、この二温度モデルは、初期温度T及び終了温度T、終了時間tage及び中間時間t(及び暗黙に初期時間t=0)に依存する。一般パターンが特定されると、真の温度プロファイルは、中間時間tにおける、初期温度から終了温度までの単純な工程変化として、モデル化することができる。このモデルは、以下の通り表すことができる:
温度T及びTは、原理的に、任意に選択することができる。しかし、このモデルが考えられる温度シナリオのすべてを包含することができるのを確実とするためには、温度T及びTは、予想される温度範囲と一致するよう設定され得る。表2に説明されている予想パターンを使用して、温度が、表2における3つの予備温度区間のいずれかに指定される、最小温度(2℃)及び最大温度(32℃)に設定され得る。初期温度Tは、較正用溶液の予想される冷却保管温度の代表とすることができ、終了温度Tは、較正用溶液が輸送中及び/又は使用中に受けると予想される温度の代表とすることができる。こうして、初期温度及び終了温度は、それぞれ、初期時間t及び終了時間tageにおける実際の温度でなくてもよい。
パラメータtは、温度Tにおいて消費した時間の未知の量である。パラメータtageは、較正物質における被験物質のレベル(cCr_Cal2^0、cCrn_Cal2^0、cCr_Cal3^0、cCrn_Cal3^0))が参照方法を使用して測定される場合、時間点t=0に対する溶液パックの経過時間(age)である。被験物質のレベル、及びそれらが測定される絶対時間点は、それぞれの各溶液パック中で電気的に保管され得るので、それらは、分析時に容易に入力され得る。
工程330において、速度式310(式5)、アレーニウスの式311(式4)及び温度モデル320を組み合わせると、分析的に解が求められる。これは、すなわち、それぞれ、対応する時間間隔t及びt=tage−tにより一定温度T及びTの区間で、得られた微分方程式を2回、解き、各区間における適切な開始条件を使用することにより行われる。これにより、tの関数としての、所与の較正物質(「Cal#」)におけるCr及びCrn濃度に関する以下の式が導かれる:
式中、c_(Cal#)^tot=cCr_(Cal#)^0+cCrn_(Cal#)^0及びΚ(T)=k(T)+k(T)は、定数である。式7により、終了時間tageにおけるCrの濃度が求められる。式7及び8のパラメータ340の多くは、既に既知であり、未知変数はtである。値k、k及びKは、アレーニウスの式から決定することができ、ここで、α及びβは、高い精度であることが知られているウェル値である。濃度cCr_(Cal#)^0、cCrn_(Cal#)^0及びc_(Cal#)^totは、時間t=0における溶液の測定に由来する既知濃度である。温度T及び温度モデルから既知のTが使用され、tageは、較正用溶液を生成してからの時間から既知である。したがって、式7及び8は、工程331における式であるが、実際の濃度が計算され得る前に、未知変数tをボックス350における工程から決定する必要がある。
式1におけるセンサーの応答モデル351から、所与の時間、例えばt=tageにおける両方の較正物質に対する未較正CreaAセンサー内部の測定値について、以下の普遍的に有効な関係が容易に導出される:
式9の関係は、非較正パラメータ、すなわちCr感度S_Cr^Aがこの式に代入されるので、未較正CreaAセンサーに有効である。式9は、1つの較正用溶液について測定されるCreaAセンサーの信号とCr濃度との間の比は、所与の時間における他の較正用溶液に関するものと同じ値を有することを明記している。
ここで、式7及び8中のcCr_(Cal#)^model及びcCrn_(Cal#)^modelに関する解析表式を式9に代入し、「Cr同一性」(332)である式10となる。
終了時間における2つの較正用溶液に関するCreaAセンサーの生の出力値を式10の左側に代入することができる。この式の右側は、依然として1つ残る未知変数tの非線形関数であり、最も現実的な温度及び時間範囲内の単調関数である。単調関数として、tに対するたった1つの解が存在し、その結果、式10は、数値的方法により解いて、工程333におけるtが求まる。その結果、CreaAセンサーの生の信号間の比により、tの可能な値が1つ導かれ、したがって、真の温度プロファイルに近似する考えられる温度プロファイルが1つ導かれる。
の値、及びその結果、温度モデルが一旦、既知になると、較正用溶液の濃度に関する式7及び8が解かれる(334)。具体的には、終了時間における較正用溶液について、Cr濃度であるcCrCal2及びcCrCal3、及びCrn濃度であるcCrnCal2及びcCrnCal3を決定することができる。
終了時間における較正用溶液について、Cr及びCrnの濃度が、一旦、推定されると、これらの濃度と感度を決定するための較正用溶液のセンサーの生の読取値と比較し、したがって、センサーを較正(360)することが可能となる。
式1及び2は、それぞれ、CreaAセンサー及びCreaBセンサーに関するセンサー応答モデルを提供する。工程361において、これらのセンサーの応答モデルが使用されて、以下の関係を導出することができる:


較正濃度は工程334から決定することができ、Cal3におけるCreaAセンサー並びにCal2及びCal3におけるCreaBセンサーの生の信号は、工程362において決定することができる。これらの値は、工程363において式11、12及び13に置き換えられ、Cr向けのCreaAセンサー並びにCr及びCrn向けのCreaBセンサーの感度を計算することができる。これらの感度の範囲内で、任意の所与の試料におけるCr又はCrnの濃度を正確に測定することが可能である。
図3は、提案方法を導出するための工程を概説している一方、図4は、提案方法の例となる実施形態を実施するための工程をまとめたものである。提案方法は、図4に示されている工程の順序に限定されるものではなく、この方法が、提供されているこの例となる実施形態を単に制限するよう考えられているわけでもない。
工程410において、初期時間における較正用溶液中のCr及びCrnの濃度が測定されて、記録される。この初期時間は、溶液の生成直後、及び/又は較正用溶液を発送する前の任意の適切な時間とすることができる。濃度は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)などによる、ある範囲の技法及び公知のセンサーを使用して測定することができる。この濃度は、最終使用者がその後の計算においてこれらの記録濃度を使用することを可能にする、いかなる手段によっても記録され得る。例えば、濃度は、較正パック時に記入して記憶されてもよく、又はサーバーにおいて電子的に記憶され得るか、又は較正パックそのものに電子的に記憶され得て、その結果、較正機器は、記憶された変数を自動的に読み取ることができる。同様に、これらのパックは、タイムスタンプとすることができ、その結果、初期時間は、その後の計算を行う際に、既知となろう。
工程420において、較正用溶液は、最終消費者に発送される。この時点から、較正用溶液が保管される実際の温度は分からないことがある。
ボックス430は、Cr及びCrnのセンサーの較正を試みて、較正用溶液の受け取りを開始し、終了時間(tageとも称される)440において較正過程を始める最終使用者により採用され得る工程を例示している。
工程450において、較正用溶液における生のCr及びCrn信号は、センサーによって測定される。これらの生の信号は、センサーの電流出力値である、I_Cal2^A(t_age)、I_Cal3^A(t_age)、I_Cal2^B(t_age)及びI_Cal3^B(t_age)である。
工程460において、温度モデルが決定される。二温度モデルの例では、これは、tに関して式10を解くことによる中間時間tの計算を含む。この計算を行うためには、工程410において記録された初期時間及び初期濃度と共に、関連反応のアレーニウスの値を知る必要がある。
工程470において、較正用溶液におけるCr及びCrnの実際の濃度は、工程460において決定された温度モデルを使用して、式7及び8を解くことによって計算される。
工程480では、工程450において計算されたセンサー出力値(具体的には、I_Cal3^A(t_age)、I_Cal2^B(t_age)及びI_Cal3^B(t_age))及び工程470において計算される濃度を式11〜13に置き換え、センサー感度が求められ、これにより、センサーが較正される。
ボックス430において行われる工程は、最終使用者によって手作業で行うことができる。あるいは、ボックス430における工程の一部又はすべてが、システムによって自動化され得る。例えば、較正システムは、較正パックを採用することができ、初期濃度及び初期時間を示す、電子データを自動的に読み取ることができる。較正システムは、工程450及び470に示されている通り、センサーの生の出力値をすべて測定することができる。この較正システムは、工程460、470及び480の計算を行うためのプロセッサを備えた電子デバイスを含んでもよい。コンピュータソフトウェアは、使用者が、本方法の計算のいずれかを自動的に実施するために、自身のコンピュータにインストールすることができる、コンピュータで読み取り可能な媒体で供給されてもよい。
センサーを較正するために使用される温度モデルは、較正用溶液の真の温度プロファイルの推定に過ぎないが、提案された解決策は、非常に正確な結果をもたらす。図5は、較正用溶液の実際の濃度(例えば、HPLCを使用)と提案方法により計算された濃度を比較するいくつかのグラフを示している。
試験は、様々な時間間隔に対する様々な温度において保管されたCal2及びCal3溶液について行われ、これらは、溶液パックに対する現実的な時間/温度シナリオに対応しているが、表1における具体的な時間/温度範囲を超える、極端なシナリオにもやはり対応する。
データポイント511、521、531及び541は、53日間、10℃で保管された較正用溶液に関するものである。データポイント512、522、532及び542は、10℃で53日間、32℃で15日間、及び10℃で34日間、保管した較正用溶液に関するものである。データポイント513、523、533及び543は、10℃で53日間、6℃で15日間、10℃で29日間、及び6℃で20日間、保管した較正用溶液に関するものである。データポイント514、524、534及び544は、10℃で53日間、25℃で15日間、10℃で29日間、及び25℃で20日間、保管した較正用溶液に関するものである。データポイント515、525、535及び545は、10℃で53日間、32℃で32日間、10℃で29日間、及び32℃で20日間、保管した較正用溶液に関するものである。
グラフ510は、様々な温度条件のCal2溶液において計算されたCr濃度及び実際のCr濃度を示している。線形傾向線516(式y=1.0317x+2.0703)は、R値0.98を有する、計算濃度と実際の濃度との間の直線関係を示している。グラフ520は、様々な温度条件のCal2溶液において計算されたCrn濃度及び実際のCrn濃度を示している。線形傾向線526(式y=0.9466x+24.0)は、R値0.9786を有する、計算濃度と実際の濃度との間の直線関係を示している。グラフ530は、様々な温度条件のCal3溶液において計算されたCr濃度及び実際のCr濃度を示している。線形傾向線536(式y=0.9522x+17.951)は、R値が0.97である、計算濃度と実際の濃度との間の直線関係を示している。グラフ540は、様々な温度条件のCal3溶液において計算されたCrn濃度及び実際のCrn濃度を示している。線形傾向線546(式y=0.9621x+5.5329)は、R値が0.97である、計算濃度と実際の濃度との間の直線関係を示している。
これらのグラフは、温度モデルが真の温度プロファイルの推定値に過ぎない場合でさえも、提案方法により計算された濃度が、実際の濃度に一貫して近似していることを示している。
図6は、較正用溶液の実際の濃度(例えば、HPLCを使用)と温度ロガーを使用して例となる実施形態の場合に計算された濃度を比較して温度モデルを生成した、いくつかのグラフを示している。
試験は、様々な時間間隔に対して様々な温度において保管されたCal2及びCal3溶液について行われ、これらは、溶液パックに対する現実的な時間/温度シナリオに対応しているが、表1における具体的な時間/温度範囲を超える、極端なシナリオにもやはり対応する。
グラフ610は、実際の濃度と比較したCal2溶液において計算されたCr濃度を示している。線形傾向線611(式y=1.0395x−0.24446)は、R値0.9899を有する、計算濃度と実際の濃度との間の直線関係を示している。グラフ620は、実際の濃度と比較したCal2溶液において計算されたCrn濃度を示している。線形傾向線621(式y=0.9681x+15.401)は、R値0.992を有する、計算濃度と実際の濃度との間の直線関係を示している。グラフ630は、実際の濃度と比較したCal3溶液において計算されたCr濃度を示している。線形傾向線631(式y=0.931x+32.896)は、R値0.9656を有する、計算濃度と実際の濃度との間の直線関係を示している。グラフ640は、実際の濃度と比較したCal3溶液において計算されたCrn濃度を示している。線形傾向線641(式y=0.9465x+1.5862)は、R値0.9707を有する、計算濃度と実際の濃度との間の直線関係を示している。
これらのグラフは、過去の温度変化を記録するための温度プローブを使用すると、Cr及び/又はCrn濃度に関して非常に正確な計算値もたらし得ることを示している。
本開示は、上記の実施形態において説明されている任意選択の特徴の組合せの変更を含むことに理解されたい。特に、添付の従属請求項に説明されている特徴は、提示され得る他の関連する独立請求項のいずれかと組み合わせて開示されていること、及び本開示は、そうした従属請求項の特徴と、もともと従属している独立請求項との組合せにしか限定されないわけではないことを理解されたい。

Claims (16)

  1. 1つ以上の較正用溶液を使用して、クレアチニンの濃度を測定するための測定装置を較正する方法であって、
    前記1つ以上の較正用溶液のクレアチンCr及び/又はクレアチニンCrnの初期時間における濃度値を受け取ること、
    終了時間において前記測定装置の出力値を受け取ること、
    温度モデルを使用して、終了時間における前記較正用溶液中のCr及び/又はCrnの濃度を計算することであって、前記温度モデルが前記初期時間から前記終了時間までの前記較正用溶液の温度の推定値を示し、かつ可変パラメータを含むこと、並びに
    前記測定装置の前記出力値と前記Cr及び/又はCrnの計算濃度との間の関係を決定すること、を含む、方法。
  2. 前記測定装置が、前記較正用溶液のうちの1つ以上中のクレアチンを測定するためのセンサーを含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記測定装置が、前記較正用溶液のうちの1つ以上中のクレアチニンを測定するためのセンサーを含む、請求項1又は2のいずれかに記載の方法。
  4. 前記測定装置が、前記較正用溶液のうちの1つ以上中のクレアチン及びクレアチニンを測定するためのセンサーを含む、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
  5. 前記測定装置が電流測定装置である、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
  6. 前記可変パラメータを計算することにより前記温度モデルを決定することを更に含む、請求項1〜5のいずれかに記載の方法であって、前記計算することが、速度式、前記温度モデル、及び前記測定装置からの出力値を含む解析表式の解を求めることを含む、方法。
  7. 前記解析表式が、前記温度モデルに対する前記速度式の積分から導出され、前記速度式中の速度定数がアレーニウスの式から導出される、請求項に記載の方法。
  8. 前記温度モデルが、前記初期時間から前記終了時間までの平均温度を含み、前記可変パラメータが平均温度である、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
  9. 前記温度モデルが、前記初期時間における温度、及び中間時間における異なる温度を含み、前記可変パラメータが前記中間時間である、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
  10. 前記測定装置の出力値と前記Cr及びCrnの計算濃度との間の関係を決定することが、前記測定装置のセンサー感度を計算することを含む、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
  11. 前記測定装置の前記計算された検出感度及び測定装置の出力値に基づいて、試料中のCr及び/又はCrnの濃度を測定することを更に含む、請求項10に記載の方法。
  12. 前記終了時間が、前記初期時間の14日後より後である、請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
  13. 電子デバイスの1つ以上のプロセッサによって実行されたときに、前記電子デバイスを請求項1〜12のいずれかに記載されている方法に従って作動させる命令を含む、コンピュータにより読み取り可能な媒体。
  14. 電子デバイスであって、
    1つ以上のプロセッサと、
    前記プロセッサのうちの1つ以上によって実行されたときに、前記電子デバイスを請求項1〜12のいずれかに記載されている方法に従って作動させる命令(instruction)を含む、メモリーと、を含む電子デバイス。
  15. 1つ以上の較正用溶液を含むパッケージであって、請求項1〜12のいずれかの方法により使用するための、又は、請求項14に記載の電子デバイスにより使用するための、命令を含み、
    前記命令が、前記1つ以上の較正用溶液を、請求項1〜12のいずれかの方法、又は、請求項14に記載の電子デバイスにおいて、どのように使用するかを指示するものである、
    パッケージ。
  16. 前記初期時間、及び前記初期時間における前記1つ以上の較正用溶液のCr及びCrnの濃度の表示を更に含む、請求項15に記載のパッケージ。
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