JP6881705B2 - 液面検出機能付き計測プローブのクイック接続構造 - Google Patents

液面検出機能付き計測プローブのクイック接続構造 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照:
本願は、2016年5月11日出願の米国仮出願62/334,776の優先権を主張する。この仮出願の全内容は本明細書に援用される。
さらに本願は、2016年2月19日出願の米国仮出願62/297,264、発明の名称“Single-Piece Transfer Arm Structure for Analytical Instrumentation”、及び、2016年5月12日出願の米国仮出願62/335,349、発明の名称“Clinical Analyzer Probe Crash Detection Mechanism and Process”にも関連し、これら仮出願の全内容も本明細書に援用される。
本発明は、概して、体外診断用医薬品環境における移送アームに関する。より具体的には、移送アームにおいてプローブに取り付けられる容量性液面検出回路に関する。
臨床分析装置は、典型的には、流体移送プローブ(又はニードル)を位置決めし、多様な位置間−例えば試薬容器と反応容器との間−で該プローブを移動させて流体を吸引しまた分配する移送アームを必要とする。このような移送物を試料分析に際し取り扱うために複数の移送アームが通常は使用される。
多くの場合、移送プローブが向かう容器内の液面の位置を測定できるのがよい。すなわち、プローブが液体へ漬かる深さをできるだけ少なくし、これにより、持ち越しの可能性、プローブの外面洗浄の必要性、プローブ外面から落ちる液体で生じる飛散、そして容器からの必要以上の液体の持ち出し、を低減できるからである。容器内液面測定の方法の一つに、容量性液面検出回路をプローブに取り付ける方法がある。この種の回路は、1秒間に何度もプローブの容量を計測する。プローブが液体(つまり、種々の絶縁特性又は伝導特性をもつ物質)に触れると計測容量が急に変化するので、この変化を当該回路が検出する。プローブ自体を液面検出に使用することは、他の方法に比べて、例えば容器形状に左右されないなど、多くの利点をもつ。
プローブ容量計測を可能にするためには、容量性液面検出回路に対する高信頼の接続構造が不可欠である。また、プローブの一部を接地シールドで覆うことにより外部電磁気の影響を防ぐか抑制し、プローブの先端だけが容量変化に敏感であるようにすることが、たいていの場合に有利である。接続構造に起因した抵抗又は容量の変化が混じると、誤った陽性検出結果を招き得る。
また、プローブ、定期的に交換するアイテム、は、使用者が容易に取り替え可能であることが望ましい。しかし、この要求は、容量性液面検出に必要な上記機能に相反することが多い。例えば、プローブから容量性液面検出回路への一般的な接続構造は、プローブと1つ以上の配線と印刷回路組立体(PCA)との間のねじ込み接続構造である。他にも、直列式又はPCA自体への高価な接続構造(ねじや捻り方式)を使用するものもある。しかし、これらの形態の接続構造は、ユーザの行う分解作業が多く且つ工具の使用が必要であることが多いなど、プローブ交換が非常に煩雑で難しい。
上述のとおり、移送プローブに使用する、高信頼、正確、そして交換が容易な容量性液面検出回路が必要である。
本発明は、一例として、体外診断用医薬品環境の臨床分析装置の移送アームに使用する容量性液面検出器を対象とする。また、本発明は、移送アームのプローブに取り付けられる容量性液面検出回路であって簡単な固定具で接続できる容量性液面検出回路を対象とする。
一態様によると、体外診断用医薬品(IVD)環境の臨床分析装置の移送アームで使用する容量性液面検出器は、副管内に収められた主管を備え、該主管及び副管が、一組の電気絶縁面を形成する頭部を上端部位にそれぞれ有する、プローブと、バネ付勢ピン形の複数の電気接触子及び該電気接触子を通してプローブの電気絶縁面と電気的に接続される容量性液面検出回路網を備えた容量性液面検出印刷回路組立体(PCA)と、移送アームにおいてプローブの上端部位を保持し、その電気絶縁面と電気接触子との接触を許容するように構成されたプローブホルダと、該プローブホルダに係合してプローブの上端部位を固定すると共に該固定により電気接触子と電気絶縁面との接触を確立するように構成された固定具とを備える。一態様に係る容量性液面検出PCAの回路網は、プローブの容量変化を検出し、その液面検出信号を、移送アームの動作を制御するように構成されたモータコントローラへ送信するように、構成される。
一態様によると、上記接続構造は、プローブの電気絶縁面と接触する容量性液面検出PCAの電気接触子としたバネ付勢ピンにより形成される。一態様において、複数の電気接触子のうちの第1の電気接触子がプローブの主管の電気絶縁面との接触により主管との間に回路を生成し、そして、複数の電気接触子のうちの第2の電気接触子が副管の電気絶縁面との接触により副管を接地する。
一態様によると、液面検出信号を受信したモータコントローラは、移送アームを減速させる。
一態様によると、容量性液面検出器は、さらに、容量性液面検出PCAがはんだ付けされる基板を備える。この基板は接地銅面で満たされている。
一態様によると、移送アームは、水平方向に延伸した架台と、該架台にほぼ直交するシャフトとを備え、これら架台及びシャフトは、移送アームの後部において結合具により互いに結合されている。モーターコントローラはそのシャフトに結合され、容量性液面検出PCAは架台の下側部内に搭載される。一態様において、架台の下側部は銅塗布されており、搭載ネジを通して容量性液面検出PCAへ接地されている。
一態様によると、容量性液面検出器のプローブホルダは、電気接触子と電気絶縁面との接触を許容するために、プローブの一組の電気絶縁面に対応する位置に空隙をもつ。また、プローブを通す垂直方向の内腔を備えたプローブガイドが提供され、その内腔に直交するプローブガイドの面は、移送アームの下側部に取り付けられる。一態様において、固定具は、さらに、プローブホルダ内にねじ込まれて該プローブホルダ内でプローブの上端部位を把持するように構成される。一態様によると、容量性液面検出器は、さらに、プローブの衝突を検出するバネ付勢機構の一部をなす少なくとも1つのバネ組立体をプローブホルダと移送アームとの間に有しまた、プローブホルダ及びプローブガイドを互いに固定するための1つ以上の磁石対を有する
一態様によると、体外診断用医薬品(IVD)環境の臨床分析装置の容器において液体を検出するシステムは、水平方向に延伸した架台及び該架台にほぼ直交するシャフトを備えた移送アームであって、その架台及びシャフトが移送アームの後部において結合具により互いに結合されている、移送アームと、シャフトに結合されて移送アームの動作を制御するように構成されたモータコントローラと、架台の下側部内に収容された容量性液面検出器とを備える。一態様において、容量性液面検出器は、副管内に収められた主管を備え、該主管及び副管が、一組の電気絶縁面を形成する頭部を上端部位にそれぞれ有する、プローブと、バネ付勢ピン形の複数の電気接触子を有し、該電気接触子を通してプローブの電気絶縁面と電気的に接続される容量性液面検出印刷回路組立体(PCA)と、移送アームにおいてプローブの上端部位を保持し、その電気絶縁面と電気接触子との接触を許容するように構成されたプローブホルダと、該プローブホルダに係合してプローブの上端部位を固定すると共に該固定により電気接触子と電気絶縁面との接触を確立するように構成された固定具とを備える。容量性液面検出PCAの回路網は、プローブの容量変化を検出し、その液面検出信号をモータコントローラへ送信するように構成される。
一態様によると、体外診断用医薬品(IVD)環境の臨床分析装置の容器における液体検出方法は、プローブの頭部と接触しているバネ付勢ピン形の複数の電気接触子を備えた容量性液面検出印刷回路組立体(PCA)を用いてプローブの容量を監視し、プローブは副管内に収められた主管を用いて構成し、これら副管及び主管のそれぞれの頭部に電気絶縁面を形成してあり、プローブホルダにより、臨床分析装置の移送アームにおいてプローブの頭部を保持し、このプローブホルダに係合する固定具により、プローブの頭部を固定すると共に該固定により電気接触子及び電気絶縁面の接触を確立し、プローブの容量変化が検出されたときに容量性液面検出PCAからモータコントローラへ液面検出信号を送信することを含む。
一態様において、プローブの容量監視は、モータコントローラからの命令に従い開始される。
一態様において、液体検出方法は、さらに、容量性液面検出PCAからの液面検出信号受信に応じて、モータコントローラにより移送アームを減速し、液体の所定深さへプローブを到達させられるようにすることを含む。
一態様において、プローブの容量変化検出は、所定のしきい値を上回るプローブの容量変化を検出する。
本発明の以上の態様とまた他の側面は、次の図面を伴う以下の説明により、さらに良く理解される。本発明の例示を目的として、現時点で最善の実施形態が図面に示されている。しかしながら、そこに開示される特定の手段に本発明が限定されないのは当然のことである。本願には次の図面が含まれている。
本発明が実施される実施形態に係るシステム構成例の概略平面図。 実施形態で使用されるプローブを示す図。 実施形態に係る容量性液面検出器を備えた移送アームの上方斜視図。 実施形態に係る容量性液面検出器を備えた移送アームの側面図。 実施形態に係る容量性液面検出器を備えた移送アームの下方斜視図。 実施形態に係る容量性液面検出器を備えた移送アームを分解して示す上方斜視図。 実施形態に係る容量性液面検出器を示す図。 実施形態に係る容量性液面検出機能のブロック図。 実施形態に係る容量性液面検出回路のブロック図。 実施形態に係る容量性液面検出回路を用いた液面検出方法のフローチャート。 本発明を実施し得るコンピューティング環境を例示した図。
本実施形態は、病院下又は研究所下の体外診断用医薬品(IVD)環境の臨床分析装置において使用される移送プローブと容量性液面検出印刷回路組立体(PCA)とを、簡単に工具無しで、自動的に接続する構造を対象にする。ここに提示する実施形態によれば、ユーザの簡単な接続作業、プローブに移送アームの流体配管をつなぐために使用する固定具が必要なだけである、という利点がある。
図1は、本発明を実施する、実施形態に係るシステム構成100の例を示したレイアウトである。図1には、それぞれプローブを備えた各種移送アーム110(110a,110b,110c,110d)(プローブは図2A〜図2Dを参照。プローブの詳細は後述。)と、1つ以上の希釈環に配列された多数の希釈容器を含む希釈ターンテーブル120と、1つ以上の反応環に配列された多数の反応容器を含む反応ターンテーブル130と、それぞれが多数の試薬容器を含む、試薬保管・供給用の試薬保管領域140a,140bとが示されている。運転時、移送アーム110aとそのプローブは、試料を取出位置から希釈ターンテーブル120上にある1つ以上の希釈容器へ移送し希釈物を生成するべく作動する。移送アーム110bとそのプローブは、希釈物を希釈容器から反応ターンテーブル130上にある反応容器へ移送するべく作動する。移送アーム110c,110dとその各プローブは、それぞれが試薬を試薬保管領域140a,140bから反応ターンテーブル130上にある反応容器へ移送するべく作動する。これらの移送は、例えば移送アーム110に付属する容積型ポンプなどのポンプ機構を使用して実行される。システム構成100は、移送アーム110、プローブ及びターンテーブルを含めた各種要素を動作制御する1つ以上のコントローラ(図示略)を含む。
図1のシステム構成100及びその説明は単なる例示であり、ここに開示する容量性液面検出のメカニズムを制限するものではない。システム構成100は、容量性液面検出メカニズムを実施するほんの一例のシステムでしかない。
図2A〜図2Dは、本実施形態で使用されるプローブ210を例示する。図2Aはプローブ210の正面、図2Bは斜視、図2C及び図2Dは正面視の断面をそれぞれ示す。プローブ210の主要機能は、容器(例えば希釈容器、反応容器)へ又はから、所定量の流体を高信頼で精密に分配又は取り出すことである。プローブ210は、流体配管(図3〜図6参照。後述。)と確実に接続すると共に、高信頼流体移送を支援する内部機構を組み入れてある。プローブ210の内部は、繰り返し流体を通すことができ、且つプローブ210の表面仕上げが、円滑な流体の流動を妨げず、流体の各移送の間の持ち越しに抗するのに十分微細である形状にされる。また、プローブ210は、容量性液面検出PCAとの電気接続部としても機能し、プローブ210の先端で微少容量変化を検出してプローブ210が流体に触れたことを測定できるようにする。本実施形態に係る電気接続部は、ロバストで、間違ったトリガに反応しない。
続いて図2A〜図2Dを参照し、プローブ210の構造を説明する。プローブ210は、主管(内管)220を有し、この主管220が副管(外管又は接地管)230内に部分的に収められている。本実施形態に係る主管220はステンレス鋼管製であるが、他の材料も使用し得る。主管220は、流体通路260内に、吸引した作用流体を含有する。主管220の先端は、プローブ210が容器内へ沈むときに流体表面を検出するべく使用される。主管220の先端付近は、流体の流動を最適化し移送精度に貢献するよう先細りの傾斜を付けてある。本実施形態において、その先細りの傾斜は4°で形成され、当該角度は、流動損失を低減し従って乱流を低減するべく見出された。他の角度も可能であることはもちろんで、例えば、適用例と望まれる流体流動特性に応じて他の角度も使用される。また、先細り傾斜設計が不要な場合もあり得る。主管220の内面は、持ち越しを低減し、円滑な流体流動が確実であるように微細に磨かれる。プローブ210の主管220の均一で角の無い形状は、適用例によっては持ち越しを低減するのにも重要である。主管220の内径は、プローブ210が使われる適用例に応じて決められる。
本実施形態の副管230はステンレス鋼管製であるが、他の材料も使用可能である。副管230は、主管220の大部分(つまり50%以上)を囲繞する(すなわち、主管220の頭頂から先端までの全部ではないがほとんど)。副管230の機能は、プローブ210の主管220の周囲に接地シールドを提供することである。これは、主管220周囲の容量変化を引き起こす異物が近くにあるときの誤った液面検出トリガを阻止する役割をもつ。
各管220,230は、上端に取り付けられた(例えば溶接された)円筒キャップ又はヘッドを有する(主管接触リング240及び副管接触リング250)。主管220及び副管230は、互いに電気絶縁(電気絶縁ギャップ225による)されつつ互いに固定される。これは、ギャップ225において管220,230の間に固着する非導体材料(例えば熱収縮樹脂)の層により達成される。(非接触で内部に)収納する配置により、各リング240,250を同一の水平位置(高さ)に到達させることができ、両リング240,250をもって、プローブヘッドの下側において一組の電気絶縁同一平面リングを構成することができる。これらリング240,250は、本実施形態に係る容量性液面検出メカニズムの電気接触をなす面を形成する。外側のリング240(内側の主管220に接続される方)は、容量性液面検出PCAの容量性液面検出部位との接続を構築し、内側のリング250は、外側の副管230(すなわちシールド)との接地接続を提供する。別の形態では、各管220,230に取り付けられたキャップ又はヘッドを、円筒形ではなく他の形状(例えば、限定するのではないが、四角形)とし、ここに説明する容量性液面検出メカニズムとの接触のための電気絶縁面を提供することも可能である。
本実施形態において、主管220と副管230との下側の繋ぎ目(副管230の端)は、エポキシで満たされ埋められて、2つの管220,230の間に物理的な線形の分離が形成されている。この分離は、流体の小滴が管220,230の間のギャップ225に入ってプローブ210をショートさせることを防止する。他にも、主管220と副管230との物理的分離は、管220,230の間にある熱収縮材料を外側プローブ(つまり副管230)を越えて延伸させることで達成することもできる。あるいは、管220,230の間の物理的分離は、プラスチックフェルールなどを追加してギャップ225を埋め、さらに下方へ延伸させて2つの管220,230を分離し、流体がギャップ225を無効にしてしまうのを防止することでも達成可能である。
実施形態によると、容量性液面検出器は、例えばIVD環境の分析装置における移送アーム110のプローブ210で容器内の液面を検出するために、上述した類の移送を実行する移送アーム110及びそのプローブ210に適用可能である。
図3〜図6は、本実施形態に係る、容量性液面検出器を備えた移送アーム110を示す。図3は容量性液面検出器を備えた移送アーム110の上方斜視図、図4は側面図、図5は下方斜視図、図6は分解して示す上方斜視図である。
移送アーム110は、結合具又は保持具320により互いに結合した架台310とシャフト315とを備える。駆動機構(モータコントローラ)305がシャフト315に結合され、移送アーム110を駆動して回動及び上下動させる。架台310は、射出成形プラスチックの一体成形品でよい。架台310は、移送アーム部品の搭載台とカバーの両方の役割を担う。
容量性液面検出器325は、移送アーム110の架台310の下側部内に、シャフト315、結合具320、及び移送アーム110の回動軸から離して収納される。本実施形態に係る容量性液面検出器325は、プローブ210と、固定具340と、配管350と、ピン355(詳細は図7C)を備えた容量性液面検出印刷回路組立体(PCA)360とを含む。種々の実施形態に関し、プローブ210を保持し係止する機構の一部として、プローブガイド330、プローブホルダ335、圧縮バネ345及びバネポスト347が含まれ得る。本実施形態において、磁石365の対も1つ以上、後述するように含まれる。
本実施形態のプローブガイド330は、架台310に対し、静止(固定)部品である。プローブガイド330は、プローブ210を通す垂直方向に長い内腔332をもつ。内腔332は、プローブ210の垂直方向自由動作を維持しつつプローブ210との間に最小クリアランスをもつサイズとされる。内腔332の長さは、プローブ210が垂直方向に滑動するときに拘束を起こさないために十分な長さとする。本実施形態におけるプローブガイド330は低摩擦係数の材料から形成し、反拘束特性と垂直方向自由動作を提供する。内腔332に直交するプローブガイド330の面は、架台310の下側部に取り付けられる。
プローブ210は、上端部位を通してプローブホルダ335内に配置され、そして、プローブ210の上端オリフィス(図2D、流体配管封止面270)に対し配管350を封止すると共に配置したプローブ210を固定するために、手作業で締め付けることができる。本実施形態において、プローブホルダ335がプローブ210の上端を把持し、プローブガイド330内でプローブ210が垂直方向に滑動するときに、プローブガイド330の上方で垂直に移動することが許容される。
本実施形態において、ねじ込み固定具340(例えばネジ寸法M20)がプローブホルダ335の内側ネジ部にねじ込まれてプローブロック手段として働くと共にプローブホルダ335内へプローブ210を締め付け、そして、配管350とプローブ210との間のに確実な流体接続を提供する。この実施形態において、プローブ210の取り外しと取り付けは簡単で工具を一切必要とせず、固定具340を手で取り外し、取り付けるだけである。固定具340を緩めれば、プローブガイド330を通してプローブ210を簡単に滑り上げ、取り出すことができる。プローブホルダ335は、プローブ210のヘッドの下方に空隙を備えており、電気接触子がそのプローブ210の下面へつながることが可能である。したがって、固定具340による接続だけで、機械的(ねじ込んだ固定具340による)、流体的(配管350による)、及び電気的(バネ付勢ピン355による)な接続がプローブ210に与えられる。プローブホルダ335は、間違った組み付けを防ぐべく下面にタブを設けてもよい。
固定具340の中心内腔を通した配管350は、その端部が広げられている。この拡開部の背後(該拡開部と固定具340との間)に、Oリングが一組のワッシャの間で挟持されている。固定具340の端面にある突部がそのワッシャを押し、Oリングを押し潰し、そして、プローブ210の上端にあるポケット内の嵌合面に配管拡開部を押し付ける。配管拡開部とプローブ210との間のこの接触が流体封止を生成する。Oリングは、結合を促進する機能をもち、固定具340の締め込みの広い範囲でOリングを適切に封止することができる。配管350とプローブ210の封止に圧力をかけるのに加え、固定具340は、プローブ210をプローブホルダ335内に押し付けて定位置に把持する。
バネ345及びバネポスト347は、本実施形態において、プローブ210の衝突を検出するバネ付勢機構の一部として、架台310とプローブホルダ335との間に設けられる。
図6には、ここに説明する各種部品を互いにそして移送アーム110に固定するための種々のネジとコネクタも示されている。
プローブ210がプローブホルダ335内に完全に着座すると、バネ付勢ピン355がプローブ210と電気接触する(図7A〜図7Dを用いて後述)。図7A〜図7Dは、本実施形態に係る容量性液面検出器325の詳細を示す。
容量性液面検出PCA360は、プローブ210を継続監視し、その容量の有意な変化を見ている。容量性手法は、導体が限定された電気容量を示すことに基づいている。この容量は、プローブ210が高誘電率をもつ液体やその他の物質に近づき接触すると増加する。その容量変化は非常に小さく(例えば1ピコファラッド以下)、敏感な回路が必要である。本実施形態では、要求される相当な感度を得つつも、回路網を外部の影響から電気的に遮蔽して誤検出を避ける、特別な予防策がとられている。これに焦点をあてて、重要な回路網は全て容量性液面検出PCA360に含まれており、容量性液面検出PCA360が、バーグスティック(Berg stick)バネ付勢接触子などを利用して基板(液面検出担持PCA)に直接溶接される。本実施形態において、この担持PCAは、接地銅面で満たされ、容量性液面検出PCA360の下面に対する接地遮蔽として機能する。本実施形態に係る移送アーム110の内部は銅塗布され、搭載ネジを通してPCA360へ接地してあり、PCA360をとり巻くファラデーケージが提供される。プローブの接地筒(すなわち副管230)も、誤検出と外部影響を低減するべく機能する。プローブ210の先端周囲に電界を集中させれば、これも液体試料の容量信号を増加させる手助けとなる。これにより、液体接触時に多くの力線がゆがめられ、電位の大きな変化を引き起こし、大きな容量変化がもたらされる。
本実施形態によれば、移送アーム110の架台310の下側部内に搭載されるPCA360に、3つのバネ付勢「ポゴピン」電気接触子355が設けられている。1つめのピン355が外側リング240と接触し、主管220とPCA360との接続を構築する。2つめのピン355は、内側リング250と接触し、副管230を接地する。本実施形態において3つめのピンは、例えば、プローブ衝突検出やプローブ存在検出などの他のメカニズムに使用することができる。この第3番目のピンを使用しない形態も可能である。ピン355は、PCA360から、プローブホルダ335の底にあるクリアランスホール(つまり空隙)を通って延出し、プローブ210の下面における2つのリング240,250と接触する。本実施形態において、IDI−C−シリーズピン(CP-2.5-6-TH)がバネ付勢ピン355として使用される。本実施形態において、ピン355は金メッキされて良好な電気接続を確保してある。本実施形態によれば、ピン355は、スルーホールマウンティングを使用してPCA360にはんだ付けされ、設計でとり得る機械的ストレスの量を大きくする。本実施形態において、ピン355は、最大2.0mmの作動行程又は圧縮仕様をもつ。
PCA360とプローブ210の接続の安定性は、誤った偽の測定を防止するために重要であり、ピン接触子355とプローブ210との間が動いてしまうと、誤測定を生じ得る。そこで、容量性液面検出器325の機構に、本実施形態においては、バネ345に加えて磁石365を使用してあり、検出器325の可動部(例えばプローブ210、プローブホルダ335及び固定具340)と静止部(例えばプローブガイド330)を堅固に結合し、移送アーム110の振動及び他の動きにより生じ得るものも含めて動きを防止する。バネ345及び磁石365に加えて、あるいはその代わりに、バネ定荷重、ショックアブソーバー、その他を利用してもよい。または、バネ345及び磁石365を含まず、その代わりにプローブホルダ335をプローブガイド330へ直に締め付ける(ネジ、接着など)形態も可能である。さらに別の形態では、プローブホルダ335とプローブガイド330を単体ユニットか単体部品としてもよい。
上述したように、容量性検出技術は液面検出に使用される。PCA360は、所定のしきい値を超える容量変化が検出されると信号を発信する。当該変化は、プローブ210(「センサ」でもある)が空気中から液体へ入ったときに生じる。プローブ210は、エネルギー(「バケツに入った水」)を貯める「バケツ」(プローブ容量)として表現することができる。所定の周波数でプローブ210に電圧を印加し、プローブ210に充電と放電(バケツを満たし空にする)を引き起こす。プローブ210を所定の基準まで充電する(バケツを「満たす」)ためにかかる時間を監視して、デューティーサイクルとして印加電圧周波数と関連付ける。このデューティーサイクルの変化が容量変化に比例する。プローブ210が液体に触れると、系の容量が増加し(「バケツ」が大きくなる)、充電時間が増える。デューティーサイクルの変化の割合を監視し、所定のしきい値を超える場合に、容量センサが「作動」する。プローブ電圧に加わる外因変化とプローブ210からの漏電も、計測(明らかな充電つまり「充填」の割合)に影響し得るノイズ因子となる。
本実施形態によれば、検出電子機器(すなわち、容量性液面検出PCA360の部品)とプローブ210との間の距離を最小限にすることにより、容量性計測値を変化させ得る浮遊容量の影響を低減する。浮遊容量は、互いに接近した(異なる電位の)物体の対により生成される不要な又は予期せぬ容量である。例えば、電子機器とプローブ210を接続する配線内の電線、PCA360に近い物体、又はPCA360自体のトレース(配線部分)が浮遊容量を発生し得る。
図8は、本実施形態に係る容量性液面検出の機能ブロック図800である。容量性液面検出PCA360が、移送アーム110に関する液面検出要素を提供する。上述したように、PCA360は、移送アーム110の中でプローブ210に接続される。PCA360の出力はモータコントローラ305のセンサ入力へ送られる。このモータコントローラ305は、移送アームの上下動モータの駆動を担い、プローブ210を試料へ向け移動させる。本実施形態によると、液体の検出で1つのセンサが起動し、垂直方向衝突の発生で他のセンサが起動する。別の形態では、1つのセンサ入力だけがモータコントローラ305に提供される(すなわち液体検出センサ)。モータコントローラ305が例えばネットワークから「位置探査」命令を受信すると、該モータコントローラ305は、液体が検出されるまで液体へ向かってプローブ210を降下させる。液体が検出された瞬間、PCA360は信号(例えばデジタルのワンショットパルス)を検出表示としてモータコントローラ305へ送信する。これに反応するモータコントローラ305は、必要な深さへ沈むまでのプローブ210の減速を開始する。検出が起きなければPCA360は信号を送信せず、モータコントローラ305は、最大限のステップに到達するまでプローブ210を降下させる。この構成は、ネットワークを介して前記信号が送られる場合の待ち時間を解消し、モータコントローラ305が検出イベントに対して迅速に反応できるようにする。
図9は、本実施形態に係る容量性液面検出回路のブロック図900である。容量性液面検出回路網は、本実施形態の場合、3つのメインステージを含む。第1のステージは、継続してプローブ210を充電して放電し、その容量を計測する。図9に556タイマー905で示すように、このステージでは、プローブ210により現れる容量に応じたデューティーサイクルの矩形波が生成される。「A」(910)を付したプロットが、プローブが液体に接触する前の矩形波を表す。「B」(915)は、プローブ210が液体に浸かった瞬間の矩形波を表す。液体に起因する容量の増加が充電時間と矩形波の幅を増やしている。
第2のステージは、矩形波信号を帯域通過フィルタにかけることで容量変化の割合を評価する。該フィルタは、「デューティーサイクル−電圧変換器」920で示す低域通過フィルタを有し、矩形波を、デューティーサイクルに応じた振幅のアナログ信号へ変換することで、プローブ210の容量に直接関連したアナログ信号をつくる。対応するプロット925は、プローブが液体に触れた瞬間から遷移するアナログ信号を示している。該信号は、液体に触れる前はレベル「A」から始まっている。プローブが液体に触れると、該信号は、レベル「B」への遷移を始める。限定された期間(おおよそ0.3pF入力に対し5ms)後、該信号は定常状態のレベル「B」へ到達する。
次に高域通過フィルタ、又は微分器回路930が適用され、容量変化の割合にほぼ比例した振幅の信号935が生成される。このフィルタ出力は、液体に触れる前はゼロに対応したレベルにある。液体に触れると、微分器930の出力が、変化するアナログ信号に応答し始める。(簡潔にするために、当該回路は反転増幅器を使用しているので、負の変化が図示してある点に注意。)
変化する容量に微分器930が応答すると、第3のステージがその出力を比較して変化が十分に大きいかチェックする。大きい場合は、ウインドウコンパレータ940がワンショットパルスを発信し、該信号がモータコントローラ305へ送り返されて液体が検出されたことを知らせる。
本実施形態において開示した容量性液面検出器は、ハードウエアとソフトウエアの組み合わせを利用して、検出した液体の表面のすぐ下でプローブ210を止め、液体の吸引を可能にする。これにより、プローブ210を良好な吸引に十分な程度沈めることができる一方で、液体と接触するプローブ210の外側の範囲を少なくし、外への持ち出し及びプローブによる飛散の可能性を低減することができる。
本実施形態に係る液面検出は、自動整列、液体存在確認、自己診断など、第2の機能に使用することもできる。
本実施形態に係る液面検出PCA360は、必要に応じて停止させることもできる。例えば、PCA360が起動していてプローブ210の急速な充放電があると、臨床分析装置の電解液又は電気化学検出器に干渉することがあるので、この場合、電解液又は電気化学分配のためにPCA360を停止させるのがよい。
図10は、例えばIVD環境において本実施形態に係る容量性液面検出回路を使用した液面検出方法を説明するフローチャート100である。この方法は、ここに開示した容量性液面検出器及びPCA360の種々の態様を利用する。
過程1010において、プローブ210の容量を監視する。本実施形態の容量性液面検出PCA360360は、プローブ210の容量を継続して監視し、例えば臨床分析装置の容器に入った液体にプローブ210が出会うことを検出する。本実施形態において容量は、モータコントローラ305が受信した命令に応じて監視され、この場合、移送アーム110/プローブ210が容器内の液体に向かって移動している間、容量が監視される。
過程1030において、液体の検出を示す容量変化が過程1020で検出されると、容量性液面検出PCA360からモータコントローラ305へ信号が送信される。
容量変化が検出されなければ、過程1040において、規定の最大回数のステップがモータコントローラ305により実行されたか否かを判断する。最大回数のステップが終わってなければ、容量監視が継続される。規定の最大回数のステップが実行済みであれば、過程1050において、モータコントローラ305に信号が送られる。
本実施形態によると、モータコントローラ305が液体検出又は最大回数ステップ終了の信号を受信すると、モータコントローラ305は、必要な所定の深さにプローブ210が沈むまで、プローブ210の減速を開始することで応答する。信号が一切送られない場合は、本実施形態の場合、プローブを減速して停止させる(液体内ではない)。
容量性液面検出器325は、流体的、機械的、及び電気的な接続を含めて手で締め付ける簡単な接続(固定具340)で、ユーザが簡単に移送プローブ210を取り外して取り付けることができるという利点をもつ。ユーザインタラクションの要求−サービスコール及び訪問の減少、簡易なユーザメンテナンス、自動化した電気接続(したがって誤接続発生機会の減少)といった影響も含む。
図11は、本発明が実施されるコンピューティング環境1100を例示する。コンピューティング環境1100は、本発明を実施可能な汎用コンピューティングシステムの一例であるコンピュータシステム1110を含む。コンピュータシステム1110及びコンピューティング環境1100などのコンピュータ及びコンピューティング環境は、当業者によく知られており、ここでは簡単に触れる。
図11に示すように、コンピュータシステム1110は、バス1121などの通信系、あるいは、コンピュータシステム1110内で情報を交信するための他の通信系を含む。さらにシステム1110は、バス1121でつながって情報を処理する1つ以上のプロセッサ1120(プローブ、ターンテーブル、環を含めた各種構成要素を動作制御するように構成された上述のコントローラなど)を含む。プロセッサ1120は、1つ以上の中央処理ユニット(CPU)、描画処理ユニット(GPU)、又は当分野で周知のその他のプロセッサを含む。
コンピュータシステム1110は、バス1121で接続された、情報とプロセッサ1120で実行される命令とを記憶するシステムメモリ1130も含む。システムメモリ1130は、リードオンリメモリ(ROM)1131やランダムアクセスメモリ(RAM)1132など、揮発性や不揮発性メモリの形態のコンピュータ可読記憶媒体を含む。システムメモリRAM1132は、他のダイナミック記憶デバイス(ダイナミックRAM、スタティックRAM、シンクロナスDRAMなど)を含む。システムメモリROM1131は、他のスタティック記憶デバイス(プログラマブルROM、消去可能PROM、電気的消去可能PROMなど)を含む。システムメモリ1130は、プロセッサ1120による命令実行中の一時的変数やその他の中間情報を記憶するためにも使用される。立ち上げ時などコンピュータシステム1110内の要素間で行われる情報転送を補助するベーシックルーチンを含むベーシックアウトプット/インプットシステム(BIOS)1133がROM1131に記憶される。RAM1132は、プロセッサ1120により直ちにアクセス可能であるか現在実行中であるデータやプログラムモジュールを含む。システムメモリ1130は、さらに、例えばオペレーティングシステム1134、アプリケーションプログラム1135、他のプログラムモジュール1136、プログラムデータ1137も含む。
コンピュータシステム1110は、磁気ハードディスク1141及びリムーバブルメディアドライブ1142(フレキシブルディスクドライブ、コンパクトディスクドライブ、テープドライブ、ソリッドステートドライブなど)などの、情報及び命令を記録するための1つ以上の記録デバイスを制御する、バス1121につながったディスクコントローラ1140を含む。記録デバイスは、適切なデバイスインターフェイス(スモールコンピュータシステムインターフェイス(SCSI)、インテグレイテッドデバイスエレクトロニクス(IDE)、ユニバーサルシリアルバス(USB)、ファイアワイアなど)を使用してコンピュータシステム1110に追加される。
コンピュータシステム1110は、バス1121につながったディスプレイコントローラ1165を含み、情報をコンピュータユーザに表示する、陰極線管(CRT)、液晶ディスプレイ(LCD)などのディスプレイ又はモニタ1166を制御する。コンピュータシステム1110は、コンピュータユーザとの対話とプロセッサ1120への情報提供のために、入力インターフェイス1160と、キーボード1162及びポインティングデバイス1161などの1つ以上の入力デバイスを含む。ポインティングデバイス1161は、指向情報及びコマンド選択をプロセッサ1120へ伝達し、ディスプレイ1166上のカーソル動作を制御する、例えばマウス、トラックボール、ポインティングスティックである。ディスプレイ1166は、タッチスクリーンインターフェイスを提供することもでき、その入力は、ポインティングデバイス1161による指向情報及びコマンド選択の伝達を補助するか又は代替する。
コンピュータシステム1110は、システムメモリ1130などのメモリに記憶された1つ以上の命令の1つ以上のシーケンスを実行するプロセッサ1120に応じて、本発明の実施形態に係る処理ステップの一部又は全部を実行する。その命令は、ハードディスク1141やリムーバブルメディアドライブ1142などの他のコンピュータ可読媒体からシステムメモリ1130へ読み込まれ得る。ハードディスク1141は、本発明により使用される1つ以上のデータストア及びデータファイルを含む。データストアコンテンツ及びデータファイルは、セキュリティ向上のため暗号化される。プロセッサ1120は、マルチプロセッシング装置においても使用可能であり、システムメモリ1130に入っている命令の1つ以上のシーケンスを実行する。ハードワイヤードの回路網が、ソフトウエア命令に代えて又はと共に使用される。実施形態は、ハードウエア回路網及びソフトウエアの特定の組み合わせに限定されない。
上述したように、コンピュータシステム1110は、本発明に従ってプログラムされた命令を保持し、データ構造、テーブル、レコード、又はその他のここに開示するデータを入れる少なくとも1つのコンピュータ可読媒体又はメモリを含む。ここで言う「コンピュータ可読媒体」とは、プロセッサ1120で実行する命令の提供に関与する媒体である。コンピュータ可読媒体は、限定するものではないが、不揮発性媒体、揮発性媒体、伝送媒体を含む多くの形態をとる。不揮発性媒体の非限定の例としては、ハードディスク1141やリムーバブルメディアドライブ1142などの、光ディスク、ソリッドステートドライブ、磁気ディスク、光磁気ディスクが含まれる。揮発性媒体の非限定の例としては、システムメモリ1130などのダイナミックメモリが含まれる。伝送媒体の非限定の例としては、バス1121をなす配線を含めて、同軸ケーブル、銅線、光ファイバが含まれる。伝送媒体は、電波及び赤外線のデータ通信で発生されるような、音波、光波の形態もとり得る。
コンピューティング環境1100は、遠隔コンピュータ1180などの1つ以上の遠隔コンピュータとの論理的通信を利用するネットワーク化環境で作動するコンピュータシステム1110を含む。遠隔コンピュータ1180は、パーソナルコンピュータ(ラップトップ、デスクトップ)、携帯デバイス、サーバ、ルーター、ネットワークPC、ピアデバイス又は他の共通ネットワークノードであり、通常は、コンピュータシステム1110に関して上述した要素の多く又は全部を含む。ネットワーク化環境で使用する場合、コンピュータシステム1110は、インターネットなどのネットワーク1171を通して通信を確立するモデム1172を含む。モデム1172は、ユーザネットワークインターフェイス1170又は他の適切な装置を介してシステムバス1121に接続される。
ネットワーク1171は、当分野で広く知られたネットワーク又はシステムであり、インターネット、イントラネット、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)、メトロポリタンエリアネットワーク(MAN)、直接接続又は一連の接続、携帯電話網、コンピュータシステム1110と他のコンピュータ(例えば遠隔コンピューティングシステム1180)との間の通信を容易にすることのできるその他のネットワーク又は媒体が含まれる。ネットワーク1171は、有線、無線、あるいはその組み合わせである。有線接続は、イーサネット(登録商標)、ユニバーサルシリアルバス(USB)、RJ−11、その他の当分野で広く知られた有線接続を用いて実施される。無線接続は、Wi−Fi、WiMAX、ブルートゥース(登録商標)、赤外線、移動体通信、サテライト、その他の当分野で広く知られた無線接続方式を用いて実施される。さらに、単独で又は互いに通信して働いてネットワーク1171における通信を促進するネットワークもある。
以上のとおり、種々のシステム、サブシステム、エージェント、マネージャー、プロセスがハードウエアコンポーネント、ソフトウエアコンポーネント、これらの組み合わせを用いて実施される。
本発明を例示の実施形態を参照して説明したが、本発明はこれらに限定されない。当業者であれば、本発明の思想を逸脱することなく様々な変更、修正を本発明の実施形態に施すことが可能であるということは自明である。したがって、本発明の思想及び範囲内にあるそれら等価の派生の全ては特許請求の範囲に含まれるべきである。
100 システム構成
110 移送アーム
120 希釈ターンテーブル
130 反応ターンテーブル
140 試薬保管領域
210 プローブ
220 主管
225 電気絶縁ギャップ
230 副管
240 主管接触リング
250 副管接触リング
260 流体通路
270 流体配管封止面
305 モータコントローラ
310 架台
315 シャフト
320 結合具
325 容量性液面検出器
330 プローブガイド
332 内腔
335 プローブホルダ
340 固定具
345 圧縮バネ
347 バネポスト
350 配管
355 バネ付勢ピン
360 容量性液面検出印刷回路組立体(PCA)
365 磁石

Claims (17)

  1. 体外診断用医薬品環境の臨床分析装置の移送アームに使用する容量性液面検出器であって、
    副管内に収められた主管を備え、該主管及び副管が、一組の電気絶縁面を形成する頭部を上端部位にそれぞれ有する、プローブと、
    バネ付勢ピン形の複数の電気接触子及び該電気接触子を通して前記電気絶縁面と電気的に接続される容量性液面検出回路網を備えた容量性液面検出印刷回路組立体と、
    前記移送アームにおいて前記プローブの上端部位を保持し、前記電気接触子と前記電気絶縁面との接触を許容するように構成されたプローブホルダと、
    該プローブホルダに係合して前記プローブの上端部位を固定すると共に該固定により前記電気接触子と前記電気絶縁面との接触を確立するように構成された固定具とを備え、
    前記容量性液面検出印刷回路組立体の容量性液面検出回路網は、前記プローブの容量変化を検出し、液面検出信号を、前記移送アームの動作を制御するように構成されたモータコントローラへ送信するように、構成されている、容量性液面検出器。
  2. 前記電気接触子のうちの第1の電気接触子が前記プローブの主管の電気絶縁面との接触により当該主管との間に回路を生成し、
    前記電気接触子のうちの第2の電気接触子が前記プローブの副管の電気絶縁面との接触により当該副管を接地する、請求項1に記載の容量性液面検出器。
  3. 前記液面検出信号を受信した前記モータコントローラが前記移送アームを減速させる、請求項1又は2に記載の容量性液面検出器。
  4. 前記容量性液面検出印刷回路組立体がはんだ付けされた基板を備え、該基板が接地銅面で満たされている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の容量性液面検出器。
  5. 前記移送アームは、水平方向に延伸した架台と、該架台にほぼ直交するシャフトとを備え、該架台及びシャフトが、前記移送アームの後部において結合具により互いに結合されており、
    前記モーターコントローラは、前記シャフトに結合され、
    前記容量性液面検出印刷回路組立体は、前記架台の下側部内に搭載されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の容量性液面検出器。
  6. 前記架台の下側部が銅塗布されており、搭載ネジを通して前記容量性液面検出印刷回路組立体へ接地されている、請求項5に記載の容量性液面検出器。
  7. 前記プローブホルダは、前記電気接触子と前記電気絶縁面との接触を許容するために、前記プローブの一組の電気絶縁面に対応する位置に空隙をもち
    前記プローブを通す垂直方向の内腔を備えたプローブガイドが提供され、該プローブガイドの前記内腔に直交する面が、前記移送アームの下側部に取り付けられており
    前記固定具は、前記プローブホルダ内にねじ込まれて該プローブホルダ内で前記プローブの上端部位を把持するように構成される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の容量性液面検出器。
  8. 前記プローブの衝突を検出するバネ付勢機構の一部をなす少なくとも1つのバネ組立体が前記プローブホルダと前記移送アームとの間に設けられると共に、前記プローブホルダ及び前記プローブガイドを互いに固定するための1つ以上の磁石対が設けられる請求項7に記載の容量性液面検出器。
  9. 体外診断用医薬品環境の臨床分析装置の容器において液体を検出するシステムであって、
    水平方向に延伸した架台及び該架台にほぼ直交するシャフトを備えた移送アームであって、前記架台及び前記シャフトが当該移送アームの後部において結合具により互いに結合されている、移送アームと、
    前記シャフトに結合されて前記移送アームの動作を制御するように構成されたモータコントローラと、
    前記架台の下側部内に収容された容量性液面検出器とを備え、
    前記容量性液面検出器は、
    副管内に収められた主管を備え、該主管及び副管が、一組の電気絶縁面を形成する頭部を上端部位にそれぞれ有する、プローブと、
    バネ付勢ピン形の複数の電気接触子を有し、該電気接触子を通して前記電気絶縁面と電気的に接続される容量性液面検出印刷回路組立体と、
    前記移送アームにおいて前記プローブの上端部位を保持し、前記電気接触子と前記電気絶縁面との接触を許容するように構成されたプローブホルダと、
    該プローブホルダに係合して前記プローブの上端部位を固定すると共に該固定により前記電気接触子と前記電気絶縁面との接触を確立するように構成された固定具とを備え、
    前記容量性液面検出印刷回路組立体の回路網は、前記プローブの容量変化を検出し、液面検出信号を前記モータコントローラへ送信するように構成されている、システム。
  10. 前記電気接触子のうちの第1の電気接触子が前記プローブの主管の電気絶縁面との接触により当該主管との間に回路を生成し、
    前記電気接触子のうちの第2の電気接触子が前記プローブの副管の電気絶縁面との接触により当該副管を接地する、請求項9に記載のシステム。
  11. 前記架台の下側部が銅塗布されており、搭載ネジを通して前記容量性液面検出印刷回路組立体へ接地されている、請求項9又は10に記載のシステム。
  12. 前記プローブホルダは、前記電気接触子と前記電気絶縁面との接触を許容するために、前記プローブの一組の電気絶縁面に対応する位置に空隙をもち
    前記プローブを通す垂直方向の内腔を備えたプローブガイドが提供され、該プローブガイドの前記内腔に直交する面が、前記移送アームの下側部に取り付けられており
    前記固定具は、前記プローブホルダ内にねじ込まれて該プローブホルダ内で前記プローブの上端部位を把持するように構成される、請求項9〜11のいずれか1項に記載のシステム。
  13. 前記プローブの衝突を検出するバネ付勢機構の一部をなす少なくとも1つのバネ組立体が前記プローブホルダと前記移送アームとの間に設けられると共に、前記プローブホルダ及び前記プローブガイドを互いに固定するための1つ以上の磁石対が設けられる請求項12に記載のシステム。
  14. 体外診断用医薬品環境の臨床分析装置の容器における液体検出方法であって、
    プローブの頭部と接触しているバネ付勢ピン形の複数の電気接触子を備えた容量性液面検出印刷回路組立体を用いてプローブの容量を監視し、
    前記プローブは副管内に収められた主管を用いて構成し、これら副管及び主管のそれぞれの頭部に一組の電気絶縁面を形成してあり、
    プローブホルダにより、前記臨床分析装置の移送アームにおいて前記プローブの頭部を保持し、
    このプローブホルダに係合する固定具により、前記プローブの頭部を固定すると共に該固定により前記電気接触子及び前記電気絶縁面の接触を確立し、
    前記プローブの容量変化が検出されたときに前記容量性液面検出印刷回路組立体からモータコントローラへ液面検出信号を送信することを含む、液体検出方法。
  15. 前記プローブの容量監視は、前記モータコントローラからの命令に従い開始される、請求項14に記載の液体検出方法。
  16. 前記容量性液面検出印刷回路組立体から前記液面検出信号を受信した前記モータコントローラが、前記移送アームを減速し、液体の所定深さへ前記プローブを到達させる、請求項14又は15に記載の液体検出方法。
  17. 前記プローブの容量変化検出は、所定のしきい値を上回る前記プローブの容量変化を検出する、請求項14〜16のいずれか1項に記載の液体検出方法。
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