(57)【要約】本開示では、とりわけ、ケーシング、光学システム、電気機械モータシステム、および１つまたはそれより多いデジタルプロセッサを備えるリーダシステムを説明する。本発明の諸実施形態は、光ルミネセンス免疫アッセイを記録および解釈するための、本明細書ではリーダシステムと称される免疫アッセイ分析システムに関する。本発明の諸実施形態では、免疫アッセイの１つまたはそれより多い捕捉ゾーンからの光ルミネセンスを定量化し、それによって、流体試料中の検体存在の定量的または定性的測定値を求める。
2014521104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体試料中の１つまたはそれより多い検体を分析するためのリーダシステムであって、
ａ．流体試料中の１つまたはそれより多い検体を分析するための垂直指向免疫アッセイデバイスを備えるカートリッジを受け入れるように構成されたホルスターにつながっている少なくとも１つのポートを有するケーシングと、
ｂ．励起光学部品と収集光学部品とを有する光学システムであって、
前記励起光学部品は、光源と、前記光源からの光を伝達するように、そしてそれによって、前記ホルスター内にカートリッジが配置されたときに前記垂直指向免疫アッセイデバイスの一領域を励起するように構成された励起レンズとを含み、
前記収集光学部品は、光センサと、前記ホルスターにカートリッジが配置されたときに前記垂直指向免疫アッセイデバイスからの放射光を集めるように構成された収集レンズとを含む、光学システムと、
ｃ．前記ホルスターにカートリッジが配置されたときに、前記光学システムが前記垂直指向免疫アッセイデバイスの異なる領域を調べることができるように、前記光学システムに対して垂直方向に前記ホルスターを移動するように構成された電気機械モータシステムと、
ｄ．前記光学システムからデータを受け取り前記光学システムを制御するように、そして前記電気機械モータシステムを制御するように構成された、１つまたはそれより多いデジタルプロセッサおよび関連する電子回路と
を備える、リーダシステム。
【請求項２】
前記光学システムによって生成されたデータを格納するための不揮発性または揮発性デジタルメモリをさらに備える、請求項１に記載のリーダシステム。
【請求項３】
前記ケーシングがさらに、表示画面、データエントリデバイス、またはこれらの組合せを含む、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項４】
前記データエントリデバイスが一体型キーボードまたはタッチ画面を含む、請求項３に記載のリーダシステム。
【請求項５】
前記光源が表面実装発光ダイオードである、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項６】
前記表面実装発光ダイオードがコリメータレンズを備える、請求項５に記載のリーダシステム。
【請求項７】
前記コリメータレンズが励起領域全体からの放射光を集めるように構成される、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項８】
放射光がフォトダイオードの中心部分に向けられる、請求項７に記載のリーダシステム。
【請求項９】
前記励起光学部品が光励起フィルタをさらに含む、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項１０】
前記光励起フィルタがバンドパス光フィルタまたはショートパス光フィルタである、請求項９に記載のリーダシステム。
【請求項１１】
前記光励起フィルタが干渉によって、または吸収によって機能する、請求項９に記載のリーダシステム。
【請求項１２】
前記収集光学部品が光収集フィルタをさらに含む、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項１３】
前記光収集フィルタが機械的に駆動される、請求項１２に記載のリーダシステム。
【請求項１４】
前記光収集フィルタがバンドパス光フィルタまたはロングパス光フィルタである、請求項１２に記載のリーダシステム。
【請求項１５】
前記光収集フィルタが干渉によって、または吸収によって機能する、請求項１２に記載のリーダシステム。
【請求項１６】
前記励起光学部品が、１つまたはそれより多い光開口を有するプレートを含む、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項１７】
前記プレートが吸収性または反射性である、請求項１６に記載のリーダシステム。
【請求項１８】
前記１つまたはそれより多い開口の少なくとも１つの寸法が、０．１〜２ｍｍ、０．７〜０．８ｍｍ、または０．３〜０．４ｍｍの範囲にある、請求項１６に記載のリーダシステム。
【請求項１９】
垂直指向免疫アッセイデバイスを備えるカートリッジが前記ホルスター内に設置される、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項２０】
前記垂直指向免疫アッセイデバイスが１つまたはそれより多い免疫アッセイチャネルを備える、請求項１９に記載のリーダシステム。
【請求項２１】
前記１つまたはそれより多い免疫アッセイチャネルがそれぞれ個別に、１つまたはそれより多い検体を分析するための１つまたはそれより多い試験線を備える、請求項２０に記載のリーダシステム。
【請求項２２】
前記垂直指向免疫アッセイデバイスが複数の免疫アッセイチャネルを備え、前記励起光学部品が、中心波長がそれぞれ異なる複数の光源を含む、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項２３】
前記収集光学部品が複数の光センサを含み、前記光源および光センサが、これらが異なる免疫アッセイチャネルに光を伝達し、異なる免疫アッセイチャネルからの放射光を集めるように、対の形で構成される、請求項２２に記載のリーダシステム。
【請求項２４】
前記光源と光センサの対が、異なる免疫アッセイチャネルが異なる時点で調べられるように構成される、請求項２２に記載のリーダシステム。
【請求項２５】
電子式周波数フィルタリングが、前記複数の光センサからの信号をフィルタリングするために用いられる、請求項２２に記載のリーダシステム。
【請求項２６】
前記複数の免疫アッセイチャネルが、複数の免疫アッセイチャネルが同時に調べられるときに異なる免疫アッセイチャネルと異なる光センサの間のクロストークが実質的に存在しないように、空間的に分けられる、請求項２２に記載のリーダシステム。
【請求項２７】
前記励起光学部品が、前記光源を監視する光センサを含む、請求項１に記載のリーダシステム。
【請求項２８】
前記光源を監視する前記光センサによる測定値が、前記光源の放射強度を制御するために使用される、請求項２７に記載のリーダシステム。
【請求項２９】
前記収集光学部品の光収集平面と前記励起光学部品の光励起平面とが、垂直からオフセットされている角度を形成する、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項３０】
前記１つまたはそれより多いデジタルプロセッサが、前記光学システムが前記垂直指向免疫アッセイデバイスをスキャンするときに生成されるデータを集める、請求項１９〜２９のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項３１】
前記１つまたはそれより多いデジタルプロセッサが前記データを処理して、前記カートリッジが前記ホルスターに配置される前に前記免疫アッセイデバイスに加えられた流体試料中の１つまたはそれより多い検体の量を定量化する、請求項３０に記載のリーダシステム。
【請求項３２】
前記１つまたはそれより多いデジタルプロセッサ上のソフトウェアで実現される１つまたはそれより多い品質管理検査をさらに含む、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項３３】
前記１つまたはそれより多い品質管理検査が、管理線展開の検査、チャネルクリアランスの検査、ピークのサイズおよび位置に関する検査、前記免疫アッセイデバイスの有効期限データと比べて実行されたアッセイの時点に関する検査、およびこれらの任意の組合せから成る群から選択される、請求項３２に記載のリーダシステム。
【請求項３４】
カートリッジ挿入または取出しを認識するための少なくとも１つのセンサをさらに備える、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項３５】
前記センサが光学センサまたは機械的センサである、請求項３４に記載のリーダシステム。
【請求項３６】
バーコード読取りシステムをさらに備える、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項３７】
前記バーコード読取りシステムが１次元システムまたは２次元システムである、請求項３６に記載のリーダシステム。
【請求項３８】
前記２次元バーコード読取りシステムが、カートリッジタイプまたはロットデータの識別表示、ロット製造日および有効期限日、検体名、カートリッジ期待応答、ロットパラメータ、ピーク発見パラメータ、較正パラメータ、およびこれらの任意の組合せから成る群から選択された情報を符号化する、請求項３７に記載のリーダシステム。
【請求項３９】
カートリッジと実質的に同じ外側寸法を有する、物理的に分けられた品質管理構成要素をさらに備える、請求項１に記載のリーダシステム。
【請求項４０】
前記品質管理構成要素が、前記光源によって励起されると、特徴づけられたレベルの光ルミネセンスを呈示する光ルミネセンス材料を含む、請求項３９に記載のリーダシステム。
【請求項４１】
前記光ルミネセンス材料が、光ルミネセンス色素、ナノ結晶、量子ドット、またはこれらの任意の組合せを含浸させたプラスチックであるか、または前記プラスチックを含む、請求項４０に記載のリーダシステム。
【請求項４２】
光ルミネセンス領域が、マスクされた材料、コーティングされた材料、エッチングされた多層材料、またはこれらの任意の組合せを使用して前記品質管理構成要素の上に画定される、請求項４０に記載のリーダシステム。
【請求項４３】
前記光ルミネセンス領域が、前記品質管理構成要素が前記ホルスターに配置されたときに、前記リーダシステム内の励起光学部品の光励起平面に局在化される、請求項４２に記載のリーダシステム。
【請求項４４】
前記光ルミネセンス領域が、前記リーダシステム内の光学的位置合わせ不良が放射光のパターンまたは強度の予想可能な変化を引き起こすようにパターン化される、請求項４２に記載のリーダシステム。
【請求項４５】
前記１つまたはそれより多いデジタルプロセッサが、前記光学システムが前記品質管理構成要素をスキャンするときに生成されるデータを集め、そしてさらなる使用のために前記データを用いて前記リーダシステムを確認する、請求項４４に記載のリーダシステム。
【請求項４６】
前記１つまたはそれより多いデジタルプロセッサが、前記光学システムが前記品質管理構成要素をスキャンするときに生成されるデータを集め、そして前記データを用いて前記リーダシステムの内部較正係数を修正する、請求項４４に記載のリーダシステム。
【請求項４７】
前記１つまたはそれより多いデジタルプロセッサが、前記光学システムが前記品質管理構成要素をスキャンするときに生成されるデータを集め、そして前記データを用いて、前記光学システムと前記ホルスターとの間の光学的位置合わせ不良の程度を計算する、請求項４４に記載のリーダシステム。
【請求項４８】
前記１つまたはそれより多いデジタルプロセッサが前記電気機械モータシステムを、前記光学システムと前記ホルスターを駆動し、それによって光学的に位置合わせされた状態にするように制御する、請求項４７に記載のリーダシステム。
【請求項４９】
前記電気機械モータシステムが、前記ホルスターの相対的位置を検出し報告するために使用されるエンコーダを含む、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項５０】
前記リーダシステムが、前記ホルスターの相対的位置を検出し報告するために使用される移動センサを含む、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項５１】
前記移動センサが光学式または機械式である、請求項５０に記載のリーダシステム。
【請求項５２】
プリンタをさらに備える、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項５３】
Ｗｉ−Ｆｉ、ＡＮＴまたはブルートゥースなどによる外部無線アクセスのための構成要素およびプロトコルをさらに備える、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項５４】
ＵＳＢまたはイーサネット（登録商標）ケーブルなどによる、有線接続性のための構成要素およびプロトコルをさらに備える、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【請求項５５】
前記カートリッジの位置合わせを保証するために前記ホルスター内に位置合わせ機能をさらに備える、前記請求項のいずれか一項に記載のリーダシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
本願は、２０１１年７月２２日に出願された米国仮特許出願第６１／５１０，７７９号への優先権を主張し、この米国仮特許出願の全体の内容は、本明細書中に参考として援用される。
【背景技術】
【０００２】
背景
免疫アッセイが臨床判断の確定に使用されることがある。そのため、免疫アッセイ解釈の精度、信頼性、および再現性は大いに重要である。使用分野に関しては、この分析は、ポイントオブケア環境またはモバイル環境において重要である。これらの環境では、試験が非熟練技能者または患者自身によって行われることがあるが、それでもなおトレーサビリティおよび精度の維持が必要とされる。加えて、例えば、試験データおよび監査データが遠隔の医療専門家によって調べられ、病院ＬＩＭＳシステムによって一元化され、またはデバイス動作を検証するために使用されることがある限り、これらのデータの伝達が重要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
特定の実施形態の要旨
本発明の様々な実施形態では、免疫アッセイで結合する標識可動性試薬の正確で非主観的な解釈と、流体試験試料中の検体の存在または濃度の量子化とを実現するために、光ルミネセンスをベースとする手法を利用する。特注のアルゴリズムおよびデバイスにより、アッセイばらつきおよび光学的ばらつきを補償する。本発明の諸実施形態では、ポイントオブケア環境での非熟練技能者による使用の便宜を図るために、携帯性、自動化技術および通信技術を組み合わせる。
【０００４】
本発明の諸実施形態は、光ルミネセンス免疫アッセイを記録および解釈するための、本明細書ではリーダシステムと称される免疫アッセイ分析システムに関する。本発明の諸実施形態では、免疫アッセイの１つまたはそれより多い捕捉ゾーンからの光ルミネセンスを定量化し、それによって、流体試料中の検体存在の定量的または定性的測定値を求める。
【０００５】
簡潔に述べると、本発明の諸実施形態によるリーダシステムは、ケーシング、光学システム、電気機械モータシステム、および１つまたはそれより多いデジタルプロセッサを備えることができる。ケーシングは少なくとも１つのポートを含み、このポートは、流体試料中の１つまたはそれより多い検体を分析するための垂直指向（ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  ｏｒｉｅｎｔｅｄ）免疫アッセイデバイスを備えるカートリッジを受け入れるように構成されたホルスターにつながっている。光学システムは、光源と、光源からの光を伝達するように、またそれによって、ホルスター内にカートリッジが配置されたときに垂直指向免疫アッセイデバイスの一領域を励起するように構成された励起レンズとを含む励起光学部品を有することができ、また、光センサと、ホルスターにカートリッジが配置されたときに垂直指向免疫アッセイデバイスからの放射光を集めるように構成された収集レンズとを含む収集光学部品（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃｓ）を有することができる。電気機械モータシステムは、ホルスターにカートリッジが配置されたときに、光学システムが垂直指向免疫アッセイデバイスの異なる領域を調べることができるように、光学システムに対して垂直方向にホルスターを移動するように構成することができる。１つまたはそれより多いデジタルプロセッサは、光学システムからデータを受け取り光学システムを制御するように、また電気機械モータシステムを制御するように構成された、関連する電子回路とすることができる。
【０００６】
リーダシステムが、いくつかの実施形態では、光学システムによって生成されたデータを格納するための不揮発性または揮発性デジタルメモリを含む。
【０００７】
いくつかの実施形態では、リーダシステムのケーシングはさらに、表示画面、キーボードもしくは表示装置一体型タッチ画面などのデータエントリデバイス、または表示画面およびデータエントリデバイスとして機能する組合せデバイスを含む。
【０００８】
いくつかの諸実施形態では、光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）表面実装デバイスである。光源はまた、ＬＥＤ放射光を平行にするための一体型レンズを含むこともできる。いくつかの実施形態では、リーダシステムは、複数の励起源、例えば、様々な中心放射波長を有し、整合した光フィルタを有するＬＥＤを含む。
【０００９】
いくつかの実施形態では、励起光学部品が、光開口を有するプレート（例えば、吸収性または反射性のプレート）を含む。この開口は、光励起経路内で位置合わせすることができ、また免疫アッセイデバイスの上に特定の定形励起領域を形成するように画定することができる。一実施態様では、励起領域は、幅が０．３ｍｍ〜３ｍｍで、高さが０．２ｍｍから２ｍｍである。
【００１０】
いくつかの実施形態では、収集レンズが励起領域全体からの放射光を集める。この収集レンズは放射光を統合し、これを対応する検出用光センサの中心部分上に向ける。
【００１１】
いくつかの実施形態では、励起光学部品および収集光学部品は、それぞれ光フィルタを含む。例えば、光フィルタは、バンドパスまたはショートパス光フィルタとすることができる。光フィルタは干渉によって、または吸収によって機能することができる。励起光学部品内の光フィルタが、免疫アッセイが受ける光励起波長を調整する。収集光学部品内の光フィルタが、光励起と関連した波長を阻止しながら、免疫アッセイの光ルミネセンス標識放射と関連した波長を通過させる。加えて、または別法として、光収集フィルタを機械的に駆動することもできる。
【００１２】
いくつかの実施形態では、垂直指向免疫アッセイデバイスを備えるカートリッジがホルスター内に設置される。垂直指向免疫アッセイデバイスは、１つまたはそれより多い平行な垂直指向免疫アッセイチャネルを含むことができる。１つまたはそれより多い免疫アッセイチャネルはそれぞれ単独で、１つまたはそれより多い検体を分析するための１つまたはそれより多い試験線（ｔｅｓｔ  ｌｉｎｅ）を備えることができる。リーダシステムが複数の光源および複数の光センサを含むことができ、それぞれのうちの１つが、それぞれの個別免疫アッセイチャネル専用になっている。複数の光源は、異なる中心波長をそれぞれが有することができる。電子式周波数フィルタリングが、複数の光センサからの信号をフィルタリングするのに用いられてよい。例えば、電子式フィルタを光センサ信号に適用して、免疫アッセイ励起のデューティサイクルと関連した、すなわち免疫アッセイ光ルミネセンスと関連した信号を、低周波または高周波のシステム雑音を阻止しながら記録することができる。
【００１３】
あるいくつかの実施形態では、光源と光センサの対が、異なる免疫アッセイチャネルが異なる時点で調べられるように構成される。あるいくつかの実施形態では、複数の免疫アッセイチャネルが、複数の免疫アッセイチャネルが同時に調べられるときに異なる免疫アッセイチャネルと異なる光センサの間のクロストークが実質的に存在しないように、空間的に分けられる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、開口プレートが光源ごとに開口を含む。各免疫アッセイチャネルおよび光センサと関連づけられた専用収集レンズがあってよい。プレートは、吸収性でも反射性でもよい。１つまたはそれより多い開口それぞれの少なくとも１つの寸法（例えば、幅または高さ）が、０．１〜２ｍｍ、０．７〜０．８ｍｍ、または０．３〜０．４ｍｍの範囲にある。
【００１５】
いくつかの実施形態では、光源の光放射強度は、カートリッジスキャンを通じて制御および安定化される。この場合、励起光学部品は、専用の励起源監視光センサを含むことができる。光源放射強度は、監視光センサ電子信号を分析することによって監視することができる。この監視信号の励起光源へのフィードバックが、励起光源の放射をすべてのスキャンにわたって安定化させるように機能することができる。フィードバック安定化は、スキャン全体を通して、各光源の放射のデューティサイクルごとに行うことができる。別法として、フィードバック安定化は、各カートリッジスキャンの開始前に光源ごとに単独で行うこともできる。あるいくつかの実施形態では、リーダシステムが、監視光センサ信号を分析することによって光源放射を所望の強度で最適に安定化させるための、比例積分微分制御アルゴリズムを含む。
【００１６】
いくつかの実施形態では、フォトダイオード／レンズアセンブリの光収集平面と光励起平面との間に角度オフセットがある。特定の角度オフセットおよび構成は、効率的な励起および収集を維持しながら、検出器アセンブリの中への励起光の直接反射を抑止するように選択することができる。例えば、光励起はカートリッジ表面に対し直角であり、検出は３５度だけオフセットされる。
【００１７】
いくつかの実施形態では、１つまたはそれより多いデジタルプロセッサが、光学システムが垂直指向免疫アッセイデバイスをスキャンするときに生成されるデータを集める。１つまたはそれより多いデジタルプロセッサがデータを処理して、カートリッジがホルスターに入れられる前に免疫アッセイデバイスに加えられた流体試料中の１つまたはそれより多い検体の量を定量化することができる。
【００１８】
例えば、デジタルプロセッサにより、アッセイ固有較正パラメータに従って流体試料中の検体の存在または量を特徴づけるアルゴリズムを用いることができる。アルゴリズムにより、流体試料中の検体濃度の定量的、半定量的または定性的推定値を得ることができる。本発明のあるいくつかの実施形態では、複数の光ルミネセンス免疫アッセイがカートリッジデバイス内に存在し、アルゴリズムにより検体濃度の個別の定量的、半定量的または定性的推定値が、試料中のすべての試験検体について得られる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、リーダシステムが、１つまたはそれより多いデジタルプロセッサ上のソフトウェアで実現される１つまたはそれより多い品質管理検査を含む。品質管理検査には、管理線展開（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｌｉｎｅ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）の検査を含むスキャンデータの品質管理検査、チャネルクリアランスの検査、ピークのサイズおよび位置に関する検査が含まれ得る。加えて、リーダソフトウェアにより、試験の時点が特定のアッセイの有効期限日内であることを検証する。
【００２０】
いくつかの実施形態では、リーダシステムがバーコード読取りシステムを含む。バーコードをカートリッジ上に符号化することができる。バーコードは、アッセイカートリッジバッチに関係するアッセイ固有較正データで符号化することができる。カートリッジがリーダシステムに導入されると、アッセイ固有較正データは、読み取ること、解釈すること、および内部リーダメモリにコピーすることができる。例えば、バーコード読取りシステムは、１次元または２次元システムとすることができる。バーコード読取りシステムで符号化できる例示的な情報には、それだけには限らないが、カートリッジタイプまたはロットデータの識別表示、ロット製造日および有効期限日、検体名、カートリッジ期待応答、ロットパラメータ、ピーク発見パラメータ、較正パラメータ、およびこれらの任意の組合せが含まれる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、リードシステムは、カートリッジ挿入または取出しを認識するための少なくとも１つのセンサを含む。センサは、光学センサまたは機械的センサとすることができる。例えば、１つまたはそれより多い光学的放射源および対応する光学センサが含まれてよい。これらのセンサは、カートリッジホルスター内に保持することができ、その位置決めは、カートリッジ挿入またはカートリッジの取出しを規定する場所に対応する。この場合、光学センサは、光源と光センサの対である。これは、ホルスターの口に近接して設置することができる。挿入されると、カートリッジにより、センサ光源からその対応する光センサへの光の伝搬が阻止される。センサにより、カートリッジが完全に取り出されたことが、センサ光源からその対応する光センサへの光伝搬の再開によって示される。機械的スイッチセンサをホルスターの基部に設置することができる。ホルスターの中にカートリッジが完全に挿入されると、このスイッチがカートリッジによって作動して、カートリッジ挿入の検出が可能になる。いくつかの実施形態では、カートリッジと実質的に同じ外側寸法を有する、物理的に分けられた品質管理構成要素が存在する。この構成要素は、光源によって励起されると、特徴づけられたレベルの光ルミネセンスを呈示する光ルミネセンス材料を含むことができる。例えば、光ルミネセンス材料は、光ルミネセンス色素、ナノ結晶、量子ドット、またはこれらの任意の組合せを含浸させたプラスチックとすること、またはこのプラスチックを含むことができる。一般に、品質管理構成要素の光ルミネセンス領域は、リーダ内の光学平面に、所与のカートリッジ内の免疫アッセイ表面と同様の位置で、局在化される。さらに、この品質管理構成要素のリーダスキャンは、免疫アッセイカートリッジと同様の方法で行うことができる。光ルミネセンス領域は、マスクされた材料、コーティングされた材料、エッチングされた多層材料、またはこれらの任意の組合せを使用して品質管理構成要素の上に画定することができる。光ルミネセンス領域は、リーダシステム内の光学的位置合わせ不良（ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が放射光のパターンまたは強度の予想可能な変化を引き起こすようにパターン化することができる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、リードシステムの１つまたはそれより多いデジタルプロセッサは、光学システムが品質管理構成要素をスキャンするときに生成されるデータを集めると共に、さらなる使用のためにデータを用いてリーダシステムを確認する。１つまたはそれより多いデジタルプロセッサは、光学システムが品質管理構成要素をスキャンするときに生成されるデータを集めると共に、このデータを用いてリーダシステムの内部較正係数を修正することができる。１つまたはそれより多いデジタルプロセッサは、光学システムが品質管理構成要素をスキャンするときに生成されるデータを集めると共に、このデータを用いて、横方向位置合わせ不良の向きおよび程度、合焦もしくは脱焦の程度、または光学システム傾きなどの、光学システムとホルスターの間の光学的位置合わせ不良の程度を計算することができる。この場合、１つまたはそれより多いデジタルプロセッサは電気機械モータシステムを、光学システムとホルスターを駆動して光学的に位置合わせされた（ｏｐｔｉｃａｌ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）状態にするように制御することができる。
【００２３】
いくつかの実施形態では、リーダシステムが、ホルスターの相対的位置を検出し報告するために使用される移動センサを含む。この移動センサは光学式でも機械式でもよい。
【００２４】
いくつかの実施形態では、リーダシステムが、免疫アッセイカートリッジの読取りの後に続くスキャン結果およびデータのハードコピー、または格納メモリからのデータのハードコピーをプリントアウトするためのプリンタを含む。このプリンタは、リーダデバイスのケーシング内に組み込むことも、別個の構成要素として用意することもできる。プリンタが別個の構成要素である場合、プリンタは、ＵＳＢ、イーサネット（登録商標）またはシリアルポート接続を用いてリーダとインターフェースすることができる。電力は、リーダシステムから直接、または別個の電源構成要素を介して、プリンタデバイスに供給することができる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、リーダシステムは、免疫アッセイバッチ応答の検証のための処理アルゴリズムを含む。このアルゴリズムにより、指定の濃度のコントロール液体を用いて実行された、指定のバッチの１つまたはそれより多い免疫アッセイカートリッジの応答を分析する。アルゴリズムにより、期待応答をこれらのカートリッジから見つかるものと比較し、所与の仕様書どおりに動作しながら免疫アッセイバッチを検証する。さらに、このアルゴリズムによりまた、リーダメモリ内に格納された免疫アッセイバッチ固有較正パラメータの最適化および補正を実施して、免疫アッセイ光ルミネセンス応答の時間関連変化を補償することもできる。この場合、指定の濃度のコントロール液体を用いて実行された、指定のバッチの１つまたはそれより多い免疫アッセイカートリッジの分析の後に続き、内部較正パラメータが次に更新されて、コントロール応答に最もよく適合した結果が得られる。
【００２６】
いくつかの実施形態では、リーダシステムが、Ｗｉ−Ｆｉ、ＡＮＴまたはブルートゥースなどによる外部無線アクセスのための構成要素およびプロトコルを含む。一実施態様では、この接続性により、遠隔リーダ動作診断、ファームウェアまたはソフトウェアの更新、およびデータ転送が可能になる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、リーダシステムが、ＲＳ−２３２シリアル、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、またはイーサネット（登録商標）ケーブルなどによる、有線接続性のための構成要素およびプロトコルを含む。一実施態様では、この接続性により、遠隔リーダ動作診断、ファームウェアまたはソフトウェアの更新、およびデータ転送が可能になる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、リーダシステムがカートリッジホルスター内に位置合わせ機能を含む。これらの機能は、カートリッジを所定の位置に保持し、免疫アッセイ表面が光学平面に局在化されることを保証する。あるいくつかの実施形態では、ばねで留められただぼが、カートリッジをホルスター内の局部に適正に置いたときのアッセイカートリッジ内の凹部に対応する位置に置かれる。あるいくつかの実施形態では、物理的な位置合わせ機能が、不適正な回転位置合わせでのカートリッジの完全挿入を阻止することによって、カートリッジの誤挿入を防止する。
【００２９】
いくつかの実施形態では、リーダシステムは、主電源に接続されないときにリーダに電力を供給する内部電池を含む。
【００３０】
いくつかの実施形態では、リーダシステムが、データ、動作パラメータ、ならびにソフトウェアおよびユーザインターフェースの詳細を格納するための電子メモリおよびデジタルファイル管理システムを含む。この電子メモリ内に格納されるファイルには、スキャンファイル、較正ファイル、品質管理実行ファイル、使用者リスト、設定値および変更ログ、スキャンログ、較正実行ログ、または使用者ログが含まれ得る。大量となる可能性のあるスキャンファイルをレビューするために、探索機能性を実施することができる。この探索機能性は一般に、使用者がスキャン結果を日付、操作者、患者ＩＤまたは試験でフィルタリングすることを可能にするユーザインターフェースオプションから成る。
【００３１】
本発明は、とりわけ、本明細書に記載のリーダシステムの使用方法を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、リーダシステム最上位図である。
【図２ａ】図２（ａ）および図２（ｂ）は、リーダシステムケーシング図であり、（ａ）が側面Ａ、（ｂ）が側面Ｂである。
【図２ｂ】図２（ａ）および図２（ｂ）は、リーダシステムケーシング図であり、（ａ）が側面Ａ、（ｂ）が側面Ｂである。
【図３ａ】図３（ａ）および図３（ｂ）はリーダ光学部品図である。
【図３ｂ】図３（ａ）および図３（ｂ）はリーダ光学部品図である。
【図４】図４は、複数波長システムのリーダ光学部品図である。
【図５】図５は、試験スキャンのためのリーダ使用手順ブロック図である。
【図６】図６は、品質管理スキャンのためのリーダ使用手順ブロック図である。
【図７】図７は、液体管理スキャンのためのリーダ使用手順ブロック図である。
【図８】図８は、スキャン処理アルゴリズムブロック図である。
【図９】図９は、試験スキャン較正アルゴリズムブロック図である。
【図１０】図１０は、品質管理アルゴリズムブロック図である。
【図１１】図１１は、定性試験のための液体管理較正調節アルゴリズムブロック図である。
【図１２】図１２は、定量試験のための液体管理較正調節アルゴリズムブロック図である。
【図１３】図１３は、試験スキャンの後に続く試験データの例示的プリントアウトである。
【図１４】図１４は、試料光源放射パワーフィードバックアルゴリズムの概略図である。
【図１５ａ】図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、リーダシステムの例示的な光路概略図であり、（ａ）が側面図、（ｂ）が上面図である。
【図１５ｂ】図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、リーダシステムの例示的な光路概略図であり、（ａ）が側面図、（ｂ）が上面図である。
【図１６】図１６は、リーダシステムによって取得された例示的光学スキャン表示である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
定義
アッセイ  −  本明細書では、「アッセイ」という用語は、流体試料中に１つまたはそれより多い標的検体が存在すること、または存在しないことを決定するために行われる試験管内分析を指す。あるいくつかの実施形態では、アッセイは定量的であり、流体試料中の１つまたはそれより多い標的検体の量を決定することができる。一般に、アッセイには少なくとも一対の試薬成分が含まれ、試薬成分の少なくとも一方が、他方に対する高い結合親和性を有する。あるいくつかの実施形態では、アッセイは免疫アッセイである（例えば、サンドイッチ免疫アッセイ、競合免疫アッセイ、または阻害免疫アッセイ）。一般に、免疫アッセイには抗体成分が含まれ、これは別の抗体成分と、またはある抗原成分と高い親和性で結合する。あるいくつかの実施形態では、アッセイは分子アッセイであり、ハイブリッド形成して複合体を形成する一対の核酸成分を含む。
【００３４】
標的検体  −  本明細書では、「標的検体」または「検体」という用語は、アッセイがそれを検出するように設計されている１つまたはそれより多い物質を指す。検体の例には、それだけには限らないが、タンパク質（例えば、抗体、ホルモン、酵素、糖タンパク質、ペプチドなど）、核酸（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡなど）、脂質、小分子（例えば、乱用薬物、ステロイド、環境汚染物質など）、および細菌またはウイルス起源の感染病媒介物（例えば、Ｅ．ｃｏｌｉ、Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ、クラミジア、インフルエンザ、肝炎、ＨＩＶ、風疹など）が含まれる。
【００３５】
特定の実施形態についての詳細な説明
光ルミネセンス免疫アッセイを記録および解釈するためのリーダシステムを、本発明の諸実施形態に関連して本明細書で説明する。本発明の様々な実施形態では、前記免疫アッセイの１つまたはそれより多い捕捉ゾーンからの光ルミネセンスを定量化し、流体試料中の検体存在の定量的または定性的測定値を求める。
【００３６】
手短に述べると、リーダシステムは、表示画面、またはキーボードもしくは表示装置一体型タッチ画面などのデータエントリデバイス、または表示画面およびデータエントリデバイスとして機能する組合せデバイスを内蔵するケーシングを含むことができる。このケーシングはまた、流体免疫アッセイデバイスアクセスポートを内蔵することもでき、また外部免疫アッセイ流体デバイスを受け入れるためのホルスター容器を収容する。前記外部免疫アッセイ流体デバイスは、実質的に垂直の構成に向けられ流体試料の分析用に構成された１つまたはそれより多い免疫アッセイを備え、本明細書ではカートリッジと呼ばれる。さらに、リーダは、単一の光学ブロック内の励起および収集光学部品から成るケーシング内光学システムと、ホルスターを光学ブロックに対して垂直方向に移動させるステッパモータなどの電気機械モータシステムとを備える。また、リーダシステムは、読取りの作動および制御のためのデジタルプロセッサおよび電子回路と、データを格納するための不揮発性デジタルメモリとを内蔵する。リーダシステムは、複数のプロセッサ構成要素を別々の構成要素間で行われる処理の部分と共に、内蔵できることを理解されたい。例えば、単一のプロセッサが感知タスクおよびタイムクリティカルなタスクを扱うことができ、追加プロセッサが画面表示、ユーザインターフェース動作、通信、および追加処理を制御することができる。加えて、リーダは、通信ポートまたは無線接続性と、内部電池と、アッセイの読取りの後に続くスキャン結果、または格納メモリからのスキャン結果のハードコピーをプリントアウトするための内部または外部プリンタユニット（感熱式プリンタなど）とを内蔵することができる。
【００３７】
様々なリーダアセンブリおよび構成要素の詳細に関して、これらを以下でさらに詳述する。
【００３８】
いくつかの実施形態で、リーダシステムのカートリッジホルスターは、リーダ内のカートリッジの適正な挿入および配置を保証するための位置合わせ機能を含む。いくつかの実施形態では、ばねで留められただぼが、カートリッジをホルスター内の局部に適正に置いたときのアッセイカートリッジ内の凹部に対応する位置に置かれる。カートリッジが適正に挿入されると、だぼはカートリッジ内の凹部と位置が合う。これにより、カートリッジが所定の位置に固定され、前記カートリッジを取り外すために力が加えられるまで、免疫アッセイ面が光学平面に局在化されることが保証される。いくつかの実施形態では、物理的な位置合わせ機能が、不適正な回転位置合わせでのカートリッジの挿入を阻止することによって、カートリッジの誤挿入を防止する。いくつかの実施形態では、カートリッジホルスターは、カートリッジからの、またはリーダポートの中へのいかなる液体溢流も流出物受け領域への規定通路に沿って流れることを保証するために、流体流路を内蔵する。この領域は、リーダケーシングの下側の取外し可能追加カバーの上にあってよく、または別の方法でそれに連結されてよく、それによって、リーダデバイスを分解することなくこの流出物領域にアクセスし、その領域を清浄にすることが可能になる。
【００３９】
いくつかの実施形態では、リーダシステムは、光学的放射源と、カートリッジ挿入を認識するための対応する光学センサとを含む。これらの放射源およびセンサは一般に、光学部品ブロックと向かい合うカートリッジホルスター内に配置することができる。これらの光学構成要素の位置決めは、アッセイチャネルの表面に対して遠位のカートリッジの表面で一般に規定される、カートリッジ上の吸収または反射特性に対応する。カートリッジホルスターの中にカートリッジを挿入すると、光学的放射源から放射される光がカートリッジの吸収または反射特性と相互に影響し合うので、光学センサによって示される応答が変化する。カートリッジの挿入時のセンサ応答を分析することにより、カートリッジ動き方向の認識、および完全なカートリッジ挿入の検証が可能になる。追加の吸収または反射特性がカートリッジ上に組み込まれてよく、それによって、カートリッジタイプまたは免疫アッセイカートリッジバッチデータの識別に関する情報を符号化する。この場合、リーダもまた、これらの特性を示すための追加の光学的放射源および対応する光学センサ構成要素を内蔵することができる。いくつかの実施形態では、リーダシステムは、カートリッジの完全な挿入または取出しを示す光学的または機械的センサを内蔵することができる。この場合、リーダは、使用者がカートリッジの完全な挿入または取出しに対しさらに介入しなくても、ホルスターの移動を自動的に開始することができる。例えば、リーダシステムは、カートリッジが挿入または除去されると、それぞれスキャンまたはホルスターの停止位置への移動を開始することができる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、リーダシステムが、当技術分野で公知の１次元または２次元バーコードリーダをリーダケーシング内に含む。一般に、これらは、アッセイカートリッジ上に配置されたバーコード構成物を記録し読み取る。本発明の一実施形態では、バーコードは、カートリッジタイプまたはロットデータを識別するための情報を符号化する。あるいくつかの実施形態では、バーコードは２次元バーコードであり、以下の情報、すなわち、カートリッジタイプまたはロットデータの識別表示、ロット製造日および有効期限日、検体名、カートリッジ期待応答、ロットパラメータ、ピーク発見パラメータ、および免疫アッセイカートリッジバッチの較正パラメータ、のいずれかに相当する情報を符号化する。
【００４１】
いくつかの実施形態では、リーダシステムが無線周波数識別（ＲＦＩＤ）リーダを含む。これは、アッセイカートリッジの中またはアッセイカートリッジ上にあるＲＦＩＤチップを記録し読み取る。本発明の一実施形態では、ＲＦＩＤチップは、次の情報、すなわち、カートリッジタイプまたはロットデータの識別表示、ロット製造日および有効期限日、検体名、カートリッジ期待応答、ロットパラメータ、ピーク発見パラメータ、およびカートリッジロットの較正パラメータ、のいずれかに関係する情報を符号化する。
【００４２】
いくつかの実施形態では、モータ構成要素は、相対的なモータ作動位置を検出し報告するエンコーダシステムを取り込む。別法として、ホルスター相対位置をモータ速度および移動時間から計算によって決定することができる。それぞれの場合で、ホルスター位置は、この相対的測定値と、ホルスター移動における特定の位置に対して設置された特定の光学的または機械的移動センサから受け取られた信号とを参照して決定することができる。光学的移動センサの場合では、ホルスター構成要素には、光学的移動センサによって感知される光ビームを中断するビーム阻止機能が組み込まれ、それによって、これらの場所でホルスター位置が表示される。別法として、ホルスター構成要素には、光ビームを光学的移動センサまで導く反射特性が組み込まれてもよく、それによって、これらの場所でホルスター位置が表示される。
【００４３】
例示的なリーダシステムの光学ブロックおよび光路が図１５（ａ）および１５（ｂ）に概略的に示されている。本発明の一実施形態で、光学ブロック内の励起光学部品には、１つまたはそれより多い光源［３０２］、および励起レンズ［３０５］が含まれる。本発明の特定の実施形態では、励起光源が、例えば、無機発光ダイオード（ＬＥＤ）もしくは有機ＬＥＤ、またはレーザのいずれかを備えることができる。一般に、この光源は、アッセイの可動性試薬またはコントロール試薬と関連づけられた光ルミネセンス標識の励起スペクトルと適合した放射波長を有する。本発明の一実施形態では、光励起は、放射光を部分的に平行にするように働く一体化レンズをそれぞれ有する６つの表面実装デバイスＬＥＤから得られる。
【００４４】
一般に、１つまたはそれより多いレンズ［３０５］は、励起光路内に設置され、光源から放射された光エネルギーを免疫アッセイデバイスの表面に向ける。励起レンズはまた、励起光を平行にするように、または放散するように機能することもできる。励起レンズは、ガラス、融解石英、または有機ポリマー（例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポロテトラフルオロエチレン、ポリスチレン、または環状オレフィンコポリマー）を含む、種々の光学的に透明な材料のうちの１つから形成することができる。一般に、励起レンズは光収束形のものであり、レンズの設計が、例えば、凸、両凸、球面、平凸、正メニスカス、または非球面のうちの１つである。レンズパラメータには、焦点距離、開口数、材料、および光学コーティングが含まれる。これらは、光学設計を最適化するように、かつ励起波長に対応する透明度を有するように選択される。
【００４５】
リーダシステムの特定の実施形態では、励起光学部品には、１つまたはそれより多い光開口がある吸収プレートまたは反射プレート［３０３］が組み込まれる。開口プレートは、散乱および反射が制限されることを保証するために、安定した吸収材料でコーティングされてよい。画定された領域の安定した放散反射材料が開口プレートの上にさらにコーティングされてよく、それによって、光源放射光の一部分が光源監視光センサまで後方反射されることになる。光開口により励起光線が、開口を通過するものに限定される。それぞれの開口は、対応する単一の光源の光励起経路と位置合わせされ、かつ特定の光線を阻止するように形作られ寸法設定される。開口は、免疫アッセイデバイスの上に特定の定形励起領域を、この領域の外側の区域を照射するはずの光線に対応する光を阻止することによって、形成する。この光励起領域の配置およびサイズは、対応する開口の位置および寸法を修正することによって調整することができる。開口は、すべての励起領域が定形で同様のサイズになることを保証するように設計することができる。具体的には、開口プレートは湾曲させることができ、それによって、開口プレートを通過した後の各光路が同様の長さになることが保証される。特定の実施形態では、開口は、光源放射の中心のより均質な角度から発生する光線を選択することによって、励起光を平行にするように機能する。このことは、干渉型フィルタを使用する後続の光フィルタリングでは、これらのフィルタの通過帯域および阻止帯域が光ビームの入射角によって決まるので、重要になり得る。あるいくつかの実施形態では、開口は、幅が０．２ｍｍ〜２ｍｍ、高さが０．１ｍｍから１ｍｍであり、それぞれの励起領域は、幅が０．３ｍｍ〜３ｍｍで、高さが０．２ｍｍから２ｍｍである。
【００４６】
本発明の特定の実施形態では、励起光学部品もまた、１つまたはそれより多い光フィルタ［３０４］を備える。光励起フィルタが、免疫アッセイデバイスが受ける励起光のスペクトルプロファイルを形作る。このフィルタは、励起光と発光団放射光の間のスペクトル分離が保証されるように機能することができる。光励起フィルタは、例えば、バンドパス変種またはショートパス変種のものでよく、干渉機構または吸収機構によって動作することができる。一般に、励起フィルタは、フィルタ通過帯域が、アッセイの可動性試薬またはコントロール試薬と関連づけられた光ルミネセンス標識の励起スペクトルの一部分と一致するように、またフィルタ阻止帯域がこれらの光ルミネセンス標識の放射スペクトルの一部分と一致するように選択される。光ルミネセンス標識の励起スペクトルと放射スペクトルの間のストークスシフトにより、最大フィルタ遷移帯域が規定される。一実施形態では、ショートパス光学干渉フィルタが選択される。
【００４７】
一般に、収集光学部品には、免疫アッセイ表面から放射された光を収集するための１つまたはそれより多い収集レンズ［３０７］と、このルミネセンスを検出し電気信号に変換するための１つまたはそれより多い光センサ［３０６］とが含まれる。
【００４８】
一般に、それぞれの光センサは、このセンサの表面に向けられた光エネルギーを電気記録信号に変換するデバイスである。光センサは、光ルミネセンスアッセイ標識の光放射波長に応答するように選択される。これらの光センサは、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ、光抵抗器、電荷結合デバイス、または光子増倍管から選択することができる。
【００４９】
本発明の一実施形態では、収集レンズが収集光路内に設置され、この収集レンズは、励起光学アセンブリによって照射される免疫アッセイ表面の領域である励起領域から放射される光を集め、この光を対応する光センサの方に向ける。本発明の特定の一実施形態では、収集レンズは、全励起領域から放射された光を対応する光センサの中心部分に向ける。この場合、励起領域のサイズの選択、および全励起領域にわたる光信号の集積は、アッセイ材料中の局部的不均質性に対し弾力性を持たせるために行われる。また、光がセンサの中心の方に向けられているので、光が光センサのアクティブ領域の外側領域に移される前に、システムは、光学部品のいくらかの位置合わせ不良に耐えることができる。収集レンズは、ガラス、融解石英、または有機ポリマー（例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポロテトラフルオロエチレン、ポリスチレン、または環状オレフィンコポリマー）を含む、種々の透明な材料のうちの１つから形成することができる。一般に、収集レンズは光収束形のものであり、レンズの設計が、例えば、凸、両凸、球面、平凸、正メニスカス、または非球面のうちの１つである。レンズパラメータには、焦点距離、開口数、材料、およびコーティングが含まれる。これらは、光学設計を最適化するように、かつ収集波長に合致するように選択される。
【００５０】
本発明の特定の実施形態では、収集光学部品はまた、１つまたはそれより多い光フィルタ［３０８］を含む。このようなフィルタは、光収集経路内に設置される。光収集フィルタは、光センサによる検出の前に収集光のスペクトルプロファイルを形作る。このフィルタは、残留励起光が光センサまで送出されないことを保証するように機能する。光収集フィルタは、例えば、バンドパス変種またはロングパス変種のものでよく、干渉機構または吸収機構によって動作することができる。フィルタ仕様は、励起光源のスペクトル帯域幅を含む阻止帯域と、任意の励起フィルタによる後続の光フィルタリングと、光ルミネセンス標識の各放射波長の一部分を含む通過帯域とを有するように選択される。一実施形態では、ロングパス吸収光収集フィルタが選択される。干渉型収集フィルタの特別な場合では、追加収集レンズがリーダデバイス内に存在することができる。この場合、第１の収集レンズは収集光路内に設置することができ、励起光学アセンブリによって照射される免疫アッセイ表面の領域である励起領域から放射される光を集め、この光を平行にするように、または部分的に平行にするように機能する。干渉型収集フィルタは、この第１の収集レンズと第２の収集レンズの間に配置することができる。第２の収集レンズは、フィルタリングされた光を対応する光センサの方に向けることができる。本発明の特定の一実施形態では、収集光学部品の光収集経路の平面と励起光学部品の光励起経路の平面との間に角度オフセットがあってよい。これらの平面の角度位置およびその特定のオフセットは、検出器アセンブリの中への励起光の直接反射を抑止するように選択することができる。図１５（ａ）に示される一実施形態では、光励起平面はカートリッジ表面に対して直角であるが、検出は３５度だけオフセットされている。
【００５１】
本発明の特定の実施形態では、リーダシステムは、試料を光励起するための複数の光波長帯域のうち、免疫アッセイの可動性試薬またはコントロール試薬と関連づけられた複数の光ルミネセンス標識のうちの１つの励起波長に対応する帯域を選択することができる。同様に、リーダシステムは、光信号を検出するための種々の様々な光波長帯域のうち、免疫アッセイの可動性試薬またはコントロール試薬と関連づけられた複数の光ルミネセンス標識のうちの１つの放射波長に対応する帯域を選択することができる。この関連で、リーダは、特定の中心波長の光輻射をそれぞれのバンクが放射する複数のＬＥＤのバンク、または他の励起光源から構成される複数の励起源を内蔵することができる。スキャン時に試料の光励起に使用される励起源の特定のバンクは、光ルミネセンス標識の励起の最大値に関して選択される。励起光源のそれぞれのバンクは、付随する光励起フィルタおよび開口プレートを有することができる。励起光源の各バンクは、試料平面から同様の距離のところで、互いに９０度に配置することができる。励起光源の１つのバンクから放射された光は、試料平面に対して直角になり得る。
【００５２】
図４に示されたリーダシステムの一実施形態では、ＬＥＤの２つのバンク［４０１］、［４０２］が、試料表面に対して直角の放射方向および平行な放射方向で使用される。各バンクから放射される光の一部分が導かれて免疫アッセイ表面に類似の位置および寸法で励起領域が生成されるように、半反射鏡［４０３］が励起光路内に、ＬＥＤバンクの公称光路のそれぞれから４５度で配置される。次に、リーダの公称励起波長が、この波長のＬＥＤバンクだけをアクティブにすることによって選択される。
【００５３】
リーダシステムの一代替形態では、ＬＥＤの２つのバンクが、放射方向を試料表面に対して直角および平行にして使用される。機械的に駆動される鏡が、それを励起光路内の「係合」位置まで動かすことができるように、ＬＥＤバンクの公称光路のそれぞれから４５度で配置される。この場合、放射が試料表面に対して直角であるＬＥＤバンクから発生する光は、その放射が阻止され、一方、放射がアッセイ表面に対して平行であるＬＥＤバンクから発生する光は、その光が反射されてアッセイ表面に励起領域が形成される。こうして、「係合」位置に対して作動することで、第１の波長を使用する試料の励起が保証される。「非係合」位置では、鏡は光路のどちらにもない。この場合、放射が試料表面に対して直角であるＬＥＤバンクから発生する光は、アッセイ表面に励起領域を形成し、一方、放射がアッセイ表面に対して平行であるＬＥＤバンクから発生する光は、アッセイ表面に到達しない。こうして、「非係合」位置に対して作動することで、第２の波長を使用する試料の励起が保証される。
【００５４】
本発明の特定の実施形態では、リーダは、検出において感度の特定の波長範囲間で選択することができる。この関連で、モータ回転式フィルタホイールなどの、機械的に駆動される光フィルタの取りそろえが収集アセンブリ内に存在する。特定のフィルタを選択することにより、このフィルタが特定のスキャン用の収集光路内にあることが保証される。この関連で、このフィルタの通過範囲に対応するエネルギーを有する収集光が光検出器に送られて、リーダの光波長応答が決定される。アッセイスキャンにおいて選択された特定のフィルタは、免疫アッセイの可動性試薬またはコントロール試薬と関連づけられた光ルミネセンス標識によって放射された光の一部分の送出と、迷励起光の排除とを保証するように選択される。別法として、複数の光収集アセンブリが、様々なスペクトル感度を有してリーダシステム内に存在してもよい。例えば、リーダシステムは、レンズ、フィルタおよび検出器要素の第２の組を、先に明示したアッセンブリのミラーリングレイアウトとして内蔵することができる。これは、カートリッジ励起の平面の上方に、ある角度で設置することができる。この場合、収集フィルタは、それぞれ特性がロングパスまたはバンドパスでよく、また実質的にそれぞれ異なる光の波長バンドを通過させるように調整することができる。光検出器信号または各検出器アセンブリを同時に、または時間的に分けて監視することによって、スペクトル的に別々の複数の光ルミネセンス標識からの放射を単一のスキャン内で区別することができる。この関連で、リーダ機器は、単一のチャネル内の重なり合う放射特徴の複数の異なる組に対処し、それを別々に記録することができる。
【００５５】
本発明の一実施形態では、リーダシステムは、読取りの作動および制御のための１つまたはそれより多いデジタルプロセッサおよび電子回路を内蔵する。一般に、これらは、モータの動作、光学電子構成要素、表示構成要素、およびスキャン処理を制御する。デジタルプロセッサはまた、データエントリおよび通信プロトコルを解釈する。加えて、デジタルプロセッサは、あらゆる内部デジタルメモリを制御して、データの書込み、読取り、検索および転送を可能にする。デジタルプロセッサは、スキャン処理および解釈アルゴリズムを実行し、リーダデバイスの様々な電子構成要素を制御する。
【００５６】
いくつかの実施形態では、リーダシステムは、データを格納するための不揮発性または揮発性デジタルメモリを含む。一般に、このようなデータには、収集されたスキャンデータ、ならびに対応する患者の詳細およびアッセイ結果と、使用者の詳細およびパスワードと、イベントおよびエラーログと、較正パラメータと、リーダ設定値と、ユーザインターフェース画面と、インターフェースパラメータおよび通信パラメータと、リーダ動作プログラムとが含まれてよい。このメモリは、例えば、内部フラッシュメモリ、磁気ハードドライブ、およびＳＤカード構成要素のうちの１つまたはそれより多い例から構成されてよい。
【００５７】
いくつかの実施形態では、リーダシステムは、１つまたはそれより多い通信ポートを含む。ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、イーサネット（登録商標）（ＩＥＥＥ８０２．３）、およびシリアル推奨規格２３２（ＲＳ−２３２）などの有線接続性のための構成要素およびプロトコルが内蔵される。これらにより、パーソナルコンピュータまたはモバイルデバイスなどのリーダの外部のデバイスとの通信が容易になる。これらによりまた、バーコードリーダまたはプリンタなどの外部機器の制御および電力供給が可能になり得る。これらによりまた、病院または研究所の情報管理システムとの接続が容易になり得る。一実施形態では、この接続性により遠隔診断、ファームウェアまたはソフトウェアの更新およびデータ転送、ならびに外部バーコードリーダデバイスの制御が可能になる。
【００５８】
いくつかの実施形態では、リーダシステムは、Ｗｉ−Ｆｉ（ＩＥＥＥ８０２．１１）、ＡＮＴまたはブルートゥースなどによる外部無線アクセスのための構成要素およびプロトコルを含む。これらにより、リーダの外部のデバイスとの通信またはその制御が容易になる。これらによりまた、病院または研究所の情報管理システムとの接続が容易になり得る。一実施形態では、この接続性により遠隔診断、ファームウェアまたはソフトウェアの更新およびデータ転送が可能になる。
【００５９】
いくつかの実施形態では、リーダシステムは、アッセイの読取りの後に続くスキャン結果および関連する監査データのハードコピー、または格納メモリからのスキャン結果のハードコピーをプリントアウトするためのプリンタを含む。追加のプリント可能データには、使用者リスト、リーダ設定値、イベントまたはエラーログ、インストールされた較正値、品質管理結果などが含まれてよい。このプリンタは、感熱式、インクジェット、レーザ、またはドットマトリックスを含むタイプのものでよい。一実施形態では、このリーダはリーダケーシング内にあり、感熱式である。
【００６０】
いくつかの実施形態では、リーダシステムは携帯型であり、作業台上または卓上ポイントオブケア用途向けになっている。本発明の一実施形態では、リーダは、システムが主電源に接続されない状況においてリーダに電力供給することができる内部充電可能電池を含む。この電池は充電可能であり、リーダが主電源に接続されている間に充電される。電子回路およびデジタルプロセッサは、電池充電を監視し、これを使用者に報告し、充電速度、電池温度、およびユニットが自動的に遮断される前の最低充電レベルなどの詳細を調節する。リーダシステムのいくつかの実施形態では、電池は、着脱可能電池パック内に保持されてよく、または使用者が専用電池室の中に挿入可能であってよい。あるいくつかの実施形態では、リーダシステムは、聴覚警報、あるいは聴覚フィードバックまたは使用者操作を伝達するためのスピーカを内蔵する。あるいくつかの実施形態では、リーダは内部時計を備える。この時計は一般に、別個の長寿命電池構成要素によって電力供給される。
【００６１】
本発明の一実施形態では、セキュアデジタル（ＳＤ）カード構成要素が、アッセイカートリッジバッチに関係するアッセイ固有較正データを保持する。ＳＤカードは、リーダシステムの中に導入することができ、アッセイ固有較正データは、内部リーダメモリにコピーすることができる。本発明の一実施形態では、ＳＤカードは、セキュアライトワンス、多数回読取形である。このカードは、特定のカードの固有特性に対応する識別データで符号化することができ、それによって、書込みデータのセキュリティ、および情報転送の前の適正なカードタイプの認識が可能になる。
【００６２】
本発明の一実施形態では、ＳＤカードは、リーダデバイスのファームウェアまたはソフトウェアの更新データを保持することができる。別法として、標準ＳＤカードは、ＳＤカードスロットに挿入することができ、使用者は、バックアップまたは後の輸送のために保存データ（スキャン、結果、設定値、較正値、または品質管理データなど）を内部デバイスからＳＤカードに転送することができる。
【００６３】
本発明の一実施形態では、励起源アクティブ化、ならびに放射タイミングおよび光センサ読取タイミングは、免疫アッセイカートリッジ内のアッセイチャネルの位置および数に応じて調整される。これらのパラメータはバッチ較正ファイルに格納することができ、リーダシステムの励起および読取ロジックは、カートリッジ構造に関して修正することができる。例えば、６つのチャネルを有するリーダシステムでは、システムに３チャネル免疫アッセイカートリッジが与えられる。リーダシステムは、現在のアッセイチャネルの位置を知らされ、これらのチャネルだけを励起し読み取るように機能し、それに応じて、関連するタイミングを修正する。
【００６４】
本発明の一実施形態では、励起源放射タイミングおよび光センサ読取タイミングは、特定の時間に１つの試験だけが励起されるように調整され、それによって、チャネル間の光学的クロストークが最小限になることが保証される。別法として、複数のチャネルを照射し、同時に読み取ることもできる。しかし、これらのチャネルは、チャネル間の光学的クロストークが最小限になることを保証するために、空間的に分離されてよい。
【００６５】
本発明の一実施形態では、電子式周波数フィルタリングが光センサ信号に適用される。この電子式フィルタの通過帯域は、励起源デューティサイクルの周波数に調整され、検出された光ルミネセンスを、雑音信号を減衰しながら増幅する役割を果たす。このような雑音は、システムの中への一定の（低周波）光漏洩と関連していることがあり、または高周波電子雑音であることがある。このようなフィルタは、直列に配置された複数のハイパスまたはローパス電子式フィルタから構成されていてよい。
【００６６】
本発明の一実施形態では、リーダシステムは、規定された励起源放射時間と同等の時間、また各励起デューティサイクルに近い時間に、対応する光源がアクティブ化されていない状態での各チャネルからの検出信号に相当するダークカウントを記録する。この場合、光センサ信号は、対応する光源がアクティブ化されている間に取得された光センサ信号から、このダークカウントを減算することによって補正することができる。これにより、デバイスの中への光漏洩、デバイス内での光発生による干渉、または熱雑音もしくは電子雑音を補償することが可能になる。
【００６７】
本発明の一実施形態では、リーダシステムに光ルミネセンスの時間分解検出を使用することができる。この関連で、ある励起源を短い間アクティブにし、この光源が非アクティブにされてからある時間（一般に、少なくとも数十から数百ナノ秒）後に、対応する光ルミネセンス記録を開始することができる。このようにして、長放射寿命（例えば、数マイクロ秒の放射寿命を有するランタニド標識）光ルミネセンス標識からの光ルミネセンスをそれより短寿命のバックグラウンド蛍光（一般にナノ秒で呼ばれる）から区別することができる。
【００６８】
本発明の一実施形態では、光源光放射強度は、カートリッジスキャンによって制御および安定化される。この場合、励起光学部品には、専用の励起源監視光センサが組み込まれる。それによって、光源放射強度は、監視光センサ電子信号を分析することによって監視される。励起源へのこの監視信号のフィードバックにより、励起源の放射が全スキャンにわたって一定のままであることを保証することができる。フィードバック安定化は、スキャン全体を通して、各光源の放射の各デューティサイクルにわたって行うことができる。別法として、フィードバック安定化は、各カートリッジスキャンの開始前に各光源に対して別個に行うこともできる。本発明の一実施形態では、リーダは、監視光センサ信号を分析することによって所望の強度で光源放射を最適に安定化するための比例積分微分制御アルゴリズムを内蔵する。
【００６９】
いくつかの実施形態では、リーダシステムは、各光学スキャンからの光放射ピークを検出するためのアルゴリズムを使用する。アルゴリズムパラメータには、期待ピーク数、期待ピークスキャン位置、期待ピーク幅、期待ピーク高さ範囲などの詳細が含まれてよい。ピーク検出アルゴリズムは、アッセイ材料、迷バックグラウンド光、非結合標識アッセイ材料または他の発生源に由来するバックグラウンド蛍光を補償するバックグラウンド減算を含むことができる。このバックグラウンド減算は、スキャンの最小値を減算することによって、またはピーク最大値の点におけるバックグラウンド蛍光の推定およびその後の減算によって実現することができる。一実施形態では、このような推定は、ピーク位置のどちらかの側までの規定距離にある特定のスキャン位置における蛍光レベルを記録し、次に、バックグラウンド対スキャン位置への線形適合を求め、最後に、ピーク最大値に対応する位置にあるスキャン位置のバックグラウンド蛍光のレベルを推定することによって行われる。
【００７０】
本発明の特定の実施形態では、規定されたようにアッセイが進行したことを保証するために、品質管理のセットがソフトウェアで実現される。これらのセットには、管理線展開の検査を含むスキャンデータの品質管理検査、チャネルクリアランスの検査、ならびにピークのサイズおよび位置に関する検査が含まれてよい。加えて、管理では、試験の時点が特定のアッセイの有効期限データ内であることを検証することもできる。具体的には、検出されたルミネセンスのレベルは、問題になっているアッセイの較正パラメータで規定された特定のスキャン位置で特徴づけられ、このスキャン位置には捕捉ゾーンまたは制御ゾーンが存在せず、またこのスキャン位置は一般にバックグラウンド蛍光に対応する。この光ルミネセンスの大きさが、問題になっているアッセイの較正パラメータで規定された特定のレベルを超えることが判明した場合、非結合ルミネセンス材料は完全クリアランスを達成したとされず、この特定のアッセイは「ミスラン（Ｍｉｓｓｒｕｎ）」と呼ばれる。制御ゾーンピークはさらに分析され、ピークが見つからない場合、または不十分な大きさの場合には、アッセイは同様に完全に展開しなかったとみなされ、同様に「ミスラン」と呼ばれる。
【００７１】
本発明の一実施形態では、リーダは、免疫アッセイ流体試料中の検体存在を定性化または定量化するための較正アルゴリズムを含む。これらのアルゴリズムでは入力として、次の、アッセイバッチ固有の較正パラメータと、捕捉ゾーンおよび制御ゾーンのそれぞれについてピーク検出アルゴリズムによって決定されたピーク高さとを取り込む。検体ごとに、このアルゴリズムは、対応する捕捉ゾーンピーク高さを較正パラメータに従って処理する。代替アルゴリズムでは、別法として、制御ゾーンピーク高さによって捕捉ゾーンピーク高さを正規化して、フローに関連した、またはアッセイ構成要素に関連した変動を補償することができる。定性試験では一般に、アルゴリズムにより、ピーク高さを閾値と比較し、陽性または陰性の結果を報告する。別法として定量試験では、アルゴリズムにより、試験試料中の検体の濃度をアッセイ固有較正パラメータに従って特徴づける。この場合、アルゴリズムにより、濃度が定量化の特定の限度よりも高い、または低いことをそれぞれ報告することができる。最後に、半定量試験では、アルゴリズムにより、特定の範囲内にある試験試料中の検体濃度をアッセイ固有較正パラメータに従って特徴づける。単一のカートリッジ内にすべてあり、同時に読み取られ解釈される定性的、定量的および半定量的アッセイの取りそろえから複合アッセイパネルが構成されてよいことを理解されたい。
【００７２】
アッセイバッチが類似の感度による特定の検体の並行試験を含む場合、代替の較正アルゴリズムは入力として、次の、アッセイバッチ固有の較正パラメータと、並行試験のそれぞれの捕捉ゾーンおよび制御ゾーンのそれぞれについてピーク検出アルゴリズムによって決定されたピーク高さとを取り込むことができる。検体ごとに、このアルゴリズムにより、対応する捕捉ゾーンピーク高さを較正パラメータに従って処理する。検体存在の定量的または定量的推定における推定エラーは、複数の結果を平均することによって、または範囲外の値もしくは対応するピーク高さを有する結果を捨てることによって最小化することができる。
【００７３】
アッセイバッチが、変化する感度および対応する線形範囲による特定の検体の並行試験を含む場合、代替の較正アルゴリズムは入力として、次の、アッセイバッチ固有の較正パラメータと、並行試験のそれぞれの捕捉ゾーンおよび制御ゾーンのそれぞれについてピーク検出アルゴリズムによって決定されたピーク高さとを取り込むことができる。検体ごとに、このアルゴリズムにより、対応する捕捉ゾーンピーク高さを較正パラメータに従って処理する。次に、アルゴリズムにより、定量的測定値が試験の線形範囲内にある１つの試験によって予想された結果を選択する。加えて、測定値が複数の試験の線形範囲内にある場合、アルゴリズムにより、このようなそれぞれの試験から推定された検体濃度の重みづけ平均として結果を報告することができる。
【００７４】
最後に、アッセイバッチが単一または複数の臨床的判断に関連した様々な試験を含む場合、２次アルゴリズムにより入力として、較正アルゴリズムによって得られた各個別試験からの定量的または定性的推定値を取り込むことができる。この２次アルゴリズムでは、様々な較正結果を処理し、単一の診断結果または複数の診断結果を報告する。
【００７５】
本発明の一実施形態には、アッセイカートリッジのものと同様の外部寸法の、物理的に分かれた品質管理構成要素が内蔵される。この構成要素には、リーダ励起源に対応する波長での光励起により特定の、特徴づけられた効率の光ルミネセンスを呈示する材料が組み込まれる。本発明の一代替実施形態では、品質管理構成要素は、各アッセイカートリッジ上の、アッセイから離れた位置に配置することができる。本発明の別の実施形態では、品質管理構成要素は、リーダシステム自体の中に一体化することができる。本発明の特定の実施形態では、品質管理構成要素は、リーダのカートリッジホルスターの中に一体化されて、試験カートリッジが除去および挿入されると光学平面との間でそれぞれ行き来するように自動的に駆動することができる。
【００７６】
本発明の諸実施形態では、品質管理構成要素の光ルミネセンス領域は、マスクされた光ルミネセンス材料、コーティングされた非蛍光材料、またはエッチングされた多層材料を使用して画定される。光ルミネセンス材料は、蛍光染料、ナノ結晶または量子ドットが含浸されたプラスチックから構成することができる。
【００７７】
本発明の諸実施形態では、品質管理構成要素の光ルミネセンス領域は、リーダ内の光学平面に局在化させことができる。光ルミネセンス領域は、光学的位置合わせ不良が予想可能なスキャン応答の変化を引き起こすように、規定された方法でパターン化される。
【００７８】
本発明の第１の実施形態では、品質管理構成要素スキャンの分析のための処理アルゴリズムが組み込まれる。このアルゴリズムでは、蛍光領域からの期待応答を受取応答と比較し、リーダをアッセイの分析について確認する。本発明の第２の実施形態では、アルゴリズムにより、蛍光領域からの期待応答を受取応答と比較し、システム応答の変化を内部較正係数の修正によって補償する。本発明の第３の実施形態では、アルゴリズムによりリーダ応答をパターン化蛍光構成要素からの期待応答と比較する。次に、このアルゴリズムにより、光学的位置合わせ不良のタイプおよび程度、すなわち、横方向位置合わせ不良の向きおよび程度、合焦もしくは脱焦の程度、または光学システム傾きなどの光学的位置合わせ不良のタイプおよび程度を計算する。この場合、リーダは、モータ駆動位置合わせの光学台を内蔵することができる。リーダアルゴリズムにより、品質管理構成要素スキャンを分析し、システムが最適に位置合わせされるように光学台の位置を自動的に調節する。
【００７９】
本発明の一実施形態では、リーダは、免疫アッセイバッチ応答の検証のための処理アルゴリズムを内蔵する。このアルゴリズムにより、指定の濃度のコントロール液体を用いて実行された、指定のバッチの１つまたはそれより多い免疫アッセイカートリッジの応答を分析する。アルゴリズムにより、期待応答をこれらのカートリッジから見つかるものと比較し、所与の仕様書どおりに動作しながら免疫アッセイを検証する。さらに、このアルゴリズムによりまた、リーダメモリ内に格納された免疫アッセイバッチ固有較正パラメータの最適化および補正を実施して、免疫アッセイ光ルミネセンス応答の時間関連変化を補償することもできる。この場合、指定の濃度のコントロール液体を用いて実行された、指定のバッチの１つまたはそれより多い免疫アッセイカートリッジの分析の後に続き、内部較正パラメータが次に更新されて、コントロール応答に最もよく適合した結果が得られる。
【００８０】
本発明の諸実施形態は、リーダのソフトウェアおよびファームウェアを更新する手順および方法を含む。あるいくつかの実施形態では、更新は、使用者がリーダのユーザインターフェースの特定のメニューオプションを選択することによって開始することができる。リーダシステムは、コンパイルされたファームウェアコードまたはソフトウェアコードに対応するデータを、それだけには限らないが、ＳＤカードポートに挿入されたＳＤカード、ＵＳＢポートに挿入されたＵＳＢフラッシュドライブ、外部接続パーソナルコンピュータ、または無線接続を含む種々の供給源から受け取ることができる。リーダシステムのあるいくつかの実施形態では、ファームウェアまたはソフトウェア更新に「ロールバック」機能性があり、それによって、更新が適正に進まない場合には、工場設定値または以前のファームウェアもしくはソフトウェアバージョンへリセットされる。
【００８１】
試験スキャン手順
本発明の例示的な一実施形態では、試験スキャンを実施するための操作手順は以下のように要約することができる（図５に示す）。すなわち、使用者は、流体試料をアッセイカートリッジに加え、アッセイが展開するのに十分な時間だけアッセイカートリッジを放置する［５０１］。次に、使用者は、リーダのユーザインターフェースの「試験実行」オプションを選択する［５０２］。リーダシステムは、カートリッジホルスターをカートリッジアクセス位置まで持ち上げてリーダ蓋［２０１］を開け、使用者にアッセイカートリッジ［５０３］を挿入するように促す。カートリッジが挿入されると、ホルスターは「ホーム」位置まで運ばれ、使用者は患者識別表示を入力するように促される（一体化文字入力デバイス、または外部バーコードリーダによって）［５０４］。システムは、アッセイパネルのスキャンを行ったらアッセイ結果を計算する［５０５］。カートリッジホルスターはアクセス位置まで戻されてリーダ蓋が開けられ、使用者はカートリッジを取り出すように促される［５０６］。最後に、結果がリーダ画面に表示され、自動的に保存される［５０７］。
【００８２】
液体キャリブレータスキャン手順
本発明の例示的な一実施形態では、経時的なアッセイ変化を明らかにする液体キャリブレータスキャンを実施するための操作手順は、以下のように要約することができる（図７に示す）。すなわち、使用者は、「レベル１」液体コントロール試料（各検体の特徴づけられた濃度を有する）を、補正されるべきバッチの標準アッセイカートリッジに加え、アッセイが展開するのに十分な時間だけアッセイカートリッジを放置する。次に、使用者は、リーダのユーザインターフェースの「液体管理実行」オプションを選択する［７０１］。リーダシステムは、カートリッジホルスターをアクセス位置まで持ち上げてリーダ蓋を開け、使用者にアッセイカートリッジを挿入するように促す［７０２］。システムは、カートリッジアッセイパネルのスキャンを行ったら生データを処理する［７０３］。カートリッジホルスターはアクセス位置まで戻されてリーダ蓋が開けられ、使用者はカートリッジを取り出すように促される［７０４］。
【００８３】
アッセイバッチが定量アッセイパネルに対応する場合、使用者は、「レベル２」液体コントロール試料（各検体の第２の特徴づけられた濃度を有する）をこのバッチの第２の標準アッセイカートリッジに加えるように促される。使用者は、アッセイカートリッジをリーダシステムに挿入する前に、アッセイパネルが展開するのに十分な時間だけアッセイカートリッジを放置する［７０５］。システムは、アッセイパネルのスキャンを行ったら生データの処理をする［７０６］。カートリッジホルスターはアクセス位置まで戻されてリーダ蓋が開けられ、使用者はカートリッジを取り出すように促される［７０７］。
【００８４】
定性的または定量アッセイバッチのどちらの場合でも、次に、処理された生データから結果が計算され、リーダ画面に表示され、自動的に保存される［７０８］。
【００８５】
スキャン処理
本発明の諸実施形態では、試験スキャンまたは液体管理スキャンどちらかの間に取得されたスキャン応答生データが、検体存在または濃度の推定の前に処理される。この処理では、このデータを較正して、リーダチャネル間またはリーダモデル間でいくらか異なり得るリーダ応答を明らかにする。これに続いて、リーダ較正データ中でピークが、対応するバッチ較正ファイル中に格納されたピーク検出パラメータに従って検出される。最後に、データは、読取エラーまたはアッセイ実行エラーがないか検査される。
【００８６】
本発明の例示的な一実施形態では、試験スキャンまたは液体キャリブレータスキャンに続いて、しかしアッセイ較正または液体キャリブレータ結果の計算の前に、生スキャンデータを処理するために利用されるアルゴリズムは、以下のように要約することができる（図８に示されている通り）。すなわち、最初に、スキャン長にわたる複数箇所のリーダ光センサによって収集された光エネルギーに対応する生データ［８０１］は、内部リーダ較正機能によって変倍される［８０２］。この機能は、一般に線形方程式の形であり、データセットの各点を正規化し、リーダ間またはリーダ内変動を明らかにするものであり、リーダシステム自体の中の不揮発性メモリに格納される。
【００８７】
次に、リーダ較正スキャンデータ中のピークの分析が行われる。単一のカートリッジチャネルのスキャンでは、コントロール捕捉ゾーンピーク、および任意の数の可動性試薬捕捉ピークを取り入れることができる。一般に、それぞれの可動性試薬捕捉ピークは、流体試料中の別のアッセイされる検体と関連づけられる。較正された例示的なスキャンが、単一チャネルについて図１６に示されている。この図は、コントロール試薬捕捉ゾーンに対応するピーク［１６０１］と、可動性試薬捕捉ゾーンからの光ルミネセンスに対応するピーク［１６０２］とを示す。一般に、リーダシステムは、それぞれの光学スキャンからの標識された可動性試薬捕捉ゾーンまたはコントロール試薬捕捉ゾーンに対応する、光放射ピークの検出のためのアルゴリズムを内蔵する。アルゴリズムパラメータには、期待ピーク数、期待ピークスキャン位置、期待ピーク幅、および期待ピーク高さ範囲などの詳細が含まれてよい。ピーク検出アルゴリズムは、アッセイ材料、迷バックグラウンド光、非結合標識アッセイ材料、または他の発生源に由来するバックグラウンド蛍光を補償するバックグラウンド減算を含むことができる［１６０３］。このバックグラウンド減算は、スキャンの最小値を減算することによって、または光ルミネセンスピーク最大値のスキャン位置におけるバックグラウンドルミネセンスを推定することによって実現することができる。一実施形態では、このような推定は、ピーク位置のどちらかの側までの規定距離にある特定のスキャン位置におけるルミネセンスレベルを記録し、バックグラウンド対スキャン位置への線形適合を求め、次に、ピーク最大値に対応するスキャン位置のバックグラウンド蛍光のレベルを推定することによって行われる。
【００８８】
本発明の特定の一実施形態では、光学スキャンデータ内の特定のピークを探索するアルゴリズムが取り入れられる。このアルゴリズムのブロック図動作が図８に示されている。ピーク認識のためのパラメータが、一般にリーダメモリに格納されるロット較正ファイル内に用意される。最初に、このアルゴリズムでは、リーダ較正データ［８０２］を、このデータの差を求めることによって処理する［８０３］。次に、この差はＳａｖｉｔｓｋｙ  Ｇｏｌａｙ平滑化フィルタを使用して平滑化される［８０４］。これに続いて、各ピークが、平滑化された差データ内の対応する立ち上がりエッジ、立下りエッジおよびゼロクロス点を、バッチ較正ファイル内に格納されたものによる検索パラメータを用いて探索することによって検出される［８０５］。アルゴリズム分析では、ピークごとにスキャン最大値の位置を導出する。これらの位置は、補間によってさらに明示される。続いて、最大応答値が元のスキャン応答データ内で探索される［８０６］。この探索は、平滑化された差の立ち上がりエッジと立下りエッジそれぞれに対応するスキャン位置間で行われる。
【００８９】
バックグラウンドルミネセンスベースラインは、２点間の線形関数を適合させることによって推定される［８０７］。これらの点は、対応するピーク最大値のどちらかの側の設定距離にある２つの位置についてのルミネセンスの平均値に対応する。最後に、バックグラウンド補正ピーク高さが、スキャン最大値の位置におけるこの線形関数の値をピーク最大値自体から減算することによって推定される［８０８］。このアルゴリズムは、スキャンデータ内のピークごとに実行される。
【００９０】
本発明の特定の実施形態では、スキャンを実行する前に、リーダソフトウェアにより、試験日が特定のアッセイの有効期限日前であることを最初に検証し、また、試験日時が、リーダ光学品質管理検査から、または液体管理検証もしくは問題になっているカートリッジバッチの較正補正から、設定期間内であることを検証する。加えて、アッセイが規定されたように進行したことを検証するために、品質管理のセットをソフトウェアで実現することができる。これらのセットには、管理線展開の検査を含むスキャンデータの品質管理検査、チャネルクリアランスの検査、ならびにピークのサイズおよび位置に関する検査が含まれてよい。特に、検出されたルミネセンスのレベルは、問題になっているアッセイの較正パラメータで規定された特定のスキャン位置で特徴づけられ、このスキャン位置には捕捉ゾーンまたは制御ゾーンが存在せず、またこのスキャン位置は一般にバックグラウンド蛍光に対応する。このルミネセンスが、問題になっているアッセイの較正パラメータで規定された特定のレベルを超えることが判明した場合、非結合ルミネセンス材料は完全クリアランスを達成したとされず、この特定のアッセイは「ミスラン」と呼ばれる［８０９］。制御ゾーンピークはさらに分析され、ピークが見つからない場合、または不十分な大きさの場合には、アッセイは同様に完全に展開しなかったとみなされ、同様に「ミスラン」と呼ばれる［８１０］。どちらの場合も、推定値は検体濃度または検体存在から作られない。これに続いて、アルゴリズムにより、捕捉ゾーンピークが検出されたことを検証する。そうでない場合には、アルゴリズムにより、捕捉ゾーンピークの大きさは無視できるものと解釈され、「０」の捕捉ゾーンピーク高さの値がアッセイ計算に利用される［８１１］。最後に、結果が、関連試験スキャン較正アルゴリズム、または液体管理アルゴリズムによる分析のために出力される［８１２］。
【００９１】
試験スキャンの較正用アルゴリズム
本発明の一実施形態では、リーダは、アッセイスキャンのアクティブ領域からのルミネセンスの定性化または定量化のための較正アルゴリズムを含む。このアルゴリズムでは入力として、次の、アッセイバッチ固有の較正パラメータと、捕捉ゾーンおよび制御ゾーンのそれぞれについてピーク検出アルゴリズムによって決定されたピーク高さとを取り込む。検体ごとに、このアルゴリズムは、対応する捕捉ゾーンピーク高さを較正パラメータに従って処理する。定性試験では一般に、アルゴリズムにより、変倍されたピーク高さを閾値と比較し、「陽性」または「陰性」の試験結果を報告する。別法として定量試験では、アルゴリズムにより、試験試料中の検体の濃度をアッセイ固有較正パラメータに従って特徴づける。この場合、アルゴリズムにより、濃度が検出の特定の限度よりも低い、あるいは定量化の特定の限度よりも高い、または低いことをそれぞれ報告することができる。最後に、半定量試験では、アルゴリズムにより、特定の範囲内にある試験試料中の検体濃度をアッセイ固有較正パラメータに従って特徴づける。単一のカートリッジ内にすべてあり、同時に読み取られ解釈される定性的、定量的および半定量的アッセイの取りそろえから複合アッセイパネルが構成されてよいことを理解されたい。
【００９２】
本発明の例示的な一実施形態では、試験スキャン較正アルゴリズムは図９によって要約することができる。入力として、ピーク高さおよびエラー検査データ［９０１］と、対応するカートリッジバッチ較正ファイル内に与えられたアッセイ較正パラメータとを取り込み、アルゴリズムにより、定量的または定性アッセイのどちらかとして、アッセイの性質を決定する［９０２］。定性アッセイの場合では、アルゴリズムにより、捕捉ゾーンピーク高さを較正するための線形方程式を使用して、経時的なアッセイバッチ応答の変動を明らかにすることができる［９０３］。この較正関数の係数は、対応するカートリッジバッチ較正ファイル内に格納される。変倍された応答は続いて、対応するカートリッジバッチ較正ファイル内にやはり格納されている応答閾値と比較される［９０５］。競合アッセイの場合、応答がこの閾値よりも低い場合には、アッセイは、問題になっている検体について陽性と報告される。そうでなければ、アッセイは陰性と報告される。サンドイッチアッセイの場合、応答がこの閾値よりも低い場合には、アッセイは、問題になっている検体について陰性と報告される。そうでなければ、アッセイは陽性と報告される。
【００９３】
定量アッセイの場合には、アルゴリズムにより５パラメータ対数ロジスティック方程式を用いて、捕捉ゾーンピーク高さから検体濃度を推定することができる。
【００９４】
最初に、捕捉ゾーンピーク高さは、それが較正５パラメータ対数ロジスティック曲線方程式の範囲内であることを保証するために分析される［９０４］。捕捉ゾーンピーク高さが較正方程式の範囲内である場合、較正が５パラメータ対数ロジスティック方程式に関して実行され、推定検体濃度が決定される［９０６］。そうでなければ、濃度は、定量化のそれぞれの限度を超えると報告され得る。
【００９５】
推定検体濃度は次に、問題になっているアッセイのカートリッジバッチ較正ファイル内に与えられている、定量化の下方濃度限度、および定量化の上方濃度限度に対して比較される［９０７］。推定濃度がこれらの限界の１つから外れる場合、報告が次のように行われる。すなわち、計算された濃度が定量化の定められた下方限度未満である場合、結果は、推定濃度ではなく、この限度未満として与えられる。反対に、計算された濃度が定量化の定められた上方限度を超える場合、結果は、推定濃度ではなく、この限度を超えるものとして与えられる。
【００９６】
最後に、それぞれの結果、具体的には実行エラーおよび存在推定もしくは濃度推定の結果が使用者に報告され、これらの結果が保存される［９０８］。
【００９７】
液体管理アルゴリズム
本発明の一実施形態では、リーダは、可動性試薬捕捉ゾーンルミネセンス応答のアッセイ関連の変化を補償するために、アッセイ固有較正パラメータを更新する処理アルゴリズムを含む。このアルゴリズムにより、指定の検体濃度のコントロール液体を用いて実行された、指定のバッチの１つまたはそれより多いアッセイカートリッジの応答を分析する。次に、内部較正パラメータが更新されて、制御応答に最もよく適合した結果が得られる。
【００９８】
本発明の一実施形態では、経時的なより小さいアッセイ変化およびリーダ変化を明らかにするために、液体キャリブレータが使用される。これらの液体キャリブレータは一般に、対応する液体管理アルゴリズムによって、アッセイの各バッチについて月ごとに流され分析される。しかし、この補正の必要頻度は、管理者レベル使用者によって設定されてよい。
【００９９】
本発明の例示的な一実施形態では、１つの安定したコントロール液体が、定性的分析のために単一のアッセイバッチを再較正するために流される。このコントロール液体は、対象なっている規定濃度の検体を含む。一般に、これらの濃度は、検体のそれぞれの濃度閾値と一致するように選択される。特定の量の各コントロール液体が、そのバッチの個々の標準カートリッジ内に流される。定量アッセイでは反対に、２つの安定したコントロール液体が、単一のアッセイバッチを再較正するために流される。２つのコントロール液体のそれぞれが、対象となっている規定濃度の検体を含む。一般に、それぞれの検体の２つの濃度は、５パラメータ対数ロジスティック曲線方程式の線形範囲の可動性試薬捕捉ゾーンルミネセンス応答により、それぞれ規定の低濃度および高濃度と一致するように選択される。特定の量の各コントロール液体が、そのバッチの個々の標準カートリッジ内に流される。
【０１００】
定性試験のための液体管理較正調整アルゴリズムの一例が図１１に示されている。スキャンデータが「レベル１」液体管理により取得され処理されると［１１０１］、このデータは、ミスランが起きなかったことを保証するために、また各アッセイ検体の捕捉ゾーンピークが期待範囲内であることを保証するために検証される［１１０２］。これらの検査のどちらかが不合格とされた場合、使用者は、液体管理較正調整を繰り返すように促される。
【０１０１】
これらの検査がすべてのアッセイについて合格とされた場合、捕捉ゾーンピーク高さを較正して経時的なアッセイバッチ応答の変動を明らかにするための新しい線形方程式が計算される。
【０１０２】
最後に、較正ファイルは線形方程式の新しい値で更新され、液体較正の結果が使用者に表示される。
【０１０３】
定量試験のための液体管理較正調整アルゴリズムの一例が図１２に示されている。スキャンデータが「レベル１」（例えば、低濃度レベル）液体管理により取得され処理されると［１２０１］、このデータは、ミスランが起きなかったことを保証するために検証される。次に、検体の推定濃度が、標準試験スキャンと同一の方法で計算される。この目的のために、バッチ較正ファイル内に与えられている、５パラメータ対数ロジスティック方程式の元の値が用いられる。この方程式は、以前の液体管理で実行された補正に優先し、このステップで、アッセイがなお動作していることを新たに製作されたバッチのアッセイと同様の方法で検証する。次に、この推定濃度は確認されて、この濃度が「レベル１」液体管理の実際の濃度（バッチ較正ファイル内にも与えられている）の設定範囲内であることが検証される。エラーが起こらず、推定濃度が期待範囲内である場合、生ピークデータおよび処理済みピークデータが保存され、「レベル２」液体管理キャリブレータが呼び出される。あるいは、使用者は、「レベル１」液体管理キャリブレータを繰り返すように促される［１２０２］。
【０１０４】
スキャンデータが「レベル２」（例えば、高濃度レベル）液体管理により取得され処理されると［１２０３］、このデータは、ミスランが起きなかったことを保証するために検証される。次に、検体の推定濃度が、標準試験スキャンと同一の方法で計算される。この目的のために、バッチ較正ファイル内に与えられている、５パラメータ対数ロジスティック方程式の元の値が用いられる。次に、この推定濃度は確認されて、この濃度が「レベル２」液体管理の実際の濃度（バッチ較正ファイル内にも与えられている）の設定範囲内であることが検証される。エラーが起きた場合、または推定濃度が期待範囲外である場合、使用者は、「レベル２」液体管理キャリブレータを繰り返すように促される［１２０４］。あるいは、アルゴリズムにより、更新較正パラメータを以下のように計算する［１２０５］。
【０１０５】
一般に、液体管理更新５パラメータ対数ロジスティックパラメータの計算は、エラー残留を最小化することによって行われる。
【０１０６】
最適化較正パラメータが計算されると、バッチ較正ファイルが更新されてこれらのパラメータが含められ［１２０６］、液体管理較正調整アルゴリズムが成功したことが使用者に報告される［１２０７］。
【０１０７】
品質管理検査
本発明の特定の実施形態では、リーダシステムは光学品質管理アルゴリズムを内蔵する。このアルゴリズムにより、品質管理構成要素スキャンからの応答を期待応答と比較し、それによってリーダをアッセイの分析のために確認する。この光学品質管理は、リーダ動作の毎日の光学検査を保証することなどのために、特定の間隔で実行される必要があり得る。この光学自己検査のためのパラメータは、システムの内部メモリに格納され、リーダ検証時に決定される、特定のリーダシステムの品質管理検証パラメータを含む。この光学品質管理データファイルは、品質管理カートリッジバーコード識別子、品質管理特徴のスキャン位置、および各品質管理特徴における期待応答範囲などの特定の情報を含む。このファイルに対応するデータは、品質管理構成要素上の２Ｄバーコード上で、または品質管理構成要素に付随するＲＦＩＤチップ内で、符号化することができる。それによって、このデータをリーダシステムによって読み取り、内部メモリに格納することができる。
【０１０８】
本発明の例示的な一実施形態では、別個のバーコード化光学品質管理構成要素が使用され、光学自己検査手順は以下のように記述することができる（図６に示されている通り）。すなわち、システムオペレータによって光学自己検査が開始され［６０１］、対応する品質管理デバイスが挿入されると［６０２］、システムはそのデバイスバーコードを、これがメモリ内の品質管理パラメータファイルに格納された品質管理バーコードと一致することを保証するために検査する。このファイルが存在しない場合、またはカートリッジが不適正である場合、検査は中止される。
【０１０９】
次に、システムはスキャンを開始して、品質管理カートリッジからの光学光ルミネセンスを標準スキャン手順に従って記録する［６０３］。光学品質管理アルゴリズムにより、規定された品質管理特徴スキャン位置のそれぞれにおける検出光ルミネセンス応答を評価し、これらの応答をそれぞれの品質管理特徴における期待応答範囲それぞれと比較する。すべての応答が期待応答範囲内である場合、品質管理試験は「合格」と報告される。これらの閾値の範囲から外れるレベルがもしあれば、この試験は不合格になり、スキャンおよび試験が繰り返される。スキャンおよび分析は３回まで繰り返される。３回のスキャンのうちの１回が「合格」である場合、これが報告される。３回すべてが不合格になった場合、この品質管理試験は「不合格」と報告される。使用者は、ＱＣカートリッジを取り出すように促される［６０４］。次に、結果が表示され、最終スキャンについてのスキャン詳細が、ヘッダ詳細（時間／日付、カートリッジ識別子、ユーザ識別子、スキャンパラメータ、および取得されたスキャンの最終数など）、パラメータファイルのコピー、各品質管理特徴についての詳細な「合格」／「不合格」状態、および最初のスキャンデータを含み、リーダメモリ内に格納される［６０５］。
【０１１０】
光学品質管理アルゴリズムは図１０に示されており、次のように要約することができる。すなわち、このアルゴリズムにより、入力として生スキャンデータ［１００１］、および品質管理パラメータ（リーダおよび品質管理デバイス固有の品質管理ファイルに与えられている）を取り込む。このアルゴリズムにより、品質管理データファイル内の指名されたスキャン位置における検出された光ルミネセンス応答を記録する。この位置は、品質管理デバイス上の規定された品質管理特徴に対応する。次に、このアルゴリズムにより、その応答を品質管理特徴の期待応答範囲と比較する［１００２］。この範囲は、特徴、品質管理デバイス、およびリーダデバイスに固有であり、品質管理データファイル内で指定される。応答がこの範囲内である場合、光学構成は、この特徴に対して良好に位置合わせされているとみなされ、結果は「合格」となる。そうでなければ、品質管理試験は「不合格」になる。この処理は、品質管理チップのすべての読取チャネル上のすべての特徴について繰り返される［１００３］。次に、アルゴリズムにより、各試験の「合格」／「不合格」特性に対応する結果を出力する［１００４］。
【０１１１】
ＬＥＤフィードバック制御
本発明の例示的な一実施形態では、励起源強度は、測定スキャンにより制御される。この制御は、１つまたはそれより多い専用光センサを使用して励起源強度を監視することによって行われる。この強度信号の能動フィードバックにより、励起源の放射パワーがスキャンを通して一定のままであることが保証される。このことは、励起源放射パワーの変化が、検体存在の測定値の誤りを生じさせ得るアッセイ光ルミネセンスの直接変化をまねくので、重要である。
【０１１２】
本発明の一実施形態では、リーダは、６つの類似ＬＥＤのバンクである励起源を有する。この場合、励起パワー変動は、例えば、電力レギュレーション変動、経時的ＬＥＤ劣化、および熱応答によって引き起こされる可能性がある。もちろん、熱応答が特に顕著である。温度が直線的に上昇または下降するにつれて、ＬＥＤの発光強度は、指数関数的にそれぞれ低下または増加する。この場合、それぞれ３つのＬＥＤからなる２つの組は、バッフルを用いて互いに光学的に分離される。単一のフォトダイオードが各ＬＥＤチャンバ内に配置され、対応する３つのＬＥＤを監視する。カートリッジのスキャン中、３つのＬＥＤからなる分離された各組の中の１つのＬＥＤだけが、ある特定の時間にアクティブになる。各ＬＥＤからの放射の一部分が、開口プレートから後方散乱または反射される。これは、該当するフォトダイオードによって監視される。したがって、ＬＥＤ放射パワーは、フォトダイオード信号を観測することによって検出される。ＬＥＤ放射の監視および最適化は、対応するＬＥＤのアクティブ化パルスごとに、アッセイルミネセンスを取得する前に行われる。例えば、ＬＥＤパワーの最適化を２５ｍｓ間続行し、次に、アッセイルミネセンスの取得をスキャンデータ点ごとに１５ｍｓ間続行することができる。別法として、ＬＥＤ安定化は、スキャンの開始の前にＬＥＤごとに行うことができ、ＬＥＤ印加電圧が、スキャン全体を通してＬＥＤごとにその該当する安定化設定点に維持される。
【０１１３】
このようなＬＥＤ放射パワーの最適化は、以下のように行われる。
【０１１４】
ＬＥＤのそれぞれへの印加電圧は、リーダソフトウェアによって個々に制御される。各ＬＥＤに印加される電圧は、光放射パワーを期待レベルに安定化させるために、ＬＥＤフィードバックアルゴリズムによって最適化される。ＬＥＤ制御電圧の初期レベル［１４０１］、および所望のＬＥＤ放射パワーに対する期待フォトトランジスタ応答が、ＬＥＤごとにリーダ較正ファイルに格納される。
【０１１５】
最初に、ＬＥＤは、初期デフォルト電圧に設定され［１４０１］、ＬＥＤ監視光学信号が読み取られる［１４０２］。ＬＥＤの最適化制御電圧が、比例積分コントローラなどの制御アルゴリズムを用いて、ＬＥＤごとに別個に計算される［１４０４］。
【０１１６】
データのプリントアウト
本発明の一実施形態では、リーダシステムは、アッセイの読取りの後に続くスキャン結果および関連する監査データのハードコピー、または格納メモリからのスキャン結果のハードコピーをプリントアウトするためのプリンタ［１１０］を内蔵する。定性的・６検体・乱用薬物パネルのスキャンの後に続く典型例のプリントアウトが図１３に示されている。追加のプリント可能データには、使用者リスト、リーダ設定値、イベントまたはエラーログ、インストールされた較正値、または品質管理結果が含まれてよい。
【０１１７】
本発明の一実施形態では、データの印刷、またはプリンタに通す紙の供給を開始するタッチセンサー式画面要素を、タッチ画面インターフェース［１０２］上に設けることができる。さらに、印刷可能材料を含むユーザインターフェースの画面上にプロンプトを提示することもできる。これらのプロンプトは、これらのタッチセンサー式画面要素を用いてデータの印刷を開始できることを使用者に知らせる。
システム自己検査
本発明の諸実施形態では、リーダは、自己検査試験の開始および解釈のためのソフトウェアおよび電子回路を内蔵する。一般に、これらの試験は、リーダデバイスの起動時に自動的に開始することができるが、使用者がユーザインターフェースオプションを選択することによって開始することもできる。自己検査が開始すると、リーダは、様々な内部および周辺の構成要素の動作を検証する。例えば、検証は、メモリデバイス、無線通信、ポート接続、モータ動作、様々な制御副システム、励起源および検出器、プリンタ動作、内部および外部バーコードセンサ、電池動作、ならびに電源動作について行うことができる。
【０１１８】
さらなる接続性を、これらのおよびさらなる試験動作が組み込まれたデバイス試験メニューへのパスワードで保護されたアクセスのために用意することができる。これらのメニューは、技術者がデバイス動作時に生じるエラーを特定および解明する際の助けになる。
【０１１９】
エラーが発生すると、このことを使用者に報告することができ、また詳細な報告を内部のイベントログまたはエラーログファイルに含めることができる。リーダはまた、構成要素がエラー状態にあることが判明している限り、試験を開始しないようにすることもできる。関連する構成要素がエラー状態にあることが検出された場合には、さらなるリーダ機能性を同様に限定することができる。
セキュリティ
本発明の諸実施形態では、データのセキュリティを実現するために様々な方策を実現することができる。例えば、データアクセスおよび制御権の特定のレベルがそれぞれにある、様々なユーザアクセスレベルを用意することができる。本発明の一実施態様には、「管理者」および「使用者」である２つのアクセスレベルがある。一般に、「使用者」レベルには「管理者」レベル権のサブセットがある。具体的には、スキャン、品質管理、較正、記録レビューおよび印刷の機能性が、すべての操作者に対し利用可能になっている。これらの権利に加えて、「管理者」レベル操作者は、外部デバイスへの記録の転送、記録の削除、ファームウェアまたはソフトウェア更新の開始、およびリーダオプションの設定を含む、追加機能性に対するアクセス権を有する。本発明の一実施形態では、「管理者」レベル使用者は、ユーザアカウントを生成および管理し、ログオン時にパスワードを入力するための要件を設定し、さらにこれらのパスワードを使用者ごとに設定することができる。
【０１２０】
本発明の一実施形態では、すべての設定値変更と、スキャンおよびシステムの警告およびエラーとのイベント監査ログが維持される。各システムイベントは一意に識別可能であり、イベントの時間とリンクされ、使用者はデバイスの中にログ記録される。
【０１２１】
本発明の一実施形態では、バッチ較正ファイルは、特定の安全な非書換え可能チップからのみ取得することができる。これらの較正ファイルは符号化して、リーダデバイス外部で解釈することを防ぐことができる。
【０１２２】
本発明の一実施形態では、リーダへの接続性、およびリーダ接続メニューへのアクセスをさらにパスワードで管理することができる。リーダデバイスからの無線接続には、「管理者」レベル使用者がリーダユーザインターフェースを使用して設定することが必要になり得る。
【０１２３】
リーダ設定
本発明の諸実施形態では、リーダユーザインターフェースは、「管理者」レベル使用者が様々なリーダ設定値およびパラメータを設定または修正することを可能にする設定副メニューを提供する。これらの副メニューは、使用者ＩＤおよびパスワードの構成、試験スキャンを実行するための光学品質管理または液体管理スキャンの要件または必要な頻度、言語設定、ディスプレイ装置輝度、アッセイ展開のリーダタイミングを可能にする機能の構成および後に続くスキャンの自動開始、無線接続の設定および設定値、エラー報告の取扱い、内蔵スピーカの音量レベル、保存された結果および較正値の管理および／または削除、あるいはポートおよびデータ通信設定のアクティブ化を含むことができる。
【０１２４】
メモリおよびファイル
本発明の諸実施形態では、リーダシステムは、必須データ、動作パラメータ、ならびにソフトウェアおよびユーザインターフェースの詳細を格納するためのメモリおよびファイル管理システムを内蔵する。このメモリ内に格納されるファイルには、スキャンファイル、較正ファイル、品質管理実行ファイル、使用者リスト、設定値および変更ログ、スキャンログ、較正実行ログ、または使用者ログが含まれ得る。大量となる可能性のあるスキャンファイルをレビューするために、探索機能性を実施することができる。これにより使用者は、スキャン結果を日付、操作者、患者ＩＤまたは試験でフィルタリングすることが可能になる。一般に、元のスキャンデータおよび較正パラメータは、スキャンの品質管理のための顕著なリーダ情報に加えて、各スキャン結果ファイルに含まれる。
【０１２５】
本発明の特定の一実施形態では、リーダシステムは、５０００人の患者のスキャン記録を内部メモリに格納することができ、最も古い記録が、新しい記録が取り込まれた後に削除される。
【実施例】
【０１２６】
以下の実施例は、本開示の方法およびデバイスについてさらに説明する役割を果たすものである。これらの実施例は、本発明の範囲を限定するものでは決してない。
【０１２７】
（実施例１  ６チャネル蛍光リーダシステム）
この実施例では、本発明による、免疫アッセイからの蛍光を記録および解釈するための例示的リーダシステムを説明する。このリーダシステムは、６つの垂直チャネルを備えるカートリッジを受け入れる。各チャネルは、単一の流体試料中の特定の検体を検出するように構成された免疫アッセイを備える。リーダシステムは、各免疫アッセイの表面からの蛍光を捕捉し、各免疫アッセイの単一の捕捉ゾーンの蛍光応答を定量化し、前記試料中の各検体の存在の定量的または定性的測定値を決定する。
【０１２８】
リーダのシステム図が図１に示されている。加えて、リーダの図およびリーダの光学構成要素の図がそれぞれ図２および図３に示されている。手短に述べると、リーダシステムは、タッチ画面ディスプレイおよびデータエントリデバイス［１０２］と、オン／オフスイッチ［１０１］と、多色状態表示灯［２０２］と、回転蓋付きデバイスアクセスポート［２０１］とが組み込まれるケーシング［２０４］を備える。ケーシングは、外部免疫アッセイデバイス［１０７］を受け入れるためのホルスター容器［３０１］を収容する。さらに、リーダは、単一の光学ブロック内の励起および収集光学部品から成るケーシング内光学システムと、ホルスターを光学ブロック［１０６］に対して移動させるステッパモータなどの電気機械モータシステムとを備える。
【０１２９】
リーダシステムはまた、読取りの操作および制御のためのデジタルプロセッサ［１０４］および電子回路と、データを格納するための不揮発性デジタルメモリ［１０５］とを内蔵する。最後に、リーダは、通信ポートおよび無線接続性［１１４］と、電力管理システム［１１３］と、内部電池［１１１］と、アッセイの読取りの後に続くスキャン結果、または格納メモリからのスキャン結果のハードコピーをプリントアウトするための外部感熱式プリンタ［１２４］とを内蔵する。このプリンタは、通信ポートを介してリーダとインターフェースし、リーダから電力供給される。
【０１３０】
リーダアセンブリおよび構成要素の細目に関し、これらを以下でさらに詳述する。
【０１３１】
カートリッジホルスター［３０１］内に、ばねで留められただぼが、カートリッジをホルスター内の局部に適正に置いたときのアッセイカートリッジ内の凹部に対応する位置に置かれる。カートリッジが適正に挿入されると、だぼは、カートリッジの凹部特徴と位置が合う。これにより、カートリッジが所定の位置に固定され、それによって、前記カートリッジを取り外すために力が加えられるまで、アッセイが光学平面に局在化されることが保証される。また、物理的な位置合わせ機能が、不適正な回転位置合わせでのカートリッジの挿入を阻止することによって、カートリッジの誤挿入を防止する。
【０１３２】
リーダは、カートリッジの完全な挿入または取出しを示す光学的および機械的センサを内蔵する。これらのセンサは、カートリッジホルスター内に保持され、その位置決めは、カートリッジ挿入またはカートリッジの取出しを規定する場所に対応する。この場合、光学センサは、光源と光センサの対である。これは、ホルスターの口に近接して設置される。挿入されると、カートリッジにより、センサ光源からその対応する光センサへの光の伝搬が阻止される。センサにより、カートリッジが完全に取り出されたことが、センサ光源からその対応する光センサへの光伝搬の再開によって示される。機械的スイッチセンサがホルスターの基部に設置される。ホルスターの中にカートリッジが完全に挿入されると、このスイッチがカートリッジによって作動して、カートリッジ挿入の検出が可能になる。
【０１３３】
モータ構成要素は、相対的なモータ作動位置を検出し報告するエンコーダシステムを取り込む。ホルスター位置は、この信号と、ホルスター移動における一定の位置に対して設置された特定の光学的移動センサ［１２０ａ］から受け取られた信号とを参照して決定することができる。ホルスター構成要素には、光学的移動センサによって感知される光ビームを中断するビーム阻止機能が組み込まれ、それによって、これらの場所でホルスター位置が表示される。
【０１３４】
リーダシステムには、カートリッジ上に符号化されたバーコード情報を読み取るための内部２Ｄバーコードカメラシステム［１２０］が組み込まれる。このカメラシステムにはさらに、リーダ内でバーコードを照らすための光源が組み込まれる。
【０１３５】
光学ブロック内の励起光学部品には、６つの光源［３０２］、開口プレート［３０３］、干渉フィルタ［３０４］、および単一の励起レンズ［３０５］が含まれる。
【０１３６】
光源は、放射光［３０２］を部分的に平行にするように働く一体化レンズをそれぞれ有する表面実装デバイスＬＥＤから構成される。ＬＥＤは、約６０６ｎｍの光放射波長を有する（ＬＯＥ６３Ｂ、Ｏｓｒａｍ  ＧｍＢＨ）。開口プレートは、薄く平坦な金属シムであり、励起光線を開口［３０３］を通過するものに制限する６つの長方形光開口がエッチングされている。各開口は、単一のＬＥＤからの放射に位置合わせされる。リーダシステムでは、開口は、幅が０．７ｍｍ〜０．８ｍｍ、高さが０．３〜０．４ｍｍであり、各励起領域は、幅が１．２ｍｍ、高さが０．６ｍｍである。
【０１３７】
励起フィルタ［３０４］は、励起光路内に設置され、管構築システムを使用してこれらの光路内の中心に置かれる。光励起フィルタは、免疫アッセイデバイスが受光する励起光のスペクトルプロファイルを形作る。このフィルタは、励起光と光ルミネセンス標識放射光の間のスペクトル分離が保証されるように機能する。光励起フィルタは、例えば、バンドパス変種またはショートパス変種のものでよく、また干渉機構または吸収機構によって動作するものでよい。一般に、励起フィルタは、フィルタ通過帯域が光ルミネセンス標識の励起スペクトルの一部分と一致するように、またフィルタ阻止帯域がこれらの光ルミネセンス標識の放射スペクトルの一部分と一致するように選択される。光ルミネセンス標識の励起スペクトルと放射スペクトルの間のストークスシフトにより、最大フィルタ遷移帯域が規定される。この場合、５９０ｎｍの中心通過波長、および６０ｎｍの透過帯域を有するバンドパス干渉光フィルタが選択される（ＢＫ−５９０−６０、Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｚｏｐｔｉｋ  ＧｍｂＨ）。
【０１３８】
励起レンズ［３０５］は励起光路内に設置され、管構築システムを使用してこれらの光路内の中心に置かれる。このレンズは、光源から放射された光エネルギーを免疫アッセイデバイスの表面の方に向ける。レンズは、両凸非球面の設計であり、透明な環状オレフィンコポリマー材料（Ｚｅｏｎｅｘ  ４８０  Ｒ）から形成される。
【０１３９】
一般に、光源は、アッセイの可動性試薬またはコントロール試薬と関連づけられた光ルミネセンス標識の励起スペクトルと適合した放射波長を有する。このような標識には、ＤｙＬｉｇｈｔ（登録商標）６５０（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｆｉｓｃｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）、Ａｌｅｘａ  Ｆｌｕｏｒ（登録商標）６４７（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）またはＣｙ５などの暗赤色放射蛍光物質が含まれてよい。
【０１４０】
光学ブロック内の収集光学部品には、６つの収集レンズ［３０７］と、ガラス吸収フィルタ［３０８］と、このルミネセンスを検出および定量化するための６つのフォトダイオード［３０６］とが含まれる。各収集レンズ［３０７］は、励起光学アセンブリによって照らされる免疫アッセイ表面の領域である個々の励起領域から光を集め、この光を対応するフォトダイオード［３０６］の中心部分に向ける。６つすべてのレンズが、同じ両凸非球面の設計であり、透明な環状オレフィンコポリマー材料（Ｚｅｏｎｅｘ  ４８０  Ｒ）から形成される。単一ロングパスガラス吸収光フィルタ［３０８］が、すべてのチャネルからの励起光をフィルタリングするために使用される。このフィルタは、約６６５ｎｍの波長を超える光通過帯域を有する（ＺＶＬ０５０、Ｋｎｉｇｈｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ（ＵＫ）Ｌｔｄ．）。このフィルタは、残留の反射または散乱励起光をフィルタリングして除去し、標識コンジュゲートの蛍光と関連づけられた光を通過させる。
【０１４１】
収集光学部品の光収集経路の平面と励起光学部品の光励起経路の平面との間に角度オフセットがあり、光励起平面はカートリッジ表面に対して直角であるが、検出は３５度だけオフセットされている。これらの平面の角度位置およびその特定のオフセットは、検出器アセンブリの中への励起光の直接反射を抑止するように選択される。
【０１４２】
リーダシステムは、読取りを作動および制御するためのデジタルプロセッサおよび電子回路を内蔵する。一般に、動作プロセッサ［１０４ａ］が、モータ、光電子構成要素、センサおよびスキャン処理の動作など、タイムクリティカルな感知動作および制御動作を制御する。追加のインターフェース処理プロセッサが、ディスプレイおよびインターフェース構成要素を制御して、データエントリおよび通信プロトコルを解釈する。加えて、このプロセッサは、内部デジタルメモリ［１０５］を制御して、データの書込み、読取り、探索および転送を可能にする。
【０１４３】
リーダシステムは、データを格納するための不揮発性デジタルメモリを内蔵する［１０５］。一般に、このようなデータには、収集されたスキャンデータ、ならびに対応する患者の詳細およびアッセイ結果と、使用者の詳細およびパスワードと、イベントおよびエラーログと、較正パラメータと、リーダ設定値と、ユーザインターフェース画面と、インターフェースパラメータおよび通信パラメータと、リーダ動作プログラムとが含まれる。このメモリは、内部フラッシュメモリおよび内部ＳＤカードから構成される。
【０１４４】
リーダシステムは、通信ポートを［１１４］を内蔵する。具体的には、ＵＳＢおよびイーサネット（登録商標）を含む、有線接続性のための構成要素およびプロトコルが内蔵される。これらにより、リーダの外部のデバイスとの通信およびその制御が容易になる。特に、この接続性により遠隔診断、ファームウェアまたはソフトウェアの更新およびデータ転送、ならびに外部バーコードリーダデバイス［１１５］の制御が可能になる。リーダはまた、ＷＩ−ＦＩによる外部無線アクセスのための構成要素およびプロトコルを含む。特に、この接続性により遠隔診断、ファームウェアまたはソフトウェアの更新およびデータ転送が可能になる。
【０１４５】
リーダシステムは、アッセイの読取りの後に続くスキャン結果および関連する監査データのハードコピー、または格納メモリからのスキャン結果のハードコピーをプリントアウトするための外部感熱式プリンタ［１２４］を内蔵する。このプリンタは、リーダの通信ポート［１１４］の１つとの接続部を介してリーダと通信し、リーダから電力供給される。リーダシステムは携帯型であり、作業台上または卓上ポイントオブケア用途向けになっており、また、システムが電源［１１２］に接続されない状況においてリーダに電力供給することができる内部電池［１１１］を含む。この電池は再充電可能であり、リーダが主電源に接続されている間に再充電される。電源システム［１１３］は、電池充電を監視し、これを使用者に報告し、充電速度、電池温度、およびユニットが自動的に遮断される前の最低充電レベルなどの詳細を調節する。
【０１４６】
いくつかの実施形態では、ＳＤカード構成要素が、アッセイカートリッジバッチに関係するアッセイ固有較正データを保持する。ＳＤカードは、リーダシステムソケットの中に導入することができ、アッセイ固有較正データは、内部リーダメモリにコピーすることができる。ＳＤカードデバイスは、セキュアライトワンス、多数回読取形である。加えて、標準ＳＤはＳＤスロットに挿入することができ、使用者は、バックアップまたは後の輸送のために保存データ（スキャン、結果、設定値、較正値、または品質管理のデータなど）を内部デバイスからＳＤカードに転送することができる。
【０１４７】
システム制御に関して、ＬＥＤ放射タイミングおよびフォトダイオード読取タイミングは、特定の時間に１つの試験だけが励起されているように調整され、それによって、チャネル間の光学的クロストークが最小限になることが保証される。さらに、各ＬＥＤのＬＥＤ放射強度は、測定スキャンによって各スキャンを開始する前に標準設定点に安定化される。これは、２つの専用フォトダイオードを使用して励起源強度を監視することによって行われる。この強度信号の能動フィードバックにより、励起源の放射が全スキャンを通して一定のままであることが保証される。
【０１４８】
また、各ＬＥＤ放射パルスの前に、リーダシステムはまた、対応するＬＥＤがアクティブ化されていない状態での検出信号に相当するダークカウントを記録する。このダークカウントは、ＬＥＤパルス時間と同等の時間にわたって積分される。すべてのスキャン箇所の記録に続いて、受け取られた信号は、対応するＬＥＤがアクティブ化されている間に取得された信号から各ダークカウントを減算することによって補正される。これにより、デバイスの中への光漏洩、デバイス内での光発生による干渉、または熱雑音もしくは電子雑音を補償することが可能になる。リーダは、各光学スキャンからの光放射ピークを検出するためのアルゴリズムを含む。アルゴリズムパラメータには、期待ピーク数、期待ピークスキャン位置、期待ピーク幅、期待ピーク高さ範囲などの詳細が含まれてよい。ピーク検出アルゴリズムは、アッセイ材料、迷バックグラウンド光、非結合標識アッセイ材料または他の発生源に由来するバックグラウンド蛍光を補償するバックグラウンド減算を含む。このバックグラウンド減算は、ピーク最大値の点におけるバックグラウンド蛍光の推定および減算によって実現される。このような推定は、ピーク位置のどちらかの側までの規定距離にある特定のスキャン位置における蛍光レベルを記録し、次に、バックグラウンド対スキャン位置への線形適合を求め、次に、ピーク最大値に対応する位置にあるスキャン位置のバックグラウンド蛍光のレベルを推定することによって行われる。
【０１４９】
品質管理のセットが、規定されたようにアッセイパネルが進行したことを検証するために、ソフトウェアで実現される。これらのセットには、管理線展開の検査を含むスキャンデータの品質管理検査、チャネルクリアランスの検査、ならびにピークのサイズおよび位置に関する検査が含まれる。加えて、ソフトウェアにより、試験の時点が特定のアッセイの有効期限データ内であることを検証する。具体的には、検出されたルミネセンスのレベルは、問題になっているアッセイの較正パラメータで規定された特定のスキャン位置で特徴づけられ、このスキャン位置には捕捉ゾーンまたは制御ゾーンが存在せず、またこのスキャン位置は一般にバックグラウンド蛍光に対応する。このルミネセンスが、問題になっているアッセイの較正パラメータで規定された特定のレベルを超えることが判明した場合、非結合ルミネセンス材料は完全クリアランスを達成したとされず、この特定のアッセイは「ミスラン」と呼ばれる。制御ゾーンピークはさらに分析され、ピークが見つからない場合、または不十分な大きさの場合には、アッセイは同様に完全に展開しなかったとみなされ、同様に「ミスラン」と呼ばれる。
【０１５０】
リーダは、アッセイスキャンのアクティブ領域からのルミネセンスを定性化または定量化するための較正アルゴリズムを含む。このアルゴリズムでは入力として、次の、アッセイバッチ固有の較正パラメータと、捕捉ゾーンおよび制御ゾーンのそれぞれについてピーク検出アルゴリズムによって決定されたピーク高さとを取り込む。検体ごとに、このアルゴリズムは、対応する捕捉ゾーンピーク高さを較正パラメータに従って処理する。定性試験では一般に、アルゴリズムにより、ピーク高さを閾値と比較し、陽性または陰性の結果を報告する。別法として定量試験では、アルゴリズムにより、試験試料中の検体の濃度をアッセイ固有較正パラメータに従って特徴づける。推定濃度がアッセイの定量化の限界外であれば、アルゴリズムにより、濃度が定量化の特定の限度よりも高い、または低いことをそれぞれ報告する。
【０１５１】
アッセイカートリッジのものと同様の外部寸法の、物理的に分かれた品質管理構成要素［１０８］が内蔵される。この構成要素には、特定の特徴づけられたレベルの蛍光を呈示する材料が組み込まれる。品質管理構成要素の蛍光領域は、マスクされた蛍光ＰＶＣ材料を使用して画定される。品質管理構成要素の蛍光領域は、リーダ内の光学平面に局在化させることができる。蛍光領域は、光学的位置合わせ不良が予想可能なスキャン応答の変化を引き起こすように、規定された方法でパターン化される。品質管理構成要素スキャンを分析するための処理アルゴリズムがリーダに内蔵される。このアルゴリズムにより、蛍光領域からの期待応答を受取応答と比較し、リーダをアッセイの分析のために確認する。
【０１５２】
リーダはまた、アッセイバッチ応答を検証する処理アルゴリズム、または任意選択で、アッセイに基づく応答の変化を補償するためにアッセイ固有較正パラメータを更新する処理アルゴリズムを含む。このアルゴリズムにより、指定の濃度のコントロール液体を用いて実行された指定のバッチの１つまたはそれより多いアッセイカートリッジの応答を分析する。アッセイ応答が期待限度内であることが検証される。加えて、次に内部較正パラメータを更新して、コントロール応答に最もよく適合した結果を得ることができる。
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５（ａ）】
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【図１５（ｂ）】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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