ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И КОМПОНЕНТЫ
DIAGNOSTIC SYSTEM AND COMPONENTS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в целом относится к диагностической системе, а конкретнее к диагностической системе и инструменту, который использует зонд. В проиллюстрированных вариантах воплощения настоящего изобретения диагностический инструмент может быть сопряжен с системой и способом промывания зонда и может быть также соединен с другими компонентами через соединительную систему. Прибор также может иметь систему измерения уровня жидкости и зондовую систему стендового распознавания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Инструменты клеточного анализа, использующие проточные цитометры, известны в данной области техники (См., например, заявку на патент США под серийным номером 11/825523, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки). Проточный цитометр направляет поток частиц через зону обнаружения, где частицы могут возбуждать луч света. Луч света приводит к тому, что частицы флуоресцируют и/или рассеивают свет, и излучаемый свет разделяется фильтрами на части электромагнитного (ЭМ) спектра. Изучая отфильтрованный ЭМ спектр, можно проводить анализы клеточного содержания и сообщать определенные характеристики и значения.
Одним из объектов изобретения является проточный цитометр, содержащий:
лазерный луч, установленный для освещения частиц пробы в зоне обнаружения;
щель, которая направляет поток частиц пробы через зону обнаружения, где частицы изучают с помощью лазерного луча, причем указанная щель имеет размер поперечного сечения; и
систему фильтрации проточного цитометра, включающую в себя фильтр, имеющий множество отверстий, размеры поперечного сечения которых меньше или равны размеру поперечного сечения щели проточного цитометра, при этом указанный фильтр находится в зоне проточного цитометра, где скорость жидкости составляет менее 200 микролитров в минуту.
При этом проточный цитометр согласно изобретению может дополнительно содержать инжектор проб, который находится в зоне проточного цитометра, где скорость жидкости составляет менее 200 микролитров в минуту.
В одном проиллюстрированном варианте воплощения настоящего изобретения предлагаемая система относится к основанной на флуоресценции системе клеточного анализа, способной обрабатывать стандартизированные панели иммунного мониторинга. Предлагаемая система сочетает в одном компактном инструменте автоматизированную подготовку образца/пробы (например, образцы крови, костного мозга, сыворотки, мочи, синовиальной, позвоночной, перитонеальной, множественной или любого другого типа жидкости или пробы) и анализ. Единый инструмент обеспечивает повышенную точность, минимальное взаимодействие с клиницистом (и, следовательно, минимальное обучение клинициста), сокращение времени обработки, а также опции обработки, варьирующиеся от обработки одного образца до обработки множества образцов. Преимущественно такое множество образцов можно непрерывно обрабатывать и анализировать.
Автозагрузчик образцов может быть предоставлен для лабораторий с объемами от умеренного до высокого. В соответствии с раскрываемыми здесь вариантами воплощения настоящего изобретения, клиницисты могут загрузить пробирку(и) в систему (как через автозагрузчик, так и путем вставки одного образца через фронтальную дверь) и уйти без необходимости последующего наблюдения. Например, клиницисту не нужно возвращаться для перемещения образцов между инструментами подготовки и анализа и компьютерами, так как единый инструмент сможет выполнять все эти шаги с точным соблюдением порядка и сроков выполняемых тестов. В дополнение к этому, предлагаемая система позволит проводить несколько типов тестов на каждом образце, не замедляя или не влияя на проводимые тесты, которые выполняются на соседних или последующих образцах. Например, гипотетическая проба А может пройти тесты 4, 5 и 6, необходимая продолжительность которых составляет 5, 7 и 15 минут, соответственно, в то время как гипотетическая проба Б может проходить тесты 4, 7 и 8, необходимая продолжительность которых составляет 5, 10 и 8 минут, соответственно.
Используя предлагаемое устройство, обе гипотетические пробы А и Б (а также другие образцы) могут быть загружены одновременно, и подготовка проб может начинаться в порядке поступления. Анализ проб будет проведен после подготовки так, что проба А может начинать анализ, а проба Б завершать свою подготовку. Все действия, связанные с подготовкой различных проб и анализом, могут быть выполнены без вмешательства клинициста. Более того, клиницист может вставить дополнительные пробы в любое время, и такие пробы, по желанию клинициста, могут быть поставлены перед любыми пробами, ожидающими в автопогрузчике.
В соответствии с настоящим изобретением, такой отбор и подготовка проб возможны с помощью станции промывания зонда, которая является высокоэффективной и способной эффективно промывать пробоотборочный зонд после каждой выборки образцов и реагентов.
В другом аспекте изобретения клиницист может в любое время вставлять дополнительные пробы в диагностический инструмент, и такие пробы, по желанию клинициста, могут быть поставлены перед любыми образцами, ожидающими в автопогрузчике. Каков бы ни был тип пробирки и где бы она ни была установлена, предлагаемое устройство способно обрабатывать содержимое пробирки так, как предписано.
Больницы во всем мире используют широкий спектр пробирок для взятия у пациентов проб (например, крови). Некоторые пробирки закрыты крышкой или перегородкой, в то время как другие являются открытыми пробирками. Клиницисту потребовалось бы много времени, чтобы идентифицировать каждый тип пробирки, которая требует анализа.
Предлагаемое устройство распознает наличие перегородки в пробирке, а затем определяет, где находится основание пробирки. Таким образом, практически любая пробирка, независимо от того, имеет ли она перегородку, а также независимо от размера и формы, может быть обработана предлагаемым устройством.Таким образом, клиницист может вставлять в предлагаемое устройство различные пробирки в различных конфигурациях. Устройство сможет распознать, когда его зонд коснется перегородки или основания пробирки, и сможет определить, следует ли продолжать движение в том же направлении, чтобы проткнуть перегородку или изменить направление во избежание повреждения пробирки или зонда.
Датчики уровня жидкости известны в данной области техники. Например, уровнемеры использовались в течение многих лет как простой способ увидеть уровень внутри контейнера. Кофеварки и диспенсеры кофе являются отличными примерами этого типа простой концепции, в которой часть жидкости перенаправляется на небольшую смотровую камеру для визуализации уровня жидкости.
В другом примере датчика уровня жидкости используется сила тяжести, в этом случае индикатор или поплавок находится выше одного типа материала, но ниже другого (т.е. поплавок на массе воды). Другие различные типы датчиков уровня жидкости на основе механических или физических свойств поверхности жидкости уже изучены.
Свет также использовался для измерения уровня жидкостей. Например, лазеры были направлены на верх поверхности, и таймер использовался для измерения времени, которое требовалось лазерному импульсу для обратного отражения от поверхности. Это измерение жидкости основано на отражении света. Другие известные технические решения были основаны на поглощении жидкостью определенных световых волн, которые являлись объектом измерения.
В отличие от раскрытых выше систем настоящее изобретение предусматривает измерение уровней жидкости на основе преломления и поглощения света. В раскрываемом способе инфракрасный свет направляется сквозь контейнер с жидкостью. Когда контейнер не является плоским, т.е. когда контейнер имеет по меньшей мере одну изогнутую поверхность, можно ожидать, что определенный свет будет преломляться по мере прохождения сквозь наполненный жидкостью контейнер. Однако по мере падения уровня жидкости в контейнере, такой свет не будет преломляться тем же самым образом. Более того, больше света будет поглощаться, когда он направляется сквозь жидкость, а не сквозь пустой контейнер. Таким образом, уровень жидкости может быть определен путем мониторинга преломления света в точках по высоте контейнера.
Еще одним объектом заявленного изобретения является способ предотвращения засорения щели проточного цитометра, включающий в себя:
расположение фильтра в зоне проточного цитометра, где скорость жидкости составляет менее 200 микролитров в минуту, причем указанный фильтр имеет множество отверстий, обеспечивающих множество путей для прохождения сквозь него частиц пробы;
пропускание частиц пробы сквозь указанный фильтр, при этом частицы, имеющие больший размер поперечного сечения, чем размер поперечного сечения указанных отверстий, блокируются фильтром для предотвращения засорения щели проточного цитометра; и
пропускание частиц пробы, имеющих меньший размер поперечного сечения, чем размер поперечного сечения указанных отверстий, через щель проточного цитометра, которая направляет поток частиц пробы через зону обнаружения, где частицы изучают с помощью лазерного луча.
При этом проточный цитометр также может дополнительно содержать инжектор проб, который находится в зоне проточного цитометра, где скорость жидкости составляет менее 200 микролитров в минуту.
Дополнительные особенности настоящего раскрытия будут очевидными специалистам в данной области техники при рассмотрении следующего подробного описания предпочтительных вариантов воплощения настоящего изобретения, иллюстрирующих лучший способ осуществления данного изобретения, как воспринимается в настоящий момент.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Подробное описание, в частности, относится к сопроводительным фигурам, на которых:
Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе одного из вариантов воплощения предлагаемого инструмента, в котором инструмент показан соединенным с автозагрузчиком образцов;
Фиг. 2 представляет собой увеличенный вид в перспективе части диагностического инструмента, показанного на фиг. 1;
Фиг. 3 представляет собой фронтальный вид в перспективе диагностического инструмента, представленного на фиг. 1-2, демонстрирующий инструмент во время работы;
Фиг. 4 представляет собой увеличенный вид в перспективе части диагностического инструмента, который способен проводить пробоотбор из одной пробирки за один раз;
Фиг. 5 представляет собой фронтальный вид в перспективе внешнего корпуса предлагаемого диагностического инструмента, показанного на фиг. 1-4;
Фиг. 6 представляет собой фронтальный вид в перспективе внешнего корпуса другого варианта воплощения настоящего изобретения, в котором снят автозагрузчик образцов, и пробирки с образцами вставляют через фронтальную дверь;
Фиг. 7 представляет собой вид в перспективе одного из вариантов воплощения станции промывания зондов, используемой в сочетании с инструментом, показанным на фиг. 1-6;
Фиг. 8 представляет собой схематический вид в перспективе станции промывания зондов, показанной на фиг. 7.
Фиг. 9 представляет собой верхний схематический вид станции промывания зондов, показанной на фиг. 7-8;
Фиг. 10 представляет собой фронтальную вертикальную проекцию станции промывания зондов, показанной на фиг. 7-9;
Фиг. 11 представляет собой боковую вертикальную проекцию станции промывания зондов, показанной на фиг. 7-10;
Фиг. 12 представляет собой фронтальный вид одного из вариантов воплощения предлагаемого изобретения, показывающий контейнер с жидкостью, помещенный в держатель;
Фиг. 13 представляет собой вид в перспективе держателя, представленного на фиг. 12, показывающей множество передатчиков света и рецепторов света, расположенных вдоль высоты контейнера;
Фиг. 14 представляет собой фронтальную вертикальную проекцию известного в данной области техники соединения с направляющим винтом;
Фиг. 15 представляет собой вид в перспективе варианта воплощения соединения для настоящего изобретения;
Фиг. 16 представляет собой увеличенный вид соединения, представленного на фиг. 15;
Фиг. 17 показывает фильтр в соответствии с одним из вариантов воплощения изобретения; и
Фиг. 18 представляет собой увеличенный вид наконечника зонда в соответствии с еще одним вариантом воплощения настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Один из вариантов воплощения настоящего раскрытия показан на фиг. 1-6 в форме диагностического инструмента 10. В проиллюстрированном варианте воплощения часть 12 автозагрузчика можно наблюдать с погруженными на него кассетами 14 с образцами. В таком варианте воплощения кассеты 14 могут быть загружены множеством одинаковых пробирок или флаконов 16 с образцами (именуемых в дальнейшем «пробирки»), различными пробирками 16 с образцами или только с одной пробиркой 16 с образцом. Затем кассеты вертикально загружают в часть 12 автозагрузчика и обрабатывают в порядке поступления. В качестве альтернативы, т.е. когда желательно быстрее провести обработку одного образца, пробирка с образцом может быть вставлена непосредственно в альтернативную точку входа образцов, т.е. дверь 18 (видна на фиг. 5), и обработана перед любыми находящимися в ожидании кассетами 14, как показано на фиг. 4. Это обеспечивает немедленный доступ клинициста к тестированию с возможностью немедленного выполнения тестов, тем самым прерывая (без отрицательного воздействия) тестирование других пробирок с образцами по желанию клинициста. В дополнение к этому, пробирка с образцами, которая была повреждена или не имеет штрихового кодирования (обсуждается ниже), может быть вставлена вручную.
Как подробно описано ниже, диагностический инструмент 10 иллюстративно выполняет следующие шаги после получения пробирки 16 с образцом (или кассеты 14 пробирок с образцами). Предполагается, что такие шаги осуществляются инструментом 10 без вмешательства клинициста, и эти шаги могут быть изменены, добавлены или исключены в зависимости от конкретного(ых) выполняемого(ых) теста(ов). Следует понимать, что, хотя в раскрываемом варианте воплощения настоящего изобретения обсуждаются пробирки с кровью, предполагается, что другие типы жидкостей и проб соответствуют настоящему изобретению и могут быть проанализированы в предлагаемом инструменте 10. Например, костный мозг, сыворотка, моча, синовиальная, позвоночная, перитонеальная, множественная и другие типы жидкостей или проб могут тестироваться и анализироваться по существу так, как описано ниже.
- Смешивание (например, раскачивание) проб, находящихся в пробирках 16 с образцами (в варианте воплощения изобретения с автозагрузчиком).
- Прокалывание крышки пробирок 16 с образцами и отбор проб с необходимым количеством образца.
- Считывание штрихкодов для подтверждения образца/идентификатора пациента и/или подтверждения типа/размера пробирки.
- Сопоставление идентификатора, выполняемого(ых) теста(ов) и необходимых реагентов и присвоение серийного номера для отслеживания с помощью компьютера.
- Размещение образца/пробы в отдельные пустые пробирки или лунки в изоляционной зоне 20 (показано, например, на примере титрационного микропланшета на фиг. 1-3) для дальнейшей обработки.
- Добавление соответствующих реагентов в соответствующей последовательности и соблюдение сроков для надлежащей подготовки проб для выполняемых тестов.
- Выдерживание проб для реакции с реагентами на протяжении предписанного периода инкубации (изменяющегося на основе реагента).
- Разделение образца во множество пробирок/лунок изоляционной зоны 20 (при желании или при необходимости для тестирования).
- Отслеживание всех образцов, кассет, реагентов и соответствующих позиций по штрихкодам или с помощью устройства слежения другого типа (например, RFID).
- Своевременная аспирация приготовленной комбинации пробы/реагента из изоляционной зоны и ее анализ с помощью проточного цитометра (во время приготовления последующих образцов).
- Автоматическая проверка результатов или удержание результатов для ознакомления, в зависимости от правил принятия решений, инициированных клиницистом.
Инструмент 10 предназначен для обеспечения автоматизированного и интегрированного пробоотбора, что означает, что каждый из вышеперечисленных шагов (если того требуют конкретные тесты) может осуществляться в рамках и с помощью инструмента 10 без использования дополнительного диагностического оборудования. Более того, по желанию клинициста, такие шаги могут быть осуществлены без какого-либо взаимодействия с клиницистом.
В проиллюстрированном варианте воплощения настоящего изобретения инструмент 10 использует одноосевой носитель 22 зонда, который позволяет осуществлять различные функции, когда носитель 22 зонда перемещается вдоль одноосевого трека 24. Например, носитель 22 зонда (и, следовательно, зонд 26) может быть установлен для отбора образцов из пробирок 16, когда носитель 22 зонда находится в положении А, может вносить пробы в изоляционную зону 20 в положении В и может производить отбор реагентов в положении С. Если в любой момент проба помещается в поворотный лоток 36 (например, для немедленной обработки пробы), инструмент 10 распознает присутствие пробы и вставляет ее перед любыми пробами, ожидающими обработки в автопогрузчике 12. Носитель 22 зонда затем переместится в положение D так, что зонд 2-6 сможет производить отбор из пробирок, помещенных в поворотный лоток 36. Реагенты размещаются в изоляционной зоне 20 или до, или после (или и до, и после) размещения пробы для обеспечения реакции с пробой, в соответствии с требованиями конкретного(ых) выполняемого(ых) теста(ов).
Эти шаги могут быть выполнены в следующем порядке. Однако предполагается, что некоторые тесты могут пропускать один или более шагов или могут изменять шаг для достижения наилучших результатов тестирования для проведения желаемого(ых) анализа(ов) крови.
Во-первых, пробирки 16 с образцами могут загружаться в предварительно сконфигурированную кассету 14, которая подходит для конкретных используемых пробирок 16 с образцами. Например, пробирки 16 с образцами могут представлять собой пробирки с образцами с повсеместно встречающимся размером 13 мм × 75 мм, в случае которых может быть использована кассета 14 на пять пробирок, показанная на фиг. 1 и 3. Однако следует понимать, что в настоящем изобретении могут использоваться разные размеры и типы пробирок 16 с образцами, и кассеты 14 могут иметь соответствующий дизайн. Кассета 14 может быть даже сконфигурирована для фиксации различных пробирок 16 с образцами. Как указывалось выше, имеющие различные размеры пробирки 16 с образцами также могут быть вставлены индивидуально через дверь 18, показанную на фиг. 5.
Если пробирки 16 с образцами имеют крышку 32 (показано на фиг. 1), пробирки с образцами (удерживаемые кассетой 14) могут быть раскачаны для перемешивания крови внутри пробирки и обеспечения ее большей однородности (для более точного отбора пробы). Такое раскачивание происходит на станции А, и на фиг. 3 можно увидеть кассету 14 в положении для раскачивания.
Во время раскачивания кассеты 14 носитель 22 зонда может быть направлен для перемещения к станции С и начала отбора проб соответствующих частей реагентов 34 для выполняемых тестов. Однако, если тест не предусматривает размещение реагентов 34 в изоляционной зоне 20 до взятия образца крови, то носитель 22 зонда может выполнять этот шаг после отбора пробы крови из пробирки 16.
Реагенты 34 могут находиться во флаконах, как это можно увидеть в положении С. Однако альтернативно или дополнительно реагенты могут находиться в резервуарах, расположенных в другом месте, например, на основании планшета 30 (показанного на фиг. 1-2), или в других зонах (не видимых), которые могут быть, например, подсоединены непосредственно к зонду 26.
Как указано выше, диагностический инструмент 10 также предусматривает, что клиницист может вставить пробирку 16 для образца через внешнюю дверь 18. Для обеспечения этого в проиллюстрированном инструменте 10 предусмотрен приемник 38 пробирок, и такой приемник пробирок может вмещать различные типы пробирок 16 с образцами, включая педиатрические пробирки, как это можно видеть на фиг. 2-4. В проиллюстрированном примере пробирки 16 с образцами удерживают поворотный лоток 36, который обеспечивает легкий доступ и выборку пробирок 16 с образцами. В альтернативном варианте воплощения настоящего изобретения, показанном на фиг. 3, пробирки 16 с образцами могут удерживаться с помощью вращающейся кассеты 40.
В перерывах между и после отбора образцов и/или реагентов 34 носитель 22 зонда может перемещаться к станции 28 промывания зонда так, что зонд 26 можно промыть. Промывание зонда 26 предотвращает перекрестное загрязнение и, следовательно, предотвращает неточные результаты тестов.
Станция 28 промывания зонда подробно показана на фиг. 7-11. В соответствии с проиллюстрированным вариантом воплощения настоящего изобретения, станция 28 промывания зонда включает отверстие для зонда 44 и сливное отверстие 46.
По существу зонд 26 промывается на станции 28 промывания зонда следующим образом. Носитель 22 зонда перемещается в положение С так, чтобы зонд 26 можно было направить (с помощью двигателя 42) в отверстие 44 для зонда. Иллюстративно отверстие 44 для зонда имеет внутренний диаметр, который несколько больше внешнего диаметра зонда 26. По мере направления зонда 26 в отверстие 44 для зонда поток физиологического раствора и/или воздуха нагнетается через сопло 48 и направляется под углом вниз в отверстие 44 для зонда, как можно увидеть на фиг. 7-10. Сопло 48 может быть также несколько смещено, чтобы создать вихревой поток физиологического раствора и/или воздуха внутри отверстия 44 для зонда, обеспечивая тем самым дополнительные вихри рядом с зондом 26, когда он расположен в отверстии 44 для зонда. Такие вихри помогают удалить любые жидкости или другие частицы, которые могут находиться на зонде 26.
Хотя настоящее изобретение предполагает использование в качестве моющего раствора физиологический раствор (который может комбинироваться с воздухом), следует понимать, что другие типы жидкостей или даже поток воздуха могут быть желательны в некоторых способах применения.
Верхняя часть 50 станции 28 промывания зонда показана с ободом 52, который помогает обеспечить содержание физиологического раствора в отверстии 44 для зонда и сливном отверстии 46. Сливное отверстие 46 предусмотрено для слива любого физиологического раствора, который может поступать из верхней части 44 отверстия для зонда. Аспирация из отверстия 44 для зонда и сливного отверстия 46 осуществляется из нижней части 28 станции промывания через выходные отверстия 54. В проиллюстрированном варианте воплощения настоящего изобретения вакуумное давление способствует аспирации воздуха из выходных отверстий 54.
В проиллюстрированном варианте воплощения настоящего изобретения станция 28 промывания зонда имеет множество установочных отверстий 56, сконфигурированных для приема зажима или винта, которые позволили бы закрепить станцию промывания к устройству 10.
Предполагается, что зонд 26 может обеспечивать аспирацию части физиологического раствора во внутреннюю полость, а затем выпускать физиологический раствор обратно в отверстие 44 для зонда, тем самым промывая внутреннюю полость зонда 26 физиологическим раствором. В качестве альтернативы, сам зонд 26 может быть подсоединен к источнику физиологического раствора, и физиологический раствор может быть направлен через внутреннюю полость зонда 26, когда зонд 26 находится в отверстии 44 для зонда. В любом случае такой процесс может повторяться столько раз, сколько необходимо для обеспечения полного промывания зонда 26 от образца и материалов реагентов. Еще в одном варианте воплощения настоящего изобретения жидкости могут быть подсоединены непосредственно к зонду 26.
Носитель 22 зонда соединен с двигателем 42, который перемещает зонд 26 к и от пробирки 16. В некоторых случаях инструмент 10 может располагать информацией, относящейся к размеру и форме пробирки 16, а также наличию перегородки. Например, если пробирка 16 была загружена в кассету 14, кассета 14 может иметь штрих-код или иным образом содержать указание размера и/или формы пробирок 16, находящихся в кассете 14. Более того, в проиллюстрированных вариантах воплощения настоящего изобретения, если пробирка 16 находится в кассете, она будет иметь перегородку (поскольку в проиллюстрированных вариантах воплощения кассеты 14 раскачиваются после загрузки).
В случае, если клиницист вставляет пробирку 16 с образцами через дверь 18 так, чтобы разместить пробирку 16 в поворотном лотке 36, инструмент 10 может не располагать какой-либо информацией о размере или форме пробирки 16, а также о наличии перегородки. В таком случае клиницист может предоставить такую информацию через пользовательский интерфейс. Однако в раскрываемом варианте воплощения настоящего изобретения инструмент 10 также может использовать свойства стендового распознавания или контактного опознавания, присущие двигателю 42.
Например, клиницист может вставить пробирку 16 в канал соответствующего размера в приемнике 38 пробирок. (Иллюстративно приемник 38 пробирок имеет множество размеров каналов для размещения пробирок различных размеров). Инструмент 10 определит, где вставлена пробирка 16, и переместит носитель 22 зонда в положение над пробиркой 16. Предполагается, что обнаружение пробирки может произойти, например, через набор или массив инфракрасных детекторов. Положение основания пробирки 16 будет известно или приблизительно известно, так как приемник 38 пробирок будет иметь структуру, которая удерживает пробирки 16 в вертикальном положении.
По мере того, как двигатель 42 начинает передвигать зонд 26 к пробирке 16, зонд 26 может столкнуться с перегородкой, вызывая тем самым сопротивление для двигателя 42. Настоящее изобретение предусматривает, что инструмент 10 сможет определить, что зонд 26 столкнулся с перегородкой, а не с основанием пробирки 16, так как приблизительное основание пробирки 16 известно в соответствии с вышеприведенным описанием.
При встрече с перегородкой двигатель 42 получит инструкцию действовать через перегородку и в направлении основания пробирки 16. При отсутствии встречи с перегородкой зонд 26 будет продолжать движение в направлении основания пробирки 16 без перерыва. В одном варианте воплощения настоящего изобретения инструмента 10 можно предполагать, что пробирки 16 выравнены по основанию при встрече с перегородками на пробирках. Также возможно определять размер и/или форму пробирки на основе распознанного положения перегородки.
В обоих случаях, как только зонд 26 встречает сопротивление в позиции, которая приближается к основанию пробирки 16, двигатель 42 получит инструкцию остановить передвижение и отодвинуться на достаточное расстояние, с которого можно произвести аспирацию образца. Иллюстративный двигатель 42 изготовлен компанией «IMS Schneider Electric» и доступен в модели номер MCI23A-NPE-03.
Настоящее изобретение обеспечивает преимущества по сравнению с известным уровнем техники, который предусматривал емкостной датчик для распознавания уровня жидкости образцов, найденных в пробирках 16. Такие датчики известного уровня техники иногда дают ложноположительный результат при достижении капель образца, оставленных в верхней части пробирки (под перегородкой). Более того, датчики известного уровня техники не могли определить, когда были достигнуты основания пробирок 16.
После достаточного перемешивания образца внутри пробирок (т.е. на станции А) зондом 26 производится отбор образца, и образец размещается в заданные лунки или пробирки в изоляционной зоне 20. В зависимости от выполняемого(ых) теста(ов) пробы образцов могут быть помещены в более чем одну лунку или пробирку, и соответствующее количество образца (например, кровь) может быть аспирировано заранее. Затем зонд 26 промывается на станции 28 промывания в соответствии с вышеприведенным описанием.
В зависимости от того, добавляют ли реагенты в пробы образца после их размещения в изоляционной зоне 20, носитель 22 зонда может быть перемещен на станцию С для отбора проб соответствующего(их) реагента(ов) 34. И в этом случае, если необходимо более одного реагента, зонд 26 промывается на станции 28 промывания между отбором каждого реагента 34 и после отбора последнего реагента 34.
Для внесения проб образцов и реагентов в каждую лунку или пробирку изоляционной зоны 20 основание 30 планшета может быть установлено на вращающейся оси так, чтобы каждая лунка или пробирка могли быть поданы зонду 26 в зависимости от точки вращения основания 30 планшета. Такая конфигурация и вращательное движение основания 30 планшета раскрывается в заявке на патент США 11/804721, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки.
Хотя предполагается, что многоосевой носитель зонда также может выполнять эти цели, существуют определенные преимущества одноосевого устройства. Например, одноосевое устройство требует меньше деталей и меньше программирования, обеспечивает меньшую занимаемую площадь инструмента 10, легче юстируется, является более надежным и стабильным и, в конечном итоге, быстрее передвигается между станциями.
После размещения в лунках или пробирках пробы образцов оставляют на определенное количество времени (в зависимости от реагентов и проводимых тестов) для реакции с реагентами, а затем обрабатывают с помощью проточного цитометра для анализа. Предполагается, что также может использоваться другое испытательное оборудование, например, оборудование, которое использует электронный объем для определения размера и дифференциации клеток или измерения гемоглобина с использованием оптической плотности.
Удобно, что изоляционная зона 20 служит в качестве общего интерфейса между подготовкой и анализом проб. Более того, изоляционная зона 20 может включать фиксированные или съемные и/или одноразовые или многоразовые компоненты, что позволяет клиницисту выбросить после использования весь интерфейс (как в примере титрационного микропланшета). Будучи общим интерфейсом между этапом подготовки и этапом анализа, изоляционная зона 20 представляет собой систему, которая менее склонна к ошибкам и внешним или окружающим факторам воздействия.
Программа-диспетчер (не показана) также включается в раскрываемую систему. Иллюстративно программа-диспетчер запрограммирована для пересчета доступных окон для фиксированной кинетики реакций (оптимизируя пропускную способность при сохранении воспроизводимой кинетики реакций) (т.е. инкубации антител, время распада эритроцитов, время остановки реакции и т.д.).
Также предполагается, что многие объекты могут иметь штрих-код и отслеживаться во время работы. Такое штриховое кодирование и отслеживание могут быть зарегистрированы программой-диспетчером. Например, штрихкоды могут быть присвоены флаконам с реагентами 34, пробиркам 16 с образцами (с разными штрихкодами для разных пациентов и/или размеров), проточным жидкостям, общим интерфейсам (т.е. изоляционной зоне 20), подготовительным реагентам, гранулированным реагентам, кассетам 14 и т.п. Путем штрихового кодирования этих различных объектов можно отслеживать различную важную информацию, например, использование/потребление реагентов, сколько тестов остается для каждой бутылки с реагентом, истечение срока годности открытого контейнера, истечение срока годности закрытого контейнера, значения количественного анализа и т.п.
Программа-диспетчер может быть сконфигурирована для выполнения следующих шагов.
- Принять решение о том, можно ли добавить новый образец в данный момент или нет, и удерживать ли дверь или мульти-загрузчик (случайный доступ), если другая деятельность должна быть проведена в приоритетном порядке.
- Минимизировать эффект недоступности двери 18 для размещения образца путем корректировки некинетических реакций, если таковые имеются, или кинетических реакций, которые имеют более широкое приемлемое окно.
- Минимизировать эффекты столкновения и оптимизировать пропускную способность путем определения приемлемых окон для каждой кинетической реакции.
- Форсировать анализ для соблюдения предварительно определенного периода времени (остановка в определенный момент времени/фиксированный объем пробы).
- Использовать заранее определенное время для каждого цикла (получение крови, добавление реагентов, включая смешивание, анализ) так, чтобы все мероприятия могли быть запланированы надлежащим образом.
- Учитывать все запланированные временные окна при определении, приемлемо ли добавлять в график новую пробу, и установить график для такой новой пробы так, чтобы все мероприятия проводились в заранее определенное время.
- Учитывать аппаратные ресурсы и физические столкновения аппаратного обеспечения при определении возможности соблюдения графика.
При использовании инструмента 10 в сочетании с раскрываемой здесь программой-диспетчером время до первого результата (ВПР) может составлять менее 15 минут с обеспечением последующих результатов примерно каждые 90 секунд. Пропускная способность может составлять более 300 проб в день, и результаты могут предоставляться намного быстрее и раньше в этот же день, т.е. мощность лаборатории может быть значительно увеличена.
Поскольку вся пробоподготовка и анализ полностью интегрированы в одном инструменте 10, клиника необязательно должна выполнять медленную и утомительную «пакетную обработку», при которой пробы собирают и обрабатывают тогда, когда собрано достаточное их количество, проводя всю группу проб по каждому этапу обработки крови. В отличие от этого, инструмент 10 сконфигурирован для автоматической подготовки проб пациентов в изоляционной зоне 20, поэтому нет необходимости маркировать и отслеживать дочерние пробирки, и требуется значительно меньше крови и реагентов. Пробы могут быть загружены в систему в любое время, и в иллюстративном варианте воплощения настоящего изобретения каждая из них будет автоматически обрабатываться и покидать конвейер системы приблизительно через 15 минут. Последующие пробы могут покидать конвейер системы с интервалами приблизительно 90 секунд, хотя точное время будет меняться в зависимости от проводимых тестов и необходимого времени пробоподготовки.
Существенным преимуществом является экономия средств для лаборатории. Используя одну систему, можно не только обработать больше образцов в течение одного дня, но и обеспечить более низкую стоимость системы, более низкие затраты на реагенты и снижение ручного труда. Соответственно, общие затраты на владение и эксплуатацию инструмента 10 значительно ниже.
Процессы и системы известного уровня техники со своими многочисленными модулями и экранами компьютера занимают от 10 до 13 футов ценного пространства рабочей зоны. В отличие от них, диагностический инструмент 10 является компактным, составляет всего 31 см в ширину, включая часть 12 автозагрузчика. Вариант воплощения настоящего изобретения, показанный на фиг. 6 без части автозагрузчика, требует еще меньшей площади. Сенсорный компьютер/экран (не показан) также может быть удобно расположен на верхней части системы, сохраняя небольшую занимаемую площадь и освобождая ценное пространство для лаборатории.
Предполагается, что предлагаемая система может быть идеальной для клинических исследователей, которые проводят одну или несколько фиксированных панелей мониторинга иммунных параметров для контрактного исследования, разработки фармацевтических средств и проведения научных исследований в университетских медицинских центрах и эталонных лабораториях. Кроме того, предполагается, что стандартные панели параметров иммунного мониторинга могут осуществлять мониторинг иммунодефицита (ВИЧ-СПИД), аутоиммунных заболеваний, ответа при трансплантации органов, инфекционных заболеваний, онкологии и др.
Еще один вариант воплощения настоящего изобретения показан на фиг. 12 и 13, где контейнер 110 оснащен по меньшей мере одним передатчиком 114 света (показан на фиг. 13) и по меньшей мере одним рецептором 116 света (показан на фиг. 13). В соответствии с изобретением, передатчик 114 света направляет инфракрасный свет в контейнер 110 в точке, в которой необходимо распознать жидкость. Рецептор 116 света расположен для получения света от передатчика 114.
Как можно увидеть на фиг. 12, предполагается использование полупрозрачного или прозрачного контейнера, сквозь который может проходить инфракрасный свет. Контейнер 110 также может иметь по меньшей мере одну неплоскую сторону 112, через которую преломляется проходящий сквозь нее свет. В одном раскрываемом варианте воплощения настоящего изобретения передатчик 114 и рецептор 116 соединены с рамкой 118, которая может быть установлена вокруг по меньшей мере части контейнера 110.
В проиллюстрированном варианте воплощения настоящего изобретения рецептор 116 света может распознать различие в силе света, полученного от передатчика 114 света. Например, в зависимости от силы света, полученной от передатчика 114, рецептор 116 света сможет распознать, проходит ли свет сквозь жидкость на пути к рецептору 116. Эта информация будет использована для определения уровня жидкости. В случае жидкостей, таких как вода или физиологический раствор, настоящее изобретение использует спектры поглощения воды, которая имеет широкий пик, начиная примерно с 890 нм. Контейнер 110 может быть изготовлен из полипропилена, который также имеет известные спектры поглощения.
Другой способ, которым может быть определен уровень жидкости, использует величину преломления света по мере прохождения через контейнер 110. Такой свет будет преломляться в известном количестве (т.е. имеет предсказуемое значение показателя преломления), когда он проходит сквозь контейнер, но не сквозь жидкость (т.е. жидкость находится ниже точки прохождения света). В противоположность этому, когда контейнер наполнен жидкостью, свет, прошедший через передатчик 114, будет преломляться в другом количестве, следовательно, будет иметь другое значение показателя преломления. Поскольку эти два значения могут быть выделены, инфракрасный свет может быть использован для определения того, содержит ли контейнер жидкость на выбранном уровне.
Предполагается, что передатчик 114 и рецептор 116 могут быть расположены в одной точке на контейнере 110; таким образом, можно указать, когда жидкость будет находиться ниже предварительно выбранного уровня по аналогии с индикатором низкого уровня топлива в автомобиле. Однако может быть желательно использование множества передатчиков 114 и рецепторов 116, расположенных в различных местах по высоте контейнера 110, как показано на фиг. 13, чтобы пользователь с большей точностью мог определить уровень жидкости в многочисленных точках на контейнере. Передатчики 114 и рецепторы 116 могут конфигурироваться пользователем (т.е. их положение может быть изменено пользователем) или устанавливаться заводом-изготовителем.
Иллюстративно передатчик 114 представляет собой светодиод «Panasonic», артикул: LNA 2904L. Иллюстративно рецептор 116 использует транзистор от Fairchild Optical Electrical: номер части QSD123.
Еще один вариант воплощения настоящего изобретения показан на фиг. 15-16 в виде соединительного устройства 210. Такое соединение может быть противопоставлено, например, известному в данной области техники соединению, показанному на фиг. 14. В варианте воплощения настоящего изобретения, показанном на фиг. 15-16, соединительное устройство 210 включает в себя направляющий винт 212, имеющий коническую поверхность 214, сформированную на одном конце 216 вала 218. Например, коническая поверхность 214 может быть изготовлена подобно конической поверхности Брауна и Шарпа и может служить основанием его формы.
Взаимодополняющий и стыковочный конус 219 сформирован в гнездовой части 220, создавая выемку 228. Гнездовая часть 220 может быть прикреплена к двигателю 222 или может быть неотъемлемой частью двигателя 222.
Вал 218 имеет резьбовое отверстие 224 на конце 216 вала 218. Для присоединения вала 218 к гнездовой части 220 (и, следовательно, двигателю 222) коническая поверхность 214 вставляется в углубление 228 гнездовой части 220. Винт (не показан) используется для введения вала 218 в гнездовую часть 220. Примечательно, что площадь поверхности между конической поверхностью 214 и стыковочным конусом 219 достаточна, чтобы обеспечить достаточное трение во избежание вращения частей друг относительно друга при типичных рабочих скоростях двигателя. Винт функционирует просто как держатель двух соединенных поверхностей 214, 219.
Демонтаж устройства 210 осуществляется путем ослабления винта и незначительного нажатия на первый конец 216 вала 218 для того, чтобы он вышел из своего сочлененного положения. Еще одним преимуществом настоящего изобретения является простота разделения двух дорогостоящих компонентов.
Еще в одном варианте воплощения настоящего изобретения система фильтрации проточного цитометра показана на фиг. 17. В качестве исходной информации, проточные цитометры, как правило, содержат небольшое отверстие (как правило, с квадратным или прямоугольным сечением) со сторонами 100 300 микрон в порядке возрастания и длиной обычно больше 1000 микрон. Диагностические измерения, проводимые в проточных цитометрах, осуществляют на частицах, которые, как правило, занимают менее 50% от площади поперечного сечения измерительного отверстия или щели. Небольшой размер необходим для того, чтобы гидродинамически сфокусировать частицы к центру щели, где частицы изучают с помощью лазерного луча. Это может привести к негативным последствиям из-за высокой чувствительности к засорению.
Соответственно, большинство проточных цитометров требуют предварительной фильтрации проб, но это не позволяет избежать засорения. Для обеспечения более оптимального автоматизированного инструмента на основе проточного цитометра необходимо решить эту проблему.
Одним из способов являются автоматизированные процедуры обратной промывки, которые активируются определенным способом автоматического обнаружения засорений. Однако это приводит к значительному замедлению работы инструментов и не всегда обеспечивает 100% эффективность. Неудаление засорений с помощью автоматизированных процедур требует вмешательства оператора или сервисного центра.
То, что раскрывается на фиг. 17, представляет собой уникальный фильтр 300, который препятствует засорению. Фильтр обладает следующими свойствами:
- имеет множество отверстий 302, которые меньше или равны площади поперечного сечения щели проточного цитометра;
- находится вблизи инжектора проб проточного цитометра в зоне, где скорость жидкости является очень низкой (обычно менее 200 микролитров в минуту);
- может проходить обратную промывку на высокой скорости жидкости;
- отверстие 302 имеет короткие длины (обычно менее 300 мкм); а также
- предусмотрено несколько отверстий для снижения общего сопротивления жидкости, снижения скорости жидкости через какое-либо одно отверстие 302, а также обеспечения нескольких путей в случае, когда одно или более отверстий частично блокированы.
Такая система предотвращает или устраняет повреждения частиц или клеток в образце при прохождении их через фильтр, которые возникают при более высоких скоростях, и может быть использована, например, при наличии щели проточного цитометра, которая образует равносторонний треугольник.
Вариант наконечника зонда настоящего изобретения показан на фиг. 18. Одним из элементов раскрываемой системы, который помогает производить надежные подсчеты, смешивание и минимальные инородные вещества, является геометрия зонда 26. Иллюстративный зонд 26 фиг. 18 имеет твердый тупой конец 310, который может проникать через материал перегородки. Зонд 26 также может иметь два отверстия 312 (одно из которых видно на фиг. 18); такие отверстия, по существу, имеют тот же размер, что и внутренний диаметр (не показан) зонда 26. Эта конструкция показала улучшение перемешивания и снижения распада клеток, вызванное высокоскоростным сдвиговым усилием. Отверстия 312 расположены ближе к концу 310 зонда 26 так, чтобы уменьшить количество крови, прилипающей к зонду. Это улучшает воспроизводимость результатов подсчета. Количество крови (или любой другой жидкости), прилипающей к внешней поверхности зонда 26 из-за поверхностного натяжения, может существенно влиять на подсчет.
Другие системы могут смешивать пробу флуоресцентных гранул с известной концентрацией каждой пробы для точного подсчета. Используя раскрываемую геометрию для зонда 2 6, смешивание флуоресцентных гранул не является необходимым, что исключает расходы и время на проведение этого шага.
Хотя настоящее раскрытие допускает различные модификации и альтернативные формы, конкретные примерные варианты воплощения настоящего изобретения были приведены в качестве примера на чертежах и описаны здесь в деталях. Однако следует понимать, что авторы не намереваются ограничивать раскрытие конкретных раскрываемых форм, а, наоборот, стремятся охватить все модификации, эквиваленты и альтернативы, соответствующие объему и сущности настоящего изобретения, как это определено прилагаемой формулой изобретения.
Благодаря различным свойствам настоящего изобретения возникает множество преимуществ. Следует отметить, что альтернативные варианты воплощения различных компонентов изобретения могут не включать все описанные признаки, но при этом получать пользу, по меньшей мере, от преимуществ таких признаков. Обычные специалисты в данной области техники могут легко разработать свои собственные варианты реализации диагностического устройства со станцией промывания зонда и способ, который включает один или несколько признаков настоящего изобретения и соответствует сущности и объему настоящего изобретения.