JP2008529674A - System and method for detecting specimen by reducing sample volume - Google Patents
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Abstract
患者の体液を採取する方法を開示する。本方法は、1以上の液体経路(20)を含む液体処理システムを準備する工程、液体処理システムによって1以上の液体経路を介して注入液を患者に注入する工程を含む。本方法は更に、液体処理システムによって1以上の経路を介して体液の試料を患者から取得するステップを含む。取得する試料は体積で400μl以下である。本方法は更に、液体処理システムと動作的に連動する検体検出システム(324)によって取得した試料の少なくとも分析部分を分析し、少なくとも一つの検体の濃度を測定するステップを含む。対応するシステムもまた開示する。
【選択図】図7EA method for collecting body fluid from a patient is disclosed. The method includes providing a liquid processing system that includes one or more liquid pathways (20), and injecting an infusate into the patient via the one or more liquid pathways by the liquid processing system. The method further includes obtaining a sample of bodily fluid from the patient via the one or more pathways by the liquid processing system. The sample to be obtained is 400 μl or less in volume. The method further includes analyzing at least an analytical portion of the sample obtained by the analyte detection system (324) operatively associated with the liquid processing system and measuring the concentration of at least one analyte. A corresponding system is also disclosed.
[Selection] Figure 7E
Description
本願明細書に開示する個別の実施の形態は、体液試料中の検体など、試料中の検体濃度を測定する方法及び装置、更にかかる測定を支援するために用いる方法及び装置に関する。 Individual embodiments disclosed herein relate to a method and apparatus for measuring the concentration of an analyte in a sample, such as an analyte in a body fluid sample, and to a method and apparatus used to support such measurements.
血液などの体液中のグルコースなどの特定の検体レベルを測定することは一般的に実施されている。これは病院又は臨床治療において、特定の検体レベルが所定の範囲を上回ると患者の健康を危うくするリスクがある場合に行われる。 It is common practice to measure specific analyte levels such as glucose in body fluids such as blood. This is done in hospitals or clinical treatments when there is a risk of compromising patient health if a particular specimen level exceeds a predetermined range.
現在知られている病院又は臨床治療において検体を監視するシステムは、さまざまな欠点が指摘されている。 Various deficiencies have been pointed out in currently known systems for monitoring specimens in hospitals or clinical treatments.
特定の実施の形態は、体液を採取する方法である。本方法は、1以上の液体経路を有する液体処理システムを準備するステップを含む。本方法は更に、液体処理システムを用いて、注入液を1以上の液体経路を介して体外の流体管に注入するステップを含む。本方法は更に、液体処理システムを用いて、1以上の液体経路を介して導管から、体液の試料を取得するステップを含む。こうして取得した試料は、体積で400μl以下である。本方法は更に、液体処理システムと動作可能に連動した検体検出システムを用いて、取得した試料の少なくとも分析部分を分析して、少なくとも一つの検体の濃度を測定するステップを含む。 A particular embodiment is a method of collecting body fluid. The method includes providing a liquid processing system having one or more liquid paths. The method further includes injecting the infusate into the extracorporeal fluid conduit via the one or more liquid pathways using the liquid processing system. The method further includes obtaining a sample of bodily fluid from the conduit via the one or more liquid pathways using the liquid processing system. The sample thus obtained has a volume of 400 μl or less. The method further includes analyzing at least an analytical portion of the acquired sample and measuring the concentration of at least one analyte using an analyte detection system operatively associated with the liquid processing system.
特定の実施の形態では、本方法は更に、取得した試料を第1の部分と、分析をせずに患者に戻す第2の部分に分離するステップを含む。一実施の形態では、第1の部分は体積で60μl以下である。他の実施の形態では、第1の部分は体積で40μl以下である。特定の実施の形態では、本方法は更に、第1の部分を複数の部分に分離するステップを含み、この複数の部分の一つが分析部分である。一実施の形態では、分析部分は体積で10μl以下である。 In certain embodiments, the method further includes separating the acquired sample into a first portion and a second portion that is returned to the patient without analysis. In one embodiment, the first portion is no greater than 60 μl by volume. In other embodiments, the first portion has a volume of 40 μl or less. In certain embodiments, the method further includes the step of separating the first portion into a plurality of portions, one of the plurality of portions being the analysis portion. In one embodiment, the analysis portion is no greater than 10 μl by volume.
特定の実施の形態は、患者の体液と連通(access)するように構成され、患者側端部を有する液体処理ネットワークとを備えた体液処理システムである。本体液処理システムは更に、液体処理ネットワークに連結したポンプシステムであって、該ポンプシステムは、注入液を液体処理ネットワークを介して患者に向かって注入するように動作する第1のモードと、患者から体液の試料を液体処理ネットワークに抜き出すように動作する第2のモードを有するポンプシステムを備える。本体液処理システムは更に、液体処理ネットワークと連通可能(accessible)で、抜き出した体液の試料の少なくとも一部の検体を測定するように構成された検体検出システムを備える。液体処理ネットワークは、液体処理システムの最大抽出状態に対応する最大抽出領域を有する。最大抽出領域は体積で400μl以下である。 A particular embodiment is a bodily fluid treatment system that includes a liquid treatment network configured to access a patient's bodily fluid and having a patient end. The main body liquid treatment system is further a pump system coupled to the liquid treatment network, the pump system operating in a first mode that operates to infuse the infusate toward the patient via the liquid treatment network; A pump system having a second mode that operates to withdraw a sample of bodily fluid from the fluid processing network. The main body fluid treatment system further comprises an analyte detection system that is accessible to the fluid treatment network and configured to measure at least a portion of the analyte of the extracted body fluid sample. The liquid processing network has a maximum extraction area corresponding to the maximum extraction state of the liquid processing system. The maximum extraction area is 400 μl or less in volume.
特定の実施の形態では、体液処理システムは更に、抜き出した試料を第1の部分と、分析をせずに患者に戻す第2の部分に分離する試料調合部を含む。一実施の形態では、第1の部分は、体積で60μl以下である。他の実施の形態では、第1の部分は、体積で40μl以下である。特定の実施の形態では、体液処理システムは更に、第1の部分を複数の部分に分離するように構成された試料調合部を備え、複数の部分の一つが分析部分を含む。一実施の形態では、分析部分が体積で10μl以下である。 In certain embodiments, the bodily fluid processing system further includes a sample preparation section that separates the extracted sample into a first portion and a second portion that is returned to the patient without analysis. In one embodiment, the first portion is no greater than 60 μl by volume. In other embodiments, the first portion is no greater than 40 μl by volume. In certain embodiments, the bodily fluid processing system further comprises a sample preparation portion configured to separate the first portion into a plurality of portions, one of the plurality of portions including an analysis portion. In one embodiment, the analysis portion is no greater than 10 μl by volume.
特定の実施の形態は、液体経路を備えた体液分析システムである。本液体分析システムは更に、液体経路と連通可能(accessible)で、試料の検体測定に関する情報を送出するように構成された分析器を備える。本液体分析システムは更に、分析器と連動するプロセッサを備える。本液体分析システムは更に、保存されたプログラム命令を備え、保存されたプログラム命令は、システムが、(a)注入液を液体経路の患者側端部の方向へ注入する工程と、(b)試料を体積で400μl以下、液体経路を介して患者側端部から分析器の方向へ抜き出す工程と、(c)抜き出した試料の少なくとも一部を分析して、少なくとも一つの検体の濃度を測定する工程と、を動作するように、プロセッサによって実行可能である。 A particular embodiment is a body fluid analysis system with a fluid pathway. The liquid analysis system further includes an analyzer that is accessible to the liquid path and configured to deliver information related to the analyte measurement of the sample. The liquid analysis system further includes a processor in conjunction with the analyzer. The liquid analysis system further comprises stored program instructions, the stored program instructions comprising: (a) injecting infusate toward the patient end of the liquid path; and (b) sample. Extracting 400 μl or less from the patient side end toward the analyzer through the liquid path, and (c) analyzing at least a part of the extracted sample and measuring the concentration of at least one specimen And can be executed by the processor to operate.
一実施の形態では、本体液分析システムは更に、抜き出した試料を第1の部分と、分析をせずに患者に戻す第2の部分に分離する試料調合部を含む。一実施の形態では、第1の部分は、体積で60μl以下である。他の実施の形態では、第1の部分は、体積で40μl以下である。特定の実施の形態では、本体液分析システムは更に、第1の部分を複数の部分に分離するように構成された試料調合部を備え、複数の部分の一つが分析部分を含むようになっている。一実施の形態では、分析部分が体積で10μl以下である。 In one embodiment, the body fluid analysis system further includes a sample preparation section that separates the extracted sample into a first portion and a second portion that is returned to the patient without analysis. In one embodiment, the first portion is no greater than 60 μl by volume. In other embodiments, the first portion is no greater than 40 μl by volume. In certain embodiments, the main body fluid analysis system further comprises a sample preparation portion configured to separate the first portion into a plurality of portions, one of the plurality of portions including the analysis portion. Yes. In one embodiment, the analysis portion is no greater than 10 μl by volume.
特定の実施の形態では、本液体処理モジュールをポンプシステムと検体検出システムを有する体液分析器とともに利用可能である。本液体処理モジュールは、患者側端部と患者側端部と離間した境界部部分と有し、ポンプシステムと係合し、患者から体液を取得するように構成された液体送出ネットワークを備える。本液体処理モジュールは更に、液体送出ネットワークと連通可能(accessible)で、検体検出システムと連動するように構成された試料分析セルとを備える。液体送出ネットワークは、ネットワークの最大抽出状態に対応する最大抽出領域を有する。最大抽出領域は体積で400μl以下である。 In certain embodiments, the liquid processing module can be used with a body fluid analyzer having a pump system and an analyte detection system. The liquid treatment module includes a liquid delivery network having a patient end and a boundary portion spaced from the patient end and engaged with the pump system and configured to obtain body fluid from the patient. The liquid processing module further includes a sample analysis cell that is accessible to the liquid delivery network and configured to interface with the analyte detection system. The liquid delivery network has a maximum extraction area corresponding to the maximum extraction state of the network. The maximum extraction area is 400 μl or less in volume.
特定の実施の形態では、液体処理モジュールは更に、患者から取得した体液を第1の部分と、分析をせずに患者に戻す第2の部分に分離する試料調合部を備える。一実施の形態では、第1の部分は、体積で60μl以下である。他の実施の形態では、第1の部分は、体積で40μl以下である。特定の実施の形態では、本液体処理モジュールは更に、第1の部分を複数の部分に分離するように構成された試料調合部を備え、複数の部分の一つが分析部分を含む。一実施の形態では、分析部分が体積で10μl以下である。 In certain embodiments, the liquid processing module further comprises a sample preparation unit that separates bodily fluid obtained from the patient into a first part and a second part that is returned to the patient without analysis. In one embodiment, the first portion is no greater than 60 μl by volume. In other embodiments, the first portion is no greater than 40 μl by volume. In certain embodiments, the liquid processing module further comprises a sample preparation portion configured to separate the first portion into a plurality of portions, one of the plurality of portions including an analysis portion. In one embodiment, the analysis portion is no greater than 10 μl by volume.
ここに本発明の目的及び長所を記載する。かかる目的及び長所を必ずしも個別の実施の形態で全て実現していない場合もありうることは理解されたい。このため、例えば、当業者には、本発明を実施又は実行する際に、ここに教示する長所又は長所群の一つを達成、又は最適化するようにして、ここに教示又は示唆する他の目的又は長所を必ずしも達成しない場合があってもよいことは明らかである。 The objects and advantages of the present invention are described here. It should be understood that not all such objects and advantages may be realized in separate embodiments. Thus, for example, those skilled in the art will recognize other advantages or teachings herein to achieve or optimize one or more of the advantages or advantages taught herein when implementing or implementing the present invention. Obviously, an objective or advantage may not necessarily be achieved.
以上、特定の実施の形態の要約を説明した。しかし、特定の実施の形態について説明したが、本発明は(要約ではなく)添付の特許請求の範囲のみによって定義される。当業者には要約した実施の形態及びその他の実施の形態は、好ましい実施の形態を用いて以下、図面を参照して説明する発明の詳細な記述によって容易に明らかになる。但し、本発明はここに開示する個別の実施の形態に限定するものではない。 The summary of the specific embodiment has been described above. However, while specific embodiments have been described, the invention is defined solely by the appended claims (not the abstract). Summary embodiments and other embodiments will be readily apparent to those skilled in the art from the detailed description of the invention that follows, using preferred embodiments and with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the individual embodiments disclosed herein.
構成要素、態様又は特徴を示すため、図面内に参照記号を付しているが、同様の構成要素、態様又は特徴については複数の図面に共通の参照記号を用いている。 In order to show a component, an aspect, or a feature, the reference symbol is attached | subjected in drawing, However, The common reference symbol is used in several drawing about the same component, aspect, or feature.
以下、好ましい実施の形態及び例について個別に説明するが、本発明の内容は、具体的に開示する実施の形態を超えてその他の代替の実施の形態及び/又は本発明の使用へ発展し、明らかな修正態様及び同等物に及ぶことが当業者には理解される。したがって、本明細書に開示する本発明の範囲は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものでない。例えば、本明細書に開示する方法又は工程において、方法/工程を構成する行為又は動作は、適当な如何なる手順によって実行してもよく、本明細書に開示されるものに限定する必要はない。各種の実施の形態と従来技術を比較するため、これらの実施の形態の特定の態様及び長所を本明細書中の適当な箇所で説明する。当然のことながら、かかる態様又は長所の全てが、何れの実施の形態からも達成可能とは限らないことは理解されるであろう。例えば、各種の実施の形態は、本明細書で教示する特定長所又は長所群を達成又は最適化するように実施できても、本明細書で教示するその他の態様又は長所を達成するとは限らないことを理解されたい。本明細書で説明するシステム及び方法は、侵襲的手法に用いることができるが、これらのシステム及び方法は、非侵襲的手法又はその他の適当な技術、或いは病院、診療所、ICU又は住宅でも用いることができる。
実施の形態の液体処理システムの概要
Hereinafter, preferred embodiments and examples will be individually described, but the content of the present invention extends beyond the specifically disclosed embodiments to other alternative embodiments and / or uses of the present invention. Those skilled in the art will appreciate that obvious modifications and equivalents are covered. Therefore, the scope of the present invention disclosed in this specification is not limited by the embodiments described below. For example, in the methods or steps disclosed herein, the acts or actions making up the methods / steps may be performed by any suitable procedure and need not be limited to those disclosed herein. In order to compare the various embodiments with the prior art, certain aspects and advantages of these embodiments are described in appropriate places in the specification. Of course, it will be understood that not all such aspects or advantages may be achieved from any embodiment. For example, various embodiments may be implemented to achieve or optimize a particular advantage or group of advantages taught herein, but may not achieve the other aspects or advantages taught herein. Please understand that. Although the systems and methods described herein can be used in invasive procedures, these systems and methods are also used in non-invasive procedures or other suitable techniques, or hospitals, clinics, ICUs, or homes. be able to.
Outline of liquid processing system of embodiment
液体処理システム及び様々な種類の試料流体分析方法について開示する。図1を参照して、患者Pから採取した全血などの試料流体中の1以上の物質の濃度を測定できる、ある実施の形態の液体処理システム10について説明する。液体処理システム10はまた、注入液(infusion fluid)14を患者に注入できるようになっている。
Disclosed are liquid processing systems and various types of sample fluid analysis methods. With reference to FIG. 1, an embodiment of a
図示された液体処理システム10は患者のベッド側に配置され、一般的に、注入液14を保持する容器15と、容器15及び患Pと連通した者採取システム100とを備える。いくつかの実施の形態において、液体処理システム10は、ある量の体液を含有した体外流体管と連通してもよい。管13は、容器15から採取システム100へ延在する。管12は、採取システム100から患者Pへ延在する。いくつかの実施の形態では、図示された管12の代わりに、カテーテル、PV管又はIVネットワーク(network)など適当な体外流体管を、図示の接合部110などのコネクタを用いて採取システム100に接続できる。体外流体管は、患者Pに取り付ける必要はなく、例えば、体外流体管を対象とする体液(例えば血液)又の容器と連通してもよく、或いは単独で、対象とする体液の容器であってもよい。いくつかの実施の形態では、液体処理システム10を構成する1以上の構成要素を、他の施設、部屋、又は適当な遠隔の場所に配置できる。液体処理システム10を構成する1以上の構成要素は、液体処理システム10を構成するその他の1以上の構成要素(又は機器)と、光インタフェース、電気的インタフェース、及び無線インタフェースを含むが、これに限定されない、適当な通信手段によって通信できる。これらのインタフェースは、ローカルネットワーク、インターネット、無線ネットワーク、又はその他の適当なネットワークで構成できる。
The illustrated
注入液14は、水、食塩水、デキストロース、乳酸化リンゲル液、薬物、インシュリン、又はそれらの混合物、或いはその他の適当な物質を含んでもよい。図示の採取システム100は、注入液を患者Pに注入する、及び/又は注入液を分析に用いることができ、いくつかの実施の形態では、体液処理システム10は、注入液を用いなくてもよい。こうして、体液処理システム10は、患者Pに液体を投与ることなく、試料を抜き出してもよい。
採取システム100は、管13及び管12と接合部110、120を介して脱着可能に、或いは恒常的に接合できる。患者との接合部110は、図1Bに示すように、患者接合部経路112と採取経路113を含む管束130を流れる液体の流れを選択的に制御できる。採取システム100はまた、患者Pから1以上の試料を適当な手段を用いて抜き出すことができる。採取システム100は、試料に対して1以上の分析を行い、その後試料を患者に戻す、或いは廃棄容器に廃棄できる。いくつかの実施の形態では、採取システム100は、必要に応じて取り外し、交換可能なモジュラーユニットである。採取システム100は、液体処理及び分析装置、接合部、経路、カテーテル、チュービング、液体制御部、バルブ、ポンプ、液体センサ、圧力センサ、温度センサ、ヘマトクリットセンサ、ヘモグロビンセンサ、比色センサ及びガス(又は「バブル」)センサ、流体調節部、ガス注入器、ガスフィルタ、血漿分離器、及び/又は、採取システム100内、又は採取システム100とネットワークの間で情報の伝達を行う通信機(例えば、無線通信器)を備えることができる。図示の採取システム100は、患者接合部110と、患者Pから採取された試料を分析する液体処理及び分析装置140を備える。液体処理及び分析装置140及び患者接合部110は共同して、患者Pへの注入液及び/又は患者Pから抜き出される試料の流れを制御する。試料は、採取した後、他の適当な方法で転送することもできる。
The
図1Aは、一部の内部部品を説明するための部分破断図を含む液体処理及び分析装置140の拡大図である。液体処理及び分析装置140は、好ましくは、容器15から患者Pへの液体の流れ、及び/又は患者Pから採取した液体の流れを制御するポンプ203を備える。ポンプ203は、液体の流れの流速、方向、及び必要に応じてその他の流量パラメータを選択的に制御できる。本明細書において「ポンプ」という用語は広義であり、圧力/加圧装置、真空装置、或いは流体の流れを発生させるその他の如何なる適当な手段を意味するが、これに限定されるものではない。ポンプ203は、これに限定されないが、可逆的蠕動ポンプ、バルブと共同して二方向に流れを発生させる二方向ポンプ、一方向ポンプ、可変ポンプ、シリンジ、膜ポンプ、ローラポンプ、又はその他の適当な加圧ポンプを含むことができる。
FIG. 1A is an enlarged view of a liquid processing and
図示の液体処理及び分析装置140は、表示部141と入力部143を備える。図示の液体処理及び分析装置140は、取り入れた液体試料を分析するように構成された採取部200を備えることができる。採取部200は、試料を受け取り、試料を調合し、及び/又は(調合済み又は未調合の)試料に1以上の試験を受けさせることができる。次に採取部200は、試料を受け取り、試験の結果を分析できる。採取部200は、これに限定されないが、分離器、フィルタ、遠心分離器、遠心分離器、試料要素、及び/又は以下に詳細に説明する検出システムを備えることができる。採取部200(図3)は、体液試料内の1以上の検体濃度を検出する検体検出システムを備えることができる。いくつかの実施の形態では、採取部200は、分析用に試料を調合できる。液体処理及び分析装置140が患者Pから採取した全血内の血漿の分析を行う場合、フィルタ、分離器、遠心分離器又はその他の種類の試料調合器を用いて、血漿を血液中のその他の成分から分離できる。分離工程の後、採取部200は、血漿を分析して、例えば、患者Pのグルコースレベルを測定できる。採取部200は、試料の分析を行うために分光方法、比色方法、電気化学的方法、又はその他の適当な方法を用いることができる。
The illustrated liquid processing and
再び図1及び図1Aを参照して説明を続ける。容器15内の液体14は管13を介して液体源経路111に流れる。液体は更に、経路111を介してポンプ203に流れ、ポンプ203は液体を加圧する。すると液体14は、ポンプ203から患者接合部経路112を介してカテーテル11から患者P内に流入する。患者Pの体液(例えば、全血、血漿、間質液、胆汁、汗、排出物等)を分析するため、液体処理及び分析装置140は、患者Pから試料をカテーテル11を介して患者接合部110へ抽出する。患者接合部110は、液体試料を採取部200へ続く採取経路113へ導く。採取部200は、試料に対して1以上の分析を行うことができる。液体処理及び分析装置140は、採取部200から得られた結果を表示部141上で出力できる。
The description will be continued with reference to FIGS. 1 and 1A again. The liquid 14 in the
いくつかの実施の形態では、液体処理システム10は、患者Pから体液試料を抽出して分析を行い、リアルタイム又はほぼリアルタイムでグルコースレベルを測定できる。体液試料は、患者Pから継続的に、一定の間隔(例えば、5、10、15、20、30、60分)、又は不規則な間隔、或いは、任意の時間又は手順で所望の測定のために抽出できる。これらの測定値は患者のベッド側で表示部141によって快適に表示できる。
In some embodiments, the
図示の液体処理システム10は、スタンド16に取り付け、病院、ICU、住宅、診療所などで使用できるようになっている。いくつかの実施の形態では、液体処理システム10は、外来患者用に搬送可能又は携帯可能である。外来用液体処理システム10を患者に繋げることを可能とするため(例えば、紐で結ぶ、付着させる等)、図1に示す臨床用液体処理システム10よりも小型でもよい。いくつかの実施の形態では、液体処理システム10は、継続的なモニタリングのために使用できるように、皮下に埋め込む大きさの埋め込み用システムとなっている。いくつかの実施の形態では、液体処理システム10を更に小型化して、液体処理システム全体を埋め込めるようにしている。他の実施の形態では、液体処理システム10の一部のみを埋め込める大きさにしている。
The illustrated
いくつかの実施の形態では、液体処理システム10は、使い捨ての液体処理システム、及び/又は1以上の使い捨て部を有する。本明細書において、システム又は、カセット又は試料要素などの構成要素(又は構成要素の組み合わせ)に適用する「使い捨て」とは、広義であり、対象とする構成要素が、有限の回数使用した後に廃棄されることを意味するが、これに限定されることはない。一部の使い捨て構成要素は、1回使用したら廃棄する。他の使い捨て構成要素は、2回以上使用した後に廃棄する。例えば、液体処理及び分析装置140は、以下に説明するように、中央計器部と、中央計器部に取り付けた使い捨てカセットを備えてもよい。使い捨てカセットは、所定の時間使用して所定の量の試料流体に分析などを行えるようになっている。いくつかの実施の形態では、カセットを使用して複数の試料を調合し、中央計器部で続けて分析できるようになっている。所望の数のカセットを備えた再利用可能な中央計器部を使用する。付加的に、或いは代替に、輸送に都合のよいように、カセットを携帯可能、又は手持ちのカセットとできる。これらの実施の形態では、カセットは、中央計器部に手作業で取り付ける、又は取り外せる。いくつかの実施の形態では、カセットを、以下に説明するように、中央計器部に恒久的に取り付ける、使い捨てでないカセットとしてもよい。
In some embodiments, the
本明細書では、複数の実施の形態の液体処理システム、採取システム、液体処理及び分析装置、検体システム及びそれらの使用方法について説明する。第I部では、患者から抽出した液体を分析のために輸送する際に使用可能な様々な実施の形態の液体処理システムを開示する。以下の第II部では、第I部の装置と共に使用できる様々な実施の形態の液体処理方法を開示する。以下の第III部では、第I部の装置又は第II部の方法と共に使用可能な様々な実施の形態の採取システムを開示する。以下の第IV部では、材料試料中の1以上の検体濃度を検出するために使用できる様々な実施の形態の試料分析システムを開示する。以下の第V部では、試料スペクトルから検体濃度を測定する方法を開示する。
第I部 液体処理システム
In the present specification, a liquid processing system, a collection system, a liquid processing and analysis apparatus, a specimen system, and methods of using them according to a plurality of embodiments will be described. Part I discloses various embodiments of liquid processing systems that can be used in transporting liquid extracted from a patient for analysis. In Part II below, various embodiments of liquid treatment methods that can be used with the Part I apparatus are disclosed. In Part III below, various embodiments of the collection system that can be used with the Part I apparatus or Part II method are disclosed. Part IV below discloses various embodiments of sample analysis systems that can be used to detect one or more analyte concentrations in a material sample. Part V below discloses a method for measuring analyte concentration from a sample spectrum.
Part I Liquid treatment system
図1は、スタンド16によって支持され、内部に液体を充填可能な容器15と、カテーテル11と、採取システム100を備えた液体処理システム10の概略図である。液体処理システム10は、容器、採取システム、カテーテルの間を繋ぐ導管を形成する1以上の経路20を備えている。一般的に、採取システム100は、液体14などの液体を受けるようになっており、これに限定されることはないが、患者Pに挿入するカテーテル11を用いて患者と繋がっている。液体14は、これに限定されることはないが、食塩水、乳酸化リンゲル液、又は水などの患者に注入するための液体である。採取システムは、患者と繋がると、この液体を患者に注入できるようになっている。更に、採取システム100は、血液などの試料を患者からカテーテル11及び経路20を介して抽出し、抽出した試料の少なくとも一部を分析できるようになっている。採取システムは抽出した試料の、これに限定されないが、血漿グルコース、血中尿素窒素(BUN)、ヘマトクリット、ヘモグロビン又は乳酸のレベル等の1以上の性質を測定する。必要な場合、採取システム100は、これ以外の装置又はセンサを備え、これに限定されないが、患者の血圧、採取システム内の圧力変動、試料抽出速度など、これ以外の患者又は装置に関する、情報を測定する。
FIG. 1 is a schematic view of a
より具体的には、図1に示すように、採取システム100は、患者接合部110、液体処理及び分析装置140、及び接合部120を備える。採取システム100は、経路、液体制御及び測定器、分析器を組み合わせており、試料を導いて液体を分析するようになっている。採取システム100の経路20は、接合部120から液体処理及び分析装置140迄の液体源経路111と、液体処理及び分析装置140から患者接合部110迄の患者接合部経路112と、患者接合部110から液体処理及び分析装置140迄の採取経路113を含む。本システムの説明を容易にするため、経路20を1以上の経路、例えば経路111、112、113を含むように示しているが、経路は、これに限定されないが、ポンプ、バルブ、マニホルド、及び分析用機器などの、1以上の個別の構成要素、及びその他の多くの介在する構成要素を含んでもよいことを理解されたい。
More specifically, as shown in FIG. 1, the
本明細書では、「経路」とは広義であり、その通常の意味で用い、これに限定されないが、明示的に示されない限り、液体又はガスなどの流体が通過できる導管として機能する部材の開口部を含む。経路は、これに限定されないが、可撓性、不可撓性、又は部分的に可撓性の管、開口部を有する積層構造体、部材を貫通する孔、及びその他の導管として機能しうる如何なる構造体、又はその組み合わせを含む。液体を患者に与える、又は血液を輸送するための経路の内面は、好ましくは、これに限定されないが、シリコン、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)又はポリエチレン(PE)を含む生体適合性材料で形成する。一つの種類の好ましい経路は、流体接触面を生体適合性材料で形成した可撓性の管である。本明細書において経路は、接合した際に経路を形成する、個別の部分も含む。 As used herein, “path” is broadly defined and is used in its ordinary sense and is not limited thereto, but unless explicitly indicated, an opening in a member that functions as a conduit through which a fluid, such as a liquid or gas, can pass. Part. The pathway can be, but is not limited to, any flexible, inflexible, or partially flexible tube, laminated structure with openings, holes through the member, and other conduits. Includes structures or combinations thereof. The inner surface of the pathway for delivering fluid to the patient or transporting blood is preferably formed of a biocompatible material including, but not limited to, silicon, polyetheretherketone (PEEK) or polyethylene (PE). . One type of preferred path is a flexible tube with a fluid contact surface formed of a biocompatible material. As used herein, a path also includes individual portions that form the path when joined.
経路内面は、導管固有の特性を強化するため、血液凝固に影響を与える皮膜や、流れによって生じる摩擦を減少する皮膜など、様々な種類の皮膜を有してもよい。皮膜は、これに限定されないが、分子処理物又はイオン処理物を含んでもよい。 The inner surface of the passage may have various types of coatings, such as coatings that affect blood coagulation and coatings that reduce friction caused by flow to enhance the inherent properties of the conduit. The film may include, but is not limited to, a molecular processed product or an ion processed product.
本明細書において、「接合した」とは広義であり、その通常の意味で用い、これに限定されないが、明示的に示されない限り、2つ以上の物(例えば部品、装置、患者など)について、直接的、(例えば、介在物を介して)間接的、連続的、選択的、又は断続的に物理的に接触した、又は付着した状態、及び/又は直接的、間接的、連続的、(例えば、1以上の介在するバルブ、液体処理部、スイッチ、負荷などを用いて)選択的、又は断続的に流体連通した状態、電気又は光信号による通信状態を含む。流体連通した状態とは、2以上の対象とするものの間を連続的に、又は接触して延在する流体カラム(column)又は液体カラムが存在するかないかに関わらず、存在すると考える。様々な種類の接合部が、本明細書に記載の液体処理システムの構成要素を接続できる。本明細書において、「接合部」とは広義であり、その通常の意味で用い、これに限定されないが、明示的に示されない限り、経路又は電気配線を接続して、(直接的、間接的、連続的、選択的または断続的であるかないかに関わらず)接合部の何れかの側を接合又は連通させる機器を意味する。本明細書において接合部は、流体が通過できる開口部を接続する機器も含む。これらの接合部は、介在するバルブ、スイッチ、液体処理機器など、流量に影響を与えるものも含んでもよい。いくつかの実施の形態では、接合部はまた、上述の複数の実施の形態で説明したように、測定器、制御器及び液体調合器などの機器を収容してもよい。 In this specification, the term “joined” is used in its broad sense and is used in its ordinary sense, but is not limited thereto, but two or more things (eg, parts, devices, patients, etc.) unless explicitly indicated. Direct, indirect (eg, via inclusions), continuous, selective, or intermittently in physical contact or attachment, and / or direct, indirect, continuous, ( For example, including a state of selective or intermittent fluid communication (using one or more intervening valves, liquid processing units, switches, loads, etc.), a communication state by electrical or optical signals. A fluid communication state is considered to exist whether or not there is a fluid column or liquid column extending continuously or in contact between two or more objects of interest. Various types of joints can connect the components of the liquid processing system described herein. In this specification, the term “junction” has a broad meaning and is used in its ordinary sense, and is not limited to this. Means a device that joins or communicates on either side of the joint (whether continuous, selective or intermittent). In this specification, the junction includes an apparatus that connects an opening through which fluid can pass. These joints may include those that affect the flow rate, such as intervening valves, switches, and liquid processing equipment. In some embodiments, the junction may also contain equipment such as a meter, controller, and liquid dispenser, as described in the above embodiments.
液体処理及び分析装置140は、既に説明したように、経路20を流れる流体の流れを制御して、患者から抽出した試料の分析を行う。液体処理及び分析装置140は、表示部141とボタン143などの入力部を備える。表示部141は、液体処理及び分析装置140が実行する動作又は分析結果に関する情報を提供する。一実施の形態では、表示部141は、情報を液体処理及び分析装置140に入力するために使用するボタン143の機能を表示する。液体処理及び分析装置140に入力される情報又は液体処理及び分析装置140によって得られる情報は、これに限定されないが、必要とする注入比、用量比、採取比、又は、これに限定されないが、患者識別番号、又は医療情報などの患者固有の情報を含む。他の代替の実施の形態では、液体処理及び分析装置140は、患者Pに関する情報を、例えば、これに限定されないが、病状、投与中の薬剤、臨床検査時の血液に関する報告書、性別、体重を含む、患者固有の情報を有する病院通信ネットワークなどの通信ネットワークを介して取得する。本発明の範囲を限定するものではないが、液体処理システム10の用途の一例として、図1にカテーテル11を患者Pに接合した場合を示す。
As described above, the liquid processing and
以下に説明するように、液体処理システム10は、患者の静脈又は動脈にカテーテルを挿入してもよい。採取システム100は、容器15及びカテーテル11と取り外し可能に接合する。このため、例えば、図1に示すように、容器15は、容器への又は容器からの液体の経路を形成する管13を有し、カテーテル11は、患者外部の管12を有するカテーテルを有している。接合部120は、管13と経路111を接合するようになっている。患者接合部110は、管12と連結し、経路112と経路113とを接合するようになっている。
As described below, the
患者接合部110はまた、経路112と経路113を流れる流れを制御、導く、処理する、或いは影響を与える1以上の機器を有してもよい。いくつかの実施の形態では、患者接合部110と液体処理及び分析装置140との間の信号をやりとりする1以上の回線1114を備える。回線114は、電気的な回線、光通信回線、無線通信回線、又はその他の通信手段でもよい。図1に示すように、採取システム100は、経路112、経路113、及び回線114を含んでもよい。装置140と患者接合部110との間の経路及び電気的な回線を、これに限定されないが、管束130と呼ぶものとする。
各種の実施の形態において、液体処理及び分析装置140及び/又は患者接合部110は、他の構成要素(図1に示されてない)を含み、これに限定されないが、例えば、バルブ、ポンプなどの液体制御部、圧力センサ、温度センサ、ヘマトクリットセンサ、ヘモグロビンセンサ、比色センサ、ガス(又は「バブル」)センサを含む液体センサ、ガス注入器、ガスフィルタ、及び血漿分離器を含む流体調節部、採取システム内又は採取システム100と無線ネットワークとの間で情報の伝達を行う無線通信部など、図1に示した以外の構成要素を含む。
In various embodiments, the liquid processing and
一実施の形態において、患者接合部110は、血液が液体液14に流入したことを検知する機器を備え、採取した試料が経路113を通って抽出されたことを知らせるようになっている。患者接合部110にこのような機器を設けることによって、試料を分析する液体処理システム10が管12の実際の長さの影響を受けずに動作できるようになる。したがって、管束130は、患者接合部110と液体処理及び分析装置140の間で、空気を含む流体を運ぶ、または情報通信を行うための、これに限定されることはないが、例えば1以上のその他の経路及び/又は配線を含む、構成要素を含んでもよい。
In one embodiment, the
一実施の形態の採取システム100では、管束130の経路及び回線は、患者接合部110を患者Pの近傍に配置できるように十分に長く、例えば、管12の長さは0.1〜0.5メートル、好ましくは約0.15メートルで、液体処理及び分析装置140は、都合のよい距離、例えば、スタンド16の近傍に配置するようになっている。このため、例えば、管束130は0.3〜3メートル、より好ましくは1.5〜2.0メートルの長さとなる。必須ではないが、患者接合部110及び接合部120が、管12、13をそれぞれ取り付けられるように、脱着可能な接合部を有することが好ましい。一実施の形態では、容器15/管13及びカテーテル11/管12は、スタンドと医療用部品であり、採取システム100は、容器及びカテーテルを液体処理システム10に容易に取り付け及び液体処理システム10から取り外しできるようになっている。
In one embodiment of the
他の実施の形態の採取システム100では、管12、13と経路111、112の実質的な部分はほぼ同一の内部断面積を有する。必須ではないが、経路113の内部断面積は経路111、112の内部断面積よりも小さいことが好ましい(図1Bを参照)。以下に説明するように、この面積の差によって、液体処理システム10は患者接合部110から少量の血液の試料を液体処理及び分析装置140へ搬送できる。
In other embodiments of the
例えば、一実施の形態では、経路111、112は、内径が0.3ミリから1.50ミリ、より好ましくは0.60ミリから1.2ミリの管で形成される。経路113は、内径が0.3ミリから1.50ミリ、より好ましくは0.60ミリから1.2ミリの管で形成される。
For example, in one embodiment, the
図1に患者と液体源を接合する採取システム100を示したが、本開示の範囲は本実施の形態に限定されるものではない。代替の実施の形態は、これに限定されないが、より多くの数の、或いはより少ない数の接合部又は経路を備えてもよく、接合部は、液体処理システム10内の異なる位置、代替の流体経路に配置してもよい。例えば、経路111、112は、1つの管で形成してもよく、或いは、例えば、採取システム100内の他の管への分岐部を含む2つ以上の連結した管でもよく、及び/又は患者に注入する、或いは患者から試料を抽出する分岐部を有してもよい。更に、患者接合部110及び接合部120及び採取システム100は、以下に説明するように流体の流れを制御するポンプ及び/又はバルブを備える。
Although the
図1A及び図2は、患者Pから採取した血液を分析するように構成された採取システム100を示す図である。図1に示した実施の形態の採取システムとほぼ同様であるが、相違点について以下詳細に説明する。図1と図2の実施の形態と同様の構成には同様の図番を付して説明する。図1及び図2に、採取要素部220と接合部230、経路111、113の部分、回線114を備えた患者接合部110、及びポンプ、203、採取部200、制御部210を備えた液体処理及び分析装置140を示す。ポンプ203、採取部200及び制御部は、液体処理及び分析装置140のハウジング209内に収納されている。経路111は、接合部120からハウジング209を介してポンプ203へ延在している。管束130は、ポンプ203、採取部200及び制御部210から患者接合部110へ延在している。
1A and 2 are diagrams illustrating a
図1A及び図2に示すように、経路111は、接合部120とポンプ203を流体連通し、経路113は、ポンプ203と接合部110を流体連通する。制御部210は、ポンプ203、採取部200、採取要素部220と回線114を介して通信する。制御部210は、メモリ212にアクセスでき、必要に応じて、これに限定されないが、DVD又はCD−ROM読取部を含む媒体読取部214、及び、これに限定されないが、専用回線、イントラネット又はインターネット接続を含む、有線又は無線通信ネットワークを有する通信リンク216へアクセスできる。
As shown in FIGS. 1A and 2, the
以下に説明するように、いくつかの実施の形態では、採取部200は、1以上の経路、ポンプ、及び/又はバルブを含んでもよく、採取要素部220は、経路、センサ、バルブ、及び/又は試料検出器を備えてもよい。制御部210は、採取要素部220内のセンサ及び機器から、採取部200内のセンサ及び分析機器から情報を収集し、調整信号を送出し、ポンプ203及び、存在する場合は、採取要素部220内のポンプとバルブを制御する。
As described below, in some embodiments, the
液体処理及び分析装置140はポンプを、順方向(患者の方向)及び反対方向(患者から離れる方向)に駆動する機能を有する。このため、例えば、ポンプ203が液体14を患者Pへ導く、或いは患者Pから血液試料などの試料をカテーテル11から採取要素部220へ汲み出し、そこから更に分析のために経路113を介して採取部200へ導くこともできる。好ましくは、ポンプ203は、少なくとも、患者の結果を開いた状態に保てる程度の順方向の流速を発生し、一実施の形態では、順方向の流速が1〜5ml/時である。いくつかの実施の形態では、液体の流速が約0.05ml/時、0.1ml/時、0.2ml/時、0.4ml/時、0.6ml/時、0.8ml/時、1.0ml/時、及びこれらの流速を含む範囲であり、いくつかの実施の形態では、例えば、液体の流速は、約1.0ml/時を下回ってもよい。特定の実施の形態では、液体の流速は、約0.1ml/時を下回ってもよい。反対方向に動作時は、液体処理及び分析装置140はポンプを、患者から試料を採取要素部220へ汲み出して、経路113を通って流れるように駆動する機能を有する。一実施の形態では、ポンプ203は、血液を採取要素部220へ逆流させる、好ましくは、採取部を超えて十分な距離迄血液を逆流させて、採取部が確実に未希釈の血液試料を含有するようにしている。一実施の形態では、経路113の内径は、25〜200ミクロン、より好ましくは50〜100ミクロンである。採取部200は、少量の試料、例えば、10から100マイクロリットルの血液、より好ましくは40マイクロリットルの量の血液を採取要素部220から汲み出す。
The liquid processing and
一実施の形態では、ポンプ203は、経路111の可撓性部分に働く、方向を制御可能なポンプである。方向を制御可能なポンプの例として、これに限定されないが、可逆的蠕動ポンプ又は、バルブと連動して動作して、二方向の流れを発生する2つの一方向ポンプが含まれる。代替の実施の形態では、ポンプ203は、これに限定されないが、シリンジ、及び/又はバルブなどの可変ポンプを含む、経路111中の2方向の流れを制御するポンプの組み合わせも含む。
In one embodiment, pump 203 is a directionally controllable pump that acts on the flexible portion of
制御部210は、液体処理システム10の動作を制御し、液体処理及び分析装置140からの試料測定値を分析する1以上のプロセッサを備える。制御部210はまた、ボタン143からの入力を受け付けて、表示部141に情報を出力する。必要に応じて、制御部210は有線又は無線通信システム、例えば、患者の情報について病院ネットワークと双方向に通信する。制御部210を備える1以上のプロセッサは、液体処理及び分析装置140内又は装置とネットワーク接続した1以上のプロセッサを含んでもよい。
The
制御部210による液体処理システム10の制御は、これに限定されないが、患者に注入する流量、試料の採取、調合及び分析の制御を含んでもよい。液体処理及び分析装置140によって得られる測定値の分析は、これに限定されないが、患者固有の情報に関するデータベースより得た情報から、或いは液体処理及び分析装置140による測定値の分析のために制御部210へネットワークを介して提供された情報から入力された患者固有の情報に基づく試料の分析を含んでもよい。
Control of the
液体処理システム10によって患者に注入する手順、及び患者の血液を採取する手順は以下の通りである。液体処理システム10は液体14を含有したバッグ15及び患者Pと接続しており、制御部210はポンプ203を作動して、液体を患者に導いて注入する。これによって、例えば、一実施の形態では、制御部はポンプ203を作動して、患者から試料を吸い込み、抽出するように動作する。一実施の形態では、ポンプ203は、採取要素部220に送るために十分な所定量の試料を吸い込む。他の実施の形態では、ポンプ203は、採取要素部220内の装置が、試料が患者接合部110に到達したことを示すまで試料を吸い込む。本発明の範囲の限定を意図しない一例として、この表示は、試料の色変化を検出するセンサによって行われる。他の例では、これに限定されないが、液体14の量の減少、時間の経過に伴う液体の量の変化、ヘモグロビン量の測定値、或いは、経路内で流体から血液へ変化する兆候を含む、経路111内の物質の変化を表示する装置を用いる。
The procedure for injecting the patient by the
試料が採取要素部220に到達すると、制御部210は動作信号を、採取システム100内のバルブ及び/又はポンプ(図示されてない)に送り、試料を採取要素部220から採取部200へ汲み入れる。試料が採取部200に汲み入れられた後、制御部210は信号をポンプ203へ送り、患者への注入を再開させる。一実施の形態では、制御部210は信号をポンプ203へ送り、試料を採取要素部220から汲み出している間、患者への注入を繰り返す。代替の実施の形態では、制御部210は信号をポンプ203へ送り、試料を採取要素部220から汲み出している間、患者への注入を停止する。他の代替の実施の形態では、制御部210は信号をポンプ203へ送り、試料を採取要素部220から汲み出している間、患者から血液を汲み出す速度を遅くする。
When the sample reaches the
他の代替の実施の形態では、制御部210は、逆方向にポンプが作動している間、経路又はカテーテルを挿入した血管内の閉塞の兆候を監視し、ポンプ流量及び/又はポンプ203の方向を調節する。例えば、ポンプ作動中の経路の閉塞又は屈曲、或いはカテーテルを挿入した血管の異常により流れに閉塞が発生すると、閉塞していない状態よりも流れの圧力が低下する。一実施の形態では、採取要素部220内の、又は経路20に沿った圧力センサを用いて閉塞を監視する。ポンプが作動中に圧力が低下し始める、又は圧力値が所定の値を下回ると、制御部210はポンプ203を制御して、ポンプを逆回転させる、ポンプを停止する、或いはポンプが再び閉塞のない状態で作動するように、準方向にポンプを作動させる。
In another alternative embodiment, the
図3は、採取システム300の詳細を示す概略図である。図1及び図2に図示した実施の形態の採取システム100とほぼ同様であるが、相違点について以下詳細に説明する。採取システム300は、経路112に沿って、管12を接合する接合部230、圧力センサ317、比色センサ311、第1バブルセンサ314a、第1バルブ312、第2バルブ313、第2バブルセンサ314bを備える。経路113は、第1バルブ312と第2バルブ313の間に位置する接合点318において経路111と「T」字形を形成し、ガス注入マニホルド315と第3バルブ316を備える。回線114は、比色センサ311、第1、第2、及び第3バルブ(312、313、316)、第1及び第2バブルセンサ(314a、314b)、ガス注入マニホルド315、圧力センサ317の間を延在する制御及び/又は信号回線を有する。採取システム300はまた、バブルセンサ321、試料分析器330、第1バルブ323a、廃棄物容器325、第2バルブ323b、ポンプ328を有する採取部200を備える。経路113は「T」字形を形成し、廃棄経路324とポンプ経路327に分岐している。
FIG. 3 is a schematic diagram showing details of the
必須ではないが、採取システム100のセンサは、試料が通る可能性のある経路を収容し、該経路の壁を介して検出するようになっていることが好ましい。以下に説明するように、この構成によって、経路を使い捨てとしながら、センサを再利用できる。また、必須ではないが、経路は平滑であり、血液の破損や、血液の潤滑な流れを妨げる原因となるような急な立体的な変化のないことが好ましい。更に、患者から分析器へ血液を運ぶ経路は、流体を滞留させ、血液が経路を流れにくくするような間隙や寸法の変化などのないことが好ましい。
Although not essential, the sensor of the
一実施の形態では、バルブ312、313、316、323が位置するそれぞれの経路は可撓性の管であり、バルブ312、313、316、323は、1以上の可動面が管を圧縮して管を貫流する流れを制限または停止させる「ピンチバルブ」である。一実施の形態では、ピンチバルブは、作動して、可撓性の経路を「挟み」、流れを停止する1以上の移動面を有する。一実施の形態では、ピンチバルブの例として、例えば、Model PV256 Low Power Pinch Valve (Instech Laboratories, Inc., Plymouth Meeting, PA)が挙げられる。或いは、1以上のバルブ312、313、316、323は、それぞれの経路を貫流する流れを制御できるのであればその他のバルブであってもよい。
In one embodiment, each path in which the
比色センサ311は、経路111の一部を収容する、或いは形成し、経路内に血液が存在するか否かを示すようになっている。一実施の形態では、比色センサ311は、制御部210が液体14と血液を判別するようになっている。好ましくは、比色センサ311は、管又はその他の経路を収容して血液を検出するようになっている。これは、例えば、使い捨ての管を再利用可能な比色センサに挿入又は取り付けて行う。代替の実施の形態では、比色センサ311を、バブルセンサ314b近傍に配置する。比色センサの例として、例えば、Intro tek International(Edgewood, NJ)から入手可能なOptical Blood Leak/Blood vs. Saline Decetorが挙げられる。
The
以下に説明するように、採取システム300は、ガス(本明細書では、これに限定するものではないが、「バブル」と呼ぶ)を経路113に注入する。採取システム300は、ガス注入マニホルド315を接合点318又は接合点318近傍に備え、それぞれ液体から分離した1以上のバブルを、経路113に注入するようになっている。バブルを用いることによって、分析用に希釈して試料を流す場合と、試料の間の経路をクリーニングするために試料を流す場合の両方において、流体が経路を貫流する際に液体が前後で混じり合うことを防止するために役立つ。例えば、経路113の流体として、本発明の一実施の形態では、試料Sとバブルで分離された液体14などの2つの量の液体、又はそれぞれがバブルで分離された複数の量の液体が挙げられる。
As will be described below, the
バブルセンサ314a、314b、321は、それぞれ経路112又は経路113の一部を収容、或いは形成し、経路内に空気が存在するか否か、又は液体の流れと空気の流れの変化を示すようになっている。バブルセンサの例として、これに限定されないが、経路内の液体から発生する小さいバブル又は泡の差異を検出可能な超音波センサ又は光センサが挙げられる。このようなバブル検出器として、MEC Series Air Bubble/Liquid Detection Sensor(Introtek International, Edgewood, NY)がある。好ましくは、バブルセンサ314a、314b、321はそれぞれ、バブルを検出する管又はその他の経路を収納するようになっている。これによって、例えば、使い捨て管を再利用可能なバブルセンサに取り付けることができる。
圧力センサ317は、経路111の一部を収容する、或いは形成し、経路内の流体の測定値を示すようになっている。圧力センサ317とカテーテル11の間の全てのバルブが開の場合、圧力センサ317は、患者のカテーテルを挿入した血管内の圧力の測定値を示す。一実施の形態では、圧力センサ317の出力は、制御部210へ送られ、ポンプ203の動作の調整が行われる。例えば、圧力センサ317によって所定の値を上回る圧力値が測定された場合は、システムが適切に動作しているとして解され、圧力センサ317によって所定の値を下回る圧力値が測定された場合は、例えば、経路又は血管の閉塞によってポンプが過剰に動作していると解される。例えば、患者Pから血液を汲み入れるように動作しているポンプ203において、圧力センサ317によって測定した圧力値が正常な血圧の範囲内である場合、血液が患者から汲み出されており、ポンプは継続して動作しているとしてよい。しかしながら、圧力センサ317によって測定した圧力値があるレベルを下回ると、血管が再び開くように制御部210はポンプ203に減速する、又は順方向に動作するように命令する。かかる圧力センサとして、Deltran IV part number DPT−412(Utah Medical Products, Midvale, UT)が挙げられる。
The pressure sensor 317 accommodates or forms a part of the
材料分析器330は、試料を受けると、分析を実行する。いくつかの実施の形態において、材料分析器330は、分析のために試料を調合するように構成されている。このため、例えば、材料分析器330は、試料調合部332と検体検出システム334を備え、試料調合部を患者と検体検出システムの間に配置する。一般的に、試料の調合は、採取と分析の間に行われる。このため、例えば、試料調合部332は、検体検出から離して、例えば、採取要素部220内に配置してもよく、或いは検体検出システム334の近傍或いは検体検出システム334内に配置してもよい。
When
本明細書において、「検体」とは広義であり、その通常の意味で用い、これに限定されないが、検体検出システムによって材料試料内の存在又は濃度を検出する化学種を含む。例えば、検体は、これに限定されないが、グルコース、エタノール、インシュリン、水、二酸化炭素、血液、酸素、コレステロール、ビリルビン、ケトン、脂肪酸、リポタンパク質、アルブミン、尿素、クレアチニン、白血球、赤血球、ヘモグロビン、酸化ヘモグロビン、カルボキシヘモグロビン、有機分子、無機分子、薬物、シトクロム、各種タンパク質及び発色団、微小石灰化物、電解質、ナトリウム、カリウム、塩素化合物、重炭酸塩、ホルモンを含む。本明細書において、「材料試料」(又は、「試料」)とは広義であり、その通常の意味で用い、これに限定されないが、分析に適した物質の集合体を含む。例えば、材料試料は、全血、血液成分(例えば、血漿又は血清)、間質液、細胞間液、唾液、尿、汗及び/又はその他の有機又は無機物質、或いはこれらの物質の誘導体を含む。一実施の形態では、全血成分又は血液成分は、患者の毛細血管から採取してもよい。 As used herein, “analyte” is broadly defined and is used in its ordinary sense and includes, but is not limited to, a chemical species that detects the presence or concentration in a material sample by an analyte detection system. For example, the sample is not limited to this, but glucose, ethanol, insulin, water, carbon dioxide, blood, oxygen, cholesterol, bilirubin, ketone, fatty acid, lipoprotein, albumin, urea, creatinine, leukocyte, red blood cell, hemoglobin, oxidation Includes hemoglobin, carboxyhemoglobin, organic molecules, inorganic molecules, drugs, cytochromes, various proteins and chromophores, microcalcifications, electrolytes, sodium, potassium, chlorine compounds, bicarbonates, hormones. In the present specification, the term “material sample” (or “sample”) has a broad meaning and is used in its ordinary sense, and includes, but is not limited to, a collection of substances suitable for analysis. For example, the material sample includes whole blood, blood components (eg, plasma or serum), interstitial fluid, intercellular fluid, saliva, urine, sweat and / or other organic or inorganic substances, or derivatives of these substances. . In one embodiment, whole blood components or blood components may be collected from a patient's capillaries.
一実施の形態では、試料調合部332は、血漿を全血試料から分離し、或いは血液試料から汚染物質を取り除くようになっており、これに限定されないが、フィルタ、膜、遠心分離器、又はそれらの組み合わせを含む一以上の機器を備える。代替の実施の形態では、検体検出システム334は、試料を直接分析するようになっており、試料調合部332を不要としている。
In one embodiment, the
一般的に、採取要素部220、及び採取要素部220から採取した液体を経路113を介して試料分析器330に導く採取部200を備えている。図4は、試料の一部を試料分析器330へバイパスする実施の形態の採取部400の概略図である。採取部400は、採取部200とほぼ同様であるが、相違点について以下詳細に説明する。採取部400は、バブルセンサ321、バルブ323、試料分析器330、廃棄物用管324、廃棄物容器325、バルブ326、ポンプ用管327、ポンプ328、バルブ322、廃棄物用管329を備える。廃棄物用管329は、バルブ322を含み、ポンプ用管337と「T」字形を形成する。バルブ316、322、323、326は、経路113を貫流する流れを試料分析器330を介して廃棄物容器325へ、或いは廃棄物用管324を介して廃棄物容器325へ導く。
Generally, a
図5は、一実施の形態の採取システム500の概略図である。採取部500は、図1から図4に示した実施の形態の採取システム100又は300とほぼ同様であるが、相違点について以下詳細に説明する。採取システム500は、経路111から送られた液体が、ポンプ203と接合部120との接合点502で経路111に戻る点において、採取システム300と部分的に異なる実施の形態の採取部510を備える。
FIG. 5 is a schematic diagram of a
図5に示すように、採取部510は、経路111をポンプ203の反対側と経路113、制御部210によって制御されるバブルセンサ505及び圧力センサ507との側に分ける戻り管503を備える。バブルセンサ505は、バブルセンサ314a、314b、321とほぼ同様であり、圧力センサ507は圧力センサ317とほぼ同様である。圧力センサ507を用いて、経路111内の圧力を監視することによって採取システム500が正しく動作しているかを判断できる。例えば、圧力センサ507がカテーテル11と流体連通している場合(即ち介在するバルブが開の場合)、経路111内の圧力はカテーテル11の圧力と関係する。既に説明した圧力センサ317のように、圧力センサ507の出力を用いて、採取システム500のポンプを制御できる。
As shown in FIG. 5, the sampling unit 510 includes a
採取部510は、制御部210が制御するバルブ501、326a、326bを備える。バルブ501は更に、採取部200と採取部510との間の流量制御を行う。ポンプ328は、好ましくは、液体を経路113から汲み入れる、及び液体を経路113へ汲み出すことができる双方向ポンプである。液体は、経路501から汲み出される、又は経路501へ戻る、或いは廃棄物容器325へ導かれるようになっている。バルブ326a、326bはポンプ328の何れかの側に位置する。液体は経路113を通って汲み出され、ポンプ328、バルブ326a、326bの共同制御によって、戻り管503へ送られる。戻り管503からの流れを導いて採取システム500に液体を送ることができる。例えば、バルブ326aが開でバルブ326bが閉であれば、ポンプ328を作動して液体を経路113から汲み出して採取部510へ送り出すようになっている。バルブ326aが閉でバルブ326bが開であれば、ポンプ328を作動して液体を経路113へ押し出して経路113へ戻すようになっている。
The sampling unit 510 includes
図6Aは、一実施の形態のガス注入マニホルド315の概略図である。図1から図5に図示した実施の形態に含まれるガス注入マニホルドとほぼ同様であるが、相違点について以下詳細に説明する。ガス注入マニホルド315は、バルブを大気側に開き、マニホルド内の流体の圧力を下げて、空気を吸い込むことによって、経路113内の液体に1以上のバブルを注入する装置である。以下に説明するように、ガス注入マニホルド315は、空気又はその他のガスのバブルを経路113内の液体に注入することを促進する。ガス注入マニホルド315は、第1注入器610a、第2注入器610b、第3注入器610cからなる3つのガス注入器610を備える。各注入器610は、経路113に沿って横方向に離間して位置する複数の場所の一つから対応するバルブ613へ延在し、大気側に開いた端部615で終端する経路611を有する。代替の実施の形態では、フィルタを端部615に配置して、大気中の塵又は粒子をフィルタするようになっている。以下に説明するように、各注入器610は、対応するバルブ613を開き、経路113の一端のバルブを閉じ、経路の反対側のポンプを作動して、圧力を下げ、大気を液体に引き込むことによって経路113内の液体にバブルを注入することができる。一実施の形態のガス注入マニホルド315において、経路113、経路611は一体の部材内に(例えば、一体のプラスチック又は金属製ハウジングに形成した孔又は該ハウジングを貫通する孔として)形成される(図示されてない)。代替の実施の形態では、ガス注入マニホルド315は、3より少ない数、例えば1個又は2個の注入器を備え、或いは3より大きい数の注入器を備える。他の代替の実施の形態では、ガス注入マニホルド315は、液体を経路113に注入するための制御可能な高圧源を備える。バルブ613は、経路611内に滞留する液体を最小とするために経路113に近接して配置することが好ましい。
FIG. 6A is a schematic diagram of a
重要なことは、経路20に注入したガスが、カテーテル11に到達することを防止することである。安全対策として、一実施の形態では、例えば、図3のバブルセンサ314aを用いてガスがカテーテル11の方向に流れることを防止している。バブルセンサ314aが経路111内のガスを検出すると、いくつかの代替の実施の形態の一つでは、好ましくないガス流を防止する。一実施の形態では、採取要素部220近傍の流れを管113へ、或いは管113を通して廃棄物容器325へ導く。図3に示すように、バブルセンサ314aによってガスが検出されると、バルブ316、323aは開き、バルブ313とガス注入マニホルド315のバルブ613a、613b、613cは閉じ、ポンプ328が作動して流れを採取要素部220と患者Pの間の経路111の一部から経路113へ導く。バブルセンサ321は監視が行い、経路113がクリアになると通知する。次にバルブ313が開いて、バルブ312が閉じ、経路111の残りの部分をクリアにする。或いは、例えば、全てのバルブを閉じて、全てのポンプを停止することによって、カテーテル11の方向の全ての流れを停止する。代替の実施の形態の採取要素部220では、経路113内又はガス注入マニホルド315内にガス透過性膜を配置し、かかるガスを膜を介して大気又は廃棄物容器へ逃がすことによって、好ましくないガスを液体処理システム10から除去する。
What is important is to prevent the gas injected into the
図6Bは別の実施の形態のガス注入マニホルド315’の概略図である。図1から図6Aに図示した実施の形態に含まれるガス注入マニホルドとほぼ同様であるが、相違点について以下詳細に説明する。ガス注入マニホルド315’では、空気管615と経路113が接合点318で交差している。液体を経路113に汲み入れている際に、バルブ316、613を開くことによってバブルを注入する。ガス注入マニホルド315’はガス注入マニホルド315より小型であるため、ガス生成器の制御と信頼性が向上する。
第II部―液体処理方法
FIG. 6B is a schematic diagram of another embodiment of a
Part II-Liquid Processing Method
図2、図3、図6Aに図示した採取要素部220と採取部200を備えた一実施の形態の液体処理システム10を用いた方法について表1及び図7Aから図7Jの流体経路の概略図を参照して説明する。一般的にポンプ及びバルブを制御して患者に経路111を介して注入を行い、患者から経路113を介して試料を抽出し、試料を経路113に沿って試料分析器330へ導く。更に、ポンプ及びバルブを制御して、バブルを液体に注入し、液体に前の液体による希釈効果が及ばないようにして、採取に用いた管の間を清掃する。図7Aから図7Jに図示するバルブは、バルブが開状態か閉状態かがわかるように記している。例えば、「x」と記したバルブは、バルブが開状態の場合は「x−o」とし、バルブが閉状態の場合は「x−c」として記す。
図7Aを参照して、一実施の形態の患者への注入方法を説明する。図7Aのステップでは、ポンプ203は順方向(患者の方向)に動作し、ポンプ328はオフ又は停止し、バルブ313、312は開で、バルブ613a、613b、613c、316、323a、323bは閉である。これらの動作条件で、液体14は患者Pに送られる。好ましい実施の形態では、図7Aのステップの時点で他の経路は全て液体14を含有している。
With reference to FIG. 7A, the injection method to the patient of one Embodiment is demonstrated. In the step of FIG. 7A, the
次の7つの図(図7Bから図7J)を参照して、患者から採取する方法のステップについて説明する。以下のステップは、患者から採取するステップを全て含むものではなく、代替の実施の形態では、より多くのステップを含んでもよく、より少ないステップを含んでもよく、或いはステップの順序が異なってもよい。図7Bを参照して、液体を患者接合部経路112及び採取経路113の一部から除去する第1の採取ステップについて説明する。図7Bのステップでは、ポンプ203は反対方向(患者から離れる方向)に作動して、ポンプ328はオフで、バルブ313は開で、1以上のバルブ613a、613b、613cは開で、バルブ312、316、323a、326bは閉である。これらの動作条件で、空気701は採取経路113に吸い込まれ、バブルセンサ314bが空気の存在を検出するまで患者接合部経路112へ戻る。
With reference to the next seven figures (FIGS. 7B to 7J), the steps of the method of sampling from a patient will be described. The following steps do not include all steps taken from the patient, and alternative embodiments may include more steps, fewer steps, or different order of steps. . With reference to FIG. 7B, the first collection step of removing liquid from the
図7Cを参照して、試料を患者Pから患者接合部経路112に汲み入れる第2の採取ステップについて説明する。図7Cのステップでは、ポンプ203は反対方向に作動して、ポンプ328はオフで、バルブ312、313は開で、バルブ316、613a、613b、613c、323a、326bは閉である。これらの動作条件で、試料Sは経路112へ吸い込まれ、空気701は採取経路113内の空気701aと患者接合部経路112内の空気701bとに分離される。好ましくは、このステップを、試料Sが経路112、113の接合点を丁度超えるまで行う。一実施の形態では、比色センサ311の出力の変化(例えば、一定の値に横ばい状態となる)によって血液の存在を知らされるまで図7Cのステップは続き、次に、更に所定の時間続行して十分な量の試料Sを確保する。
With reference to FIG. 7C, the second collection step of pumping the sample from the patient P into the
図7Dを参照して、試料を採取経路113に汲み入れる第3の採取ステップについて説明する。図7Dのステップでは、ポンプ203はオフ、又は停止し、ポンプ328は作動し、バルブ312、316、326bは開で、バルブ313、613a、613b、613c、323aは閉である。これらの動作条件で、試料Sは経路113へ吸い込まれる。好ましくは、ポンプ328が作動して十分な量の試料Sを経路113へ引き込む。一実施の形態では、ポンプ328は30〜50マイクロリットルの量の試料Sを吸い込む。代替の実施の形態では、試料を2つの経路112、113の両方に吸い込む。ポンプ203は反対方向に作動して、ポンプ328は作動し、バルブ312、313、316、323bは開で、バルブ613a、613b、613c、323aは閉で、試料Sに新鮮な血液を確保する。
With reference to FIG. 7D, the third collection step for pumping the sample into the
図7Eを参照して、空気を試料に注入する第4の採取ステップについて説明する。採取経路113の断面積に及ぶバルブは、試料が経路113に沿って抜き取られる際に試料が汚染されることを防止する。図7Eのステップでは、ポンプ203をオフ又は停止し、ポンプ328を作動し、バルブ316、323bを開、バルブ312、313、323aを閉、3つのバブルを別々に生成するためにバルブ613a、613b、613cをそれぞれ続けて開閉する。これらの動作条件では、経路113内の圧力は大気圧を下回るため、空気は経路113内に吸い込まれる。或いは、バルブ613a、613b、613cを短期間同時に開き、3つのバブルを離間して生成してもよい。図7Eに示すように、注入器610a、610b、610cはそれぞれバブル704、703、702を注入し、試料Sを前方試料S1、中間試料S2、後方試料S3に分離する。
With reference to FIG. 7E, the 4th collection | recovery step which inject | pours air into a sample is demonstrated. A valve that spans the cross-sectional area of the
図7Fを参照して、バブルを患者接合部経路112から除去する第5の採取ステップについて説明する。図7Fのステップでは、ポンプ203を順方向に作動し、ポンプ328をオフにし、バルブ313、316、323aを開にして、バルブ312、613a、613b、613c、323bを閉にする。これらの動作条件によって、既に注入した空気701bは第1の経路111から出て第2の経路113に吸い込まれる。このステップは、空気701bが経路113に入るまで続く。
With reference to FIG. 7F, a fifth collection step for removing bubbles from the
図7Gを参照して、経路112内の血液を患者に戻す第6の採取ステップについて説明する。図7Gのステップでは、ポンプ203を順方向に作動し、ポンプ328をオフにし、バルブ312、313を開にして、バルブ316、323a、613a、613b、613c、323bを閉にする。これらの動作条件によって、既に注入した空気は経路113に留まり、経路111は液体14で満たされる。
With reference to FIG. 7G, the sixth collection step for returning the blood in the
図7Hと図7Iを参照して、試料を経路113へ部分的に押し出し、続いて液体14、更にバブルを押し出す第8の採取ステップについて説明する。図7Hのステップでは、ポンプ203は順方向に作動し、ポンプ328はオフ、バルブ313、316、323aは開、バルブ312、613a、613b、613c、323bは閉である。これらの動作条件で、試料Sは経路113へ部分的に移動し、注入器610a、610b、610cからバブルが連続して、或いは同時に液体14に注入される。図7Iのステップでは、ポンプ及びバルブは図7Eのステップと同様に動作し、液体はバブル705、706、707によって前方溶剤C1、中間溶剤C2、後方溶剤C3に分離される。
With reference to FIG. 7H and FIG. 7I, the 8th collection | recovery step which extrudes a sample partially to the path | route 113 and pushes out the liquid 14 and also a bubble is demonstrated. In the step of FIG. 7H, pump 203 operates in the forward direction, pump 328 is off,
図7の最後のステップである、図7Jを参照して、中間試料S2を試料分析器330に押し出すステップについて説明する。図7Jのステップでは、ポンプ203は順方向に作動し、ポンプ328はオフ、バルブ313、316、323aは開、バルブ312、613a、613b、613c、323bは閉である。この動作条件によって、試料は経路113に押し出される。バブルセンサ321がバブル702を検出すると、ポンプ203は、試料S2が試料分析器330に入るまで動作を継続する。図7Jのステップの設定を用いてポンプを更に作動すると、試料S2を分析した後、バブルと溶剤を更に廃棄物容器325へ押し出して、次の試料を受け入れる前に経路113をクリーニングできる。
第III部−採取システム
The step of pushing the intermediate sample S2 to the
Part III-Collection system
図8は、第3の実施の形態の採取システム800の正面斜視図である。図1〜図7に示した実施の形態の採取システム100、300又は500とほぼ同様であるが、相違点について以下詳細に説明する。採取システム800の液体処理及び分析装置140は、計器部810と採取システムカセット820とを組み合わせて備える。図8に示す計器部810とカセット820は部分的に取り外し可能である。計器部810は、制御部210(図示されてない)、表示部141と入力部143、カセット境界部811、回線114を備える。カセット820は、接合部120から接合部230へ延伸する経路111と経路113、経路111、113の接合点829、計器部境界部821、前方面823、経路111の入口部825、経路111、113の入口部827を備える。更に、採取要素部220は、接合点829を受ける開口部815を有した採取用計器部要素813から形成される。境界部811、821は、計器部810及びカセット820の構成要素と係合し、液体の汲み上げ、及び患者からの試料の分析を容易にしており、採取用計器部要素813は開口部815内に接合点829を受け、経路111から採取を行うようになっている。
FIG. 8 is a front perspective view of a
図9及び図10はそれぞれ、採取システム800を構成する採取システムカセット820及び計器部810の正面図である。カセット820及び計器部810は、組み立てると、図5の採取部510、図3の採取要素部220及び図6Bのガス注入マニホルド315’からなる装置を形成する、図9及び図10の各種構成要素を構成する。
FIG. 9 and FIG. 10 are front views of the
具体的には、図9に示すように、カセット820は、部分111a、112a、112b、112c、112d、112e、112fを含む経路111、部分113a、113b、113c、113d、113e、113fを含む経路113、及び経路615を有する経路20と、廃棄物容器325と、例えば、血漿のみを貫流させる試料調合部332、血漿の特性を測定するために、検体検出システム334内に血漿を保つ試料チャンバ903を含む試料分析器330の使い捨て部分と、ピストン制御部907を有する可変ポンプ905とを備える。
Specifically, as shown in FIG. 9, the
図10に示すように、計器部810は、バブルセンサ部1001a、1001b、100c、ヘモグロビンセンサ部1003である比色センサ、蠕動ポンプローラ1005a、ローラ支持部1005b、ピンサーの組1007a、1007b、1007c、1007d、1007e、1007f、1007g、1007h、アクチュエータ1009、圧力センサ部1011を備える。更に、計器部810は、光検体検出システム334のプローブ領域1002近傍又はプローブ領域1002内に位置すると、試料チャンバ903内に含有される試料を測定する試料分析器330の部分を備える。
As shown in FIG. 10, the
カセット820の経路部分は計器部810の各種構成要素に接触して採取システム800を形成する。図5に示すように、例えば、ローラが作動すると液体を経路111を通して移動させるポンプ203は、蠕動ポンプローラ1005aとローラ支持部1005bの間に配置された部分111aから形成され、バルブ501、323、326a、326bはそれぞれ、部分113a、113c、113d、113eを囲み、液体の流れを貫流させる、或いは遮断させるピンサーの組1007a、1007b、1007c、1007dによって形成される。ポンプ328は、ピストン制御部907を動かすように配置されたアクチュエータ1009から形成される。ここで説明したカセット820の構成要素と計器部810の構成要素の間の相互接続は、1回の動作で行われることが好ましい。例えば、境界部811、821は経路が、スタンドを背として、及び/又はセンサ、アクチュエータ、及びその他の構成要素の間に位置するように配置する。
The path portion of the
境界部811を境界部821に対して配置することに加えて、装置800の組み立ては、採取要素部200の組み立ても含む。具体的には、開口部815a、815bがそれぞれ経路111、113を受け、接合点829を採取用計器部要素813内に収納するようにする。このように、例えば、図3に示すように、バルブ313、312は、部分112a、112bがそれぞれ、ピンチバルブ1007e、1007fのピンサー内に位置すると形成され、バブルセンサ314b、314aは、バブルセンサ部1001b、1001cがそれぞれ、内部のバブルの存在を検出するように、部分112a、112dと十分に接触すると形成され、ヘモグロビン検出器は、ヘモグロビンセンサ1003が部分112eと十分に接触すると形成され、圧力センサ317は、内部の流体の圧力を測定するように、部分112fが圧力センサ部1011と十分に接触すると形成される。図6Bに示すように、バルブ316、613は、部分113f、615がそれぞれ、ピンチバルブ1007h、1007gのピンサー内に位置すると形成される。
In addition to placing the
こうして組み立てられた図9、図10に示す中央計器部810及びカセット820の動作は以下の通りである。システムは、ローラポンプが順方向に動作(図10に示すようにインペラ1005aが反時計回りに回転)して、注入液を容器15から経路111及び経路112を通して患者Pへ汲み入れる場合をアイドル状態又は注入モードと考えることができる。この注入モードでは、ポンプ1005は、本明細書の他の部分で説明する適当な注入速度で注入液を患者へ投与する。
Operations of the
測定を実行する時間になると、最初に空気をシステムへ送り出し、図7Bを参照して説明したような方法で液体を経路112、113の一部から除去する。ここで、図9の(接合点829から経路813の反対側の端部615へ延在する)単一の空気注入器が図7Aから図7Jに示すマニホルドの代わりに機能する。次に、試料を吸い込む場合、ポンプ1005は試料吸入モードで作動し、反対方向に動作して、患者から体液(例えば、血液)の試料を経路112へ接合部230を介して送り込む。試料はヘモグロビンセンサ1003迄吸入され、好ましくはセンサ1003の出力が、センサ1003近傍の経路112における未希釈の血液試料の存在を示す所定のプラトーレベルに達するまで吸引する。
When it is time to perform a measurement, air is first pumped into the system and liquid is removed from a portion of
この時点から、ポンプ905、1005、バルブ1007e、1007f、1007g、1007h、バブルセンサ1001b、1001c、及び/又はヘモグロビンセンサ1003は、図7D〜図7Fを参照して説明したような方法で、一連のバブルと試料流体カラム(sample−fluid columns)を経路113へ移動するように動作できるようになる。ポンプ905のピストン制御部907をアクチュエータ1009によって適当な方向(図9〜図10に示す左又は右の方向)へ移動することによって、ポンプ328の代わりにポンプ905が動作可能となる。
From this point on, the
体液試料の一部及び所望のバブルが経路113内へ移動すると、バルブ1007hを閉じて、経路112が再び注入液で満ちる迄ポンプ1005を順方向又は注入方向に作動することによって最初に吸い込んだ試料又は経路112内の体液の残りを患者に戻すことができる。
As part of the bodily fluid sample and the desired bubble move into the
バルブ1007a〜1007h及びポンプ905及び/又はポンプ1005が適当に動作することによって、経路113内の体液試料の少なくとも一部(体積として10〜100マイクロリットル又は各種の実施の形態では20、30、40、50、又は60マイクロリットル)が試料調合部332(図示の実施の形態ではフィルタ又は膜、或いは以下に詳細を説明する遠心分離器)を通って移動する。このようにして、体液(例えば、血液試料の血漿のみ)の一以上の成分のみが試料調合部332又はフィルタ/膜を通って、試料チャンバ又はセル903に入る。或いは、試料調合部332を省いた代替の構成では、「全」液体が分析のたえに試料チャンバ903へ移動する。
By appropriately operating the valves 1007a to 1007h and the
液体の成分又は全てが試料チャンバ903に入ると分析が行われ、グルコース、乳酸、二酸化炭素、血中尿素窒素、ヘモグロビン、及び/又は、本明細書の他の箇所で説明するその他の適当な検体の1以上の検体レベル又は濃度が測定される。検体検出システム1700は分光型の場合(例えば、図17又は図44〜図46のシステム1700)、液体の一部又は全部の分光分析が実行される。
Once the liquid component or all enters the
分析後、経路113内の体液試料は、廃棄物容器325へ移動する。好ましくは、ポンプ905をアクチュエータ1009によって作動し、経路909から得た食塩水又は注入液のカラムで体液を押し出し、試料チャンバ903、試料調合部332を介して廃棄物容器325へ導く。こうして、試料チャンバ903及び試料調合部332は、体液が廃棄物容器に導かれる間、逆流した食塩水又は注入液で満たされる。この洗浄の後、第2の分析を、こうして試料チャンバ903内に流入した食塩水又は注入液に対して行い、「ゼロ」又は背景値を読み取ることができる。この時、図9の液体処理ネットワークには廃棄物処理325以外に、体液は存在せず、他の体液試料を分析のために引き込む準備ができている。
After the analysis, the body fluid sample in the
いくつかの実施の形態の液体処理及び分析装置140では、ピンチバルブのピンサーの組が経路の2つの分岐部の流れを一方へ切り替えるように動作する。図13A及び図13Bは、経路の2つの分岐部又は区間の何れかへ流れを導くことができる開状態の第1の実施の形態のピンチバルブ1300の正面図及び断面図である。ピンチバルブ1300は、「Y」形の経路1310上で動作して様々な区間の間で流体の流れを切り替える、2つの個別に制御可能なピンチバルブを有する。具体的には、経路1310の内面は、可撓性ピンチ領域1312を有する第1の区間1311、可撓性ピンチ領域1314を有する第2の区間1313、第1の区間と第2の区間を交点1317で連結する第3の区間1315を有する。第1のピンチバルブのピンサーの組1320は、ピンチ領域1312の周りに配置し、第2のピンチバルブのピンサーの組1330は、ピンチ領域1314の周りに配置する。それぞれのピンチバルブのピンサーの組1320、1330は経路1310に対して垂直に、それぞれのピンチ領域1312、1314の両側に向かい合って位置し、制御部210が個別に開と閉を制御することによって、ピンチ領域を介して流体を連通状態する、或いは非連通状態にできる。このため、例えば、ピンチバルブのピンサーの組1320(又は1330)が十分に閉じると、ピンチ領域1312(又は1314)の一方の部分はそのピンチ領域の他方の部分と接触し、液体はピンチ領域を貫流しなくなる。
In the liquid processing and
ピンチバルブ1300の一使用例について説明する。図13Bに、開状態にある第1及び第2のピンチバルブのピンサーの組1320、1330を示す。図13Cにピンチバルブのピンサーの組1320が接近し、第1の区間1311の一部が第2及び第3の区間1313、1315に対して閉塞する。ピンサー1320と交点1317の間に距離があるため、第1の区間1311には空間1321が「デッドスペース」として孤立して存在する。様々な種類の液体をピンチバルブの様々な区間の間で切り替えることができるように、デッドスペースは最小限化することが好ましい。一実施の形態では、デッドスペースを、ピンチバルブを区間の交点近くに設けることによって削減している。他の実施の形態では、デッドスペースを、経路の壁に多様な厚さを持たせることによって削減している。このため、例えば、ピンチバルブと交点の間の剰余の物質は、空間1321部分を移動することによって、バルブをより効果的に分離する。
An example of use of the
採取システム300内のピンチバルブ1300の一使用例では、ピンサーの組1320、1330をそれぞれバルブ323、236として動作するように位置する。
In one use case of the
図14A及び図14Bに、第2の実施の形態のピンチバルブ1400を示す。図14Aは一つのバルブが閉位置にあるピンチバルブの正面図であり、図14Bはその断面図である。ピンチバルブ1400は、経路1310と共に用いるピンチバルブのピンサーの組1320、1330がそれぞれ、ピンサー1420、1430に交換している点においてピンチバルブ1300と異なる。
14A and 14B show a
代替の実施の形態のピンチバルブは、共通の接合点で連結する2、3、4、又はそれ以上の経路部を有し、接合点近傍の1以上の経路にピンサーを配置する。 An alternative embodiment pinch valve has two, three, four, or more pathways that connect at a common junction, and places the pincer in one or more pathways near the junction.
図11及び図12に、一実施の形態の患者動脈接合部1100と一実施の形態の患者静脈接合部1200として、カセット820の使い捨て部分を形成する、或いはカセット820の使い捨て部分を取り付け可能な、様々な実施の形態の接合部230を示す。接合部1100、1200は、図1〜図10で示した実施の形態とほぼ同様であるが、相違点について以下詳細に説明する。
11 and 12, a disposable part of the
図11に示すように、患者動脈接合部1100は、ストップコック1101、長さXを有する第1の管部分1103、実験室分析用に血液試料を取得する血液採取ポート1105、長さYを有する第2の管1107、及び管接合部1109を含む。更に、患者動脈接合部1100は、採取要素部220の反対側に圧力センサ部1011とほぼ同様の圧力センサ部1102を含む。長さXは、好ましくは6インチ(0.15メートル)から50インチ(1.27メートル)、又はほぼ48インチ(1.2メートル)の長さである。長さYは、好ましくは1インチ(25ミリメートル)から20インチ(0.5メートル)、又はほぼ12インチ(0.3メートル)の長さである。図12に示すように、患者静脈接合部1200は、クランプ1201、注入ポート1105、及び管接合部1109を含む。
第IV部−試料分析システム
As shown in FIG. 11, the
Part IV-Sample analysis system
いくつかの実施の形態では、血漿を分析する。かかる実施の形態では、血漿を患者から得た全血より分離する必要があり、全血より血漿を分離する作業は、例えば、患者接合部110で、又は経路113に沿って血液を抜き取る時から血液を分析する時迄の間の如何なる時点に行ってもよい。全血に測定を実行するシステムでは、測定時又は測定を実行する前に血液を分離することは必須とは限らない。
In some embodiments, plasma is analyzed. In such an embodiment, it is necessary to separate the plasma from the whole blood obtained from the patient, and the work of separating the plasma from the whole blood can be performed, for example, at the
例示のため、本章では、液体処理システム10を構成しうる、いくつかの実施の形態の分離器及び検体検出システムについて説明する。本明細書で説明する分離器は、特定の実施の形態では、液体成分分離器を備えうる。本明細書において「液体成分分離器」とは広義であり、その通常の意味で用い、これに限定されないが、1以上の液体成分を分離して、2以上の異なる物質を生成する機器を含む。例えば、液体成分分離器は、全血の試料を血漿成分と非血漿成分とに分離する、及び/又は固体液体混合物(例えば、固体が混入した液体)を固体成分と液体成分とに分離できる。液体成分分離器は、このようにして生成された異なる物質を完全に分離する必要はない。液体成分分離器の例として、フィルタ、膜、遠心分離器、電解装置、又はそれらの組み合わせが挙げられる。液体成分分離器は、静止した「放置状態」の液体にかかる重力の作用によるよりも早く液体を分離する点において「アクティブ」である。以下、第IV部Aでは、本明細書で開示するある実施の形態の装置で血液分離器として使用可能なフィルタを開示する。第IV部Bでは、以下に、本明細書で開示するある実施の形態の装置で使用可能な検体検出システムを開示する。第IV部Cでは、本明細書で開示するある実施の形態の装置で使用可能な試料要素を開示する。第IV部Dでは、本明細書で開示するある実施の形態の装置で使用可能な遠心分離器及び試料チャンバを開示する。
第IV部A―血液フィルタ
For purposes of illustration, this section describes a separator and analyte detection system of some embodiments that may constitute the
Part IV A-Blood Filter
本発明の範囲を限定するものではないが、一実施の形態の試料調合部332として、図15及び図16を参照して、血液フィルタ1500を説明する。図15は、一実施の形態のフィルタの側面図であり、図16は該フィルタの分解斜視図である。
Although not limiting the scope of the present invention, a
図15に示すように、本実施の形態のフィルタは、入口部1503、第1の出口部1505、第2の出口部1507を有するハウジング1501を含む。ハウジング1501は、ハウジング1501の内部空間を、入口部1503と第1の出口部1505が存在する第1の空間1502と第2の空間1504に分ける膜1509を有する。図16に、入口部1503と出口部1505を有する第1のプレート1511と、第1の空間1502を画成する開口部を有する第1のスペーサ1513、第2の空間1504を画成する開口部を有する第2のスペーサ1515、出口部1507を有する第2のプレート1517を含む、一実施の形態のフィルタ1500を示す。
As shown in FIG. 15, the filter of the present embodiment includes a housing 1501 having an
フィルタ1500は、全血から血漿を連続的にフィルタリングする。このため、例えば、入口部1503に全血が流れ、僅かな減圧が膜1509の第2の空間1504側にかかると、膜は血球をフィルタリングし、血漿を第1の出口部1507から通過させる。好ましくは、血液の流れが膜1509の表面を横断するようにして、血球がフィルタ1500に凝固することを防止する。したがって、一実施の形態の入口部1503、第1の出口部1505は、膜1509を横断して流れるように構成してもよい。
一実施の形態では、膜1509は薄くて強度のある高分子薄膜である。例えば、薄膜フィルタは、厚さ10ミクロンのポリエステル膜又はポリカーボネート膜でもよい。好ましくは、薄膜フィルタは、平滑なガラス状の面を有し、孔部は均一で、正確な寸法で、明確に画定されている。膜を構成する物質は、化学的に不活性であり、タンパク質結合性が低い。
In one embodiment,
膜1509を製造する一方法としてトラックエッチング法がある。好ましくは、「生フィルム」を原子炉内で荷電粒子に露出し、膜に「トラック」を残す。トラックを膜にエッチングしてもよい。こうして、正確な寸法で均一な円筒形の孔部を生成する。例えば、GE Osmonics,Inc.(4636 Somerton Rd. Trevose, PA 19053−6783)は、同様の工程を用いて薄膜フィルタとして十分に機能する材料を製造している。上述の薄膜フィルタの表面は、GE Osmonics製のポリカーボネートTE膜である。
One method for manufacturing the
フィルタ1500の一使用例として、3ccの血液から血漿を、薄膜フィルタとしてポリカーボネートトラックエッチ膜(「PCTE」)を用いて抽出してもよい。PCTEの孔の寸法は2μmで、有効面積は170平方ミリメートルである。好ましくは、供給ポート、排出ポート、血漿ポートに接続したチュービングの内径は、1ミリメートルである。このような構成で実行する一実施の形態の方法では、最初に100μmの血漿を血漿から抽出できる。食塩水を用いてセルの供給側を洗浄した後、更に100μmの澄んだ血漿を抽出できる。本方法及び構成における血漿抽出速度は、約15〜25μl/minでよい。
As an example of use of
連続流機構を用いて血漿を抽出することには、いくつかの利点がある。一つの好ましい実施の形態では、連続流機構は、複数の試料で再利用可能であり、試料の残余が次の試料を汚染する可能性は僅かで無視できる。一実施の形態では、閉塞が発生することもほとんどない。更に、好ましい構成では、内部容量が小さい。 There are several advantages to extracting plasma using a continuous flow mechanism. In one preferred embodiment, the continuous flow mechanism can be reused with multiple samples, and the possibility that the remainder of the sample will contaminate the next sample is negligible. In one embodiment, occlusions rarely occur. Furthermore, in a preferred configuration, the internal capacity is small.
フィルタ、フィルタの使用方法、及び関連技術については、更に、「SAMPLE ELEMENT WITH BARRIER MATERIAL」と題する2005年2月17日に公開された米国特許出願第2005/0038357号、及び、「SAMPLE ELEMENT WITH SEPARATOR」と題する2005年5月5日出願の米国特許出願第11/122794号に記載している。上記公報及び特許出願の全ての内容は、参照によって本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなしている。
第IV部B―検体検出システム
For more information on filters, filter usage, and related techniques, see US Patent Application No. 2005/0038357 published February 17, 2005 entitled “SAMPLE ELEMENT WITH BARRIER MATERIAL” and “SAMPLE ELEMENT WITH SEPARATOR”. In US patent application Ser. No. 11/122794 filed May 5, 2005. The entire contents of the above publications and patent applications are hereby incorporated by reference and made a part hereof.
Part IV B-Sample Detection System
一実施の形態の検体検出システム334を、本発明の範囲を限定するものではないが、図17において光検体検出システム1700として説明する。検体検出システム1700は、血漿のスペクトルを測定するようになっている。検体検出システム334に供給する血漿は、これに限定されないが、フィルタ1500を含む試料調合部332によって処理される。
Although the
検体検出システム1700は、システム1700の主軸Xに沿って配置したエネルギー源1720を備える。作動時、エネルギー源1720は、エネルギー源1702から主軸Xに沿って進むエネルギービームEを生成する。一実施の形態では、エネルギー源1720は赤外線源を備え、エネルギービームは赤外線エネルギービームを含む。
The
エネルギービームEは、主軸X上に配置された光フィルタ1725を通って進み、プローブ領域1710に到達する。プローブ領域1710は、励起したビームEの経路上で、材料試料Sを受ける装置322の一部である。図17に示す一実施の形態では、プローブ領域1710は、材料試料Sを支持又は包含する試料要素又はキュベット1730を受けるようになっている。本発明の一実施の形態では、試料要素1730は、管又は光学セルなどの経路113の一部である。試料要素1730及び試料Sを通過した後、エネルギービームEは検出器1745に到達する。
The energy beam E travels through the
本明細書において、「試料要素」とは広義であり、その通常の意味で用い、これに限定されないが、試料チャンバ、及び少なくとも一つの試料チャンバ壁を有する構造体を含むが、より一般的には、材料試料を保持、支持、又は包含し、電磁放射を、保持、支持、または包含した試料に通過させる、任意の数のキュベット、試験片などの構造体を含む。 As used herein, “sample element” is broadly used in its ordinary sense and includes, but is not limited to, a sample chamber and a structure having at least one sample chamber wall, but more generally Includes any number of cuvettes, specimens, and other structures that hold, support, or contain a material sample and allow electromagnetic radiation to pass through the held, supported, or contained sample.
本発明の一実施の形態では、試料要素1730は、カセット820の使い捨て部分を形成し、システム1700の残りの部分は、計器部810の一部を形成し、プローブ領域1710はプローブ領域1002である。
In one embodiment of the present invention, the
更に図17を参照して、検出器1745は、入射する放射に応答して電気信号を生成し、信号を分析のためにプロセッサ210に送出する。こうして検出器1745によって送られた信号に基づいて、プロセッサは、試料S内の対象とする検体の濃度、及び/又は、試料を分析するために採用した1以上の波長又は波長帯における試料Sの吸収/透過特性を算出する。プロセッサ210は、プロセッサ210によりアクセス可能なメモリ212内に常駐したデータ処理アルゴリズム又はプログラム命令を実行して、濃度、吸光度、透過度などを算出する。
Still referring to FIG. 17, detector 1745 generates an electrical signal in response to incident radiation and sends the signal to
図17に示す実施の形態において、フィルタ1725は、試料Sを分析するために用いるフィルタ1725を通過するエネルギービームEの波長又は波長帯を、装置322を用いた測定時、及び/又は時間の推移において容易に変更できるように、可変通過域フィルタを備えてもよい。(その他の様々な実施の形態では、フィルタ1725全体を省いてもよい。)装置322とともに使用可能な可変通過域フィルタの例として、これに限定されないが、フィルタホイール(詳細については後に説明)、例えば、Aegis Semiconductor(Woburn,MA)製造のフィルタ等の電子的に同調可能フィルタ、「Active Thin Films platform」を用いたカスタムフィルタ、Scientific Solutions,Inc.(North Chelmsford,MA)製等のファブリ・ペロー干渉計、カスタム液晶ファブリ・ペロー(LCFP)同調可能フィルタ、又は7〜10μm格子を備えたHORIBA(Jobin Yvon, Inc.(Edison, NJ)H1034型等の同調可能モノクロメータ、又はカスタム設計システムを含む。
In the embodiment shown in FIG. 17, the
一実施の形態の検出システム1700では、フィルタ1725は、試料Sを分析するために用いるフィルタ1725を通過するエネルギービームEの波長又は波長帯を、検出システム1700を用いた測定時、及び/又は時間の推移において容易に変更できるように、可変通過域フィルタを備える。エネルギービームEを可変通過域フィルタによってフィルタリングするため、試料Sの吸収/透過特性を複数の波長又は波長帯で離散的、連続的に分析できる。例えば、試料SをN個の別々の波長(波長1〜波長N)で分析する場合、最初に、可変通過域フィルタを、エネルギービームEを波長1で通過させると同時に、検出器1745が感知しうるその他の波長(2〜N)の全て又はほとんどのエネルギービームEの成分をほぼ遮断するように同調する。次に、試料Sを通過して検出器1745に到達したビームEに基づいて、波長1の試料Sの吸収/透過特性を測定する。更に可変通過域フィルタを、エネルギービームEを波長2で通過させると同時に、上述のように、その他の波長のエネルギービームEの成分をほぼ遮断するように作動又は同調する。波長1に対して行ったように、波長2に対しても分析を行う。この工程を全ての対象とする波長について繰り返し実行して、試料Sを分析する。こうして収集した吸収/透過データをプロセッサ210によって分析して、材料試料S内の対象とする検体濃度を測定する。測定した試料Sのスペクトルをここで、Cs(λi)と呼ぶ。これは波長依存スペクトルであり、Csは、例えば、透過、吸光、光学濃度、又はその他の、波長λ又は波長λ近傍における試料Sの光学的特性の測定値であり、iの範囲は、実行する測定の回数に及ぶ。測定値Cs(λi)は測定値の線形配列であり、代わりにCsとして表すこともある。
In the
システム1700のスペクトル領域は、分析技術、対象とする検体及び混合物に依存する。例えば、吸収分光法を用いた血液中のグルコース測定に利用可能なスペクトル領域として、中赤外線(例えば、約4ミクロンから約11ミクロン)がある。一実施の形態の検出システム1700では、エネルギー源1720は、出力が約4ミクロンから約11ミクロンの範囲のビームEを生成する。主に水がこのスペクトル領域における全吸収に寄与しているが、約6.8ミクロンから約10.5ミクロンの血液スペクトルに存在するピーク及びその他の分布は、他の血液成分の吸収スペクトルによる。4〜11ミクロンの領域は、グルコースが約8.5〜10ミクロンの間に強い吸収ピーク構造を有するが、その他の血液成分はこの8.5〜10ミクロンの範囲で低く平坦な吸収スペクトルを有することから、有利であることが知られている。主な例外は水とヘモグロビンであり、水とヘモグロビンはこの領域における干渉物質である。
The spectral region of the
検出システム1700によって得られるスペクトル量の詳細は、分析技術、対象とする検体及び混合物に依存する。例えば、中赤外線吸収分光法による血液中のグルコース測定は、スペクトル領域内の11〜25のフィルタによって行う。一実施の形態のシステム1700では、エネルギー源1720は、出力が約4ミクロンから約11ミクロンの範囲のビームEを生成し、フィルタ1725は、それぞれが、特定の波長又は波長帯のエネルギーのみを通過させる、この範囲の狭帯域フィルタを複数備える。このため、例えば、一実施の形態のフィルタ1725は、公称波長がほぼ、3μm、4.06μm、4.6μm、4.9μm、5.25μm、6.12μm、6.47μm、7.98μm、8.35μm、9.65μm、12.2μmの一つである11のフィルタを有するフィルタホイールを含む。
The details of the spectral quantities obtained by the
一実施の形態では、フィルタホイールを構成する個別の赤外線フィルタは、OCLI(JDS Uniphase,San Jose,CA)或いはSpectrogon US, Inc.(Parsippany,NJ)製のゲルマニウム又はサファイアを基板とした多空洞、狭帯域誘電体スタックで構成される。このため、各フィルタは、公称で厚さが1ミリで10平方ミリでもよい。フィルタスタックのピーク透過率は通常、50%〜70%であり、帯域幅は通常、4〜10μmの中心波長で150nm〜350nmである。或いは、第2の遮光赤外線フィルタを個別のフィルタの前方に設ける。温度感応性は、好ましくは0.01%/℃で、様々な環境条件でほぼ一定の測定を行えるようにしている。 In one embodiment, the individual infrared filters that make up the filter wheel may be OCLI (JDS Uniphase, San Jose, Calif.) Or Spectrogon US, Inc. It is composed of a multi-cavity, narrow-band dielectric stack made of germanium or sapphire made by (Parsippany, NJ). Thus, each filter may have a nominal thickness of 1 millimeter and 10 square millimeters. The peak transmittance of the filter stack is typically 50% to 70% and the bandwidth is typically 150 nm to 350 nm with a center wavelength of 4 to 10 μm. Alternatively, the second light shielding infrared filter is provided in front of the individual filter. The temperature sensitivity is preferably 0.01% / ° C. so that almost constant measurement can be performed under various environmental conditions.
一実施の形態の検出システム1700は、最初に、主軸X上に試料要素1730を配置していない状態で検出器1745によって各中心波長又は波長帯で検出した電磁放射を測定し、検体濃度読み取り値(reading)を算出する(これを「エア」読み取り値という)。次に、システム1700は、材料試料Sを載せた試料要素1730を主軸X上に配置して、検出器1745によって各中心波長又は波長帯で検出した電磁放射を測定する(これを「ウェット」読み取り値という)。最後に、プロセッサ210は、これらの読み取り値に基づいて、試料Sに関する濃度、吸収度及び/又は透過度を算出する。
The
一実施の形態では、複数のエア読み取り値及びウェット読み取り値を用いて以下のようにして、経路長補正スペクトルを生成する。最初に、測定値を正規化して各波長における試料の透過度を得る。Siが波長iにおける検出器1745の信号を表し、Riが波長iにおける検出器の信号を表すとすると、各波長における信号と基準測定値を用いて波長iにおける透過度Tiは、次の式から算出できる。Ti= Si(ウェット)/Si(エア).必要な場合、スペクトルを光学濃度ODi、Log(Ti)として算出してもよい。次に、約4.5μm〜約5.5μmの波長範囲における透過度を分析して経路長を決定する。具体的には、水がこの波長領域における主な血液の吸収種(species)であり、光学濃度が光学経路長と既知の水の吸収係数との積(OD=Lσ、Lは光学経路長、σは吸収係数)であることから、標準的な曲線適合手順の一つを用いて、測定した光学濃度ODから光学経路長Lを決定してもよい。経路長を用いて、各波長における試料の吸収係数を決定してもよい。或いは、光学経路長を、吸収係数を光学濃度に変換する計算に用いてもよい。 In one embodiment, a path length correction spectrum is generated using a plurality of air readings and wet readings as follows. First, the measured value is normalized to obtain the transmittance of the sample at each wavelength. If S i represents the signal of the detector 1745 at wavelength i and R i represents the signal of the detector at wavelength i, then the transmittance T i at wavelength i using the signal at each wavelength and the reference measurement is It can be calculated from the following formula. T i = S i (wet) / S i (air). If necessary, the spectrum may be calculated as optical density OD i , Log (T i ). Next, the path length is determined by analyzing the transmission in the wavelength range of about 4.5 μm to about 5.5 μm. Specifically, water is the main blood absorption species in this wavelength region, the optical density is the product of the optical path length and the known water absorption coefficient (OD = Lσ, L is the optical path length, Since σ is an absorption coefficient), the optical path length L may be determined from the measured optical density OD using one of the standard curve fitting procedures. The path length may be used to determine the sample absorption coefficient at each wavelength. Alternatively, the optical path length may be used in calculations that convert the absorption coefficient into optical density.
血液試料は、システム1700によって様々な構成に調合し、分析できる。一実施の形態では、試料Sは、シリンジを用いて、或いはシリンジ又は血液フローシステムの一部から血液を抜き出し、この血液を試料チャンバ903に輸送して得る。他の実施の形態では、試料Sは、システム1700へ注入する試料チャンバ903である試料容器に抜き出す。
Blood samples can be prepared and analyzed in various configurations by
図44は、他の実施の形態の検体検出システム1700を示す図である。図17に示した実施の形態とほぼ同様であるが、相違点について以下詳細に説明する。図17に示す実施の形態と図44に示す実施の形態において、同様の構成には同様の参照番号を付している。
FIG. 44 is a diagram illustrating an
図44に示す検体システム1700は、光源1720とフィルタ1725の間に位置するコリメータ30と、フィルタと試料要素1730の間に位置するビーム集光素子90とを備える。フィルタ1725は、主フィルタ40と、複数の光フィルタの一つをエネルギービームEに挿入できるフィルタホイール組立体4420を有する。システム1700は、更に、以下に詳細に説明する点を除いて試料検出器1725とほぼ同様の試料検出器150を有する。
The
図44に示すように、光源1720からのエネルギービームEは、コリメータ30を通過して、コリメータ30の幅広端36下流に位置する主光フィルタ40に到達する。フィルタ1725は、主軸X上に光源1720及びコリメータ30と一直線に並び、好ましくは、以下に説明するように、光源1720から射出された、例えば、約2.5μm〜12.5μmの選択した帯域のみを通過させる広帯域フィルタとして動作するように構成する。一実施の形態では、エネルギー源1720は、赤外線源を含み、エネルギービームEは、赤外線エネルギービームを含む。適当なエネルギー源1720の一つとして、HawkEye Technologies、Milford,Connecticutから入手可能なTOMA TECHTM IR−50が挙げられる。
As shown in FIG. 44, the energy beam E from the
図44に示すように、主フィルタ40は、エネルギービームEの主フィルタ40に入射する部分がマスク−主フィルタ組立体の面を通過するようにマスク44に取り付けている。主フィルタ40は、ほぼ主軸Xを中心とし、主軸Xに対して直交し、好ましくは、直径が約8mmの円形(主軸Xに対して直交する面)である。また、この他の如何なる寸法又は形状を用いてもよいことは明らかである。既に説明したように、主フィルタ40は、広帯域フィルタとして動作することが好ましい。図示の実施の形態では、主フィルタ40は、好ましくは波長が約4μm〜約11μmのエネルギーのみを通過させる。しかしながら、この他の範囲の波長も選択できる。主フィルタ40は、主フィルタ40の下流に位置する第2の光フィルタ60のフィルタ負荷を軽減し、所望の波長帯以外の波長を有する電磁波の放射防止を改善するという長所がある。更に、主フィルタ40は、エネルギービームEの通過に起因する第2のフィルタの加熱を最小にするように機能する。このような長所があっても、図44に示すシステム1700の代替の実施の形態では、主フィルタ40及び/又はマスク44を省略してもよい。
As shown in FIG. 44, the main filter 40 is attached to the
主フィルタ40は、好ましくは、エネルギービームEの一部又は全てが垂直入射から円錐角が主軸Xに対して約12度になるまで逸脱したとしても、その動作特性(中心波長、通過帯域幅)をほぼ維持するように構成する。更なる実施の形態では、この円錐角は、約15度〜35度、或いは約15度〜20度まででもよい。主フィルタ40は、その動作特性を「ほぼ維持する」とは、システム1700を使用した際に生じる変動の度合いが検出システム1700の性能又は動作に影響を与えるには不十分であり、システムのユーザに著しい懸念が生じない程度としてもよい。
The main filter 40 preferably has its operating characteristics (center wavelength, passband width) even if part or all of the energy beam E deviates from normal incidence until the cone angle is about 12 degrees with respect to the main axis X. Is configured to be substantially maintained. In further embodiments, the cone angle may be from about 15 degrees to 35 degrees, alternatively from about 15 degrees to 20 degrees. The primary filter 40 “maintains” its operating characteristics means that the degree of variation that occurs when using the
図44に図示した実施の形態では、フィルタホイール組立体4420は、光フィルタホイール50と、フィルタホイールに接続し、フィルタホイール50を回転する力を生じるように構成されたステップモータ70とを備えている。更に、位置センサ80は、フィルタホイール50の円周部にわたって配置され、フィルタホイール50の角度位置を検出し、対応するフィルタホイールの一信号を生成し、フィルタの主軸X上の位置を示すようになっている。或いは、ステップモータ70が、自身の回転をトラック又はカウントして、フィルタホイールの角度位置を検出し、対応する位置信号をプロセッサ210に送出してもよい。二つの適当な位置センサとして、Omron Corporation、Kyoto、Japanから入手可能なEE−SPX302−W2A及びEE−SPX402−W2Aが挙げられる。
In the embodiment illustrated in FIG. 44, the filter wheel assembly 4420 includes an
光フィルタホイール50を可変通過域フィルタとして用いて、選択的に第2のフィルタ60を主軸X上に、及び/又はエネルギービームEに配置する。したがって、フィルタホイール50はフィルタホイール50の下流で選択的にエネルギービームEの波長を同調できる。これらの波長は、フィルタホイール50に取り付けた第2のフィルタ60の特性に応じて変化する。フィルタホイール50は、第2のフィルタ60をエネルギービームEの位置に「一つずつ」配置して、既に説明したように、材料試料Sを分析するために用いる波長又は波長帯を順に変更する。フィルタホイール50の代わりに、モータ(図示されてない)によって並進する線形フィルタを用いてもよい。線形フィルタは、例えば、独立したフィルタの線形配列、又は二次元に変化するフィルタ特性を有する単独のフィルタでもよい。
The second filter 60 is selectively placed on the main axis X and / or the energy beam E using the
代替の構成では、図44に示す単独の主フィルタ40を、第2のフィルタ60それぞれの上流でフィルタホイール50に取り付けた追加の主フィルタで交換する、或いは、補間してもよい。或いは、主フィルタ40を主フィルタホイール(図示されてない)として構成し、検出システム1700の別の動作時には別の主フィルタを主軸X上に配置するようにしてもよく、或いは同調可能なフィルタとして構成してもよい。
In an alternative configuration, the single main filter 40 shown in FIG. 44 may be replaced with an additional main filter attached to the
図45に示す実施の形態のフィルタホイール50は、ホイールボディ52と、ホイールボディ52上に配置した複数の第2のフィルタ60とを備え、各フィルタの中心がホイールボディの回転中心RCから等間隔に位置するようにしている。フィルタホイール50は、(i)主軸Xと平行で、(ii)回転中心RCと第2のフィルタ60の中心との間の距離とほぼ等しい直行距離だけ主軸Xから離間した軸を中心として回転するようになっている。この構成によって、ホイールボディ52が回転すると、各フィルタは順に主軸Xを通過して、エネルギービームEに影響を与えるようになっている。しかしながら、対象とする検体又は所望の測定速度に応じて、所定の測定ラン(run)ではフィルタホイール50上の所定のフィルタ群のみを使用するようにしてもよい。フィルタホイール50の定位置を位置センサに示すためにホームポジションノッチ54を設けてもよい。
The
一実施の形態では、ホイールボディ52を、それぞれが、例えば、正方形で10mmx10mm又は5mmx5mm、厚さが1mmの複数の第2のフィルタ60を有する成形プラスチックで形成してもよい。この実施の形態のホイールボディでは、各フィルタ60が、直径が4mmの円形の開口部に対して軸方向に並び、開口部の中心は、ホイールボディ52と同心円状の直径約1.70インチの円を画成する。ホイールボディ52自体は外径が2.00インチの円形である。
In one embodiment, the
第2のフィルタ60は各々、好ましくは、選択したエネルギー波長又は波長帯(即ち、フィルタリングしたエネルギービーム(Ef))のみを通過させる狭帯域フィルタとして動作する。フィルタホイール50がその回転中心RCを中心として回転すると、第2のフィルタ60は各々順に、第2のフィルタ60各々に対応する、選択されたドウェル時間だけ主軸Xに沿って位置する。
Each of the second filters 60 preferably operates as a narrowband filter that passes only a selected energy wavelength or wavelength band (ie, a filtered energy beam (Ef)). As the
第2のフィルタ60の所定の「ドウェル時間」とは、以下の条件、即ち、(i)フィルタが主軸Xに沿って位置し、(ii)光源1720に電圧が印加された状態、が該当する、システム1700が実行する個別の測定ランの時間間隔とする。所定のフィルタのドウェル時間とは、個別の測定ラン時にフィルタが主軸Xに沿って位置する時間と等しくてもよく、或いはそれ以上でもよい。一実施の形態の検体検出システム1700において、第2のフィルタ60各々に対応するドウェル時間は、約1秒を下回る。しかしながら、第2のフィルタ60はこれ以外のドウェル時間を有してもよく、フィルタ60各々は所定の測定ラン時に異なるドウェル時間を有してもよい。
The predetermined “dwell time” of the second filter 60 corresponds to the following conditions: (i) a state where the filter is located along the main axis X and (ii) a voltage is applied to the
第2のフィルタ60からフィルタリングされたエネルギービーム(Ef)が、主軸Xに対して角度θをなす面4400aを有し、主軸Xに沿って配置したビームスプリッタ4400を含むビーム集光素子90を通過する。ビームスプリッタ4400は、フィルタリングされたエネルギービーム(Ef)を試料ビーム(Es)と基準ビーム(Er)に分離することが好ましい。
The energy beam (Ef) filtered from the second filter 60 has a surface 4400a that forms an angle θ with respect to the main axis X, and passes through the beam condensing element 90 including the
図44に示すように、試料ビーム(Es)は更に、主軸Xに沿ってビームスプリッタ4400と並んで配置した第1のレンズ4410を通過する。第1のレンズ4410は、試料ビーム(Es)をほぼ軸Xに沿って材料試料Sに集めるように構成されている。試料Sは、好ましくは、試料要素1730の第1の窓122と第2の窓124の間の試料要素1730内部に配置する。更に試料要素1730は、好ましくは、ホルダ4430内に脱着可能に配置し、ホルダ4430は、それぞれ第1の窓122と第2の窓124と対応するように形成した第1の開口部132と第2の開口部134を有する。或いは、試料要素1730と試料Sは、ホルダ4430を用いずに、主軸Xに沿って配置してもよい。
As shown in FIG. 44, the sample beam (Es) further passes through a
試料ビーム(Es)の少なくとも一部は、試料Sを透過し、続いて主軸Xに沿って配置した第2のレンズ4440に入射する。第2のレンズ4440は、試料ビーム(Es)を試料検出器150に集め、試料検出器150に入射する試料ビーム(Es)の光束密度を高めるように構成されている。試料検出器150は、検出した試料ビーム(Es)に対応する信号を生成し、こうして生成した信号をプロセッサ210に送るように構成されている。この詳細については後に説明する。
At least a part of the sample beam (Es) passes through the sample S and subsequently enters the
ビーム集光素子90は更に、第3のレンズ160と、基準検出器170を有する。ビームスプリッタ4400からの基準ビーム(Er)はビーム集光素子90によって、主軸Xとほぼ直交する従軸Yに沿って配置した第3のレンズ160に導かれる。第3のレンズ160は、基準ビーム(Er)を基準検出器170に集め、基準検出器170に入射する基準ビーム(Er)の光束密度を高めるように構成されている。一実施の形態では、レンズ4410、4440、160は、赤外線放射に対する透過性の高い物質、例えば、ゲルマニウム又はシリコンで構成してもよい。更に、レンズ4410、4440、160は何れも、所望とする光学的性能に応じて、複数のレンズからなる光学系として構成してもよい。基準検出器170は更に、検出した基準ビーム(Er)に対応する信号を生成し、こうして生成した信号をプロセッサ210に送るように構成されている。この詳細については後に説明する。以下に説明するが、試料検出器150及び基準検出器170は、図17に示す検出器1745とほぼ同様の構成でもよい。試料検出器150及び基準検出器170から受信した信号に基づいて、プロセッサ210は、プロセッサ210がアクセス可能なメモリ212内に常駐するデータ処理アルゴリズム又はプログラム命令を実行して、試料Sに関する濃度、吸収度、透過度などを算出する。
The beam condensing element 90 further includes a
図44に示す検出システム1700の更なる態様では、検出システム1700の動作において、特に、光源1720の出力強度が、光源強度を参照する必要がない程度に十分に安定している場合、従軸Y上のビームスプリッタ4400を含むビーム集光素子90、基準検出器170及びその他の構造体を省略してもよい。例えば、十分な信号が検出器170、150によって生成されるのであれば、レンズ4410、4440、160の1以上を省略してもよい。更に、本明細書で説明する何れの実施の形態の検体検出システム1700において、プロセッサ210及び/又はメモリ212の一部、又は全体を、検出システム1700と接続した標準的なパーソナルコンピュータ(「PC」)に設けてもよい。
In a further aspect of the
図46は、他の実施の形態の検体検出システム1700の部分断面図である。図17、図44、図45に示した実施の形態とほぼ同様であるが、相違点について以下詳細に説明する。図17、図44、図45で説明した実施の形態と同様の構成には同様の参照番号を付している
FIG. 46 is a partial cross-sectional view of an
図46に示す実施の形態のエネルギー源1720は、好ましくは、主軸Xをほぼ中心とする発光領域22を含む。一実施の形態において、発光領域22は、正方形でもよい。しかしながら、発光領域22はその他の適当な形状、例えば、長方形、円形、楕円形などであってもよい。適当な発光領域22の一例として、1辺が約1.5mmの正方形が挙げられるが、発光領域22その他の適当な形状又は寸法であってもよいことは言うまでもない。
The
エネルギー源1720は、好ましくは、約1Hz〜30Hzの間の変調周波数で選択的に動作し、約1070度ケルビン〜1170度ケルビンの間のピーク動作温度を有するように構成する。更に、光源1720は、全ての変調周波数で約80%を上回る変調深さで動作することが好ましい。エネルギー源1720は、好ましくは、多数のスペクトル範囲の何れかの、例えば、赤外線波長内、中赤外線(mid−infrared)波長内で、約0.8μmを超える、約5.0μm〜約20.0μmの間、及び/又は約5.25μm〜約12.0μmの間の電磁放射を放射する。しかしながら、他の実施の形態では、該検出システム1700は、無変調、及び/又は可視スペクトル(visible spectrum)からマイクロ波スペクトル(microwave spectrum)までの何れかの波長、例えば、約0.4μmから約100μmを上回る何れかの波長で放射を行うエネルギー源1720を用いてもよい。なお他の実施の形態では、該エネルギーソース1720は、約3.5μm〜約14μmの範囲、又は約0.8μm〜約2.5μmの範囲、又は約2.5μm〜20μmの範囲、又は約20μm〜約100μmの範囲、又は約6.85μm〜約10.10μmの範囲の波長で電磁放射を放射できる。更に他の実施の形態では、該エネルギーソース1720は無線周波数(radio frequency)(RF)の範囲又はテラヘルツ(terahertz)の範囲の電磁放射を放射できる。これら詳述した動作特性は全て単に例示を目的とするものであり、光源1720は検体検出システム1700とともに使用する上で好適な如何なる動作特性を有してもよい。
The
エネルギー源1720の電源(図示されてない)は、好ましくは、約30%〜約70%の範囲のデュティーサイクルで選択的に動作するよう構成する。更に、電源は、好ましくは約10Hz、又は約1Hz〜約30Hzの範囲の変調周波数で選択的に動作するよう構成する。該電源の動作は方形波(square wave)、正弦波(sine wave)、又はユーザにより規定されるその他の波形の形式が可能である。
The power source (not shown) of the
図46に示すように、コリメータ30は、1以上の高反射性内面(highly−reflective inner surfaces)32を有する管30aを備える。該内面は該エネルギー源1720から離れるに従って、比較的狭い上流端部34から比較的広い下流端部36へ下流に向かって広がって延在している。狭い方の端部34は、発光領域22に近接して位置する上流開口部34aを画成する。この上流開口部34aは、発光領域22から射出される放射を下流のコリメータへ伝搬する。広い方の端部36は、下流開口部36aを画成する。発光領域22と同様に、高反射性内面32の各々、上流開口部34a及び下流開口部36aは、主軸Xをほぼ中心とすることが好ましい。
As shown in FIG. 46, the
図46に示すように、コリメータの高反射性内面(複数の場合を含む)3は、放物線、双曲線、楕円又は球形の形状など、ほぼ湾曲した形状を有してもよい。1つの好適なコリメータ30は複合放物面集光器(compound parabolic concentrator)(CPC)である。一実施の形態では、該コリメータ30の長さは約20mmまでとできる。他の実施の形態では、該コリメータ30の長さは約30mmまでとできる。しかしながら、検体検出システム1700とともに使用するために適切であれば、該コリメータ30の長さは如何なる長さでもよく、高反射性内面(複数の場合を含む)32は如何なる形状でもよい。
As shown in FIG. 46, the highly reflective inner surface (including a plurality of cases) 3 of the collimator may have a substantially curved shape such as a parabola, hyperbola, ellipse, or sphere. One
該コリメータ30の高反射性内面32は該エネルギービームEを構成する光線(rays)を、エネルギービームEが次第に、又はほぼ円筒形になり、主軸Xに対してほぼ平行となるように、該ビームEが下流へ進む際に直進(即ち、主軸Xに対して次第に平行な角度(at angles increasingly parallel)で伝播)させる。従って、高反射性内面32は、赤外線波長などの対象とする波長では反射性が高く、吸収性が最小である。
The highly reflective inner surface 32 of the
管30a自体は、高反射性内面32に、対象とする波長で反射性が高くなるようにコーティングするか、或いはその他の処理をするのであれば、アルミニウム、鋼などの剛性の材料、又はその他の適当な材料で製造してもよい。例えば、研磨した金の皮膜を用いてもよい。好ましくは、該コリメータ30の高反射性内面32(複数の場合を含む)は、該主軸Xに対して直交するように見た時の断面が円形を画成するのがよい。しかしながら、代替の実施の形態では、断面は、正方形又はその他の多角形、放物線又は楕円の形状など、その他の形状を有してもよい。
The
既に説明したように、図46に示すフィルタホイール50は、好ましくは、各フィルタが特定の波長又は波長帯域のエネルギーだけを通過させる狭帯域フィルタとして動作する、複数の第2のフィルタ60を有する。試料S内のグルコースの検出に好適な一構成では、該フィルタホイール50は20又は22の第2のフィルタ60を有し、該第2のフィルタの各々は、下記、すなわち、3μm,4.06μm,4.6μm,4.9μm,5.25μm,6.12μm,6.47μm,7.98μm,8.35μm、9.65μm,そして12.2μm、の1つに概略等しい公称波長(nominal wavelength)でフィルタリングされたエネルギービーム(Ef)が通過出来るようにするよう構成する。(更に、この波長のセットはここで開示される実施の形態の検体検出システム1700と、又は実施の形態の検体検出システム1700の何れか一つとともに使用してもよい。)各第2のフィルタ60の中心波長(center wavelength)は、好ましくは所望の公称波長の±約2%とする。更に、第2のフィルタ60は、好ましくは帯域幅が約0.2μm、或いは公称波長の±約2%〜10%となるように構成する。
As already described, the
他の実施の形態では、フィルタホイール50は、20の第2のフィルタを有し、該フィルタの各々は、4.275μm,4.5μm,4.7μm,5.0μm,5.3μm,6.056μm,7.15μm,7.3μm,7.55μm,7.67μm,8.06μm,8.4μm,8.56μm,8.87μm,9.15μm,9.27μm,9.48μm,9.68μm,9.82μm,及び10.6μmの公称中心波長を有するフィルタリングされたエネルギービーム(Ef)が通過できるように構成される。(この波長のセットはここで開示される実施の形態の検体検出システム1700と、又は実施の形態の検体検出システム1700の何れか一つと共に使用してもよい。)更に他の実施の形態では、該第2のフィルタ60は下記の仕様、即ち、±0.01μmの中心波長許容差(center wavelength tolerance)、±0.01μmの電力半値帯域幅許容差(half−power bandwidth tolerance)、75%以上のピーク透過率(peak transmission)、2%を下回るカットオン/カットオフ傾斜(cut−on/cut−off slope)、1℃当たり0.01%を下回る中心波長温度係数(center−wavelength temperature coefficient)、3μm〜12μmのOD5を上回る帯域外減衰(out of band attenuation)、0.6328μmで1.0波を下回る平坦度(flatness less than 1.0 wave at 0.6328μm)、Mil−F−48616によるE−Eの表面品質(surface quality of E−E per MIL−F−48616)、及び約1mmの全体厚さ、の何れか1つ又はそれらの組み合わせに適合してもよい。
In other embodiments, the
他の更なる実施の形態では、上記の該第2のフィルタは下記電力半値帯域幅(half−power bandwidth)(HPBW)仕様の何れか1つ又はその組み合わせに適合してもよい。
In other further embodiments, the second filter described above may conform to any one or combination of the following half-power bandwidth (HPBW) specifications.
更なる実施の形態では、第2のフィルタは、±0.5%の中心波長許容誤差と±0.02μmの電力半値帯域幅許容誤差を有してもよい。 In a further embodiment, the second filter may have a center wavelength tolerance of ± 0.5% and a power half bandwidth tolerance of ± 0.02 μm.
使用する第2のフィルタの数、中心波長及びその他の特性は、グルコースを検出するか、或いはその他の検体を検出するか、グルコースに加えて他の検体を検出するかなどに応じて、様々な実施の形態のシステム1700毎に変更してもよいことは明らかである。例えば他の実施の形態では、フィルタホイール50は、50を下回る数の第2のフィルタ60を有してもよい。更に他の実施の形態では、該フィルタホイール50は20を下回る数の第2のフィルタ60を有してもよい。更に他の実施の形態では、該フィルタホイール50は10を下回る数の第2のフィルタ60を有してもよい。
The number of second filters used, the center wavelength, and other characteristics vary depending on whether glucose is detected, whether other analytes are detected, other analytes are detected in addition to glucose, etc. It is apparent that the system may be changed for each
一実施の形態では、第2のフィルタ60は各々が主軸Xに直交する面で長さが約10mm、幅が約10mmであり、厚さは約1mmである。しかしながら、該第2のフィルタ60は、検体検出システム1700の動作に好適であれば他の如何なる(例えば、より小さい)寸法も有してもよい。更に第2のフィルタ60は、好ましくは、約5℃〜約35℃の範囲の温度で動作し、フィルタが通過させる波長のエネルギービームEに対して約75%を上回る透過性を有するように構成できる。
In one embodiment, each of the second filters 60 has a length of about 10 mm, a width of about 10 mm, and a thickness of about 1 mm on a plane orthogonal to the main axis X. However, the second filter 60 may have any other (eg, smaller) dimensions that are suitable for operation of the
図46に示す実施の形態では、主フィルタ40は広帯域フィルタとして動作し、該フィルタホイール50上に配置した第2のフィルタ60は狭帯域フィルタとして動作する。しかしながら、当業者はここ開示する実施の形態に従って、他の構造体を用いもエネルギー波長をフィルタリングできることを理解するであろう。例えば、該主フィルタ40を省いてもよく、及び/又は電子的に同調可能なフィルタ、又はファブリ・ペロー干渉計(図示されてない)をフィルタホイール50及び第2のフィルタ60の代わりに用いることができる。この様な同調可能なフィルタ又は干渉計は、一セットの波長又は波長帯域の電磁放射を連続的に「一つずつ」透過させて該材料試料Sを分析するように構成できる。
In the embodiment shown in FIG. 46, the main filter 40 operates as a wideband filter, and the second filter 60 disposed on the
反射管(reflector tube)98は、第2のフィルタ(複数を含む)60から出てくるフィルタリングされたエネルギービーム(Ef)を受けるよう配置することが好ましい。迷光(stray light)などの漂遊電磁放射(stray electromagnetic radiation)が検体検出システム1700外部から反射管98内に入ることを防止するため、反射管98は第2のフィルタ(複数を含む)60に対して固定することが好ましい。反射管98の内面は当該波長で反射性が高く、好ましくは断面が主軸X及び/又は従軸Yにほぼ円形で直交する円筒形である。しかしながら、反射管98の内面はオーバル、正方形、長方形など、適当な形状の断面を有してもよい。コリメータ30の様に、反射管98は、対象とする波長で反射性が高くなるようにコーティングするか、或いはその他の処理をするのであれば、アルミニウム、鋼などの剛性の材料、又はその他の適当な材料で製造してもよい。例えば、研磨した金の皮膜を用いてもよい。
The reflector tube 98 is preferably arranged to receive the filtered energy beam (Ef) emerging from the second filter (s) 60. In order to prevent stray electromagnetic radiation, such as stray light, from entering the reflector tube 98 from outside the
図46に示す実施の形態では、反射管98は好ましくは主断面98aと従断面98bを含む。図示のように、反射管98はT形であり、主断面98aの長さを従断面98bの長さより長くできる。他の実施の形態では、主断面98aと従断面98bを同じ長さとできる。主断面98aは主軸Xに沿って第1の端部98cと第2の端部98dの間を延在する。従断面98bは従軸Yに沿って主断面98aと第3の端部98eの間を延在する。 In the embodiment shown in FIG. 46, the reflector tube 98 preferably includes a main cross section 98a and a secondary cross section 98b. As illustrated, the reflecting tube 98 is T-shaped, and the length of the main cross section 98a can be made longer than the length of the subsection 98b. In other embodiments, the main section 98a and the secondary section 98b can be the same length. The main cross section 98a extends along the main axis X between the first end 98c and the second end 98d. The secondary section 98b extends along the secondary axis Y between the main section 98a and the third end 98e.
主断面98aは該フィルタリングされたエネルギービーム(Ef)を第1の端部98cから、主軸X及び従軸Yの交点で主断面98a内に収容されたビームスプリッタ100へ導く。主断面98aは更に、試料ビーム(Es)を該ビームスプリッタ100から第1のレンズ4410を通して第2の端部98dまで導く。試料ビーム(Es)は第2の端部98dから、試料要素1730、ホルダ4430、及び第2のレンズ4440を通過して試料検出器150へ進む。同様に、縦断面98bは基準ビーム(Er)をビームスプリッタ4400からビーム集光素子90、第3のレンズ160を通して第3の端部98eへ導く。基準ビーム(Er)は第3の端部98eから基準検出器170へ進む。
The main cross section 98a guides the filtered energy beam (Ef) from the first end 98c to the
試料ビーム(Es)はフィルタリングされたエネルギービーム(Ef)のエネルギーの約75%〜約85%を有することが好ましい。より好ましくは、試料ビーム(Es)はフィルタリングされたエネルギービーム(Ef)の約80%を有する。基準ビーム(Er)はフィルタリングされたエネルギービーム(Ef)のエネルギーの約10%〜約50%を有することが好ましい。より好ましくは、基準ビーム(Er)は該フィルタリングされたエネルギービーム(Ef)のエネルギーの約20%を有する。ここで、試料ビーム及び基準ビームが取り込むエネルギーは該エネルギービームEに対して如何なる比率であってもよいことは明らかである。 The sample beam (Es) preferably has about 75% to about 85% of the energy of the filtered energy beam (Ef). More preferably, the sample beam (Es) has about 80% of the filtered energy beam (Ef). The reference beam (Er) preferably has about 10% to about 50% of the energy of the filtered energy beam (Ef). More preferably, the reference beam (Er) has about 20% of the energy of the filtered energy beam (Ef). Here, it is clear that the energy taken in by the sample beam and the reference beam may be any ratio with respect to the energy beam E.
反射管98は更に、第1のレンズ4410と第3のレンズ160を収容する。図46に示すように、反射管98はビームスプリッタ4400と第2の端部98dの間に第1レンズ4410を収容する。第1のレンズ4410は、好ましくはレンズ4410の面4612が主軸Xに対してほぼ直交するように配置する。同様に、該管98は該ビームスプリッタ100と第3の端部98eの間に第3のレンズ160を収容する。第3のレンズ160は、好ましくは第3のレンズ160の面162が従軸Yに対してほぼ直交するように配置する。第1のレンズ4410と第3のレンズ160の各々は、試料ビーム(Es)と基準ビーム(Er)が第1のレンズ4410と第3のレンズ160を通過する時、それぞれ試料ビーム(Es)と基準ビーム(Er)の焦点合わせをほぼ行えるように構成した焦点距離を有する。特に第1のレンズ4410は試料ビーム(Es)の焦点合わせをして、試料ビーム(Es)のほぼ全てが、該試料要素1730内に配置した材料試料Sを通過するように構成し、ホルダ4430に対して配置している。同様に第3のレンズ160は基準ビーム(Er)の焦点合わせをして、基準ビーム(Er)のほぼ全てが、基準検出器170に入射するように構成している。
The reflecting tube 98 further accommodates the
試料要素1730は該ホルダ4430内に保持されており、ホルダ4430は、好ましくは主軸Xに対してほぼ直交する面上に配置する。ホルダ4430は検体検出システム1700内で装着位置と測定位置との間を摺動して移動可能に構成する。測定位置では、ホルダ4430は停止端136と接触し、試料要素1730とその中に含まれる試料Sとを主軸X上で並ぶように配置する。
The
ホルダが、試料要素1730と試料Sを主軸X上で、かつ主軸X上とほぼ直交するように配置し、更にエネルギービームEが試料要素1730と試料を通過可能とするのであれば、図46に示すホルダ4430の構造の詳細は重要ではない。図44を参照して説明した実施の形態のように、ホルダ4430を省略し、試料要素1730のみを主軸X上に示す位置に配置してもよい。しかしながら、ホルダ4430は、該試料要素1730が(以下で更に詳細を説明するが)、フッ化バリウムなどの非常脆く不安定な材料から製造される場合、又は極めて薄い場合は有用である。
If the holder arranges the
図44を参照して説明した実施の形態のように、図46に示す試料検出器150及び基準検出器170は、放射が入射すると、信号を生成して、生成した信号をプロセッサ210へ送る。プロセッサ210は、試料検出器150及び基準検出器170から受信したこれらの信号に基づいて、プロセッサ210によりアクセス可能なメモリ212内に常駐したデータ処理アルゴリズム又はプログラム命令を実行して、試料Sに関する濃度、吸光度、透過度などを算出する。図46に示す検体検出システム1700の様々な態様では、特に、光源1720の出力強度が、検出システム1700の動作が光源強度を参照する必要のない程度に十分に安定している場合は、従軸Y上のビームスプリッタ4400、基準検出器170及びその他の構造体を省略してもよい。
As in the embodiment described with reference to FIG. 44, the
図47に一実施の形態の試料検出器150の断面図を示す。試料検出器150は受け入れ部152aとカバー部152bとを有する検出器ハウジング152内に設置する。しかしながら、試料検出器150とハウジング152と適当であれば如何なる構造体を用いてもよい。受け入れ部152aは好ましくは、ハウジング152を検体検出システム1700内に設置した時に主軸Xとほぼ一直線上に並ぶように開口部152cとレンズチャンバ152dを画成する。開口部152cは、試料S及び試料要素1730を通過する該試料ビーム(Es)の少なくとも一部が、開口部152cを通過してレンズチャンバ152d内へ進むように構成する。
FIG. 47 shows a cross-sectional view of the
受け入れ部152aはレンズチャンバ152d内の開口部152c近傍に第2のレンズ4440を収容する。試料検出器150は、検出器150の検出面154が主軸Xにほぼ直交するようレンズチャンバ152d内で第2のレンズ4440の下流に配置する。第2のレンズ4440は、レンズ4440の面142が主軸Xにほぼ直交するよう配置する。第2のレンズ4440は好ましくはホルダ4430と該試料検出器150に対して配置し、試料ビーム(Es)を検出面154上に焦点合わせして、試料ビーム(Es)のほぼ全てが検出面154に入射し、検出面154上に入射する試料ビーム(Es)の光束密度を増加するように構成する。
The receiving part 152a accommodates the
更に図47に示すように、支持部材156は好ましくは試料検出器150を受け入れ部152a内の位置に保持するのがよい。図示した実施の形態では、支持部材156は試料検出器150とカバー部152bの間に配置したスプリング156である。スプリング156は試料検出器150の検出面154を主軸Xに対してほぼ直交するように保持するよう構成される。好ましくは、ガスケット157をカバー部152bと受け入れ部152aの間に、支持部材156を囲むように配置する。
Further, as shown in FIG. 47, the
更に受け入れ部152aは、好ましくは該ガスケット157と試料検出器150の間に配置したプリント回路基板158を収容する。プリント基板158は少なくとも1つの接続部材150aを介して試料検出器150に接続する。試料検出器150は検出面154上に入射する試料ビーム(Es)に対応する検出信号を発生するようになっている。試料検出器150は接続部材150aを介してプリント基板158と通信して検出信号を伝達し、プリント基板158はこの検出信号をプロセサー180へ伝送する。
Further, the receiving portion 152a preferably accommodates a printed
一実施の形態では、試料検出器150はほぼ円筒形のハウジング150a、例えば、その上流の端部にほぼ円形のハウジング開口部150bを画成する、TO−39型「金属缶」パッケージ(type TO−39 ”metal can” package)を備える。一実施の形態では、ハウジング150aは約8.20mm(0.323インチ)の直径と約6.29mm(0.248インチ)の深さを有し、開口部150bは約5.00mm(0.197インチ)の直径を有してもよい。
In one embodiment, the
検出器窓150cを開口部150bに隣接して配置し、その上流側面は検出面154から好ましくは約1.98mm(約0.078インチ)(±0.10mm(±0.004インチ))有する。(検出面154は、ハウジングが約0.25mm(約0.010インチ)の厚さを有する場合、ハウジング150aの上流エッジから約2.24mm(約0.088インチ)(±0.10mm(0.004インチ))に配置する。)検出器窓150cは好ましくは、赤外線エネルギーの透過性を少なくとも3〜12μmの通過帯域で有する。従って、検出器窓154cに好適な材料の一つはゲルマニウムである。通過帯域の端点(endpoint)は、対象とする波長内で不必要な吸光が発生しないように、2.5μmより小さく、及び/又は12.5μmより大きくなるように、更に「拡張」してもよい。好ましくは、検出器窓150cの透過率はその通過帯域を2%を超えて変動しない。検出器窓150cの厚さは約0.51mm(約0.020インチ)が好ましい。試料検出器150は、好ましくは−20℃から+60℃の温度範囲でほぼその動作特性を保持する。
A
図48は一実施の形態の基準検出器170の断面図である。基準検出器170は受け入れ部172aとカバー部172bを有する検出器ハウジング172内に設置されている。しかしながら、試料検出器150とハウジング152として適当であれば如何なる構造体を用いてもよい。受け入れ部172aは好ましくは、ハウジング172を検体検出システム1700内に設置した時に従軸Yとほぼ一直線上に並ぶように開口部172cとチャンバ172dを画成する。開口部172cは基準ビーム(Er)が開口部172cを通過して、チャンバ172d内へ進むように構成さする。
FIG. 48 is a cross-sectional view of the
該受け入れ部分172aはチャンバ172d内の開口部172c近傍に基準検出器170を収容する。基準検出器170は、基準検出器170の検出面174が従軸Yにほぼ直交するようチャンバ172d内に配置する。第3のレンズ160は、基準ビーム(Er)を焦点合わせして、基準ビーム(Er)のほぼ全てが検出面174に入射し、検出面174上に入射する基準ビーム(Er)の光束密度を増加するように構成する。
The receiving portion 172a houses the
更に図48に示すように、支持部材176は好ましくは基準検出器170を受け入れ部172a内の位置に保持するのがよい。図示した実施の形態では、支持部材176は基準検出器170とカバー部172bの間に配置したスプリング176である。スプリング176は基準検出器170の検出面174を従軸Yに対してほぼ直交するように保持するよう構成される。好ましくは、ガスケット177をカバー部172bと受け入れ部172aの間に、支持部材176を囲むように配置する。
Further, as shown in FIG. 48, the
更に受け入れ部172aは、好ましくは該ガスケット177と基準検出器170の間に配置したプリント回路基板178を収容する。プリント基板178は少なくとも1つの接続部材170aを介して基準検出器170に接続する。基準検出器170は検出面174上に入射する基準ビーム(Er)に対応する検出信号を発生するようになっている。基準検出器170は接続部材170aを介してプリント基板178と通信して検出信号を伝達し、プリント基板178はこの検出信号をプロセサー210へ伝送する。
Further, the receiving portion 172a preferably houses a printed
一実施の形態では、基準検出器170の構造は上述した試料検出器150とほぼ同様である。
In one embodiment, the structure of the
一実施の形態では、試料検出器150及び基準検出器170はどちらも約0.8μm〜約25μmのスペクトル波長の範囲の電磁放射を検出するよう構成する。しかしながら、上述の波長のセットから適当な如何なるサブセットを選択できる。他の実施の形態では、試料検出器及び基準検出器170は約4μm〜約12μmの間の範囲の波長の電磁放射を検出するよう構成する。試料検出器及び基準検出器170の検出面154、174は各々が約2mm×2mm、又は約1mm×1mm〜約5mm×5mm迄の作動範囲(active area)を有してもよく、当然のことながら、適当であればこれ以外の如何なる寸法及び比率を適用してもよい。更に、試料検出器及び基準検出器170は、主軸Xから約45度以内の円錐角度で自体に向けた電磁放射を検出するよう構成してもよい。
In one embodiment, both
一実施の形態では、試料検出器150及び基準検出器170のサブシステムは更に、該検出器の温度を調整するシステム(図示されてない)を備えてもよい。この温度調整システムは、適当な電気熱源、サーミスタ、比例積分微分(PID)制御などを備えてもよい。これらの構成要素を用いて、試料検出器150及び基準検出器170の温度を約35℃に調整してもよい。試料検出器150及び基準検出器170はオプションとして、他の所望の温度でも動作可能である。更に、PID制御は、好ましくは、約60Hzの制御レート(control rate)を有してもよく、該電気熱源及びサーミスタと共に、試料検出器150及び基準検出器170の温度を所望の温度の約0.1℃内に維持する。
In one embodiment, the
試料検出器150及び基準検出器170は、電圧モード又は電流モードか何れかで動作でき、その何れのモードの動作も、好ましくはプリアンプモジュール(pre−amp module)を用いる。ここで開示する検体検出システム1700とともに使用する好適な電圧モード検出器として、InfraTec社(Dresden, Germany)製のモデルLIE302及びLIE312、BAE Systems社(Rockville, Maryland)制のモデルL2002、及びDias社(Dresden, Germany)製のモデルLTS−1が挙げられる。好適な電流モード検出器として、InfraTec社の301、315、345、及び355、及びDias社から入手可能な2×2電流モード検出器が挙げられる。
The
一実施の形態では、試料検出器150及び基準検出器170の一つ又は両方は次の仕様、即ち、入射放射強度が約9.26×10−4W/cm2(rms)、10Hz変調で、円錐角度が約15度以内の場合、検出部の面積が0.040cm2(2mm×2mmの正方形)、検出部の入力が10Hzで3.70×10−5W(rms)、検出部の感度が10Hzで360V/W、検出部の出力が10Hzで1.333×10−2V(rms)、ノイズが10Hzで8.00x10−8volts/sqrtHz、信号対ノイズ比が1.67x105rms/sqrtHz及び104.4dB/sqrtHz、検出能が1.00x109cm sqrtHz/Wを満たしてもよい。
In one embodiment, one or both of the
代替の実施の形態では、試料検出器150及び基準検出器170は、検体検出システム1700が光音響モードで動作するために好適なマイクロホン、及び/又はその他のセンサを備えてもよい。
In alternative embodiments, the
如何なる実施の形態においても、迷光などの漂遊電磁放射の影響がエネルギービームEに及ぶことを防止するため、浮遊電磁放射検体検出システム1700を構成する部品を部分的に、又は全体を筐体又はケーシング(図示されてない)に収納してもよい。適当であるならば如何なるケーシングを用いてもよい。同様に、検出システム1700を構成する部品は、図17、図44、及び図46に示すように、動作的な整合性を保持するため、適当なフレーム又はシャーシ(図示されてない)上に取り付けてもよい。このフレーム及びシャーシは、一体の部品又は部材であってもよく、又は複数の部材から構成されてもよい。
In any embodiment, in order to prevent the influence of stray electromagnetic radiation such as stray light from reaching the energy beam E, parts or components of the stray electromagnetic radiation
一動作方法では、図44又は図46に示す検体検出システム1700は、材料試料S内の1以上検体の濃度を、部分的に、試料検出器150及び基準検出器170によって検出された電磁放射を比較して測定する。検体検出システム1700の動作時に、第2のフィルタ60の各々は、その第2のフィルタ60に対応するドウェル時間だけ順番に主軸X上に並ぶ。(フィルタホイール50の代わりに、電子的に同調可能なフィルタ又はファブリ・ペロー干渉計を用いる場合は、第2のフィルタの各々を主軸X上に順番に配置する代わりに、電子的に同調可能なフィルタ又はファブリ・ペロー干渉計を順番に所望の波長又は波長帯のセット(set)の各々に同調する。)エネルギー源1720をドウェル時間、上述の変調周波数で動作する。ドウェル時間は、第2のフィルタ60の各々で(或いは、同調可能なフィルタ又は干渉計を同調する各波長又は帯域毎に)異なってもよい。一実施の形態の検体検出システム1700では、第2のフィルタ60各々のドウェル時間は約1秒を下回る。ドウェル時間を第2のフィルタ60各々に対して固有とすると、材料試料S内の検体濃度の算出において誤差の影響を受けやすい波長では、検体検出システム1700の動作時間を長くできるという長所がある。同様に、検体濃度の算出において誤差の影響を受けにくい波長では検体検出システム1700の作動時間を短くできる。或いは、ドウェル時間を、検出システムが用いるフィルタ/波長/帯域毎に不均一としてもよい。
In one method of operation, the
選択的に主軸上に位置した第2のフィルタ60の各々について、試料検出器150は、該当する第2のフィルタ60に対応する波長又は波長帯で、材料試料Sを透過した試料ビーム(Es)成分を検出する。試料検出器150は、検出した電磁放射に対応する検出信号を生成し、この信号をプロセッサ210に送出する。同時に、基準検出器170は、該当する第2のフィルタ60に対応する波長又は波長帯で透過した基準ビーム(Er)を検出する。基準検出器170は、検出した電磁放射に対応する検出信号を生成し、この信号をプロセッサ210に送出する。試料検出器150及び基準検出器170によって送出された信号に基づいて、プロセッサ210は、試料S内の対象とする検体の濃度、及び/又は、一以上の波長又は波長帯における試料Sの吸収/透過性を算出して試料を分析する。プロセッサ210は、プロセッサ210によりアクセス可能なメモリ212内に常駐したデータ処理アルゴリズム又はプログラム命令を実行して、濃度、吸光度、透過度などを算出する。
For each of the second filters 60 that are selectively positioned on the main axis, the
基準検出器170によって生成した信号を用いて光源1720が放射するエネルギービームの強度変動を監視してもよい。強度の変動はしばしば、光源自体のドリフト効果、老朽化、摩耗又はその他の不具合によって発生する。強度の変動を監視することによって、プロセッサ210は、光源1720の放射強度の変化を原因とする、試料Sの成分とは無関係に生じた試料ビーム(Es)の強度変化を識別する。これによって、濃度、吸収特性などを算出する際に発生しうる誤差の原因を除去、又は最小限にする。
The signal generated by the
一実施の形態では、検出システム1700は、最初に、試料検出器150及び基準検出器170によって、試料要素1730を主軸X上に配置しない状態で、各中心波長又は波長帯で検出した電磁放射を測定して検体濃度読み取り値を算出する(これを「エア」読み取り値という)。次に検出システム1700は、試料検出器150及び基準検出器170によって、材料試料Sを試料要素1730に載せ、試料要素1730と試料Sを主軸X上に配置した状態で、各中心波長又は波長帯で検出した電磁放射を測定して検体濃度読み取り値を算出する(これを「ウェット」読み取り値という)。最後に、プロセッサ180は、こうして得られた読み取り値に基づいて試料Sに関する濃度、吸収度及び/又は透過度を算出する。
In one embodiment, the
一実施の形態では、エア読み取り値及びウェット読み取り値を用いて、以下のようにして経路長補正スペクトルを生成する。まず、測定値を正規化して、各波長における透過度を得る。各波長における基準測定値と信号を用いて、波長iにおける検出器150の信号をSiとし、波長iにおける検出器170の信号をRiとし、透過度をτiとすると、透過度τiは次の式で算出される。τi=Si(ウェット)/Ri(ウェット) / Si(エア)/Ri(エア).必要な場合、スペクトルはスペクトル光度をODi、Log(Ti)として算出してもよい。
In one embodiment, a path length correction spectrum is generated using air readings and wet readings as follows. First, the measured values are normalized to obtain the transmittance at each wavelength. Using reference measurements and the signal at each wavelength, the signal of the
次に、約4.5〜約5.5μmの波長範囲における透過度を分析し、経路長を決定する。具体的には、水がこの波長領域における主な血液の吸収種であり、光学濃度が光学経路長と既知の水の吸収係数との積(OD=Lσ、Lは光学経路長、σは吸収係数)であることから、標準的な曲線適合手順の一つを用いて、測定した光学濃度ODから光学経路長Lを決定してもよい。経路長を用いて、各波長における試料の吸収係数を決定してもよい。或いは、光学経路長を、吸収係数を光学濃度に変換する計算に用いてもよい。 Next, the transmission in the wavelength range of about 4.5 to about 5.5 μm is analyzed to determine the path length. Specifically, water is the main blood absorbing species in this wavelength region, and the optical density is the product of the optical path length and the known water absorption coefficient (OD = Lσ, L is the optical path length, σ is the absorption Therefore, the optical path length L may be determined from the measured optical density OD using one of standard curve fitting procedures. The path length may be used to determine the sample absorption coefficient at each wavelength. Alternatively, the optical path length may be used for calculations that convert the absorption coefficient into optical density.
検体検出システム、その使用方法、及び関連技術についてはこの他に、「SAMPLE ELEMENT WITH BARRIER MATERIAL」と題する2005年2月17日に公開された上述の、本明細書の一部をなす米国特許出願第2005/0038357号を参照してもよい。
第IV部C−試料要素
In addition to the analyte detection system, its method of use, and related techniques, the above-referenced US patent application published on Feb. 17, 2005, entitled “SAMPLE ELEMENT WITH BARRIER MATERIAL”. Reference may be made to 2005/0038357.
Part IV C-Sample elements
図18は、試料要素1730の上面図であり、図19は、試料要素の側面図であり、図20は、試料要素の分解斜視図である。本発明の一実施の形態の試料要素1730は、試料調合部332と連通し、試料調合部332からフィルタリングされた血液を受ける試料チャンバ903を備える。試料要素1730は、試料チャンバ壁1802によって画成される試料チャンバ903を備える。試料チャンバ903は、患者から抜き取られ、試料要素1730とともに検出システムによって分析される材料試料を保持するように構成される。
18 is a top view of the
図18及び図19に示す実施の形態では、試料チャンバ903は、第1の側部チャンバ壁1802a、第2の側部チャンバ壁1802b、上部チャンバ壁1802c、及び下部チャンバ壁1802dによって画成されるが、適当であれば如何なる数及び如何なる構成のチャンバ壁を用いてもよい。上部チャンバ壁1802c及び下部チャンバ壁1802dの少なくとも一つは、試料分析装置322(或いは試料要素を使用するその他のシステム)が用いる波長の電磁放射を十分に透過する物質で形成される。このように透過性を持つチャンバ壁を「窓」と呼ぶ。一実施の形態では、上部チャンバ壁1802c及び下部チャンバ壁1802dは、該当する波長の電磁放射に試料チャンバ903を通過させる第1の窓及び第2の窓を有する。他の実施の形態では、上部チャンバ壁1802c及び下部チャンバ壁1802dの少なくとも一方が窓を有する。この実施の形態では、上部チャンバ壁1802c及び下部チャンバ壁1802dの他方は、試料要素1703を使用する検体検出システムによって試料チャンバ903に放射する電磁エネルギーを後方反射する反射面を有する。したがって、本実施の形態は、エネルギー源と電磁エネルギーの検出器を試料要素の同じ面に配置した検体検出システムとの使用に好適である。
In the embodiment shown in FIGS. 18 and 19, the
様々な実施の形態では、試料要素1730の検出器窓を構成する物質は、完全な透過性を有し、即ち、光源1720及びフィルタ1725から入射される如何なる電磁放射も吸収しない。他の実施の形態では、検出器窓の物質は、所望の電磁範囲で幾らかの吸収性を有するが、その吸収性は無視できる。更に他の実施の形態では、検出器窓の物質は無視できない程度の吸収性を有するが、比較的長期にわたり安定している。他の実施の形態では、検出器窓の吸収性は比較的短期間しか安定していないが、試料分析装置322は、物質の吸収性を監視して、その物質の特性の変化を測定しうる前に検体測定からそれを除去するように構成されている。なおもう1つの実施の形態では、該窓(複数を含む)の材料の吸収は無視出来ないが、それは比較的長い時間の間安定である。もう1つの実施の形態では、該窓(複数を含む)の吸収は比較的短い時間の間のみしか安定でないが、該被検体検出システム10は、該材料特性が測定可能に変化し得る前に、該材料の吸収を観察し、それを該被検体測定から除去する。試料要素1730の検出器窓(複数を含む)を形成するために好適な材料として、これに限定されることはないが、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、ゲルマニウム、シリコン、ポリプロピレン、ポリエチレン、又はその他の該当する波長で好適な透過性(即ち、単位厚さ当たりの透過性)を有するポリマーが挙げられる。検出器窓をポリマーで形成する場合、選択するポリマーの構造は、検出器窓間の試料の流れを高めるため、アイソタクチック、アタクチック又はシンディオタクチックにできる。試料要素1730を形成するために好適な一つの種類のポリエチレンとして、KUBE Ltd.(Staefa, Switzerland)から入手可能な、押し出し加工又はブロー成形したタイプ220が挙げられる。
In various embodiments, the material comprising the detector window of
一実施の形態では、試料要素1730はその検出器窓を通して、約4μm〜約10.5μmの間の波長を有する電磁エネルギーに対して十分な透過性を持つように構成される。しかしながら、該試料要素1730は、エネルギー源1720より放射される如何なるスペクトル範囲の波長も透過するよう構成できる。他の実施の形態では、該試料要素1730は、フィルタ1725を通して透過される電磁放射波長について、自身に入射する試料ビーム(Es)から約1.0MW/cm2を上回る光学的パワーを受けるよう構成される。好ましくは、該試料要素1730の試料チャンバ903は、主軸X(図17参照)から45度の円錐角内で材料試料Sへ向かって進む試料ビーム(Es)が通過できるように構成される。
In one embodiment, the
図18、図19に示す実施の形態では、試料要素は更に、試料チャンバ903から供給開口部1806へ延在する供給経路1804と、試料チャンバ903からベント開口部1810へ延在するベント経路1808とを有する。ベント開口部1810及び供給開口部1806を試料要素1730の一端に示しているが、他の実施の形態では、ベント開口部1810及び供給開口部1806が流体連通するのであれば、これらの開口部をそれぞれ試料要素の別々の側に形成してもよい。
In the embodiment shown in FIGS. 18 and 19, the sample element further includes a
動作時に、試料要素1730の供給開口部1806は、患者から流れる液体などの材料試料と接触する。この液体は外部ポンプ又は毛管現象によって、試料供給経路1804を介して試料チャンバ903へ運ばれる。
In operation, the
上部チャンバ壁1802c及び下部チャンバ壁1802dが窓を備える場合、それらの間の距離T(試料チャンバ903及び/又は窓1802a、1802bにほぼ直交する軸に沿って測定した、或いは、これに限定されないが上述のエネルギービームEなどのエネルギービームの軸に沿って測定した距離)はそれらの光学的経路長を含む。様々な実施の形態は、経路長は約1μm〜約300μmの間、約1μmと約100μmの間、約25μmと約40μmの間、約10μmと約40μmの間、約25μmと約60μmの間、又は約30μmと約50μmの間である。更に他の実施の形態では、光路長は約50μm又は約25μmである。幾つかの場合、経路長Tを、試料要素1730を用いる検体検出システムが指定する経路長の約±1μm内に保持することが望ましい。同様に、試料要素1730を使用する検体検出システムに応じて、壁1802c、1802dを相互に平行に±1μm内に配向させる、及び/又は壁1802c、1802dを各々±1μm内の(平)面に保持することが望ましい。代替の実施の形態では、壁1802c、1802dは平坦、ざらざらしている、角を有する、或いはそれらの組み合わせである。
When the
一実施の形態では、試料チャンバ903の横方向の寸法(即ち、横方向のチャンバ壁1802a、1802bによって画定される寸法)は、試料検出器1745の作動面の寸法とほぼ等しい。したがって、更なる実施の形態では、試料チャンバ903は、約4mm〜約12mm、より好ましくは約6mm〜約8mmの直径を有した円形である。
In one embodiment, the lateral dimension of sample chamber 903 (ie, the dimension defined by lateral chamber walls 1802a, 1802b) is approximately equal to the dimension of the working surface of sample detector 1745. Thus, in a further embodiment, the
図18、図19に示す試料要素1730は、一実施の形態では、以下の寸法及び径を有する。供給経路1804は好ましくは約15mmの長さ、約1.0mmの幅、そして経路長Tに等しい高さを有するのがよい。更に、供給開口部1806は好ましくは幅が約1.5mmで試料供給経路1804の幅へスムーズに移行するのがよい。試料要素1730は幅が約12mm(約0.5インチ)で長さが約25mm(約1インチ)であり、約1.0mm〜約4.0mmの間の全体厚さを有する。ベント経路1808は好ましくは約1.0mmから5.0mmの長さと約1.0mmの幅を有し、壁1802c、1802dの間の経路長とほぼ等しい厚さを有する。ベント開口部1810はベント経路1808とほぼ同じ高さと幅である。勿論、試料要素1730の利点を実現するのであれば、他の実施の形態ではこの他の寸法を用いてもよい。
The
試料要素1730は好ましくは約15μl以下の(又は約10μl以下の、又は約5μl以下の)体積を有する材料試料Sを、より好ましくは、約2μl以下の体積を有する材料試料Sを、受け入れる寸法を有する。当然のことながら、試料要素1730の容積、試料チャンバ903の容積などは、試料検出器1745の寸法及び感度、エネルギー源1720からの放射強度、予想される試料の流れ特性、試料要素1730がフローエンハンサー(flow enhancer)を組み込んでいるか否かなどの様々な要因に応じて変更可能であることは明らかである。液体は試料チャンバ903へ、好ましくは、毛管現象によって運ばれるのがよいが、ウィッキング作用又は真空作用、或いは、ウィッキング作用、毛管現象、蠕動、ポンプ及び/又は真空作用の組み合わせによって運んでもよい。
図20に、試料要素1730を構築するための一つの方法を示す。この方法では、試料要素1730は、第1の層1820、第2の層1830、及び第3の層1840を備える。第2の層1830は、好ましくは第1の層1820と第3の層1840の間に位置する。第1の層1820は、上部チャンバ壁1802cを形成し、第3の層1840は下部チャンバ壁1802dを形成する。上部チャンバ壁1802c及び下部チャンバ壁1802dが窓を有する場合、対象となる検出器窓/壁1802c/1802dは、壁が配置される層1820/1840の残りの部分を形成するために異なる材料を用いて製造してもよい。或いは、層1820/1840の全体を、検出器窓/壁1802c、1802dを形成するために選択した材料で製造してもよい。この場合、検出器窓/壁1802c、1802dは層1820、1840と一体に形成し、試料チャンバ903上のするそれぞれの層1820、1840の領域を有する。
FIG. 20 shows one method for constructing the
図20に示すように、第2の層1830は全体を、第1の層1820及び第3の層1840を接合する接着剤で構成してもよい。他の実施の形態では、第2の層1830は、第1の層1820及び第3の層1840と同様の材料、又はその他の好適な材料で構成してもよい。第2の層1830は更に、その両側に接着剤を付着したキャリアとして形成してもよい。第2の層1830は、試料チャンバ903、試料供給経路1804、供給開口部1806、ベント経路1808、及びベント開口部1810を少なくとも部分的に形成する空隙を含む。第2の層1830の厚さは、試料要素1730に好適として上述した経路長の何れかと同一であってもよい。第1の層及び第3の層は、試料要素1730の検出器窓を形成するために好適として上述した材料の何れかで形成できる。一実施の形態では、第1の層1820及び第3の層1840は、試料Sを充填した場合にその形状を維持できるだけの十分な構造的な統合性を有する材料から形成する。第1の層1820及び第3の層1840は、例えば、厚さ0.5mmのフッ化カルシウムでもよい。他の実施の形態では、第2の層1830は、3M社から入手可能なAdhesive Transfer Tape no.9471LEの接着剤を含んでもよい。他の実施の形態では、第2の層1830は、例えば、TechFilm(31 Dunham Road, Billerica, MA 01821)から入手可能な、圧力及び熱を層に与えることによって第1の層1820及び第3の層1840を結合するエポキシを含んでもよい。
As shown in FIG. 20, the entire
試料チャンバ903は、好ましくは、無反応物チャンバを含む。換言すると、試料チャンバ903の内部空間、及び/又は試料チャンバ903を画成する壁1803は、好ましくは、分析するために該チャンバに導かれた試料に対して不活性であることがよい。ここで、「不活性」とは広義であり、その通常の意味で用い、これに限定されないが、試料を試料チャンバ903に導入してから、その検体濃度の測定を行うために十分な時間の間(例えば1〜30分)、試料分析装置322又はその他の好適なシステムを用いて行う試料中の検体濃度の測定に大きな影響を与える試料との反応を起こすことのない状態を意味する。或いは、試料チャンバ903は、試料を試薬と反応させる工程を含む試料分析技術において、試料要素を使いやすくするために1以上の試薬を含んでもよい。
本発明の一実施の形態では、試料要素1730は、限られた回数の測定に用い、使い捨てである。このため、図8〜図10に示すように、試料要素1730は、プローブ領域1002内に試料チャンバ903を配置できるカセット820の使い捨て部分を形成する。
In one embodiment of the invention, the
試料要素、その使用方法および関連技術については更に、上述の本明細書の一部をなす、「SAMPLE ELEMENT WITH BARRIER MATERIAL」と題する2005年2月17日に公開された米国特許出願第2005/0038357号、及び、「SAMPLE ELEMENT WITH SEPARATOR」と題する2005年5月5日出願の米国特許出願第11/122,794号に記載している。
第IV部D−遠心分離器
Sample elements, their method of use and related techniques are further described in US patent application 2005/0038357, published February 17, 2005, entitled “SAMPLE ELEMENT WITH BARRIER MATERIAL”, which forms part of the above-mentioned specification. And US patent application Ser. No. 11 / 122,794, filed May 5, 2005, entitled “SAMPLE ELEMENT WITH SEPARATOR”.
Part IV D-Centrifuge
図21は、遠心分離器を用いた一実施の形態の試料調合部2100の概略図である。試料調合部332とほぼ同様であるが、相違点について以下詳細に説明する。全体的には、試料調合部332において、フィルタ1500などのフィルタの代わりに、或いはフィルタに追加して遠心分離器を備えた構成となっている。試料調合部2100は、試料要素2112を含む遠心分離器2110と液体境界部2120の前方に液体処理要素を備える。試料要素2112は、図21に示すように、ほぼ円筒形の構成である。本実施の形態は例示的なものであり、試料要素は円筒形でもよく、平坦な形状でもよく、或いは遠心分離器2110に材料(好ましくは液体)を保持する機能を有するように構成できるのであれば、如何なる形状でもよい。遠心分離器2110を用いて、試料要素2112に保持した物質を分離するように試料要素2112を回転させることができる。
FIG. 21 is a schematic diagram of a
いくつかの実施の形態では、液体境界部2120は、試料の遠心分離を行う際に経路113から試料要素2112への試料の輸送を選択的に制御する。他の実施の形態では、液体境界部2120はまた、液体を試料要素2112を貫流させてクリーニングする、或いは検体の測定を行うために試料要素を準備することができる。このように、試料要素2112を洗い流す、或いは充填するために液体境界部2120を使用できる。
In some embodiments, the
図21に示すように、遠心分離器2110は、試料要素2112と、モータ(図示されてない)を装着した軸2113を有した、制御部210によって制御されるロータ2111を備える。
As shown in FIG. 21, the centrifuge 2110 includes a
更に、図21に示すように、液体境界部2120は、第1の針2122を有する液体注入プローブ2121と、液体除去プローブ2123とを備える。液体除去プローブ2123は、第2のニードル2124を有する。試料要素2112を液体境界部2120に対して適切な方向に配置すると、試料流体又はその他の液体が、試料要素2112に注入され、貫流する。具体的には、液体注入プローブ2121は、患者接合部110からの体液などの試料を受ける経路を有する。体液は、液体注入プローブ2121と第1の針2122を通って試料要素2112へ進むことができる。試料要素2112から物質を除去するため、図示のように、試料要素2112を第2のシードル2124と一直線上に配置できる。物質は、第2のニードル2124を通って液体除去プローブ2123へ進むことができる。その後、物質は、除去プローブ2123の経路を通して、試料要素2112から排出できる。
Furthermore, as shown in FIG. 21, the
試料要素2112が回転する際にとりうる一つの位置として、試料測定位置2140がある。試料測定位置2140は、光検体検出システムなどの分析システムの領域と一致してもよい。試料測定位置2140は例えば、プローブ領域1002又はその他の装置の測定位置と一致してもよい。
One possible position when the
ロータ2111は、矢印Rで示す方向に駆動し、これによって、試料要素2112内の試料に遠心力が生じるようになっている。回転の中心から距離を隔てて試料が回転すると、遠心力が生じる。いくつかの実施の形態では、試料要素2112は全血を保持する。この遠心力は、全血試料の円筒容器の高濃度部分を血液試料の軽い部分よりも回転の中心からより離れるようにする。こうして、全血の一以上の成分を相互に分離できる。その他の液体又は試料も、遠心力によって除去できる。一実施の形態では、試料要素2112は使い捨てのロータ2111に装着した使い捨て容器である。好ましくは、容器はプラスチックであり、再利用可能で洗い流すことができる。他の実施の形態では、試料要素2112は、ロータ2111に恒久的に装着した使い捨てでない(nondisposable)容器である。
The rotor 2111 is driven in the direction indicated by the arrow R so that a centrifugal force is generated in the sample in the
図示されたロータ2111は、軸2113に固定されたほぼ円形のプレートである。或いは、ロータ2111は他の形状を有してもよい。ロータ2111は、好ましくは、回転慣性を低く保ち、動作負荷時に形状を維持できるだけの強度と安定性を持った低密度の物質から構成され、光学的な配置を密接(close optical ailgnment)に保てるようにしている。例えば、ロータ2111は、GE brand ULTEM(登録商標)ポリエーテルイミドで構成してもよい。この材料は、安定しているが、機械加工を容易に行えるプレート形状で入手できる。更に、同様の特性を有するのであればその他の物質も使用可能である。
The illustrated rotor 2111 is a substantially circular plate fixed to the
所望の遠心力を得られるようにロータ2111の寸法は選択できる。いくつかの実施の形態では、ロータ2111の直径は、約75mm〜約125mm、或いは、約100mm〜約125mmである。ロータ2111の厚さは、好ましくは、遠心力を支持するためにちょうど十分な程度でよく、例えば、約1.0〜約2.0mmでもよい。 The size of the rotor 2111 can be selected so as to obtain a desired centrifugal force. In some embodiments, the rotor 2111 has a diameter of about 75 mm to about 125 mm, alternatively about 100 mm to about 125 mm. The thickness of the rotor 2111 may preferably be just enough to support centrifugal force, for example from about 1.0 to about 2.0 mm.
代替の実施の形態では、液体境界部2120は遠心分離後、選択的に血漿を試料要素2112から抜き出す。この血漿は、分析のために検体検出システムに送られる。一実施の形態では、こうして分離された液体は、試料要素2112から底部接合部を介して抜き出される。好ましくは、底部接合部及び容器の位置及び方向は、赤血球を最初に抜き出せるようになっている。一実施の形態では、赤血球検出器とともに構成してもよい。赤血球検出器は、止血レベルを測定することによって、ほとんどの赤血球が容器を出た時を検出するようにしてもよい。その後容器に残った血漿を分析チャンバに迂回させてもよい。液体を容器から抜き出した後、頂部接合部は液体(例えば、食塩水)を容器に注入してシステムを洗い直し、次の試料のために準備してもよい。
In an alternative embodiment, the
図22A〜図23Cに、脱着可能な、使い捨て液体処理カセット820を用いた、他の実施の形態の液体処理及び分析装置140を示す。カセット820は、遠心分離器ロータ組立体2016を備え、試料の準備及び分析を容易にしている。図22A〜図22Cに示す本実施の形態の装置140は既に説明した他の実施の形態の装置140とほぼ同様であり、本実施の形態のカセット820は既に説明した他の実施の形態のカセット820とほぼ同様であるが、相違点について以下詳細に説明する。
FIGS. 22A-23C show another embodiment of a liquid processing and
脱着可能な液体処理カセット820は、主分析計器部810と脱着可能に係合できる。液体処理カセット820を中央計器部810と連結すると、中央計器部810の駆動システム2030は、カセット820のロータ組立体2016と結合する(図22B)。カセット820が中央計器部810と連結すると、駆動システム2030はロータ組立体2016と係合してロータ組立体2016を回転可能し、ロータ組立体2016によって担持される体液試料に遠心力を与える。
The removable
いくつかの実施の形態では、ロータ組立体2016は、ロータ2020と、遠心分離する試料を保持する試料要素2448(図22C)とを備える。ロータ2020が回転すると、遠心力が試料要素2448内の試料にかかる。遠心力は、試料の一以上の成分を分離する(例えば、全血から血漿を分離する)。こうして分離された成分は装置140によって分析される。この点について以下に詳細に説明する。
In some embodiments, the
中央計器部810は、その一部が中央計器部810のハウジング2049から突出した、遠心分離器駆動システム2030と検体検出システム1700を備える。駆動システム2030は、ロータ組立体2016と解除可能に連結するように構成され、回転運動をロータ組立体2016に伝えてロータ2020を所望の速度で回転させられるようになっている。遠心分離工程の後、検体検出システム1700は、ロータ2020によって担持される試料から分離された一以上の成分を分析できる。図示された検体検出システム1700の突出部には、検体検出システム1700が試料要素2448に担持された試料又は成分を分析できるように、試料要素2448を担持するロータ2020の一部を受ける溝部2074が形成されている。
The
図22Cに示す液体処理及び分析装置140を組み立てる場合は、図22A、図22Bに示す矢印20007で示す方向にカセット820を中央計器部810に配置する。カセット820が適切に中央計器部810に取り付けられると、駆動システム2030がロータ組立体2016と動作可能に係合するように、ロータ組立体2016は駆動システム2030に到達できるようになっている。駆動システム2030が通電すると、ロータ2020が所望の速度で回転する。回転するロータ2020は繰り返し、検出システム1700の溝部2074を通過できる。
When assembling the liquid processing and analyzing
遠心分離工程の後、ロータ2020は回転して、試料要素2448が溝部2074内に配置される分析位置(図22B及び図22Cを参照)に位置する。ロータ2020と試料要素2448が分析位置に位置すると、検体検出システム1700は、試料要素2448に担持される試料の1以上の成分を分析できる。例えば、検出システム1700は、遠心分離工程時に分離された成分のうち少なくとも一つを分析できる。カセット820を使用後、カセット820は中央計器部810から取り出し、廃棄できる。その後、別のカセット820を中央計器部810に装着できる。
After the centrifugation step, the
図23Aに示すように、図示のカセット820は、ロータ組立体2016を囲むハウジング2400を備え、ロータ2020は、ロータ組立体2016によってハウジング2400に回動可能に接続される。ロータ2020は、カセット820を中央計器部810に取り付けると、駆動システム2030と係合駆動するロータ接続部2051を備える。
As shown in FIG. 23A, the illustrated
いくつかの実施の形態では、カセット820は、使い捨ての液体処理カセットである。所望の数のカセット820に再利用可能な中央計器部810を用いることができる。追加的に、又は、代替として、カセット820を、輸送に便利なように、携帯可能な、手持ち式の、カセットとしてもよい。これらの実施の形態では、カセット820は手動で中央計器部810に脱着が可能である。いくつかの実施の形態では、カセット820は、中央計器部810に恒久的に装着した使い捨てでない(nondisposable)カセットでもよい。
In some embodiments, the
図25A及び図25Bに、体液などの試料を担持可能な遠心分離器ロータ2020を示す。図示の遠心分離器ロータ2020は、分光分析時に試料を保持するとともに、分析用に試料を調合することができる液体処理要素と考えることができる。ロータ2020は、好ましくは、細長の本体2446、少なくとも一つの試料要素2448、少なくとも一つのバイパス要素2452を備える。試料要素2448及びバイパス要素2452はそれぞれ、ロータ2020の対向する端部に配置できる。バイパス要素2452は、試料要素2448に液体を貫流させずに液体処理及び分析装置140の流体経路をクリーニング又は洗い流すことができる、流体の迂回経路となる。
25A and 25B show a
図示のロータ本体2446は、駆動システム2030と連結する装着用開口部2447を画成するほぼ平面の部材でもよい。図示のロータ2020は、幾分長方形の形状を有する。代替の実施の形態では、ロータ2020はほぼ円形、多角形、楕円形、又はその他所望のいかなる形状を有してもよい。図示の形状は、水平に配置した場合に検体検出システム1700に対応しやすくなっている。
The illustrated
図25Bに示すように、それぞれ相対する第1の液体接合部2027と第2の液体接合部2029の組がロータ2020の前面から外側へ延在し、ロータ本体2446を介して試料要素2448及びバイパス要素2452へそれぞれ向かう液体の流れを容易にしている。第1の液体接合部2027は、試料要素2448と流体連通する排出ポート2472と注入ポート2474を画成する。図示の実施の形態において、液体流路2510、2512は、それぞれ排出ポート2472及び注入ポート2474から試料要素2448へ延在する(図25E及び図25Fを参照)。排出ポート2472と注入ポート2474、液体流路2510、2512はロータ2020を介して試料要素2448へ流入する流れと試料要素2448から戻る流れの経路を画成する。
As shown in FIG. 25B, a pair of the first liquid joint 2027 and the second liquid joint 2029 facing each other extends outward from the front surface of the
図25Bに示されるように、ロータ2020は更に、排出ポート272から注入ポート2574への液体の流れを可能とするバイパス要素2452を備える。流路2570は、排出ポート2572と注入ポート2574との間を延在して、この液体の流れを容易にしている。このように延在する流路2570はポート2572からロータ2020を介して一方の排出ポート2572から他方の注入ポート2574への閉じた流路を画成する。図示の実施の形態では、バイパス要素2452の排出ポート2572と注入ポート2574は、ロータ2020上の排出ポート2572と注入ポート2574の間とほぼ同様に離間している。
As shown in FIG. 25B, the
ロータ2020を介した光アクセスのため、一つ以上の窓2460a、2460bを設けてもよい。バイパス要素2452に隣接した窓2460aは、電磁放射がロータ2020を介して通過することができる貫通孔部(図25E)でもよい。更に、試料要素2448に隣接した窓2460bにも、電磁放射が通過できる同様の貫通孔部を設けてもよい。或いは、検出器窓2460a、2460bの一方、又は両方を、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、ゲルマニウム、シリコン、ポリプロピレン、ポリエチレン、又はそれらの組み合わせ、或いは、該当する波長で適当な透過性(即ち、単位厚さ当たりの透過性)を有する物質で形成されたシートとしてもよい。検出器窓2460a、2460bは、ロータ2020が垂直方向を向く時、検出器窓2460a、2460bの一方が溝部2074に位置するように配置される。
One or
ロータ2020は様々な製造技術を用いて製造できる。いくつかの実施の形態では、ロータ2020は、成形(例えば、圧縮成型又は射出成形)、機械加工などの製造工程、またはそれらの製造工程の組み合わせによって製造でき、いくつかの実施の形態では、ロータ2020は、プラスチックで製造される。プラスチック材料のコンプライアンスは、液体境界部2028のピン2542、2544の端部を密封できるように選択できる(これについては以下に詳細に説明する)。ポート(例えば、ポート2572、2574、2472、2474)を形成する非限定的な代表的なプラスチックは、化学的に比較的不活性であり、射出成形又は機械加工できる。これらのプラスチックとして、これに限定されないが、PEEK、又はポリフェニレンサルファイド(PPS)が挙げられる。これらのプラスチックは両方とも高い弾性を有するが、シール面を滑らかに仕上げ、高い接触圧力がかかる面積が極めて小さくなるようにシール領域の面積を小さくして、流体シールを生成できる。これによって、ロータ2020及びピン2542、2544を形成するために使用する材料をシールして、ロータ2020とピン2542、2544の間で、以下で詳細に説明する、所望の相互作用を実現できる。
The
図23Aに示すロータ組立体2016は、ロータ2020を、カセットハウジング2400に対して固定され、ロータ軸2430とロータ2020を回動可能に保持するロータ軸ボス2426を介して、カセットハウジング2400に回転可能に接続する。ロータ軸2430は、ロータ軸ボス2426から外側へ延在し、好ましくはロータ2020の後部面に連結して固定されるロータブラケット2436に固定されている。このため、ロータ組立体2016と駆動システム2030は協動して、高速であっても確実にロータ2020が軸2024の周りを回転するようになっている。図示のカセット820は、単一のロータ組立体2016を有する。他の実施の形態では、カセット820は、2つ以上のロータ組立体2016を有することができる。複数のロータ組立体2016を用いて、複数の試料を(好ましくは同時に)準備し、試験することもできる。
The
再び、図25A、図25B、図25E、図25Fに示すように、試料要素2448はロータ2020と連結し、遠心分離器を用いた処理のために体液の試料を保持できるようになっている。試料要素2448は、特定の実施の形態では、ここに開示する他の試料要素又はキュベット(例えば、試料要素1730、2112)とほぼ同様であるが、相違点について以下詳細に説明する。
Again, as shown in FIGS. 25A, 25B, 25E, and 25F, the
試料要素2448は、遠心分離用の試料を保持する試料チャンバ2464と、チャンバ2464及びロータ2020の流路2512、2510とそれぞれ流体連通する液体流路2466、2468を備える。このため、液体流路2512、2466は、ポート2474とチャンバ2464の間の第1の流路を画成し、液体流路2510、2468は、ポート2472とチャンバ2464の間の第2の流路を画成する。試料要素2448へ流れる液体の方向に応じて、第1の流路と第2の流路の何れか一方が流入する流路となり、他方が戻りの流路となる
The
試料チャンバ2464の一部は、チャンバ2464に含有される液体を検出システム1700によって分析する際に電磁放射が通過する試料チャンバの部分である、呼び掛け(interrogation)領域2091と考えられる。したがって、この呼び掛け領域2091は、試料要素2448がロータ2020と連結すると、検出器窓2460bと一直線上に並ぶ。図示の呼び掛け領域2091は、チャンバ2464の半径方向内側(即ち、ロータ2020の回転軸2024に比較的近い)部分を有し、遠心分離の後、体液試料(例えば、全血試料の血漿)の低濃度の部分の分光分析を行いやすくしている。これについて、以下詳細に説明する。体液試料の高濃度の部分が分光分析の対象となる場合は、呼び掛け領域2091を、チャンバ2464の半径方向外側(即ち、ロータ2020の回転軸2024から比較的遠い)部分に位置するようにできる。
A portion of the
ロータ2020は、試料要素2448を一時的または恒久的に保持できる。図24Fに示すように、ロータ2020は、試料要素2448を受ける凹部2502を有する。試料要素2448は、相互の摩擦作用、接着剤、又はその他の適当な結合手段によって凹部に保持できる。図示の試料要素2448は、ロータ2020内に埋め込まれている。しかしながら、試料要素2448は、ロータ2020上に配置してもよく、或いはロータ2020から突出してもよい。
The
試料要素2448は、所定量の試料流体を準備する、分析を複数回行うなどのため、所定の期間使用できる。必要な場合、試料要素2448をロータ2020から取り外して、廃棄できる。その後、他の試料要素2448を凹部2502に配置することもできる。このため、カセット820が使い捨ての場合でも、複数の使い捨て試料要素2448を単一のカセット820とともに使用できる。このため、単一のカセット820を所望の数の試料要素とともに使用できる。或いは、カセット820は、ロータ2020と恒久的に連結した試料要素2448を有してもよい。いくつかの実施の形態では、試料要素2448の少なくとも一部が、ロータ本体2446と一体又は同一構造となっている。付加的に、或いは代替として、ロータ2020は、複数の試料要素を有してもよい(例えば、バイパス要素2452の代わりに記録試料(record sample)要素を備える)。この実施の形態では、複数の試料(例えば、体液)を同時に準備することによって、試料の準備時間を短縮できる。
The
図25A及び図25Bは、特定の実施の形態の試料要素2448を形成する場合に使用できる、層状構造(layerd construction)技術を示す。図示の層状試料要素2448は、第1の層2473、第2の層2475、第3の層2478を有する。第2の層2475は、好ましくは、第1の層2473と第3の層2478の間に位置する。第1の層2473は上部チャンバ壁2482を形成し、第3の層2478は下部チャンバ壁2484を形成する。第2の層2475の横方向の壁は、チャンバ2464と流体流路2466、2468の側方を画成する。
FIG. 25A and FIG. 25B illustrate a layered construction technique that can be used to form a
第2の層2475は、ほぼ均一な厚さのシート材料を、図26Aの横方向の壁の形状に打ち抜いて形成できる。第2の層2475は、ポリマー材料など、軽量で可撓性を持った物質の層からなり、図26Bに示すように第1の層2473と第3の層2478の相対する側と接着剤を用いて挟まれた構成となっている。或いは、第2の層2475は、ほぼ均一な厚さの接着剤からなる層を図示の横方向の壁の形状に打ち抜いて形成した「接着剤のみの」層からなってもよい。
The
しかしながら、このように構成した第2の層2475は、好ましくは均一の厚さで、ほぼ均一な厚さ又は経路長の試料チャンバ2464及び/又は呼び掛け領域2091を画成する。経路長(従って、第2の層2475の厚さ)は、好ましくは10ミクロン〜100ミクロンの間、或いは様々な実施の形態では20、40、50、60、80ミクロンである。
However, the
上部チャンバ壁2482、下部チャンバ壁2484、横方向の壁2490は、協動してチャンバ2464を形成する。上部チャンバ壁2482及び/又は下部チャンバ壁2484は、電磁エネルギーを通過させることができる。これによって、第1の層2473と第3の層2478は、フッ化カルシウム、シリコン、ポリエチレン、又ポリプロピレンなど、(好ましくは赤外線放射又は中赤外線放射などの)電磁放射を比較的透過させる、或いは該電磁放射に対する透過性の比較的高い物質のシート又は層から構成される。第1の層2473と第3の層2478の一方の層みが透過性を有する場合、その他方の層は、好ましくは、放射が射出されると、入射する放射ビームを、試料要素2448の同一の側で検出が行えるように、後方反射する反射性を有する。上部チャンバ壁2482及び/又は下部チャンバ壁2484は、光学的窓と考えることができる。これらの窓は試料要素2448の呼び掛け領域2091の一方の側又は両側に配置する。
Upper chamber wall 2482, lower chamber wall 2484, and lateral wall 2490 cooperate to form
一実施の形態では、試料要素2448は、例えば、「SAMPLE ELEMENT QUALIFICATION」と題する2005年2月17日に公開された、本明細書の一部をなす米国特許出願第2005/0036146号に記載のように、赤外線放射に対して透過性を有し、光学的測定を行うために好適な相対する側面を有する。本発明は、いくつかの実施の形態では、「REAGENT−LESS WHOLE−BLOOD GLUCOSE METER」と題する2003年5月15日に公開された米国特許出願第2003/0090649号、又は、「DEVICE AND METHOD FOR IN VITRO DETERMINATION OF ANALYTE CONCENTRATIONS WITHIN BODY FLUIDS」と題する2003年5月8日に公開された米国特許出願第2003/0086075号、又は、「METHOD OF DETERMINING AN ANALYTE CONCENTRATION IN A SAMPLE FROM AN ABSORPTION SPECTRUM」と題する2004年1月29日に公開された米国特許出願第2004/0019431号、又は、「METHOD OF SIMULTANEOUS MIXING OF SAMPLES」と題する2003年11月25日にMarzialiに発行された米国特許第6,652,136号に記載の一以上の実施の形態、特徴、システム、装置、材料、方法及び技術と同様であるが、相違点について以下詳細に説明する。更に、本明細書で説明する実施の形態、特徴、システム、装置、材料、方法及び技術は、特定の実施の形態では、上述の米国特許出願、第2003/0090649号、第2003/0086075号、第2004/0019431号、又は米国特許第6652136号に開示した一以上の実施の形態、特徴、システム、装置、材料、方法及び技術に適用する、又は組み合わせて用いることができる。上述の特許公報及び特許は全て、参照によって本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなしている。
In one embodiment, the
図23B及び図23Cに示すように、カセット820は更に、試料要素2448に試料液体を充填する、及び/又は試料要素2448から試料液体を取り除くための移動可能な液体境界部2028を有する。図示の実施の形態では、液体境界部2028は、カセット820のハウジング2400に回転可能に装着されている。液体境界部2028は、低位置(図22C)と隆起又は充填位置(図27C)の間を動作できるようになっている。液体境界部2028が低位置にある場合、ロータ2020は自在に回転できる。試料流体を試料要素2448へ移動する場合、ロータ2020は試料要素装着位置(図22C参照)に静止し、液体境界部2028が矢印2590に示すように、上方の充填位置へ作動できるようになっている。液体境界部2028が充填位置にあると、液体境界部2028は、試料流体を試料要素2448へ送る、及び/又は試料流体を試料要素2448から排出できるようになる。
As shown in FIGS. 23B and 23C, the
更に、図27A及び図27Bに示すように、液体境界部2028は、カセット820のハウジング2400に回転可能に装着した本体部2580を有する。対向するブラケット2581、2584を用いて、本体部2580をカセット820のハウジング2400に回転可能に装着し、本体部2580及びピン2542、2544を回転軸2590を中心として低位置と充填位置の間に回動させることができる。中央計器部810は、水平に移動可能で、カセットハウジング2400の開口部2404(図23B参照)から展開可能な、ソレノイド式又は空圧式アクチュエータなどのアクチュエータ(図示されてない)を備えてもよい。展開時、アクチュエータは液体境界部2028の本体部2580に当たり、本体部2580を図27Cに示す充填位置に回動させる。本体部2580は、好ましくは、アクチュエータが後退すると、本体部が後退位置に戻るように、後退位置(図23A参照)の方向にスプリングで付勢されている。これによって、液体境界部2028は、定期的にピン2542、2544の流体経路がロータ2020に位置する試料要素2448と流体連通するように動作できる。
Further, as shown in FIGS. 27A and 27B, the
図27A、図23Bに示す液体境界部2028は、液体境界部2028と、装置140及び/又は採取システム100/800の一以上とを流体連通させることができる液体接合部2530、2532を有する。この点ついて、以下に更に詳細に説明する。図示の接合部2530、2532は、本体部2580の対向する端部からそれぞれ上方向に延在して位置している。液体接合部2530、2532は、本体部2580に沿って他の方向、及び/又は位置にも配置できる。本体部2580は、接合部2530とピン2542との間を連通する第1の内部経路(図示されてない)と、接合部2532とピン2544との間を連通する第2の内部経路(図示されてない)とを有する。
The
液体ピン2542、2544は、本体部2580から外方向に延在し、ロータと係合して、試料流体をロータ2020に送出、及び/又はロータ2020から排出できる。液体ピン2542、2544はそれぞれ、ピン本体2561、2563とピン端部2571,2573を有する。ピン端部2571、2573は、液体接合部2027の対応するポート2472、2474、及び、又はロータ2020の液体接合部2029のポート2572、2574内に嵌合する寸法を有する。ピン端部2571、2573は、それぞれの先端部を僅かに面取りして、ピン端部2571、2573とロータポートとの間のシールを高めることができる。いくつかの実施の形態では、ピン端部2573、2571の外径を、ロータの2020のポートの内径より僅かに大きくして、密封を確実にしており、ピン2542、2544の内径は好ましくは、ポートから続く流体経路2510、2512の内径と同一、又は極めて近くして、他の実施の形態では、ピン端部2571、2573の外径をロータ2020のポートの内径以下としている。
The liquid pins 2542, 2544 can extend outward from the
ピン2542、2544とロータ2020の対応する部分、例えば、試料要素2448へ続く排出ポート2472又は注入ポート2474、或いはバイパス要素2452へ続くポート2572、2574とのとの接続は、比較的簡単であり、安価にできる。ロータ2020の少なくとも一部が、ピン2542、2544を確実に密封できるように補助するように構成してもよい。或いは、又は追加的に、シール部材(例えば、ガスケット、Oリング、など)を用いてピン端部2571、2573及び対応するポート2472、2474、2574の間の漏れを防止してもよい。
The connection between the
図23A及び図23Bに、ロータ組立体2016及び液体境界部2028を囲繞するカセットハウジング2400を示す。ハウジング2400はモジュール構造で、カセット820が動作可能に中央計器部810と連結する際、駆動システムハウジング2050を受ける開口又は開口部2404を画成する。ハウジング2400は、ロータ2020を外部の力から保護するとともに、カセット820が中央計器部810に取り付ける際に、試料がロータ2020内の試料要素に流入することによる汚染を制限できる。
23A and 23B show a
図示のカセット820は、対向する側方壁2041、2043の組、上部2053、検出システム1700と適合するノッチ2408を備えている。側方壁2041、2043の間を前方壁2045と後方壁2047が延在する。ロータ組立体2016は、後方壁2047の内面に取り付けられている。前方壁2045は中央計器部810と結合すると共に、更に、駆動システム2030をロータ組立体2016に取り付けられるようになっている。
The illustrated
図示の前方壁2045は、ロータ組立体2016を取り付けるための開口部2404を有する。駆動システム2030は、開口部2404を介してカセット820の内部へ、ロータ組立体2016と動作可能に係合するまで貫通できる。図23Bの開口部2404は、駆動システム2030と結合し、しっかりと囲繞するように構成されている。図示の開口部2404はほぼ円形であり、上述のように、中央計器部810の液体境界部アクチュエータが液体境界部2028に動作することを可能とする上部ノッチ2405を有する。開口部2404は、駆動システム2030及びアクチュエータをカセット820内に導入するために適当であるその他の構成を有してもよい。
The
ハウジング2400のノッチ2408は、カセット820を中央計器部810に装填時、検体検出システム1700の突出部を少なくとも部分的に囲繞できるようになっている。図示のノッチ2408は、カセット820の装填持、図22Cに示す細長の溝部2074と一直線上に並ぶカセットの溝部2410(図23A)を画成する。このため、回転するロータ2020は、一直線上に並んだ溝部2410、2074を通過できるようになっている。いくつかの実施の形態では、ノッチ2408は、図示のように、軸断面がほぼU字形である。さらに一般的には、ノッチ2408の構成は、検出システム1700の突出部の設計に応じて選択できる。
The
図示してないが、動作時にカセット820を中央計器部810に連結した状態で確実に維持できるように、ファスナ、クリップ、機械的な締め付け用具、止め具又はその他の結合手段を用いることができる。或いは、ハウジング2400と中央計器部810の構成要素との間の相互作用によって、カセット820を中央計器部810に固定できる。
Although not shown, fasteners, clips, mechanical clamps, stops, or other coupling means can be used to ensure that the
図28は、中央計器部810の断面図である。図示の遠心分離器駆動システム2030は、中央計器部810の前面2046から外側に延在し、カセット820のロータ組立体2016と容易に結合できるようになっている。遠心分離器駆動システム2030が作動すると、駆動システム2030は、ロータ2020を所望の回転速度で回転させることができる。
FIG. 28 is a cross-sectional view of the
図23E及び図28に示す遠心分離器駆動システム2030は、遠心分離器駆動モータ2038と、駆動モータ2038により駆動可能に連結した駆動スピンドル2034とを備える。駆動スピンドル2034は、駆動モータ2038から外側に延在し、遠心分離器境界部2042を形成する。遠心分離器境界部2042は、駆動モータ2038を収納する駆動システムハウジング2050から外側に延在する。ロータ2020に回転運動を与えるため、遠心分離器境界部2042は、キー部材、突起部、ノッチ、戻り止め、凹部、ピン、又は、ロータ2020と係合して駆動スピンドル2034とロータ2020を連結することができるその他の構造体を具備できる。
The
図28の遠心分離器駆動モータ2038は、ロータ2020に回転運動を与えるために適当であれば如何なるモータでもよい。駆動モータ2038が作動すると、駆動モータ2038は、駆動スピンドル2034を一定又は可変の速度で回転させることができる。これに限定されることはないが、遠心分離器モータ、ステップモータ、スピンドルモータ、電動モータ、又は、その他のトルクを出力するモータなど、様々な種類のモータを使用できる。遠心分離器駆動モータ2038は、好ましくは、中央計器部810の駆動システムハウジング2050に駆動する。
The
駆動モータ2038は、Seagate Model ST38OO11Aハードドライブ(Seagate Technology, Scotts Valley, CA)のモータなど、精密軸受けで約7,200rpmで回転可能なパーソナルコンピュータのハードドライブで通常使用される種類のモータでよい。一実施の形態では、駆動スピンドル2034は6,000rpmで回転し、半径が2.5インチ(64ミリ)のロータに対して約2,000Gを生じてもよい。他の実施の形態では、駆動スピンドル2034は、約7,200rpmの速度で回転してもよい。駆動スピンドル2034の回転速度は、ロータ2020によって担持される試料に加える所望の遠心力を達成するものを選択できる。
The
中央計器部810は、検体検出システム1700のフィルタ駆動モータ2320とフィルタホイール2310を含むフィルタホイール組立体2300を収納する寸法のメインハウジング2049を含む。メインハウジング2049は、検体検出システムハウジング2070を受けるように構成された検出システム開口部3001を画成する。図示の検体検出システムハウジング2070は、ハウジング2049から外側に延在又は突出する。
図23C及び図23Eの中央計器部810は、バブルセンサ部321、蠕動ポンプローラ2620aにより構成されるポンプ2619、ローラ支持部2620b、バルブ323a、323bを含む。図示のバルブ323a、323bは、ピンサーの組であるが、他の種類のバルブも使用可能である。カセット820を取り付けると、これらの部品は、カセット820の液体処理ネットワーク2600の部品と係合可能となる。これについて以下に詳細を説明する。
The
図28に示すように、検体検出システムハウジング2070は、検体検出システム1700の内部部品のいくつかを囲繞し、収納する。細長の溝部2074は、ハウジング2070の上部面2072から下方向に延在する。細長の溝部2074の大きさ及び寸法は、ロータ2020の一部を受けるようになっている。ロータ2020が回転すると、ロータ2020は定期的に細長の溝部2074を通過する。ロータ2020の試料要素が、溝部2074によって画成される検出領域2080にあると、検体検出システム1700は、試料要素内の物質を分析できる。
As shown in FIG. 28, the specimen
検体検出システム1700は、好ましくは、エネルギー源1720を備えた分光体液分析器でもよい。エネルギー源1720は、溝部2074を介して試料検出器1745へ向かう主光学軸Xに沿って導かれるエネルギービームを生成できる。このように、溝部2074は、ロータの少なくとも一部(例えば、試料要素2448の呼び掛け領域2091又は試料チャンバ2464)を光学軸Xに位置させることができる。試料要素2448によって担持される試料を分析する場合、光源1720から射出される光が溝部2074及び試料要素2448内に配置した試料を通過するように、試料要素及び試料を光学軸X上の検出領域2080に配置することができる。
The
液体検出システム1700は、エネルギー源1720から射出されたエネルギーを透過するように位置した1以上のレンズを含むことができる。図28に示す検体検出システム1700は、第1のレンズ2084と第2のレンズ2086を含む。第1のレンズ2084は、光源1720からのエネルギーをほぼ試料要素及び材料試料に合わせるように構成されている。第2のレンズ2086は、試料要素及び試料検出器1745との間に位置する。エネルギー源1720からのエネルギーは試料要素を通過した後に、第2のレンズ2086を通過できる。第3のレンズ2090は、好ましくは、ビームスプリッタ2093と基準検出器2094の間に配置する。基準検出器2094は、ビームスプリッタ2093からのエネルギーを受けるように配置されている。
The
検体検出システム1700を用いて、ロータ2020によって担持される試料の検体濃度を測定できる。図示の遠心分離器装置又は試料調合部とともに他の種類の検出又は分析システムを用いることもできる。液体処理及び分析装置140を例示として検体検出システム1700とともに用いているが、試料調合部も検体検出システムも図示の構成に限定するものではなく、又は一緒に使用するものに限定するものでもない。
Using the
液体処理及び分析装置140を組み立てる場合、カセット820を、図22Aの矢印2007で示すように、中央計器部810の方向に動かして取り付けることができる。カセット820を取り付けると、駆動システム2030は、開口部2040を通過して、スピンドル2034がロータ2020と連結する。同時に、カセット820のノッチ2408が検出システム1700の突出部を受ける。カセット820が中央計器部810に取り付けられると、ノッチ2048の溝部2410と検出システム1700の溝部2074は図22Cに示すように一直線上に並ぶ。このようにして、カセット820と中央計器部810が組み立てられると、ロータ2020は軸2024を中心として回転し、溝部2410、2074を通過することができる。
When assembling the liquid processing and
カセット820を中央計器部810に組み立てた後、試料を試料要素2448に追加できる。カセット820は、注入液源と患者に接続し、システムを分析する体液と流体連通させることができる。カセット820を患者に接続すると、体液を患者からカセット820に抜き取ることができる。ロータ2020は回転し、試料要素2448が液体境界部2028の近傍に位置し、バイパス要素2452が検出システム1700の溝部2074内に位置する垂直装着位置となる。ロータ2020が垂直装着位置となると、液体境界部2028のピン2542、2544は、ロータ2020の排出ポート2472及び注入ポート2474と連結するように位置する。次に、液体境界部2028は上方へ、ピン2542、2544の端部2571、2573が排出ポート2472及び注入ポート2474に挿入するまで回転する。
After the
こうして液体境界部2028と試料要素2448とが係合すると、試料流体(例えば、全血)は試料要素2448へ汲み出される。試料はピン2544を介して、ロータ流路2512と試料要素の流路2466へ、そして試料チャンバ2464へ流れる。図25Cに示すように、試料チャンバ2464は、部分的に、又は全体的に試料流体によって満たすことができる。いくつかの実施の形態では、試料は、少なくとも試料要素2448の試料チャンバ2464と呼び掛け領域2091を満たす。試料は、必要な場合、試料要素の流路2466、2468の一部を満たすこともできる。図示の試料チャンバ2464は、全血で満たされているが、試料チャンバ2464は、他の物質で満たしてもよい。試料要素2448が所望の量の液体で満たされると、液体境界部2028は、低位置へ動き、ロータ2020の回転できるようにする。
Thus, when the
遠心分離器駆動システム2030は、ロータ2020と関連する試料要素2448を試料の一以上の成分を分離するために必要な程度回転させる。分離された試料の成分は、分析のため、試料要素の一部に収集、又は分離してもよい。図示の実施の形態では、図25Cの試料要素2448は遠心分離を行う前に全血で満たされている。血球2592から血漿2594が分離されるまで全血に遠心力を与えることができる。遠心分離の後、血漿2594は好ましくは、呼び掛け領域2091を含む、試料要素2448の半径方向内側部分に位置する。血球2592は、試料チャンバ2464の一部である血漿2594及び呼び掛け領域2091の半径方向外側に集まる。
The
次にロータ2020は、試料要素2448が溝部2074内に位置し、光源1720及び試料検出器1745と主光学軸X上に並ぶ垂直分析位置に移動できるようになっている。ロータ2020が分析位置に位置すると、呼び掛け領域2091は好ましくは、検出システム1700の主光学軸X上に並ぶ。検体検出システム1700は、既に説明したように、分光分析技術を用いて試料要素2448内の試料を分析できる。
Next, the
試料の分析後、試料は、試料要素2448から除去できる。試料は、廃棄物容器に運んでもよく、試料要素2448は続く試料の抽出及び分析に再利用できる。ロータ2020は回転して、分析位置から垂直装着位置に戻る。試料要素2448を空にする場合、液体境界部2028を再び試料要素2448と係合させ、試料要素2448に新しい液体(新しい体液の試料又は注入液)を流す。液体境界部2028が回転をして、ピン2542、2544がロータ2020の排出ポート2472と注入ポート2474と連結する。液体境界部2028は、試料要素2448から試料が流れ出るまで液体をピン2542、2544の一つから汲み上げる。注入液、空気、水などの様々な種類の流体を用いて、試料要素2448を洗い流すことができる。試料要素2448に流体を流した後、試料要素2448は再び他の試料で充填することができる。
After analysis of the sample, the sample can be removed from the
代替の実施の形態では、試料要素2448をロータ2020から取り外して、分析を一回行う毎に、或いは所定の回数分析を行った後に交換してもよい。患者の治療が終了すると、患者から流体経路又は導管を取り外し、患者の体液と流体接触した試料カセット820は廃棄するか、再利用のために消毒してもよい。しかしながら、中央計器部810は、分析中のいかなる時点でも患者の体液と接触していないため、簡単に新しい液体処理カセット820と接続し、次の患者の分析に用いることができる。
In an alternative embodiment, the
ロータ2020を用いて、液流のバイパスを発生してもよい。バイパスの流れを容易にするため、ロータ2020は最初に、バイパス要素2452が液体境界部2028の近傍に位置し、試料要素2448が検体検出システム1700の溝部2074に位置する垂直分析/バイパス位置に回転する。ロータ2020が垂直分析/バイパス位置になると、ピン2542、2544はロータ2020のポート2572、2574と結合できるようになる。図示の実施の形態では、液体境界部2028は、ピン2542、2544の端部2571、2573がポート2572、2574に挿入するまで上方に回転する。バイパス要素2452は、液体がピン2542、2544の一つを介してバイパス要素2452へ、バイパス要素2452を介して、その後ピン2542、2544へと貫流できる閉じた流体回路となることができる。このように、バイパス要素2452を利用して、カセット820に接続した液体システムの洗浄又は消毒を容易にできる。
The
図23Bに示すように、カセット820は、好ましくは、分析のために液体をロータ2020の試料要素2448へ送出するために使用可能な液体処理ネットワーク2600を含む。中央計器部810は、以下に説明するように、カセット820を中央計器部810に取り付ける際に、カセット820の前面2045の開口部を介して延在し、液体ネットワーク2600の部品と係合可能な複数の部品を備える。
As shown in FIG. 23B,
液体処理及び分析装置140の液体処理ネットワーク2600は、接合部120からカセット820の方向に延在する経路111を含む。経路111はカセット820を介して患者接合部110へ延在する経路112となる。経路111の部分111aは、カセット820の前面2045の開口部2613を介して延在する。カセット820を中央計器部810に取り付けると、ローラポンプ2619は部分111aと係合し、インペラ2620aとインペラ支持部2620bの間に位置する(図23C参照)。
The
液体処理ネットワーク2600は更に、患者接合部110からカセット820内へ延在する経路113を含む。カセット820が中央計器部810に取り付けられ、カセット820が挿入された後、経路113は、前面2045の開口部2615を介して延在し、経路113が中央計器部810のバブルセンサ321と係合できるようになる。経路113は液体境界部2028の接合部2532へ進み、そこで経路113はピン2544へ延在する。患者から抜き取られた液体は、経路113を介して液体境界部2028を流れ、ピン2544に至る。抜き取られた体液は、以下詳細に説明するように、更に、ピン2544から試料要素2448へ流れることができる。
The
経路2609は液体境界部2028の接合部2530から延在し、ピン2542と流体連通している。経路2609は、廃棄物用管324とポンプ用管327に分岐している。廃棄物用管324は、前面2045の開口部2617を通って、廃棄物容器325に延在している。ポンプ用管327は前面2045の開口部2619を通ってポンプ328に延在している。カセット820を中央計器部810に取り付けると、ピンチバルブ323a、323bは開口部2617、2619を通してそれぞれ経路324、327と係合する。
廃棄物容器325は前面2045に取り付ける。液体境界部2028から通過する廃棄液体は、経路2609、324を介して廃棄物容器325に流入できる。廃棄物容器325がいっぱいになると、カセット820を中央計器部810から取り外し、廃棄できる。或いは、いっぱいになった廃棄物容器325を空の廃棄物容器325と交換してもよい。
A
ポンプ328は、可変ポンプ(例えば、シリンジポンプ)でもよい。ピストン制御部2645は、カセット820を中央計器部810に取り付けると、カセット面2045の開口部2621の少なくとも一部から延在し、アクチュエータ2652と係合できるようになっている。カセット820を取り付けると、中央計器部810のアクチュエータ2652(図23E)は、ポンプ328のピストン制御部2645と係合し、ピストン制御部2645を所望の流量変位させることができる。
The
図23Aのカセット820を図23Eの中央計器部810に取り付けると、図3の採取部200(図23E)で示したものと類似の流体回路が形成されることに留意されたい。この流体回路は、図3の装置を用いて説明したのと同様の方法で動作できる(例えば、図7A〜図7J及び表1に示した方法)。
Note that when the
図24Aは、カセット820を利用可能な他の実施の形態の液体処理ネットワーク2700を示す図である。液体処理ネットワーク2700は図23Bのネットワーク2600とほぼ同様の構成及び機能を有することができるが、相違点について、以下詳細に説明する。ネットワーク2700は、接合部120からカセット820へ延在する経路111を含み、経路111はカセット820から患者接合部110へ延在する経路112となる。経路111の部分111aは、カセット820の前面2745の開口部2713を介して延在する。カセット820を中央計器部810に取り付けると、図24Bの中央計器部810のローラポンプ2619は部分111aと図23B〜図23Cを参照して説明したのと同様の方法で係合する。経路113は患者接合部110からカセット820内へ延在する。カセット820が挿入された後、経路113は、前面2745の開口部2763を介して延在し、中央計器部810のバルブ2733と係合できるようになる。廃棄物用管2704は、経路113から廃棄物容器325に延在しており、前面2045の開口部2641を通っている。経路113は液体境界部2028の接合部2532へ進み、そこで経路113はピン2544へ延在する。経路113は、前面2045の開口部2743を超えて延在し、経路113が図24Bの中央計器部810のバブルセンサ2741と係合できるようになる。カセット820を中央計器部810に取り付けると、ピンチバルブ2732、2733は開口部2731、2743を通してそれぞれ経路113、2704と係合する。
FIG. 24A is a diagram illustrating another embodiment of a
図示の液体処理ネットワーク2700はまた、経路111と経路2727の間を延在する経路2723を含む。経路2727は経路2723と液体境界部2028の間を延在する。経路2727は、前面2745の開口部2733を介して延在する。ポンプ用管2139は、ポンプ328から経路2723、2727へ延在する。カセット820を中央計器部810に取り付けると、ピンチバルブ2716、2718は、前面2745の開口部2725、2733を介して延在し、それぞれ経路2723、2727と係合する。
The illustrated
カセット820を中央計器部810に取り付けると(図24Aに示すように)、図9〜図10の装置を参照して説明したのと類似の方法で動作可能な流体回路が形成されることに留意されたい。
Note that when
以上の説明から明らかなように、図22A〜図28に示す(中央計器部810及びカセット820を有する)様々な実施の形態の液体処理及び分析装置140は、図1〜図5に示す採取システム100/300/500の何れの液体処理及び分析装置140又は液体処理システム10として機能できることは明らかである。更に、図22A〜図28に示す液体処理及び分析装置140は、特定の実施の形態では、図1、図2、又は図8〜図10に示す液体処理及び分析装置140と類似してよいが、相違点について以下詳細に説明する。
第V部―試料スペクトルから検体濃度を測定する方法。
As is clear from the above description, the liquid processing and
Part V—Method of measuring analyte concentration from sample spectrum.
本章では、試料S内の対象とする検体(複数の場合も含む)の濃度を算出する、及び/又は、検体濃度の算出を補助するために使用可能なその他の測定値を算出するために用いることができる算出方法又はアルゴリズムについて説明する。本章で開示するアルゴリズムの何れか1つ又はその組み合わせは実行可能なメモリ212にプログラム命令として保存されおり、液体処理及び分析装置140又は検体検出システム334のプロセッサ210がアクセスして、試料S内の対象とする検体(複数の場合も含む)の濃度を算出する、又は、その他の測定値を算出できるようになっている。
In this chapter, it is used to calculate the concentration of the target sample (including a plurality of cases) in the sample S and / or to calculate other measurement values that can be used to assist the calculation of the sample concentration. A calculation method or algorithm that can be used will be described. Any one or a combination of the algorithms disclosed in this section is stored as program instructions in the
ここに開示する複数の実施の形態は、材料試料の測定値を分析し、干渉物質の存在下で1以上の検体を定量化する装置及び方法である。干渉物質の存在が検体の定量化に影響を与える場合、干渉物質は、検体分析を行う対象である材料試料の成分を含みうる。このため、例えば、検体濃度を測定する試料の分光分析において、干渉物質は、検体の分光特性と重畳する分光特性を有する化合物である場合がある。かかる干渉物質の存在は、検体の定量化において誤差の原因となりうる。具体的には、干渉物質の存在は、特に、干渉物質がない状態で、或いは干渉物質の量が不明の状態でシステムを較正した場合、材料試料中の対象とする検体濃度の測定技術の感度に影響を与えうる。 Embodiments disclosed herein are apparatus and methods for analyzing measured values of a material sample and quantifying one or more analytes in the presence of an interfering substance. If the presence of the interfering substance affects the quantification of the analyte, the interfering substance may include a component of the material sample that is the subject for the analyte analysis. For this reason, for example, in the spectroscopic analysis of a sample whose analyte concentration is to be measured, the interfering substance may be a compound having a spectral characteristic that overlaps with the spectral characteristic of the specimen. The presence of such interfering substances can cause errors in the quantification of the specimen. Specifically, the presence of interfering substances is particularly sensitive when the system is calibrated in the absence of interfering substances or when the amount of interfering substances is unknown. Can be affected.
上述のように、干渉物質の寄与とは独立して、又は寄与と組み合わせて、干渉物質は、内因性(即ち、体内に起因するもの)と外因性(体外に起因する、又は体外で作られたもの)に分類できる。これらの種類の干渉物質の例として、検体グルコース用の血液試料(或いは、血液成分試料又は血漿試料)の分析について考察する。内因性干渉物質は、グルコースの定量化に影響を与える体内由来の血液成分であり、水、ヘモグロビン、血球、及び血液中で自然発生するその他の成分を含みうる。外因性干渉物質は、グルコースの定量化に影響を与える体外由来の血液成分であり、医薬品、薬物、食べ物、薬草など、経口投与、経静脈投与、局所的投与などによって、人体に投与されたものを含みうる。 As described above, independent of or in combination with the contribution of the interfering substance, the interfering substance can be endogenous (ie, originating from within the body) and extrinsic (derived from outside the body or made outside the body). Can be classified. As an example of these types of interfering substances, consider the analysis of a blood sample (or blood component sample or plasma sample) for analyte glucose. Endogenous interfering substances are blood components from the body that affect the quantification of glucose and may include water, hemoglobin, blood cells, and other components that occur naturally in the blood. An exogenous interfering substance is a blood component derived from outside the body that affects the quantification of glucose, and is administered to the human body by oral administration, intravenous administration, local administration, etc., such as pharmaceuticals, drugs, foods, and herbs. Can be included.
上述のように干渉物質の寄与とは独立して、又は寄与と組み合わせて、干渉物質は、分析する試料型に存在しうるが、分析には必要のない成分を含む。薬物治療を受けている患者から抜き取った血液又は血漿の試料を分析する場合の一例として、アセトアミノフェンなどの薬物が存在する可能性があるが、この試料型には必須ではない。これとは反対に、血液又は血漿などの試料には水が必須である。 As described above, independent of or in combination with the contribution of the interfering substance, the interfering substance may contain components that may be present in the sample type to be analyzed but are not required for the analysis. As an example when analyzing a blood or plasma sample drawn from a patient undergoing drug treatment, a drug such as acetaminophen may be present, but this sample type is not essential. In contrast, water is essential for samples such as blood or plasma.
本発明の理解を容易にするため、ここでは、1以上の検体濃度を、検体を識別する1以上の波長を含む波長で試料を分光測定して得る実施の形態について説明する。ここに開示する実施の形態は、一般的に分光測定について説明しているが、特許請求の範囲を除き本発明の範囲を限定することを意図するものではない。 In order to facilitate understanding of the present invention, an embodiment is described here in which one or more analyte concentrations are obtained by spectroscopic measurement of a sample at a wavelength that includes one or more wavelengths that identify the analyte. Although the embodiments disclosed herein generally describe spectroscopic measurements, they are not intended to limit the scope of the invention except in the claims.
一例として、ここに開示する特定の方法を用いて、測定に影響を与える化合物(干渉物質)を含む混合物中の特定の化合物(検体)の濃度を測定値から定量的に判定する場合について説明する。特定の実施の形態は、各検体及び干渉物質の成分が測定において重要な性質を有し、測定値が、各検体及び干渉物質の濃度に対してアファイン(即ち、線形成分とオフセットを含む)である場合に特に効果的である。一実施の形態において、方法は、検体の定量化を可能とする係数群とオフセット値を判定するアルゴリズムを含む較正工程を含む。他の実施の形態では、HLA(混合線形アルゴリズム)を修正して、所望の成分に対して高い感度を保ちながら、ランダムな干渉物質の群に対応する方法がある。ランダムな干渉物質の群に対応するために用いるデータとして、(a)付加される可能性のある成分のファミリー(family)メンバー毎の特徴(signature)、存在する場合は、(b)付加成分毎の通常の量的レベルが挙げられる。 As an example, a case will be described in which the concentration of a specific compound (analyte) in a mixture containing a compound (interfering substance) that affects the measurement is quantitatively determined from the measured value using the specific method disclosed herein. . In certain embodiments, each analyte and interfering substance component has important properties in the measurement, and the measured value is affine (ie, includes linear components and offsets) for each analyte and interfering substance concentration. It is particularly effective in some cases. In one embodiment, the method includes a calibration step that includes an algorithm that determines a set of coefficients and an offset value that allow quantification of the analyte. In another embodiment, there is a method to modify the HLA (mixed linear algorithm) to accommodate a group of random interferents while maintaining high sensitivity to the desired component. The data used to deal with a group of random interfering substances includes: (a) a signature for each family member of components that may be added, and if present, (b) for each additional component The usual quantitative level of
ここに開示する特定の方法は、干渉物質が存在する可能性のある材料試料中の検体濃度の判定に関する。特定の実施の形態では、ここに開示する何れか一つまたは複数の方法の組み合わせを用いて、システム334のプロセッサ210で実行できる。プロセッサ210は、コンピュータネットワークと接続して、システム334から取得したデータをネットワークを介して、その方法を実施する一つ以上の個別のコンピュータに送信することができる。ここに開示する方法は、試料測定に関するデータ、及び方法に提供されるその他の情報(これに限定されないが、干渉物質スペクトル、試料集団モデル、及びしきい値など)の操作も含むことができる。これらの情報の一部又は全て、及び個別のアルゴリズムについては、更新、又は変更して方法を改善する、或いは、更なる検体又は干渉物質などのその他の情報を追加してもよい。
The particular method disclosed herein relates to determining analyte concentration in a material sample where an interfering substance may be present. Certain embodiments may be performed by
開示する方法は「較正定数」を生成する。較正定数は測定値に乗じて検体濃度の測定値を得るようになっている。較正定数と測定値はそれぞれ数列を含むことができる。較正定数は、試料中に存在して識別される可能性のある干渉物質の存在に対する較正への影響を最小化、又は排除するように算出されている。ここで説明する特定の方法は、1)可能性のある干渉物質の存在を識別し、2)識別された干渉物質に関する情報を用いて較正定数を生成する。これらの特定の方法は、干渉物質に関する情報が干渉物質の濃度の推定値を含むことを必要とせず、単に、干渉物質を存在の可能性があるとして識別することのみを必要としている。一実施の形態では、この方法は、それぞれが既知の検体濃度に対応するトレーニング用のスペクトル群を用いて、干渉物質濃度の入った検体濃度の測定値の変動を最小化する較正係数を得る。こうして得られた較正定数は、検体濃度と比例し、平均的に、干渉物質の濃度には反応しないようになっている。 The disclosed method generates a “calibration constant”. The calibration constant is multiplied by the measured value to obtain the measured value of the analyte concentration. The calibration constant and the measured value can each include a number sequence. The calibration constants are calculated to minimize or eliminate the effect on calibration on the presence of interfering substances that may be present and identified in the sample. The particular method described here 1) identifies the presence of potential interfering substances, and 2) uses information about the identified interfering substances to generate calibration constants. These particular methods do not require that the information about the interfering substance include an estimate of the concentration of the interfering substance, but merely identify the interfering substance as likely present. In one embodiment, the method uses a set of training spectra, each corresponding to a known analyte concentration, to obtain a calibration factor that minimizes variations in analyte concentration measurements that contain interfering substance concentrations. The calibration constant thus obtained is proportional to the analyte concentration and, on average, does not react to the concentration of interfering substances.
一実施の形態では、トレーニング用スペクトルは、(禁止するわけではないが)検体濃度を測定する個別のスペクトルを含む必要はない。すなわち、「トレーニング」とは、ここに開示する方法に関して用いた場合、検体濃度を推定する個別の測定値を用いたトレーニング(例えば、個別の患者から抜き出した体液試料の分析など)を必要としない。 In one embodiment, the training spectrum need not include (but is not forbidden) a separate spectrum that measures analyte concentration. That is, “training”, when used in connection with the method disclosed herein, does not require training using individual measurements to estimate analyte concentration (eg, analysis of body fluid samples drawn from individual patients). .
ここで、いくつかの用語を用いて推定工程について説明する。「試料集団」とは広義であり、これに限定されないが、較正値を算出するため、換言すると、較正値を生成するための方法のトレーニングに用いる測定値を有する多数の試料である。グルコース濃度の分光測定に関する実施の形態では、試料集団の測定値は、それぞれ、スペクトル(分光測定値)及びグルコース濃度(検体測定値)を含むことができる。一実施の形態で、試料集団の測定値は、「集団データベース」と呼ぶデータベースに保存する。 Here, the estimation process will be described using some terms. A “sample population” is broad, but not limited to, a large number of samples having measurements used to calculate a calibration value, in other words, training a method for generating a calibration value. In embodiments relating to spectroscopic measurement of glucose concentration, the sample population measurements may include a spectrum (spectroscopic measurement) and a glucose concentration (analyte measurement), respectively. In one embodiment, sample population measurements are stored in a database called a “population database”.
試料集団は、対象とする検体(複数の場合も含む)の測定値に対する干渉物質を含む材料試料の測定値から導いてもよいし、或いはそうでなくてもよい。様々な干渉物質は、干渉物質が試料集団及び測定する試料の両方に存在するか否か、或いは試料のみに存在するかに基づいて分けることができる。ここで、「タイプA干渉物質」とは、試料集団と検体濃度を測定する材料試料の両方に存在する干渉物質を意味する。特定の方法では、試料集団は、内因性の干渉物質のみを含み、外因性干渉物質は含まないとするため、タイプA干渉物質は内因性となる。タイプA干渉物質の数は、測定と対象とする検体に応じて異なり、一般的に、ゼロから極めて大きな数となることがある。測定する材料試料、例えば、試料Sは、試料集団に存在しない干渉物質を含んでもよい。ここで、「タイプB干渉物質」とは、1)試料集団には発見されないが、測定する材料試料に発見される(例えば、外因性干渉物質)、或いは2)試料集団に自然に発見されるが、材料試料には極めて高濃度で発見される(例えば、内因性干渉物質)の何れかの干渉物質を意味する。タイプB外因性干渉物質の例として薬物が挙げられ、タイプA内因性干渉物質の例として、腎不全を煩う患者の尿素が挙げられる。血液中のグルコースを中赤外分光吸光測定する例では、水が全ての血液試料に存在するため、タイプA干渉物質となる。静脈内投薬を受けていない個々の人間かららなる試料集団と、選択的に静脈内投薬を受けている病院患者から採取した材料試料では、選択的に投与した薬物がタイプB干渉物質となる。 The sample population may or may not be derived from measurements of material samples that contain interfering substances with respect to measurements of the analyte of interest (including multiple cases). The various interfering substances can be separated based on whether the interfering substances are present in both the sample population and the sample to be measured or only in the sample. Here, the “type A interfering substance” means an interfering substance present in both the sample population and the material sample for measuring the analyte concentration. In certain methods, the type A interferent is endogenous because the sample population contains only endogenous interferents and no exogenous interferents. The number of type A interfering substances varies depending on the measurement and the target analyte, and may generally be from zero to a very large number. The material sample to be measured, for example sample S, may contain interfering substances that are not present in the sample population. Here, “type B interfering substances” are 1) not found in the sample population, but found in the material sample to be measured (eg, exogenous interfering substances), or 2) found naturally in the sample population. However, it refers to any interfering substance that is found in material samples at very high concentrations (eg, endogenous interfering substances). An example of a type B exogenous interfering substance is a drug, and an example of a type A endogenous interfering substance is urea of a patient suffering from renal failure. In an example in which glucose in blood is subjected to mid-infrared spectrophotometry, water is present in all blood samples, and thus is a type A interference substance. In a sample population consisting of individual humans who are not receiving intravenous medication and a material sample taken from a hospital patient who is selectively receiving intravenous medication, the selectively administered drug is the type B interferant.
一実施の形態では、可能性のある1以上のタイプB干渉物質のリストを、「干渉物質ライブラリ」と呼び、ライブラリの各干渉物質を「ライブラリ干渉物質」と呼ぶ。ライブラリ干渉物質は、例えば、病状によって異常なほど内因性干渉物質の濃度が高くなり、材料試料に存在する可能性のある外因性干渉物質と内因性干渉物質を含む。 In one embodiment, the list of one or more possible Type B interferers is referred to as an “interferer library” and each interferer in the library is referred to as a “library interferer”. The library interfering substance includes, for example, an exogenous interfering substance and an endogenous interfering substance that may be present in the material sample because the concentration of the endogenous interfering substance increases as the condition becomes abnormal depending on the medical condition.
血液中に自然に存在する成分の他に、医薬又は違法薬物の摂取又は注射によって外因性干渉物質の濃度が急速に変化し、極めて高くなることがある。病院又は緊急治療室の患者の血液中の検体を測定する場合、これが問題になる。血液成分と医薬のスペクトルが重畳する例を図29に示す。図29は、純グルコースと4つのスペクトル干渉物質、具体的には、マンニトール(化学式:ヘキサン−l,2,3,4,5,6−ヘキサオール)、NアセチルLシステイン、デキストラン、及びプロカインアミド(化学式:4−アミノ−N−(2−ジエチルアミノエチル)ベンズアミド)の濃度が同じ場合の吸収係数と光学的経路長の関係を示している。図30は、試料集団の血液成分の吸収スペクトルの変化を対数で、血液の波長の関数として示しており、血液は成分を、グルコースは具体的には、試料集団のグルコース濃度の2倍、マンニトール、NアセチルLシステイン、デキストラン及びプロカインアミドは各種量を含有していると考えられる。これらの成分は、広範囲の波長にわたって吸光度に影響を与えていることが伺える。一つの種の濃度を測定する場合、事前に他の種の濃度を知っておくか、或いは別途測定しておかなければ、測定値に問題が生じることが理解できる。 In addition to the components naturally present in the blood, the concentration of exogenous interfering substances can rapidly change and become very high due to ingestion or injection of drugs or illegal drugs. This is a problem when measuring specimens in the blood of patients in hospitals or emergency rooms. An example in which the blood component and the spectrum of the drug are superimposed is shown in FIG. FIG. 29 shows pure glucose and four spectral interferences, specifically mannitol (chemical formula: hexane-1,2,3,4,5,6-hexaol), N-acetyl L-cysteine, dextran, and procainamide. It shows the relationship between the absorption coefficient and the optical path length when the concentration of (chemical formula: 4-amino-N- (2-diethylaminoethyl) benzamide) is the same. FIG. 30 shows the change in the absorption spectrum of the blood component of the sample population in logarithm as a function of the wavelength of blood, where blood is the component, glucose is specifically twice the glucose concentration of the sample population, mannitol. , N acetyl L cysteine, dextran and procainamide are believed to contain various amounts. It can be seen that these components affect the absorbance over a wide range of wavelengths. When measuring the concentration of one species, it can be understood that there is a problem in the measured value unless the concentration of another species is known in advance or measured separately.
干渉物質の存在下で検体濃度を推定する一方法を、図31のフローチャート3100を参照して説明する。第1のステップ(ブロック3110)では、試料の測定値を得る。第2のステップ(ブロック3120)では、得られた測定データを分析して、検体に対して考えられる干渉物質を識別する。第3のステップ(ブロック3130)では、識別された考えられる干渉物質の存在下で検体濃度を予測するモデルを生成する。第4のステップ(ブロック3140)では、このモデルを用いて、測定値から試料中の検体濃度を推定する。好ましくは、ブロック3130のステップでは、試料が属する一般集団に識別された干渉物質が存在しない場合の干渉物質の存在の誤差を最小にするのがよい。
One method for estimating the analyte concentration in the presence of an interfering substance will be described with reference to the flowchart 3100 of FIG. In the first step (block 3110), a measurement of the sample is obtained. In a second step (block 3120), the obtained measurement data is analyzed to identify possible interfering substances for the specimen. In a third step (block 3130), a model is generated that predicts the analyte concentration in the presence of the identified possible interferent. In the fourth step (block 3140), the analyte concentration in the sample is estimated from the measured value using this model. Preferably, the step of
この方法のブロック3110、3120、3130、3140は、濃度を求める検体毎に繰り返し実行してよい。1つの測定値が1以上の検体に対して敏感である場合は、ブロック3120、3130、3140を検体毎に繰り返してもよい。各検体が別個の測定値を有する場合、ブロック3110、3120、3130、3140は、検体毎に繰り返してもよい。 The method blocks 3110, 3120, 3130, 3140 may be repeated for each analyte for which concentration is to be determined. If one measurement is sensitive to one or more analytes, blocks 3120, 3130, 3140 may be repeated for each analyte. If each specimen has a separate measurement, blocks 3110, 3120, 3130, 3140 may be repeated for each specimen.
分光測定値から検体の濃度を決定する一実施の形態の方法のフローチャート3100について以下説明する。更に、本実施の形態は、血液試料S中のグルコース濃度の量を推定するが、ここに開示する本発明の範囲を限定するものではない。一実施の形態では、ブロック3100の測定値は吸収スペクトル、測定試料SのCs(λi)であり、一般的に、1つの対象とする検体、グルコースと、1以上の干渉物質を含む。一実施の形態で方法は、吸収スペクトルCs(λi)に乗じた場合に、グルコース濃度gsの推定値gestとなる較正定数κ(λi)を生成する工程を含む。 A flowchart 3100 of a method of an embodiment for determining the concentration of an analyte from a spectroscopic measurement value will be described below. Furthermore, although this Embodiment estimates the quantity of the glucose concentration in the blood sample S, it does not limit the scope of the present invention disclosed here. In one embodiment, the measured value of block 3100 is the absorption spectrum, C s (λ i ) of the measurement sample S, and typically includes one analyte of interest, glucose, and one or more interfering substances. In one embodiment, the method includes generating a calibration constant κ (λ i ) that, when multiplied by the absorption spectrum C s (λ i ), results in an estimate g est of the glucose concentration g s .
以下に説明するように、一実施の形態のブロック3120は、試料Sの吸収スペクトルを試料集団のスペクトル及び個別のライブラリ干渉物質のスペクトルの組み合わせと統計的に比較する工程を有する。ブロック3120の分析の後、ブロック3120の分析結果に応じて、試料S内に含有されている可能性のあると識別されたライブラリ干渉物質のリストに、ライブラリ干渉物質が存在しないとするか、或いは1以上のライブラリ干渉物質の存在を含める。ブロック3130では、試料集団の多数のスペクトルとそれぞれの既知の検体濃度及び識別されたライブラリ干渉物質の既知のスペクトルを用いて多数のスペクトルを生成する。ブロック3130では、こうして生成されたスペクトルを用いて、較正定数マトリクスを生成して、測定されたスペクトルを、識別されたライブラリ干渉物質の存在に少なくとも応じた検体濃度に変換する。ブロック3140では、生成した較正定数を適用して試料S中のグルコース濃度を予測する。
As described below, block 3120 of one embodiment includes statistically comparing the absorption spectrum of sample S with the combination of the spectrum of the sample population and the spectrum of the individual library interfering substances. After the analysis of block 3120, depending on the analysis result of block 3120, the library interfering substance is not present in the list of library interfering substances identified as possibly contained in the sample S, or Include the presence of one or more library interferents. At
ブロック3110では、試料の測定値が得られる。例示のため、測定値Cs(λi)は、試料Sについて様々な波長で測定して得られた複数の測定値、又はこれを分析した測定値であり、試料Sによって吸光された光の強度を示すものとする。分光測定及び算出は、これに限定されないが、透過、吸収を含む1以上のドメイン、及び/又は光学濃度ドメインで実行してよいことは明らかである。測定値Cs(λi)は、選択した波長又は波長帯における試料の吸光度、透過度、光学濃度、又はその他の分光測定値である。このような測定値は、例えば、検体検出システム334を用いて取得してもよい。一般的に、試料SはタイプA干渉物質を、好ましくは、試料集団に存在する範囲内の濃度で含有している。
At block 3110, a sample measurement is obtained. For illustration, the measured value C s (λ i ) is a plurality of measured values obtained by measuring the sample S at various wavelengths, or a measured value obtained by analyzing the measured values. It shall indicate strength. Obviously, the spectroscopic measurements and calculations may be performed in one or more domains including, but not limited to, transmission, absorption, and / or optical density domains. The measured value C s (λ i ) is the absorbance, transmittance, optical density, or other spectroscopic measurement value of the sample at the selected wavelength or wavelength band. Such a measurement value may be acquired using the
一実施の形態では、吸光測定値は、経路長を正規化した測定値に変換される。例えば、吸光度は、吸光度を測定を行う光学経路長Lによって割って光学濃度に変換される。一実施の形態では、経路長Lは、既知の化合物に対する1以上の吸光測定値から測定される。一実施の形態では、水又は既知の濃度の食塩水の溶剤中の試料Sを透過させて1以上の吸光度の測定値を求め、こうして得られた吸光測定値から経路長Lを算出する。他の実施の形態では、検体及び干渉物質による影響の少ないスペクトルの一部でも吸光測定値を得て、検体の測定値をこれらの波長の吸光測定値で補間する。 In one embodiment, the absorbance measurement is converted to a path length normalized measurement. For example, the absorbance is converted to an optical density by dividing the absorbance by the optical path length L at which the measurement is made. In one embodiment, the path length L is measured from one or more absorbance measurements for a known compound. In one embodiment, the sample S in water or a salt solution of known concentration is permeated to determine one or more absorbance measurements, and the path length L is calculated from the absorbance measurements thus obtained. In another embodiment, an absorbance measurement is obtained even for a portion of the spectrum that is less affected by the analyte and the interfering substance, and the analyte measurement is interpolated with the absorbance measurements at these wavelengths.
いくつかの方法は、「経路長に鈍感」であり、事前に正確な経路長を知っていなくても、用いることができる。試料は、試料チャンバ903又は2464、試料要素1730又は2448、キュベット、或いはその他の試料容器に配置できる。放射源から放射された電磁放射(例えば、中赤外線範囲)は、試料チャンバを介して進むことができる。検出器は、放射が通る場所、或いは、例えば、試料チャンバに対して放射源の反対側に配置できる。放射が試料を介して通過する距離を、「経路長」と呼ぶことができる。いくつかの実施の形態では、放射検出器を試料チャンバに対して放射源と同じ側に配置し、放射が、試料チャンバの1以上の内壁で反射をして検出器に至るようにできる。
Some methods are “insensitive to path length” and can be used without knowing the exact path length in advance. The sample can be placed in a
既に説明したように、様々な物質を試料チャンバに充填できる。検体(複数の場合も含む)を含む試料(複数の場合も含む)に加えて、例えば、水又は食塩水の溶剤などの基準液体を充填できる。いくつかの実施の形態では、食塩水の基準液体を試料チャンバに充填し、この基準液体に放射を射出する。検出器は、吸収または反射されずに、試料チャンバ及び基準液体を通過した放射の量、及び/又は性質を測定する。基準液体を用いて測定を行うことによって、放射が進む経路長に関する情報が得られる。例えば、以前に類似の環境で行った測定で得られたデータが存在する場合もある。すなわち、様々な既知の経路長を有する試料チャンバに放射を透過させて、例えば「ルックアップテーブル」に作成できる基準データを確立することができる。試料チャンバ内に基準液体を充填することによって、検出器の様々な読み取り値と様々な経路長の間のそれぞれ1対1の関係を実験で明確にできる。この関係は、ルックアップテーブルに記録して、例えば、コンピュータデータベース又は電子メモリに記憶できる。 As already explained, the sample chamber can be filled with various substances. In addition to a sample (including a plurality of cases) containing a specimen (including a plurality of cases), a reference liquid such as water or a saline solution can be filled, for example. In some embodiments, a saline reference liquid is filled into the sample chamber and radiation is injected into the reference liquid. The detector measures the amount and / or nature of radiation that has passed through the sample chamber and the reference liquid without being absorbed or reflected. By measuring with a reference liquid, information about the path length along which the radiation travels is obtained. For example, there may be data obtained from measurements previously made in similar environments. That is, radiation can be transmitted through sample chambers having various known path lengths to establish reference data that can be created, for example, in a “look-up table”. By filling the sample chamber with a reference liquid, a one-to-one relationship between various detector readings and various path lengths can be clarified experimentally. This relationship can be recorded in a lookup table and stored, for example, in a computer database or electronic memory.
放射経路長を測定する一つの方法は、薄い空の試料チャンバを用いて実行できる。特に、この方法は、二つの反射壁を備えた狭い試料チャンバ又はセルの厚さを測定できる。(チャンバは試料で充填されるため、この厚さが、放射が試料を進む「経路長」となる。)ある範囲の波長の放射を連続的にセル又は試料チャンバを透過することができる。放射はセルに入ると、セルの内部壁で反射し、これらの壁の間を1回から複数回反射した後にセルを出て放射検出器に入ることができる。これによって、最大と最小が繰り返して形成される断続的な干渉縞、即ち「縞」ができる。この断続的な模様は、水平軸を波長の範囲、垂直軸を、例えば、測定した透過度の全透過に対する百分率の範囲としてグラフ化できる。最大は、セルの二つの内部面で反射された放射が進む距離が反射せずに透過した放射の波長の整数倍Nである場合に生じる。波長が2b/Nとなると必ず、強め合う干渉が発生する。ここで「b」はセルの厚さ(即ち経路長)である。このため、ΔNを、所定の波長の範囲λ1−λ2におけるこの縞模様の最大の数とすると、セルの厚さbは、以下の式から得られる。
b=ΔN/2(λ1−λ2)
この方法は、特に、試料チャンバ又は液体セル内の物質の屈折率がセルの壁の屈折率と等しくない場合、この条件が反射性を高めるために有用になりうる。
One method of measuring the radiation path length can be performed using a thin empty sample chamber. In particular, this method can measure the thickness of a narrow sample chamber or cell with two reflecting walls. (Because the chamber is filled with the sample, this thickness is the “path length” for the radiation to travel through the sample.) A range of wavelengths of radiation can be continuously transmitted through the cell or sample chamber. As radiation enters the cell, it reflects off the inner walls of the cell and can be reflected one to several times between these walls before exiting the cell and entering the radiation detector. This creates intermittent interference fringes, or “fringes”, that are repeatedly formed at the maximum and minimum. This intermittent pattern can be graphed with the horizontal axis representing the wavelength range and the vertical axis representing, for example, the percentage range of the measured transmission relative to the total transmission. The maximum occurs when the distance traveled by the radiation reflected by the two internal surfaces of the cell is an integer multiple N of the wavelength of the radiation transmitted without reflection. Whenever the wavelength is 2b / N, constructive interference occurs. Here, “b” is the cell thickness (ie, path length). For this reason, if ΔN is the maximum number of the stripe patterns in the predetermined wavelength range λ 1 -λ 2 , the cell thickness b is obtained from the following equation.
b = ΔN / 2 (λ 1 −λ 2 )
This method can be useful to increase reflectivity, especially if the refractive index of the material in the sample chamber or liquid cell is not equal to the refractive index of the cell walls.
経路長を決定すると、それを用いて試料中に存在する可能性のある干渉物質(タンパク質又は水など)の基準値又は基準スペクトルを算出又は決定できる。例えば、グルコースなどの検体と水などの干渉物質の両方が所定の波長の放射を吸収することがある。放射源がその波長の放射を射出して、この放射が検体と干渉物質を含有する試料を透過すると、検体と干渉物質の両方がこの放射を吸収する。このため、検出器の吸光の読み取り値は全体として検体と干渉物質の何れかに全て起因するということではなく、その両者の組み合わせに起因することとなる。しかし、所定の波長の放射が所定の経路長を有する試料を透過する際、所定の干渉物質によって放射がどれだけ吸収されたかに関するデータが存在すれば、検出器の読み取り値全体から干渉物質の寄与分を減じることによって、残りの値を試料中の検体濃度に関する情報として得ることができる。同様の方法が全スペクトルの波長にたいして行うことができる。放射が所定の経路長を有する試料を透過する際、放射が干渉物質によってある波長の範囲にわたりどれだけ吸収されたかに関するデータが存在すれば、全吸収スペクトルから干渉物質の吸収スペクトルを減じることによって、残りをその波長の範囲における検体の吸収スペクトルとして得ることができる。考えられる範囲の経路長について干渉物質の吸光度データを得れば、最初に個別の試料チャンバの経路長を測定することによって、その試料チャンバで測定される試料の正確なデータを得られるようになる。 Once the path length is determined, it can be used to calculate or determine a reference value or reference spectrum for interfering substances (such as protein or water) that may be present in the sample. For example, both an analyte such as glucose and an interfering substance such as water may absorb radiation of a predetermined wavelength. When the radiation source emits radiation of that wavelength and this radiation passes through the sample containing the analyte and the interfering substance, both the analyte and the interfering substance absorb this radiation. For this reason, the reading of the absorbance of the detector as a whole does not originate entirely from either the specimen or the interfering substance, but originates from a combination of both. However, if there is data on how much radiation is absorbed by a given interfering substance when it passes through a sample with a given path length, the contribution of the interfering substance from the entire detector reading By subtracting the minutes, the remaining value can be obtained as information on the analyte concentration in the sample. Similar methods can be performed for full spectrum wavelengths. By subtracting the absorption spectrum of the interfering material from the total absorption spectrum, if there is data on how much the radiation is absorbed by the interfering material over a range of wavelengths as it passes through a sample with a given path length, The rest can be obtained as the absorption spectrum of the analyte in that wavelength range. Obtaining interfering substance absorbance data for a possible range of path lengths allows you to obtain accurate data for the samples measured in that sample chamber by first measuring the path lengths of the individual sample chambers. .
これと同様の工程を複数の干渉物質、及び/又は複数の検体に対して繰り返し、又は同時に行うことができる。例えば、水の吸収スペクトルとタンパク質の吸収スペクトルの両方を減じれば、グルコースの吸収スペクトルが残る。 The same process can be repeated for a plurality of interfering substances and / or a plurality of specimens, or can be performed simultaneously. For example, reducing both the water absorption spectrum and the protein absorption spectrum leaves the glucose absorption spectrum.
経路長はまた、等吸収波長を用いても算出できる。等吸収波長とは、試料の全成分が同一の吸光度を有する波長である。特定の試料の成分(及び吸収係数)が既知であれば、それら特定の成分に対して1又は複数の等吸収波長が既知となる。それらの等吸収波長で放射検出器によって収集される吸光度データを用いて経路長を算出できる。これは、必要とする情報が、試料チャンバに配置された同一の試料を用いてほぼ同時に吸光度検出器の複数の読み取り値から得られるという点で有利である。等吸収波長の読み取り値を用いて経路長を決定し、他の選択した波長の読み取り値を用いて干渉物質、及び/又は検体濃度を測定する。このため、この方法は効率的であり、試料チャンバに基準液体を挿入する必要がない。 The path length can also be calculated using the isosbestic wavelength. The isosbestic wavelength is a wavelength at which all components of the sample have the same absorbance. If the components (and absorption coefficients) of a specific sample are known, one or more isosbestic wavelengths are known for those specific components. The path length can be calculated using the absorbance data collected by the radiation detector at these isosbestic wavelengths. This is advantageous in that the required information can be obtained from multiple readings of the absorbance detector almost simultaneously using the same sample placed in the sample chamber. The path length is determined using the reading of the isosbestic wavelength and the interfering substance and / or analyte concentration is measured using the reading of the other selected wavelength. Thus, this method is efficient and does not require the reference liquid to be inserted into the sample chamber.
いくつかの実施の形態では、試料中の検体濃度を測定する方法では、液体試料を試料容器に挿入し、放射源から放射を容器及び液体試料に照射して透過させて全試料の吸収データを得ることができる。検出器に到達した放射の量を測定し、正確な干渉物質の吸収値又はスペクトルを全試料の吸収データから減じて、残った吸収値又はスペクトルを用いて液体試料中の検体濃度を決定できる。正確な干渉物質の吸収値は、算出した経路長を用いて特定できる。 In some embodiments, in a method for measuring an analyte concentration in a sample, a liquid sample is inserted into a sample container, and radiation from a radiation source is irradiated to the container and the liquid sample to transmit the absorption data of all samples. Obtainable. The amount of radiation that reaches the detector can be measured, and the accurate interference value or spectrum of the interfering substance can be subtracted from the absorption data of the entire sample, and the remaining absorption value or spectrum can be used to determine the analyte concentration in the liquid sample. An accurate interference substance absorption value can be specified using the calculated path length.
試料中の検体濃度は、ベール−ランバートの法則(又はベールの法則)を用いて以下のように算出できる。透過度をT、吸光度をA、P0を試料に向かう放射の初期のパワー、Pを試料から出て検出器に到達する時のパワーとすると、
T=P/Po、A=−logT=log(P0/P)となる。吸光度は、検体又は干渉物質とも呼ばれる試料中の光吸収種の濃度(c)に正比例する。このため、eをモル吸光係数(1/M I/cm)、bを経路長(cm)、cを濃度(M)とすると、ベールの法則は次のように表される。A=ebc このため、c=A/(e b)となる。
The analyte concentration in the sample can be calculated as follows using Beer-Lambert's law (or Beer's law). If the transmittance is T, the absorbance is A, P 0 is the initial power of radiation toward the sample, and P is the power when it leaves the sample and reaches the detector,
T = P / Po, A = −log T = log (P 0 / P). The absorbance is directly proportional to the concentration (c) of the light-absorbing species in the sample, also called the analyte or interfering substance. Therefore, when e is the molar extinction coefficient (1 / M I / cm), b is the path length (cm), and c is the concentration (M), Beer's law is expressed as follows. A = ebc Therefore, c = A / (eb).
フローチャート3100を再び参照すると、次のステップはどのライブラリ干渉物質が試料中に存在するかを判定する。特に、ブロック3120は、測定値を分析して、考えられる干渉物質を識別する。分光測定では、得られた測定値を干渉物質のスペクトルと光学濃度ドメインで比較して判定するのが好ましい。このステップの結果から、試料中に存在しうる干渉物質のリストが得られる。一実施の形態では、複数の入力パラメータを用いて測定したスペクトルCsからグルコース濃度gestが推定される。入力パラメータは、以前に収集した測定用試料などの試料のスペクトル測定値を含み、検体と干渉物質ライブラリから考えられる干渉物質の組み合わせ、及び考えられる干渉物質毎のスペクトルと濃度範囲を含む。具体的には、入力パラメータは以下の通りである。 Referring again to flowchart 3100, the next step is to determine which library interfering substances are present in the sample. In particular, block 3120 analyzes the measurements to identify possible interferents. In the spectroscopic measurement, it is preferable to make a determination by comparing the obtained measurement value with the spectrum of the interference substance and the optical density domain. The result of this step provides a list of interfering substances that may be present in the sample. In one embodiment, the glucose concentration g est is estimated from the spectrum C s measured using a plurality of input parameters. Input parameters include spectral measurements of samples such as previously collected measurement samples, including combinations of analytes and possible interfering substances from the interfering substance library, and spectra and concentration ranges for each possible interfering substance. Specifically, the input parameters are as follows.
干渉物質ライブラリのデータ:干渉物質ライブラリのデータは、「M」個の干渉物質について、干渉物質毎の吸収スペクトル、IF={IF1,IF2,・・・,IFM}、各干渉物質の最大濃度Tmax={Tmax1,Tmax2,・・・,TmaxM}を含む。ここでm=1,2,・・・,Mである。 Interfering substance library data : The interfering substance library data includes the absorption spectrum for each interfering substance, IF = {IF 1 , IF 2 ,..., IF M }, for each interfering substance. Maximum density Tmax = {Tmax 1 , Tmax 2 ,..., Tmax M }. Here, m = 1, 2,..., M.
試料集団データ:試料集団データは、試料スペクトルCsiとして同一の波長範囲にわたって得た統計的に大きな集団の個々のスペクトルと、各スペクトルに対応する検体濃度を含む。例えば、試料集団スペクトルがN個の場合、スペクトルはC={C1,C2,・・・,CN}で表すことができる。ここでn=1,2,・・・,Nで、各スペクトルに対応する検体濃度はg={gl,g2,・・・,gN}で表せる。 Sample population data : The sample population data includes individual spectra of a statistically large population obtained over the same wavelength range as the sample spectrum Csi and the analyte concentration corresponding to each spectrum. For example, when the sample population spectrum is N, the spectrum can be represented by C = {C 1 , C 2 ,..., C N }. Here, n = 1, 2,..., N, and the analyte concentration corresponding to each spectrum can be expressed as g = {g 1 , g 2 ,..., G N }.
好ましくは、試料集団には、M個の干渉物質の何れも含まず、材料試料には、試料集団に含まれる干渉物質と、場合によっては、1以上ライブラリ干渉物質が含まれる。既に説明したタイプA干渉物質とタイプB干渉物質については、試料集団はタイプA干渉物質を含む。材料試料はタイプA干渉物質を含むが、タイプB干渉物質を含んでもよい。試料集団のデータを用いて、予想される範囲のスペクトルと検体濃度を統計的に定量化する。このため、例えば、未知のスペクトル特性を有する、人間の血液中のグルコースを測定するために用いるシステム10又は334では、スペクトル測定値は、好ましくは、集団の統計的試料から取得する。
Preferably, the sample population does not contain any of the M interfering substances, and the material sample contains the interfering substances contained in the sample population and, optionally, one or more library interfering substances. For the type A and type B interfering substances already described, the sample population includes type A interfering substances. The material sample contains type A interfering substances, but may also contain type B interfering substances. Sample population data is used to statistically quantify the expected range of spectra and analyte concentrations. Thus, for example, in the
以下、分光技術を用いて複数の検体を測定する図示の実施の形態について説明するが、本発明の範囲の限定を意図するものではない。2以上の検体が重畳しないスペクトル特性を有する場合、第1の実施の形態で、各検体に対応するスペクトルを取得する。次に、フローチャート3100の方法に従って、検体毎に測定値を分析する。お互いに重畳しない特性を有する複数の検体用の代替の実施の形態、又はお互いに重畳する特性を有する複数の検体用の実施の形態では、2以上の検体のスペクトル特性を有する測定値を得る。この測定値をフローチャート3100の方法に従って、検体毎に分析してもよい。即ち、測定値を、検体一つずつに対して、他の検体を、分析を行う検体に対する干渉物質とみなして分析を行う。
干渉物質の測定
Hereinafter, the illustrated embodiment in which a plurality of specimens are measured using a spectroscopic technique will be described, but the scope of the present invention is not intended to be limited. When two or more specimens have spectral characteristics that do not overlap, a spectrum corresponding to each specimen is acquired in the first embodiment. Next, the measurement value is analyzed for each specimen according to the method of the flowchart 3100. In an alternative embodiment for a plurality of specimens having characteristics that do not overlap each other, or an embodiment for a plurality of specimens that have characteristics that overlap each other, a measurement value having spectral characteristics of two or more specimens is obtained. This measured value may be analyzed for each sample according to the method of the flowchart 3100. In other words, the analysis is performed with respect to the measured value for each sample, and the other samples are regarded as interfering substances for the sample to be analyzed.
Interfering substance measurement
図32のフローチャートを参照して、一実施の形態の方法のブロック3120についてより詳細に説明する。本方法は、統計的な試料集団モデルを生成し(ブロック3210)、干渉物質ライブラリのデータを組み立て(ブロック3220)、取得した測定値と統計的な試料集団モデルとを、干渉物質ライブラリからの干渉物質毎のデータを用いて比較し(ブロック3230)、干渉物質ライブラリの干渉物質一つずつの存在について統計的な試験を実行して(ブロック3240)、統計的な試験に適合した干渉物質をそれぞれ考えられるライブラリ干渉物質として識別する(ブロック3250)。ブロック3220のステップは、1回実行して、必要に応じて更新することもできる。ブロック3230、3240、3250のステップは、既に説明したようにライブラリの全ての干渉物質について連続的に実行するか、或いは、干渉物質毎に連続的に繰り返して実行できる。
With reference to the flowchart of FIG. 32, the block 3120 of the method of one embodiment will be described in more detail. The method generates a statistical sample population model (block 3210), assembles the interferent library data (block 3220), and combines the acquired measurements with the statistical sample population model from the interferent library. Comparisons using substance-specific data (block 3230), and statistical tests for the presence of each interferent in the interferent library (block 3240) It is identified as a possible library interferent (block 3250). The steps of block 3220 may be performed once and updated as needed. The steps of
一実施の形態のブロック3210、3220、3230、3240、3250の各方法について、既に説明した試料集団データと干渉物質ライブラリデータを用いて分光測定値から試料中のライブラリ干渉物質を識別する例を挙げて説明する。各試料集団スペクトルは、ライブラリ干渉物質のない状態で試料に行った測定値(例えば、光学濃度)を含み、関連する既知の検体濃度を有している。全ての試料集団スペクトルを組み合わせて、検体濃度の範囲における統計的な集団モデル(ブロック3120)を形成し、試料集団について平均マトリクスと共分散マトリクスを得る。これによって、例えば、n個の異なる波長の各スペクトルをnx1マトリクスCで表すとすると、平均スペクトルμは、スペクトル範囲にわたって平均した各波長の値(例えば、光学濃度)を有するnx1マトリクスとなり、共分散マトリクスVは、Cとμの間の偏差の期待値で、V=E((C−μ)(C−μ)T)となる。マトリクスμとマトリクスVは、試料集団スペクトルの統計的な分布を表す一つのモデルであるである。
For each method of
他のステップでは、ライブラリ干渉物質の情報を組み立てる(ブロック3220)。複数の考えられる干渉物質を、例えば、システム10又は334によって測定された、又は対象とする患者の集団が摂取した可能性のある薬物又は食品のリストとして識別し、それらのスペクトル(吸光、光学濃度、又は透過ドメイン)を取得する。更に、血液中の干渉物質の予想される濃度範囲、又は予想される試料物質を推定する。こうして、M個の干渉物質それぞれについてスペクトルIFと最大濃度Tmaxを得る。好ましくは、この情報を一度組み立て、その後必要に応じてアクセスするようにする。
In another step, library interferent information is assembled (block 3220). Identify multiple possible interfering substances as, for example, a list of drugs or foods measured by the
次に、取得した測定値のデータ及び統計的な試料集団モデルを、干渉物質ライブラリの干渉物質毎のデータと比較して(ブロック3230)、統計的な試験を実行し(ブロック3240)、混合物中の干渉物質の識別を行う(ブロック3250)。この干渉物質の試験について先ず詳細な数式で示した後、本方法を図示する図33A及び図33Bを参照して説明する。 Next, the acquired measurement data and the statistical sample population model are compared with the data for each interfering substance in the interfering substance library (block 3230), and a statistical test is performed (block 3240) in the mixture. The interfering substance is identified (block 3250). This interfering substance test is first shown in detailed mathematical formulas and then described with reference to FIGS. 33A and 33B illustrating the method.
干渉物質の存在の試験は数学的には以下のようにして行う。測定した光学濃度スペクトルGsに対してライブラリの干渉物質毎に、干渉物質が測定したスペクトルに存在する場合、その影響を解析的に減じることによって、修正を行う。具体的には、測定した光学濃度スペクトルGsは波長毎に干渉物質の光学濃度スペクトルを減じて修正される。ある干渉物質Mが、干渉物質濃度単位で吸収スペクトルIFMを有するとした場合、修正後のスペクトルは、
C’S(T)=CS−IFMTとなる。ここで、Tは、最小値Tminから最大値Tmaxまでの範囲の干渉物質の濃度とする。Tminの値はゼロ、或いは、例えばTmaxの数分の一など、ゼロからTmaxまでの値である。
The test for the presence of interfering substances is performed mathematically as follows. For each interferent library against the measured optical density spectrum G s, if present in the spectrum where the interference substance was determined by subtracting the effects analytically corrects. Specifically, the measured optical density spectrum G s is corrected by subtracting the optical density spectrum of the interference substance for each wavelength. If there interferents M is, that to have an absorption spectrum IF M by the interference substance density units, spectrum after modification,
C ′ S (T) = C S −IF M T Here, T is the concentration of the interference substance in the range from the minimum value T min to the maximum value T max . The value of T min is zero, or such as a fraction of the T max, a value of from zero to T max.
次に、修正後のスペクトルC’S(T)と試料集団スペクトルの統計モデル(μ、V)の間のマハラノビス距離(MD)を以下の式に基づいて算出する。 Next, the Mahalanobis distance (MD) between the corrected spectrum C ′ S (T) and the statistical model (μ, V) of the sample population spectrum is calculated based on the following equation.
MD2(Cs−(Tt),μ;ρS)
=(CS−(TIFm)−μ)T V−1(C8−(TIFm)−μ) 数式(1)
MD 2 (C s − (Tt), μ; ρ S )
= (C S - (TIF m ) -μ) T V -1 (C 8 - (TIF m) -μ) Equation (1)
干渉物質IFの存在に関する試験は、TをTminからTmaxへ変化させて行い(すなわち、Tの値の範囲にわたってCs(T)を推定する)、この間隔において最小のMDが所定の範囲に存在するか否かを判別する。例えば、この間隔における最小MDが、ランダム変数χ2を自由度L(Lは波長の数)で割った分位数に対して十分に小さいかを判定してもよい。 The test for the presence of the interfering substance IF is performed by changing T from T min to T max (ie, estimating C s (T) over a range of values of T), with the smallest MD at a given range over this interval It is determined whether or not it exists. For example, it may be determined whether the minimum MD in this interval is sufficiently small relative to the quantile obtained by dividing the random variable χ 2 by the degree of freedom L (L is the number of wavelengths).
図33Aに、ブロック3230とブロック3240のステップを図示したグラフ3300を示す。グラフ3300の軸ODiとODjを用いて、測定値を取得した多くの波長うちの二波長における光学濃度をグラフ化している。点3301は試料集団分布の測定値である。点3301は、点の大多数を囲むように描いた楕円内に群をなしていることがわかる。楕円3302内の点3301は、ライブラリ干渉物質が存在しない場合の測定値を表す。点3303は試料測定値である。点3303は、1以上のライブラリ干渉物質の存在のために点3301の展開の外側にあると考えられる。線3304、線3307、線3309はそれぞれ、TminからTmaxの範囲にわたって3つの異なるライブラリ干渉物質の濃度Tが増加した場合の点3303の測定値の修正を示す。この例において3つの干渉物質を、干渉物質#1、#2、#3とする。具体的には、線3304、3307、3309は、試料測定値からライブラリ干渉物質(干渉物質#1、干渉物質#2、干渉物質#3)の量Tを減じて、修正後の試料測定値をTの増加に従ってグラフ化してものである。
FIG. 33A shows a
図33Bに、図32の方法を更に説明するグラフを示す。図33Bでは、マハラノビス距離の二乗MD2を算出し、線3304、3307、3309の関数としてグラフ化している。図33Aに示すように、線3304は、干渉物質#1の濃度の減少を反映し、点3301の群に僅かだけ近接している。図33Bに示すように、線3304のMD2の値は僅かに減少し、干渉物質#1の濃度が減少すると再び増加している。
FIG. 33B shows a graph that further describes the method of FIG. In FIG. 33B, the square MD 2 of the Mahalanobis distance is calculated and graphed as a function of
図33Aに示すように、線3307は、干渉物質#2の濃度の減少を反映し、点3301の群に近接、或いは点3301の群を貫通している。図33Bに示すように、線3307のMD2の値は、干渉物質#2の濃度がある値を取るときに大幅に減少し、その後増加している。図33Aに示すように、線3309は、干渉物質#3の濃度の減少を反映し、点3303に近接、或いは点3303の群を貫通さえしている。図33Bに示すように、線3309のMD2の値は、干渉物質#3の濃度がある値を取るときに更に大幅に減少している。
As shown in FIG. 33A,
一実施の形態では、MD2のしきい値レベルは、個別の干渉物質の存在を示すように設定されている。このため、例えば、図33Bには、スペクトルから干渉物質分を減じないMD2を示す「オリジナルスペクトル」と記した線と、自由度L(ここではLはスペクトルに表される波長の数)でchi2分布を割った95%分位数を示す「95%しきい値」と記した線が示されている。このレベルは、MD2の計量値の95%を超えた値である。換言すると、このレベルの値は珍しく、上記のように、極めて希と考えられる。図33A及び図33Bで示した3つの干渉物質の中で干渉物質#3のみがしきい値を下回るMD2の値を有している。このため、この試料分析では、干渉物質#3が最も試料中に存在する可能性の高い干渉物質を示す。干渉物質#1は、その最小値がしき値レベルを超えることはないため、存在する可能性は極めて低い。干渉物質#2は、しきい値レベルを僅かしに超えているため、その存在する可能性は干渉物質#1より高いが、干渉物質#3と比較すると依然として遙かに低い。
In one embodiment, the MD 2 threshold level is set to indicate the presence of an individual interfering substance. For this reason, for example, FIG. 33B shows a line labeled “original spectrum” indicating MD 2 that does not reduce the amount of interfering substances from the spectrum, and a degree of freedom L (here, L is the number of wavelengths represented in the spectrum). A line labeled “95% threshold” indicating the 95% quantile divided by the chi 2 distribution is shown. This level is a value exceeding 95% of the weight value of MD 2. In other words, the value of this level is unusual and, as mentioned above, is considered extremely rare. Only
識別された干渉物質に関する情報を用いて、考えられる範囲の識別された干渉物質の濃度に対して比較的鈍感な較正定数を生成する方法について以下説明する。以下に説明する個別の方法を使用する他にも、干渉物質の識別は興味深いものであり、様々な有用な方法がありうる。例えば、病院で使用するグルコースモニターは、識別した干渉物質を表示部141で表示する、又は通信リンク216を介して病院のコンピュータに送信するようになっている。
較正定数を生成する実施の形態
A method for generating calibration constants that are relatively insensitive to the concentration of identified interfering substances in a possible range using information about the identified interfering substances is described below. Besides using the individual methods described below, the identification of interfering substances is interesting and there can be various useful methods. For example, a glucose monitor used in a hospital displays the identified interfering substance on the
Embodiment for generating calibration constants
分析時に試料中に存在する可能性のあるライブラリ干渉物質を識別すると、識別した干渉物質の存在下で検体濃度を推定するための較正定数を生成する(ブロック3130)。具体的には、ブロック3120の後、存在する可能性のあるライブラリ干渉物質のリストを作成する。一実施の形態のブロック3120のステップでは、図34のフローチャートに示すように、ブロック3410で、合成した試料集団の測定値を生成し、ブロック3420で、合成した試料集団の測定値を較正用の群と試験用の群に分け、ブロック3430で、較正用の群を用いて較正定数を生成し、ブロック3440で、較正用の群を用いて試験用の群の検体濃度を推定し、ブロック3450では、試験用の群に基づいて推定した検体濃度の誤差を算出し、ブロック3460では、平均較正定数を算出する。
Once the library interfering substances that may be present in the sample at the time of analysis are identified, a calibration constant is generated to estimate the analyte concentration in the presence of the identified interfering substances (block 3130). Specifically, after block 3120, a list of library interferents that may be present is created. In the step of block 3120 of one embodiment, as shown in the flowchart of FIG. 34, block 3410 generates measurements of the synthesized sample population, and block 3420 converts the measurements of the synthesized sample population for calibration. In
一実施の形態のブロック3410、3420、3430、3440、3450、3460の各方法について、試料中の干渉物質を識別して平均較正定数を生成する例を挙げて説明する。ブロック3410に示すステップでは、存在の可能性のあるライブラリ干渉物質のランダムな濃度を試料集団のスペクトル毎に加算して、合成試料集団スペクトルを生成する。ブロック3410の方法で生成されるスペクトルを干渉物質加重スペクトルデータベース、又はIESD(Interferent−Enhanced Spectral Database)と呼ぶ。IESDは、図35〜図38に示すステップで生成される。図35は、ランダムにスケール変更した単一干渉物質のスペクトル(Randomly− Scaled Single Interferent Spectra)、即ちRSISを生成する工程を示す概略図3500である。図36は、干渉物質のスケール変更を説明するグラフ3600である。図37は、RSISを混合干渉物質スペクトル、即ち、CIS(Combination Interferent Spectra)に組み合わせる工程の概略図である。図38は、CISと試料集団スペクトルをIESDに組み合わせる工程の概略図である。
Each method of
ブロック3410の第1のステップを図35及び図36に示す。図35のフローチャート3500及び図36のグラフ3600に概略を示すように、スペクトルIFmを有する既に識別したライブラリ干渉物質(ブロック3510)を、グラフ3600に乱数分布によって示す、ゼロと1の間のランダムな係数(ブロック3530)を用いてスケール変更した最大濃度(Tmaxm)(ブロック3520)で乗じて、複数のRSIS(ブロック3540)を生成する。一実施の形態では、スケール変更する工程では、最大濃度を、標準偏差をその平均値の半分とした対数正規分布の95番目の百分位数として、この分布を有する広範囲の濃度を生成する。グラフ3600の乱数分布は、μ=100、σ=50の対数正規分布である。 The first step of block 3410 is shown in FIGS. As outlined in the flowchart 3500 of FIG. 35 and the graph 3600 of FIG. 36, the previously identified library interferent (block 3510) having the spectrum IF m is represented by a random number between zero and one, indicated by a random number distribution in the graph 3600. Multiply by the scaled maximum density (Tmax m ) (block 3520) using a random coefficient (block 3530) to generate a plurality of RSIS (block 3540). In one embodiment, the scaling step generates a wide range of concentrations having this distribution, with the maximum concentration being the 95th percentile of a lognormal distribution with the standard deviation being half its mean. The random number distribution of the graph 3600 is a lognormal distribution with μ = 100 and σ = 50.
個々のライブラリ干渉物質スペクトルをランダムな濃度で乗じてRSISを生成するとRSISを組み合わせて、図37に示すように、干渉物質のみのスペクトルの大規模な集団であるCISを生成する。個々のRSISは独立して組み合わされ、ランダムな混合体となって大ファミリーのCISが生成される。ランダムなRSISの混合体からなるCIS内の各スペクトルは識別されたライブラリ干渉物質の全群から選択される。図37に示す方法は、個別の干渉物質とは無関係に、各干渉物質に対して十分なバラツキを提供している。 When RSIS is generated by multiplying individual library interference substance spectra by random concentrations, RSIS is combined to generate CIS, which is a large group of interference-only spectra, as shown in FIG. Individual RSISs are independently combined to form a random mixture to produce a large family of CISs. Each spectrum in the CIS consisting of a mixture of random RSISs is selected from the entire group of identified library interferents. The method shown in FIG. 37 provides sufficient variation for each interfering substance regardless of the individual interfering substances.
次のステップは、CISと試料集団スペクトルのコピーを組み合わせて、図38に示すように、IESDを生成するステップである。干渉物質データと試料集団スペクトルは、異なる経路長で取得されていることがあるため、CISは最初に同一の経路長にスケール変更する(即ち、乗じる)。試料集団データベースからM個のコピーをとる。ここでMはデータベースのサイズ及び処理する干渉物質の数に応じて決定される。IESDは、それぞれが試料集団スペクトルを有するM個のコピーを含む。コピーの1つは、オリジナルの試料集団データであり、残りの(M−1)個のコピーは、それぞれ、ランダムに追加したCISスペクトルの一つを含む。IESDスペクトルは各々、個別のIESDスペクトルを形成するために用いる試料集団スペクトルからの関連する検体濃度を含む。 The next step is to combine the CIS and a copy of the sample population spectrum to generate an IESD, as shown in FIG. Since interferant data and sample population spectra may have been acquired with different path lengths, CIS first scales (ie, multiplies) to the same path length. Take M copies from the sample population database. Here, M is determined according to the size of the database and the number of interfering substances to be processed. The IESD contains M copies, each with a sample population spectrum. One copy is the original sample population data, and the remaining (M−1) copies each contain one of the randomly added CIS spectra. Each IESD spectrum includes an associated analyte concentration from the sample population spectrum used to form a separate IESD spectrum.
一実施の形態では、18のライブラリ干渉物質と58の異なる個々のスペクトルから得た130の試料集団スペクトルのために試料集団データベースの10倍のコピーを用いる。ライブラリ干渉物質スペクトルの間のスペクトルのバラツキを大きくするためには、コピーの割合は小さくする必要があるが、ライブラリ干渉物質の量を大きくするためには、コピーの割合は大きくする必要がある。 In one embodiment, a 10-fold copy of the sample population database is used for 130 sample population spectra obtained from 18 library interferents and 58 different individual spectra. In order to increase the spectral variation between the library interfering substance spectra, it is necessary to reduce the copy ratio. However, in order to increase the amount of the library interfering substance, it is necessary to increase the copy ratio.
ブロック3420、3430、3440、3450のステップを実行して、IESDの異なるスペクトルを繰り返し組み合わせ、識別したライブラリ干渉物質の影響を統計的に平均化する。まず、ブロック3420で、IESDを、較正用の群と試験用の群の二つの群に分ける。詳細ついては後で説明するが、IESDを較正用の群と試験用の群に繰り返し分けることによって、較正定数の統計的な重要度が向上する。一実施の形態では較正用の群は、ランダムに選択したIESDスペクトルの一部であり、試験用の群は、選択されなかったIESDスペクトルである。好ましい実施の形態では、較正用の群は、IESDスペクトルのほぼ3分の2を含む。
The steps of
代替の実施の形態では、ブロック3420、3430、3440、3450のステップを実行する代わりに利用可能な全てのデータを用いて平均較正定数を算出する一つのステップを実行する。
In an alternative embodiment, instead of performing the steps of
次に、ブロック3430では、較正用の群を用いて試料測定値から検体濃度を予測するための較正定数を生成する。最初に、検体スペクトルを得る。吸光測定値からグルコースを測定する実施の形態では、グルコース吸収スペクトルをaGで示す。次に較正定数を以下の手順で生成する。較正スペクトルトルC={C1,C2,・・・,Cn}と対応するグルコース濃度値G={g1,g2,・・・,gn}を有する較正用の群を用いて、グルコースを含まないスペクトルC’={C’1,C’2,・・・,C’n}をC’j= Cj−aGg1として算出できる。次に、以下の5つのステップに従って較正定数KをC’とaGから算出する。
1)C’をC’=AC’ΔC’BC’に分解する。即ち、A因子をCのスパン又は列空間の正規直交基底として特異値分解を行う。
2)Δの対角要素(Cの特異値)のサイズに基づき、個別の列の階級rに過剰適合しないように、AC’の一部を切り捨てる。rの選択は、較正における正確さと安定性のトレードオフであり、rが大きくなると、正確さは向上するが、解の安定性は低下する。一実施の形態では、各スペクトルCはそれぞれ25個の波長を含み、rは15から19の範囲である。
3)AC’の最初のr列を、スパン(C’)の正規直交基底とする。
4)背景からの投影を、C’のスパンに対する直径投影である積PC’=AC’AC’ Tとして得て、補完的な部分空間C’⊥への投影を形成する、補完(complementary)又はゼロ化投影(nulling projection)PC’ ⊥=1−PC’を算出する。
5)較正ベクトルKを、対象とする検体の吸収スペクトルに対して次のようにゼロ化投影を行うことによって得て、Kraw=PC’ ⊥aG、次のように正規化する。K=Kraw/<Kraw,aG>。ここで、角括弧<>は、標準的なベクトルの内積を表す。正規化した較正定数は、個別の構成用の群においてaGの単位スペクトル入力に対して単位応答する。
Next, at
1) Decompose C ′ into C ′ = A C ′ ΔC ′ B C ′ . That is, singular value decomposition is performed using the A factor as the C orthogonal span or the orthonormal basis of the column space.
2) Based on the size of the diagonal element of C (singular value of C), a part of AC ′ is rounded down so as not to overfit the class r of the individual columns. The choice of r is a trade-off between accuracy and stability in calibration. As r increases, accuracy increases but solution stability decreases. In one embodiment, each spectrum C includes 25 wavelengths each, and r ranges from 15 to 19.
3) 'the first r columns of, Span (C' A C and orthonormal basis of).
4) Obtain the projection from the background as the product P C ′ = A C ′ A C ′ T , which is the diameter projection for the span of C ′, to form the projection onto the complementary subspace C ′ 補 完 Complementary) or zeroing projection (calculating the nulling projection) P C '⊥ = 1-P C'.
5) A calibration vector K is obtained by performing a zeroed projection on the absorption spectrum of the target analyte as follows, and K raw = PC ′ ⊥ a G , and is normalized as follows. K = K raw / <K raw , a G >. Here, square brackets <> represent an inner product of standard vectors. The normalized calibration constants are unit responsive to a G unit spectral inputs in groups for individual configurations.
次に較正定数を用いて試験用の群中の検体濃度を推定する(ブロック3440)。具体的には、試験用の群の各スペクトル(各スペクトルは、試験用の群を生成するために用いた試料集団スペクトルからの関連するグルコース濃度を含む)にブロック3430で得た較正ベクトルKを乗じて、グルコース濃度の推定値を算出する。算出したグルコース濃度と既知のグルコース濃度との誤差を算出する(ブロック3450)。具体的には、誤差の測定値は、1/rms2によって試験用の群全体にわたって平均をとった加重値を含むことができる。
The calibration constant is then used to estimate the analyte concentration in the test group (block 3440). Specifically, the calibration vector K obtained in
ブロック3420、3430、3440、3450を較正用の群の多くの異なるランダムな組み合わせに対して繰り返す。好ましくは、ブロック3420、3430、3440、3450を数百回から数千回繰り返す。最後に、多くの較正用の群及び試験用の群から得た較正定数及び誤差から平均較正定数を算出する(ブロック3460)。具体的には、平均較正定数は、較正ベクトルの加重平均として算出する。一実施の形態では、全ての試験に対して、Kave=K*rms2/Σ(rms2)などの正規化した平方二乗平均に従って加重を行う。
ブロック3130の最後は、図34のフローチャートに従って実行され、平均較正定数Kaveが取得したスペクトルに適用される(ブロック3140)。
The end of
したがって、識別した干渉物質に基づいて較正定数を算出する一実施の形態の方法は、以下のように要約できる。
1.RSISを生の(干渉物質を含まない)試料集団スペクトルに加えて合成試料集団スペクトルを生成し、干渉物質を加重したスペクトルデータベース(IESD)を形成する。ここで、IESDの各スペクトルは、試料集団のスペクトルの一つから合成したものであり、IESDの各スペクトルは、少なくとも一つの関連する既知の検体濃度を含む。
2.IESDのスペクトルを較正用のスペクトル群と試験用のスペクトル群に分離する。
3.較正用のスペクトル群とそれらに関連する既知の正確な検体濃度に基づいて較正用のスペクトル群用の較正定数を生成する(例えば、上記の5つのステップで概略を説明したマトリクス処理を用いる)。
4.ステップ3で生成した較正定数を用いて以下のようにして対応する試験用の群の誤差を算出する(試験用の群のスペクトル毎に繰り返す)。
a.(試験用の群から選択したスペクトル)を(ステップ3で生成した平均較正定数)で乗じてグルコース濃度の推定値を得る。
b.グルコース濃度の推定値と、選択した試験用スペクトルに関連する既知の、正確なグルコース濃度との差異を比較し、選択した試験用スペクトルに関する誤差を得る。
5.ステップ4で算出した誤差を平均して、現在の較正用の群と試験用の群の組に関する加重又は平均誤差を得る。
6.ステップ2からステップ5をn回繰り返し、n個の較正定数とn個の平均誤差を得る。
7.n個の平均誤差から「大平均」誤差を算出し、n個の較正定数から平均較正定数を算出し(最大の平均誤差と較正定数を除いた加重平均が好ましい)、識別した干渉物質の影響に対して最も影響を受けにくい較正定数を得る。
実施例1
Accordingly, the method of one embodiment for calculating the calibration constant based on the identified interfering substance can be summarized as follows.
1. The RSIS is added to the raw (interfering substance free) sample population spectrum to generate a synthetic sample population spectrum and form an interference material weighted spectral database (IESD). Here, each spectrum of IESD is synthesized from one of the spectra of the sample population, and each spectrum of IESD includes at least one associated known analyte concentration.
2. The spectrum of IESD is separated into a calibration spectrum group and a test spectrum group.
3. Generate calibration constants for the calibration spectrum groups based on the calibration spectrum groups and their known accurate analyte concentrations (eg, using matrix processing outlined in the five steps above).
4). Using the calibration constant generated in
a. Multiply (the spectrum selected from the test group) by (the average calibration constant generated in step 3) to obtain an estimate of the glucose concentration.
b. The difference between the estimated glucose concentration and the known and accurate glucose concentration associated with the selected test spectrum is compared to obtain an error for the selected test spectrum.
5. The errors calculated in step 4 are averaged to obtain a weighted or average error for the current set of calibration and test groups.
6).
7). Calculate the “large average” error from the n average errors, calculate the average calibration constant from the n calibration constants (preferably the weighted average excluding the maximum average error and the calibration constant), and the effect of the identified interfering substance Obtain a calibration constant that is least sensitive to.
Example 1
ここに開示する特定の方法の一実施例として、中赤外線吸収分光法を用いて血液中のグルコースを検出する場合について説明する。表2に10個のライブラリ干渉物質(それぞれグルコースと重畳する吸光度特性を有する)と、それぞれ対応するライブラリ干渉物質の最大濃度を列挙した。表2は更に、干渉物質に対するグルコース感度をトレーニングした場合とトレーニングしていない場合に分けて記載している。干渉物質に対するグルコース感度は、干渉物質濃度の単位当たりの変化に対するグルコース濃度推定値の変化として算出している。検体からグルコースを高精度で選択的に検出する技術では、この値はゼロである。トレーニングをしていない場合の干渉物質に対するグルコース感度とは、識別した干渉物質を用いずに較正値を上述の方法で決定した場合の干渉物質に対するグルコース感度をいう。トレーニングをした場合の干渉物質に対するグルコース感度とは、識別した適当な干渉物質を用いて較正値を上述の方法で決定した場合の干渉物質に対するグルコース感度をいう。この場合、最も改善が少なかったのが(干渉物質に対する感度の低下という意味で)尿素で、6.5倍感度が低下しただけであって、この他に改善の比率が60倍から80倍という3つの干渉物質が続く。残りの6つの干渉物質においては、感度が100倍以上1600倍まで低下している。干渉物質に対するグルコース感度がトレーニングによって低下したことは、本方法が、干渉物質の存在下でグルコースに対して選択的な較正定数を効果的に生成していることを示している。
18個の干渉物質に対して本方法の効果を示すもう一つの実施例について説明する。表3に、18個の干渉物質とそれぞれの最大濃度、及びトレーニングした場合とトレーニングしてない場合の干渉物質に対するグルコース感度を列挙した。表は、干渉物質が存在しない状態と全ての干渉物質が存在する状態で同時に行った較正と試験のシミュレーションを1000回実行した結果を要約したものである。図39に、1000回の試行に対するグルコース濃度推定値のRMS誤差の分布を示す。多くの物質(重炭酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、トルブタミド)においては感度が大幅に低下しているが、他の物質(エタノール、アセトアセテート)においては感度が上昇していることが表3に示されている。図39の曲線は、干渉物質が存在しない場合と18個の干渉物質が存在する場合の両方の較正用の群と試験用の群を示している。図39の較正曲線と試験曲線を比較して明らかなように干渉物質は性能を低下させる。例えば、ピークが約2mg/dLシフトし、分布の幅も僅かであるが増加している。分布の広がりによってピークの高さも低下しており、この結果、性能の低下が緩和されている。
本実施例では、病院の集中治療室(ICU)で患者に対して行われる可能性の多い、血液中に通常存在しない4つの干渉物質(タイプB干渉物質)の存在下で中赤外線吸収分光法を用いて、ここに開示した特定の方法で、血液中のグルコースを測定した。4つのタイプB干渉物質とは、マンニトール、デキストラン、n−アセチルLシステイン、及びプロカインアミドである。 In this example, mid-infrared absorption spectroscopy is performed in the presence of four interfering substances (type B interfering substances) that are not normally present in blood, which are often performed on patients in an intensive care unit (ICU) of a hospital. Was used to measure glucose in the blood by the specific method disclosed herein. The four type B interferents are mannitol, dextran, n-acetyl L cysteine, and procainamide.
4つのタイプB干渉物質のうち、マンニトールとデキストランは、両方ともスペクトルがグルコースに類似しており(図40A、図40B参照)、ICUにおける投与量が通常のグルコースレベルと比較して極めて多いことから、グルコースの評価に実質的な影響を与える可能性を有する。マンニトールは、例えば、血液中に2500mg/dLの濃度で存在し、デキストランが5000mg/dLを超える濃度で存在する場合がある。比較のため記載すると、通常の血漿のグルコースレベルは、100−200mg/dLのオーダーである。他のタイプB干渉物質であるn−アセチルLシステインとプロカインアミドについては、スペクトルがグルコースのスペクトルと大きく異なる。 Of the four type B interferents, mannitol and dextran are both similar in spectrum to glucose (see FIGS. 40A and 40B), and the dose in ICU is very high compared to normal glucose levels. Have the potential to have a substantial impact on the assessment of glucose. Mannitol may be present, for example, in blood at a concentration of 2500 mg / dL and dextran may be present at a concentration greater than 5000 mg / dL. For comparison purposes, normal plasma glucose levels are on the order of 100-200 mg / dL. For other type B interferents, n-acetyl L cysteine and procainamide, the spectrum is significantly different from that of glucose.
図40A、図40B、図40C、図40Dはそれぞれ、2つの異なる技術、補間解像度が1cm−1のフーリエ変換赤外線(FTIR)スペクトロメータ(三角形と実線で示す)と、7.08μmで140nmから10μmで279nmまで変化する帯域幅に対応する28cm−1の半波高全幅値(FWHM)帯域幅とガウス分布を有する25の有限帯域幅IRフィルタ(丸と鎖線で示す)を用いて得たグルコースと上述の干渉物質の吸収スペクトルの比較を示すグラフである。具体的には、これらの図は、濃度レベルを1mg/dL、経路長を1μmとした場合のグルコースとそれぞれの干渉物質、即ち、マンニトール(図40A)、デキストラン(図40B)、n−アセチルLシステイン(図40C)、プロカインアミド(図40D)との比較を示している。図40A〜図40Dにおいて水平軸は、7μm〜10μmの範囲のミクロン(μm)を単位とする波長を表しており、垂直軸は任意の単位となっている。 40A, 40B, 40C, and 40D are respectively two different techniques, a Fourier Transform Infrared (FTIR) spectrometer (shown as a triangle and a solid line) with an interpolation resolution of 1 cm −1 , and 140 nm to 10 μm at 7.08 μm. Glucose obtained using a 25 cm -1 full wave width (FWHM) bandwidth corresponding to a bandwidth varying up to 279 nm and 25 finite bandwidth IR filters with Gaussian distribution (shown as circles and chain lines) and It is a graph which shows the comparison of the absorption spectrum of other interference substances. Specifically, these figures show glucose and respective interfering substances at a concentration level of 1 mg / dL and a path length of 1 μm, namely mannitol (FIG. 40A), dextran (FIG. 40B), n-acetyl L Comparison with cysteine (FIG. 40C), procainamide (FIG. 40D) is shown. 40A to 40D, the horizontal axis represents a wavelength in units of microns (μm) in the range of 7 μm to 10 μm, and the vertical axis is an arbitrary unit.
フィルタを用いて得たデータの中心波長は、図40A、図40B、図40C、図40Dに鎖線の曲線に沿って丸で示し、それぞれ、ミクロンの単位で以下の波長、即ち、7.082,7.158,7.241,7.331,7.424,7.513,7.605,7.704,7.800,7.905,8.019,8.150,8.271,8.598,8.718,8.834,8.969,9.099,9.217,9.346,9.461,9.579,9.718,9.862,9.990に対応している。フィルタ帯域幅のスペクトル特性に対する影響は、図40A〜図40Dに見られるように、実線の曲線で示すスペクトル特性の鋭さが減少し、鎖線の曲線では比較的鋭さがなくなっていることから明らかである。 The center wavelength of the data obtained using the filter is indicated by a circle along the chain line curve in FIGS. 40A, 40B, 40C, and 40D, and each of the following wavelengths in units of microns: 7.082, 7.158, 7.241, 7.331, 7.424, 7.513, 7.605, 7.704, 7.800, 7.905, 8.019, 8.150, 8.271, 8.. 598, 8.718, 8.834, 8.969, 9.099, 9.217, 9.346, 9.461, 9.579, 9.718, 9.862, 9.990 . The effect of the filter bandwidth on the spectral characteristics is evident from the fact that the sharpness of the spectral characteristics shown by the solid curve is reduced and the sharpness is lost in the dashed curve, as seen in FIGS. 40A-40D. .
図41は、3人の供血者から採取した6つの血液試料を、波長の範囲を7μm〜10μmとして任意の単位で表した血漿スペクトルのグラフであり、曲線上の記号はそれぞれ、25個のフィルタの中心波長を示す。6つの血液試料は、本例のタイプB干渉物質である、マンニトール、デキストラン、n−アセチルLシステイン、プロカインアミドの何れも含まない、試料集団である。3人の供血者(供血者A、B、Cで示す)は、血液を別々の時間に提供しているため、グラフにmg/dLで示す、YSI製生化学分析器(YSI Biochemistry Analyzer(YSI Incorporated,Yellow Springs,OH))によって測定した血液グルコースレベルは異なっている。各試料スペクトルを測定する直前に同一のセルで食塩水を基準として走査したスペクトルの分析によって、これらの試料の経路長は36.3μmと推定され、これを用いてこれらの測定を正規化した。この数量を考慮して構成ベクトルを算出した。こうして得られたベクトルを他の装置から得たスペクトルに適用する場合、有効な結果を得るためには同様に経路長を推定して正規化する工程を要する。 FIG. 41 is a graph of plasma spectrum in which six blood samples collected from three blood donors are represented in arbitrary units with a wavelength range of 7 μm to 10 μm, and the symbols on the curve are 25 filters, respectively. The center wavelength of is shown. The six blood samples are a sample population that does not contain any of the mannitol, dextran, n-acetyl L cysteine, or procainamide, which are type B interferents in this example. Three blood donors (indicated by donors A, B, and C) are providing blood at different times, so a YSI biochemistry analyzer (YSI Biochemistry Analyzer (YSI), shown in mg / dL on the graph). Blood glucose levels measured by Incorporated, Yellow Springs, OH)) are different. By analyzing the spectra scanned with saline in the same cell immediately before each sample spectrum was measured, the path length of these samples was estimated to be 36.3 μm, which was used to normalize these measurements. The composition vector was calculated in consideration of this quantity. When the vector thus obtained is applied to a spectrum obtained from another device, a path length is similarly estimated and normalized in order to obtain an effective result.
次に、スペクトルに本例のタイプB干渉物質毎にランダムな量加えて混合物、例えば、干渉物質加重スペクトルを構成してもよい。表4に示すように、試料集団スペクトル一つに対して一つの干渉物質をランダムな量添加して組み合わせ、54のスペクトル一つずつに対してNで示す番号、供血者、グルコース濃度(GLU)、干渉物質濃度(conc(IF))、干渉物質について表にまとめた。表4の条件を用いて、それぞれが6つの血漿スペクトルの一つに4つの干渉物質の一つを2つのレベル組み合わせてなる混合スペクトルを形成した。
図42A、図42B、図42C、図42Dは、表4の条件によって形成されたスペクトルを含む。具体的にこれらの図は、濃度レベルを1mg/dL、経路長を1μmとした場合の、ランダムな量のマンニトール(図42A)、デキストラン(図42B)、n−アセチルLシステイン(図42C)、プロカインアミド(図42D)を含む6つの試料の試料集団のスペクトルを示している。 42A, 42B, 42C, and 42D include spectra formed by the conditions of Table 4. Specifically, these figures show random amounts of mannitol (FIG. 42A), dextran (FIG. 42B), n-acetyl L cysteine (FIG. 42C) when the concentration level is 1 mg / dL and the path length is 1 μm. FIG. 4 shows the spectrum of a sample population of 6 samples containing procainamide (FIG. 42D).
次に、図42A〜図42Dのスペクトルを用いて、ブロック3120のステップを再現するために有効な較正ベクトルを生成した。本例の次のステップは、試料中に存在する水のスペクトルを減じて、水のない状態のスペクトルを生成する。既に説明したように、ここで開示する個別の方法は、試料集団と測定試料の両方に存在する干渉物質(タイプA干渉物質)の存在下で検体濃度を推定するようになっているため、試料集団と測定する試料に存在する干渉物質のスペクトルを取り除く必要はない。 Next, the spectra of FIGS. 42A-42D were used to generate a calibration vector that was valid for reproducing the steps of block 3120. The next step in this example subtracts the spectrum of water present in the sample to produce a spectrum in the absence of water. As already described, the individual method disclosed here estimates the analyte concentration in the presence of an interfering substance (type A interfering substance) present in both the sample population and the measurement sample. It is not necessary to remove the spectrum of interfering substances present in the population and the sample to be measured.
較正ベクトルを、水のない状態のスペクトルとして、図43A〜図43Dにそれぞれ、マンニトール(図43A)、デキストラン(図43B)、n−アセチルLシステイン(図43C)、プロカインアミド(図43D)の場合について示す。具体的には、図43A〜図43Dの各々は、干渉物質の存在下のトレーニングによって得た較正ベクトルを、清浄な血漿スペクトルのみのトレーニングによって得た較正スペクトルと比較している。較正スペクトルは、基準スペクトルの処理で用いたフィルタの(経路長を正規化した)スペクトル吸光度の値を表すベクトルで内積を算出して用いる。大きな値(正の値であろうと負の値であろうと)は通常、対応するスペクトルがグルコースの存在に敏感である波長を表し、小さな値は通常、対応するスペクトル吸収がグルコースの存在に鈍感である波長を表す。干渉物質が存在すると、この対応性が幾分不透明になり、干渉物質の性質によって、グルコースの存在が隠されてしまう。 The calibration vector as a spectrum in the absence of water is shown in FIGS. 43A to 43D for mannitol (FIG. 43A), dextran (FIG. 43B), n-acetyl Lcysteine (FIG. 43C), and procainamide (FIG. 43D). Show about. Specifically, each of FIGS. 43A-43D compares a calibration vector obtained by training in the presence of interfering substances with a calibration spectrum obtained by training only a clean plasma spectrum. The calibration spectrum is used by calculating the inner product with a vector representing the spectral absorbance value (normalized path length) of the filter used in the processing of the reference spectrum. A large value (whether positive or negative) usually represents the wavelength at which the corresponding spectrum is sensitive to the presence of glucose, and a small value is usually insensitive to the presence of the corresponding spectral absorption in the presence of glucose. It represents a certain wavelength. The presence of interfering substances makes this correspondence somewhat opaque, and the nature of the interfering substance masks the presence of glucose.
2つの干渉物質、n−アセチルLシステインとプロカインアミドの影響を最小限にするために得た較正ベクトルが純粋な血漿用に得たものと類似していることは、これら二つの干渉物質がグルコースのスペクトルとスペクトルが全く異なることを反映しており、デキストランのマンニトールの影響を最小限にする較正ベクトルと純粋な血漿用に得たものとに大きな差異が見られることは、反対にこれらの物質のスペクトルとグルコースのスペクトルの類似性が大きいことを表している。干渉するスペクトルが、グルコースのスペクトルと類似している(即ち、マンニトールとデキストラン)の場合、較正ベクトルは大きく変化する。干渉するスペクトルが、グルコースのスペクトルと異なる(即ち、n−アセチルLシステインとプロカインアミド)の場合、干渉物質を添加して得た較正ベクトルと干渉物質を添加しないで得た較正ベクトルの間の差異を検出することは困難である。 The calibration vectors obtained to minimize the effects of the two interfering substances, n-acetyl L cysteine and procainamide, are similar to those obtained for pure plasma. Reflecting that the spectra of the two are completely different, the large difference between the calibration vector that minimizes the effects of dextran mannitol and that obtained for pure plasma is This indicates that the spectrum of glucose and the spectrum of glucose are very similar. If the interfering spectrum is similar to that of glucose (ie mannitol and dextran), the calibration vector will change significantly. If the interfering spectrum is different from that of glucose (ie, n-acetyl L cysteine and procainamide), the difference between the calibration vector obtained with and without the interfering substance added. Is difficult to detect.
ここで説明する方法ステップは一実施の形態においては、適当な記憶装置に保存した命令(又はコードセグメント)を実行する処理システム(即ちコンピュータシステム)の適当なプロセッサ(複数の場合も含む)によって実行されることは明らかである。ここに開示する方法及び装置は、個別のインプリメンテーション又はプログラム技術に限定されるものではなく、本方法及び装置は、ここに説明する機能を実施するために適当であれば如何なる技術を用いて実現してもよいことは明らかである。本方法及び装置は、個別のプログラム言語又はオペレーティングシステムに限定されるものではない。更に、装置を較正する様々な構成要素は、単一のハウジングに収納されてもよく、或いは、有線又は無線通信によって通信可能な複数のハウジングに収納されてもよい。 The method steps described herein, in one embodiment, are performed by a suitable processor (s) of a processing system (ie, a computer system) that executes instructions (or code segments) stored in a suitable storage device. Obviously it will be done. The methods and apparatus disclosed herein are not limited to individual implementations or programming techniques, and the methods and apparatus may be used with any technique that is appropriate for performing the functions described herein. Obviously, it may be realized. The method and apparatus are not limited to individual programming languages or operating systems. In addition, the various components that calibrate the device may be housed in a single housing or in multiple housings that can communicate via wired or wireless communication.
更に、本方法で用いる干渉物質、検体、又は集団データは更新、変更、追加、除去、又は必要に応じて修正してもよい。このため、例えば、本方法に関連する干渉物質のスペクトル情報、及び/又は濃度は、本方法を実施するプログラムのデータベースを更新又は変更することによって、更新又は変更してもよい。更新は、新しいコンピュータにより読み取り可能な媒体を提供して、又はコンピュータネットワークを介して行ってもよい。本方法又は装置に対するその他の変更は、これに限定されないが、新たな検体の追加、又は集団スペクトル情報の変更などによって行ってもよい。 Further, the interfering substance, specimen, or population data used in the method may be updated, changed, added, removed, or modified as necessary. Thus, for example, the spectral information and / or concentration of interfering substances associated with the method may be updated or changed by updating or changing a database of programs that implement the method. The update may be performed by providing a new computer readable medium or via a computer network. Other changes to the method or apparatus may be made by, but not limited to, adding new specimens or changing population spectral information.
ここに開示する方法各々の一実施の形態は、処理システムによってアクセス可能、及び/又は実行可能なコンピュータプログラム、例えば、内蔵されたシステムの一部を構成する一つ以上のプロセッサとメモリを含んでもよい。このため、当業者には、ここに開示する本発明の実施の形態は、専用装置などの装置、データ処理システムなどの装置又は、例えばコンピュータプログラム製品などの搬送媒体(carrier medium)、方法によって実現可能であることは明らかである。搬送媒体は、方法を実施する処理システムを制御するための1以上のコンピュータにより読み取り可能なコードセグメントを有する。したがって、ここに開示される発明の様々な形態は、方法、全体がハードウェアの実施の形態、全体がソフトウェアの実施の形態、又はソフトウェアとハードウェアの態様を組み合わせた実施の形態で実現できる。更に、ここに開示される1以上の方法(測定分析、干渉物質の測定、及び/又は構成定数の生成を含むが、これに限定されない)は、1以上のコンピュータにより読み取り可能なコードセグメント又は搬送媒体上のデータの集まりとして保存できる。コンピュータにより読み取り可能な搬送媒体は、適当であれば、ディスケット又はハードディスクなどの磁気記憶装置、メモリカートリッジ、モジュール、カード又はチップ(単独の場合も大型装置内に取り付けられたものも含む)、CD又はDVDなどの光学的記憶装置を含めて利用してもよい。 One embodiment of each of the methods disclosed herein may include a computer program accessible by and / or executable by a processing system, eg, one or more processors and memory that form part of an embedded system. Good. Therefore, for those skilled in the art, the embodiments of the present invention disclosed herein are realized by a device such as a dedicated device, a device such as a data processing system, or a carrier medium such as a computer program product or method. Obviously it is possible. The carrier medium has one or more computer readable code segments for controlling the processing system performing the method. Accordingly, the various aspects of the invention disclosed herein may be implemented in a method, an entirely hardware embodiment, an entirely software embodiment, or an embodiment combining software and hardware aspects. Further, one or more methods disclosed herein (including but not limited to measurement analysis, measurement of interfering substances, and / or generation of constitutive constants) may include one or more computer readable code segments or transports. It can be saved as a collection of data on the medium. A computer-readable carrier medium may be a magnetic storage device such as a diskette or a hard disk, a memory cartridge, a module, a card or a chip (including a single device or a device mounted in a large device), a CD, or An optical storage device such as a DVD may be used.
本明細書において、「一実施の形態」又は「実施の形態」とは、実施の形態に関連する個別の特長、構造又は性質が少なくとも一つの実施の形態に含まれていることを意味する。このため、本明細書の様々な箇所に記載されている「一実施の形態において」又は「実施の形態において」という表現は、必ずしも同一の実施の形態を指すとは限らない。更に、当業者には本開示内容から、一つ以上の実施の形態において個別の特長、構造又は性質を適当に組み合わせることができることは明らかである。 In this specification, “one embodiment” or “an embodiment” means that at least one embodiment includes individual features, structures, or properties related to the embodiment. Thus, the phrases “in one embodiment” or “in an embodiment” described in various places in this specification are not necessarily referring to the same embodiment. Furthermore, it will be apparent to those skilled in the art from the present disclosure that individual features, structures, or properties may be appropriately combined in one or more embodiments.
同様に、上述の実施の形態において、本開示を効率的に説明し、本発明の様々な態様の一つ以上に関する理解を追加するため、単一の実施の形態、図面、またはその記載の中でしばしば、本発明の様々な特長をまとめて説明している。こうした開示の方法は、しかしながら、特許請求の範囲が特許請求の範囲に明示的に記載された以上の特長を要することを意図したものと解釈すべきではない。むしろ、以下に記載する特許請求の範囲は、本発明の態様が、上述に開示された実施の形態の何れか一つが有するその全ての特徴より少ないものを組み合わせても成立することが反映されている。したがって、本発明の詳細な説明に続く特許請求の範囲は、各請求項はそれぞれ個別の実施の形態に基づくように、本発明の詳細な説明に明示的に組み込まれている。 Similarly, in the above-described embodiments, in order to efficiently describe the present disclosure and to add an understanding of one or more of the various aspects of the present invention, in a single embodiment, drawing, or description thereof. Often, various features of the present invention are described together. Such disclosed methods, however, are not to be construed as requiring the following claims to be pointed out beyond the features explicitly recited in the claims. Rather, the claims set forth below reflect that the aspects of the invention may be met by combining fewer than all of the features of any one of the embodiments disclosed above. Yes. Thus, the claims following the detailed description of the invention are expressly incorporated into the detailed description of the invention, with each claim standing on its own as a separate embodiment.
検体検出システム、試料要素、検体濃度の算出アルゴリズム及び方法、及びその他の関連する装置及び方法については、「REAGENT−LESS WHOLE−BLOOD GLUCOSE METER」と題する2003年5月15日に公開された米国特許出願第2003/0090649号、「PATHLENGTH−INDEPENDENT METHODS FOR OPTICALLY DETERMINING MATERIAL COMPOSITION」と題する2003年9月25日に公開された米国特許出願第2003/0178569号、「METHOD OF DETERMINING AN ANALYTE CONCENTRATION IN A SAMPLE FROM AN ABSORPTION SPECTRUM」と題する2004年1月29日に公開された米国特許出願第2004/0019431号、「METHOD OF DETERMINING AN ANALYTE CONCENTRATION IN A SAMPLE USING INFRARED TRANSMISSIO DATA」と題する2005年2月17日に公開された米国出願第2005/0036147号、及び「SAMPLE ELEMENT WITH BARRIER MATERIAL」と題する2005年2月17日に公開された米国特許出願第2005/0038357号も参照することができる。上記公報の全ての内容は、参照によって本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなしている。 US patent published on May 15, 2003 entitled “REAGENT-LESS WHOLE-BLOOD GLUCOSE METER” for an analyte detection system, sample elements, analyte concentration calculation algorithm and method, and other related apparatus and methods U.S. Patent Application No. 2003/0178569 published on September 25, 2003 entitled "METHOD OF TERMINAL PRODUCTION TRIMENTIN TRAIN TRAIN TRAIN TRA DIN TRAIN TRAIN T AN ABSORPTION SPECTR US Patent Application No. 2004/0019431 published January 29, 2004 entitled "M", "METHOD OF DETERMINING AN ANALYTE CONCENTRATION IN A SAMPLE USING INFRARED TRANSMISSIO DATA" published February 17, 2005. Reference may also be made to US Application No. 2005/0036147 and US Patent Application No. 2005/0038357, published February 17, 2005, entitled “SAMPLE ELEMENT WITH BARRIER MATERIAL”. The entire contents of the above publications are hereby incorporated by reference and made a part hereof.
複数の出願、公報及び外部文書が、参照によって本明細書に組み込まれている。本明細書本体の記載と、組み込まれた文書の記載に齟齬がある場合は、本明細書本体の記載を優先して解釈すべきである。 A number of applications, publications and external documents are incorporated herein by reference. If there is a discrepancy between the description of the main body of this specification and the description of the incorporated document, the description of the main body of this specification should be interpreted with priority.
患者からの体液(例えば、血液)の分析は、通常、患者から抜き取るか、或いは患者からの体液の試料を得て、この体液試料を試料分析器330に送出して行う。しかしながら、試料を適切に測定、分析できるように、事前に、新鮮な希釈していない試料を試料分析器330に通して、液体処理システム10内部を洗浄する必要がある。例えば、血液を抜き取る、又は液体処理システム10へ戻す段階の前に、血液を試料分析器300に供給するカテーテル11を食塩水で満たす。この食塩水は、少量の試料を採取経路113を介して試料分析器330へ送る前に、患者接合部経路112と採取経路113の接合点に新鮮で希釈していない血液の試料が確実に存在するように、システム10から洗い落としておくことが有利である。血液を抜き取る、又は戻す前に血液の供給のために用いるカテーテルを食塩水で満たすため、除去又は「洗浄」されてない場合、食塩水は希釈するか、或いは血液試料を混ぜることができる。液体経路に沿って分光器に運ばれる血液試料は、大幅に希釈(例えば、1%以上に)できる。分析用に希釈してない試料を確保しておくことも有利である。
Analysis of bodily fluid (eg, blood) from a patient is usually performed by drawing from the patient or obtaining a bodily fluid sample from the patient and delivering the bodily fluid sample to the
通常の病院の液体測定及び分析装置は、装置を洗浄するため、3mlを超える血液を抜き取り、装置は、試料を分析する前にこの量の血液を廃棄するようになっている。しかしながら、液体処理システム10は、システム洗浄のために抜き取る血液の量をはるかに少なくする機能を有している。血液の希釈がもはやない段階で検出をする比色センサ311を用いるため、液体処理システム10は効率的に抜き出す量を削減できる。これとは反対に、通常、病院で用いられる手動の機器は、機器が適切に洗浄され、試料が希釈されないことを確実にするため、大量の血液を抜き出す必要がある。
A typical hospital liquid measurement and analysis device draws more than 3 ml of blood to clean the device, and the device discards this amount of blood before analyzing the sample. However, the
液体処理システム10、採取システム100/300/500/800、液体処理及び分析装置140、モジュール又はカセット820、及び本明細書に開示されるその他の装置は、患者の体液を処理し、採取し、及び/又は分析する、様々な実施の形態の装置及び方法を容易にする。例えば、液体処理システム10、採取システム100/300/500/800、液体処理及び分析装置140、カセット820、及び液体処理及び分析装置140は、いくつかの実施の形態では通常の測定サイクルで、3ml(様々な実施の形態では、2ml以下、1ml以下、400μl以下、300μl以下、200μl以下、100μl以下、又は50μl以下)の血液又は体液を患者Pから抜き取る、及び/又は含有する低容量システム又は装置を含む。
上述のように、特定の実施の形態の低容量システムでは、患者から合計で3ml以下を抜き取るか、或いは取得する。しかしながら、特定の実施の形態は、このように多く抜き取った試料からでもより少量の体液を分析するようになっている。少量の試料とはほぼ十数μlの量であり、約10〜約100μlの範囲の量でよい。例えば、体液を血液とした一実施の形態では、採取部200は採取要素部220から少量の試料として、約10〜約100μlの範囲の血液、或いは、より好ましくは、約40μlの量の血液を抽出する。他の実施の形態では、ポンプ328は、30〜50μlの量の試料Sを抜き取る。
As described above, in a low volume system of certain embodiments, a total of 3 ml or less is extracted or obtained from the patient. However, certain embodiments are designed to analyze a smaller amount of body fluid from even such a large sample. A small amount of sample is about a dozen microliters in volume and may range from about 10 to about 100 microliters. For example, in one embodiment where the body fluid is blood, the
しかしながら、様々な実施の形態の低容量装置で抜き取る量は、少量であっても、検体の測定を実行するためには十分である。このため、この量は、例えば、抜き取った液体の一部を検体検出システム334へ送出する、及び検体濃度の測定を容易にするために十分な量である。
However, even if the amount extracted by the low-capacity apparatus of various embodiments is small, it is sufficient for performing the measurement of the specimen. Thus, this amount is sufficient to, for example, deliver a portion of the extracted liquid to the
試料を抜き取った後、液体処理システムは、既に少量である試料の更に一部に対して分析を行う。抜き取った試料には、図7Eに示すバルブ613a、613b、613cを介してバブルを注入する。バブルは、抜き取った試料を、それぞれが約10μl程度の体積を有する複数の小部分に分ける。例えば、小部分の第1群(例えば、3つの小部分)を用いて液体処理ネットワークを洗浄する。即ち、これらの3つの小部分を液体処理ネットワークと試料調合部332を通して、ネットワークを食塩水で洗浄する。続く小部分のみを検体検出システム334によって分析する。一実施の形態では、分析部分(即ち第4の小部分)を試料調合部332によって送出し、分析部分から血漿成分を分離し、続いて血漿成分のみを検体検出システム334によって分析する。
After withdrawing the sample, the liquid processing system performs analysis on a further portion of the sample that is already small. Bubbles are injected into the extracted sample through
特定の実施の形態では、体積の少ない試料を分光分析する。ここで、検体検出システムは、ここで開示した実施の形態の何れかの検体検出システム334/1700を備えてもよく、或いは適当であれば如何なる分光分析器を備えてもよい。他の特定の実施の形態では、体積の少ない試料を光学的に分析するが、ここで、検体検出システムは、適当であれば如何なる光学システムを備えてもよい。更に他の特定の実施の形態では、体積の少ない試料を電気化学的に分析する。ここで、検体検出システムは、適当であれば如何なる電気化学システムを備えてもよい。
In certain embodiments, a small volume sample is spectroscopically analyzed. Here, the sample detection system may include the
液体処理システム10、採取システム100/300/500/800、カセット820、及び液体処理及び分析装置140は、本明細書に開示した液体処理ネットワーク、又は液体送出ネットワークを含むことができる。液体処理ネットワーク又は液体送出ネットワークは、血液(又はその他の体液)、注入液、及び/又は空気が、対象とする装置の動作時に通過する1以上の経路20を備える。経路20は、容器15、採取システム100/300/500/800及びカテーテル11を相互に連結する導管を形成する。
The
採取システム100及びカセット820の経路20は、接合部120から液体処理及び分析装置140迄の液体源経路111、液体処理及び分析装置140から患者接合部110迄の患者接合部経路112、及び患者接合部110から液体処理及び分析装置140迄の採取経路113を含む。
The
更に、液体処理及び分析装置140は、これに限定されないが、制御部、液体センサ、流体調整部、及び、無線、有線又は光ファイバ通信機を備えることができる。無線、有線又は光ファイバ通信機は、採取システム100内の情報の伝送、又は採取システム100と無線、有線、又は光ファイバネットワークの間の情報通信を行う。制御部は、これに限定されないが、バルブ、ポンプを含んでもよく、液体センサは、これに限定されないが、圧力センサ、温度センサ、ヘマトクリットセンサ、ヘモグロビンセンサ、比色センサ、及びガス(又は「バブル」)センサを含んでもよく、流体調整部は、これに限定されないが、ガス注入器、ガスフィルタ、液体(例えば、血漿)分離器を含んでもよい。
Further, the liquid processing and
システム10/100/300/500/800、カセット820、又は装置140の動作時、液体処理システム10の経路20及び液体処理ネットワークは、最大抽出状態に到達できる。最大抽出状態とは、システム又は装置10の通常の動作サイクルにおいて、患者から抜き取った、或いは取得して液体処理ネットワーク内に存在する体液の体積又は量が最大の状態をいうものとする。最大抽出状態に対応する抜き取った体液の最大体積又は最大量とは、液体処理システム10に存在する可能性のある廃棄体液(例えば、1以上の廃棄物用管、及び/又は廃棄物容器内の体液)を全て除いたものとする。
During operation of
最大抽出領域とは、システム10/100/300/500/800、カセット820、又は装置140が最大抽出状態において、体液が占める液体処理ネットワークの部分をいうものとする。最大抽出領域は、液体処理ネットワークの患者側端部によって画定される。患者側端部は、患者接合部110/1100/1200、又は、液体処理ネットワークと患者Pの間に介在する液体経路又は液体ネットワークの適当な接合部など、患者Pに最も近い液体処理ネットワークの端部又は領域を含むことができる。或いは、患者側端部は、接合部230、又は装置140に対向する接合部110の端部、又は、図11又は図12を参照した場合、接合部1100/1200に隣接する採取要素部220の端部を含むことができる。
The maximum extraction area refers to the portion of the liquid processing network occupied by body fluids when the
一実施の形態において、採取システム100又はカセット820動作時に複数の動作状態で最大抽出状態に到達する。複数の動作状態とは、それぞれ、試料を液体処理システム10の液体処理ネットワークの異なる領域に分配可能な動作状態をいう。これら異なる領域とは各々、液体処理ネットワークの最大抽出領域を画定するものとし、これらの領域の最大容積は各々、最大抽出状態に対応する最大体積とほぼ等しい。
In one embodiment, the maximum extraction state is reached in multiple operating states during operation of the
最大抽出状態に至る第1の動作状態は、図7Cに示すように、体液が最初に患者Pから抜き取られて患者接合部経路112に入る状態である。既に説明したように、このステップは、体液試料Sが経路112、113の接合点を丁度通過するまで続けることが好ましい。一実施の形態では、十分な量の試料Sの存在を確保するため、血液を患者接合部経路112に抜き取る際に、比色センサ311の出力の変化が血液の存在を示した後、更に、所定の時間を過ぎるまで液体の抜き取り処理を続ける。他の特定の実施の形態では、他の種類のセンサ(例えば、ヘモグロビンセンサ、又はヘマトクリットセンサ)を用いる。センサは、センサ位置における体液の存在を示す信号を提供するものが有利である。図7Cに示す状態で、最大抽出領域とは、患者側端部から体液のカラムの先頭まで、抜き取られた体液によって占められる経路112の部分である。抜き取られた体液の一部が他の液体によって希釈される一実施の形態では、希釈された液体は最大抽出状態又は最大抽出領域を画定する体積から除かられる。
The first operating state leading to the maximum extraction state is a state in which body fluid is first withdrawn from the patient P and enters the
最大抽出状態に至る第2の動作状態は、図7Dに示すように、体液が患者接合部経路112から採取経路113に入る状態である。この状態における最大抽出領域とは、患者側端部から経路112内の体液カラムの先端まで、及び経路112、113の接合点から経路113内の体液カラムの先端まで、抜き取られた体液によって占められる経路112、113の部分を含む。図7Dに示す状態が図7Cに示す状態と同一の体積又は量の抜き取った体液を有する特定の実施の形態では、図7Cの状態と図7Dの状態の両方が、それぞれ異なる最大抽出領域を画定することができる。ここで、図7Dに示す経路113内に体液を送り込む際、患者から経路112に新たな体液が抜き取られる場合、図7Cに示す状態は、図7Dに示す状態より抜き取った体液の体積又は量が少ないことになるため、図7Cに示す状態は、最大抽出状態ではなくなり、最大抽出領域でもなくなることに留意されたい。
The second operation state that reaches the maximum extraction state is a state in which bodily fluid enters the
システム内の体液の容量が、図7Dに示すものと等しい場合、図7E、図7Fに示す状態で、更なる最大抽出状態に到達し、及び更なる最大抽出領域が画定される。ここで、最大抽出領域は、バブル702、703、704によって複数の小領域に分割される。
If the volume of body fluid in the system is equal to that shown in FIG. 7D, a further maximum extraction state is reached and a further maximum extraction region is defined in the state shown in FIGS. 7E, 7F. Here, the maximum extraction area is divided into a plurality of small areas by
最大抽出領域(及び、通常の測定サイクル時にシステム内に抜き取られる体液の最大体積)は、好ましくは、体積で400μl以下である。更なる実施の形態では、最大抽出領域又は抜き取った体液の最大値は、体積で300、200、100、50μlである。 The maximum extraction area (and the maximum volume of bodily fluid drawn into the system during a normal measurement cycle) is preferably 400 μl or less in volume. In a further embodiment, the maximum extraction area or the maximum body fluid extracted is 300, 200, 100, 50 μl in volume.
特定の実施の形態は、液体処理システム10、採取システム100/300/500/800、カセット820、又は装置140(又は患者Pの所望の体液と流体連通する液体経路を有する適当なシステム又は装置)などのシステムを用いて患者Pの体液を少ない体積で採取、及び/又は分析する方法を含む。この方法は液体経路20(例えば、経路112)を介して患者に注入液を注入する工程と、時折、液体経路20(或いは、患者へ延在する他の経路)を介して患者から体液の試料を抜き取る工程を含む。試料を抜き取る工程は、既に詳細を説明したように、経路の患者側端部を超えて試料を抜き取る工程を含むことができる。
Particular embodiments include the
抜き取った試料は体積で、好ましくは3ml以下、他の実施の形態では、2ml以下、1ml以下、400μl以下、300μl以下、200μl以下、100μl以下、50μl以下である。この方法は更に、抜き取った試料の少なくとも一部を分析し、この分析に基づいて、グルコース、乳酸、二酸化炭素、又はヘモグロビンなどの少なくとも一つの検体の濃度、即ちレベルを測定する工程を含む。分析は、経路20を介してアクセス可能な(又はシステム10/100/300/500/800、カセット820、又は経路20と動作可能に連動する)、検体検出システム334/1700、又はその他の適当な分光システム又は非分光システムなどの検体検出システムによって実行できる。
The sample removed is preferably 3 ml or less in volume, and in other embodiments, 2 ml or less, 1 ml or less, 400 μl or less, 300 μl or less, 200 μl or less, 100 μl or less, 50 μl or less. The method further includes analyzing at least a portion of the extracted sample and measuring the concentration or level of at least one analyte such as glucose, lactic acid, carbon dioxide, or hemoglobin based on the analysis. The analysis is accessible via path 20 (or
抜き取った体液が全血を含む場合、本方法は更に、血液から血漿を分離する工程と、分離した血漿を分析する工程を含むことができる。この方法は更に、例えば、図7F及び図7Gを参照して説明したように、抜き取った体液の試料の一部を患者に戻す工程を含むことができる。 In the case where the extracted body fluid contains whole blood, the method can further include the steps of separating plasma from the blood and analyzing the separated plasma. The method can further include returning a portion of the sample of withdrawn bodily fluid to the patient, for example as described with reference to FIGS. 7F and 7G.
本発明について個々の好ましい実施の形態及び実施例を用いて開示したが、当業者であれば、本発明はここに具体的に開示した実施の形態を超えて他の代替の実施の形態、及び/又は本発明の使用、本発明の明らかな修正、及び等価なものも含むことは理解される。したがって、本発明の範囲は、ここに開示した個別の実施の形態に限定されるものではなく、以下に記載する特許請求の範囲を公正に読み取ることによってのみ決定される。 While the invention has been disclosed using specific preferred embodiments and examples, those skilled in the art will recognize that the invention extends to other alternative embodiments beyond those specifically disclosed herein, and It is understood that the use of the present invention, obvious modifications of the present invention, and equivalents are also included. Accordingly, the scope of the invention is not limited to the individual embodiments disclosed herein, but is determined only by a fair reading of the claims set forth below.
Claims (72)
前記液体処理システムを用いて、注入液を前記1以上の液体経路を介して体外の流体管に注入するステップと、
前記液体処理システムを用いて、前記1以上の液体経路を介して前記流体管から、体積で400μl以下の体液の試料を取得するステップと、
前記液体処理システムと動作可能に連動した検体検出システムを用いて、前記取得した試料の少なくとも分析部分を分析して、少なくとも一つの検体の濃度を測定するステップと、を含んでなる体液を採取する方法。 Providing a liquid treatment system having one or more liquid paths;
Injecting an infusate into an extracorporeal fluid line via the one or more liquid pathways using the liquid processing system;
Using the liquid processing system to obtain a sample of 400 μl or less of bodily fluid from the fluid tube via the one or more liquid paths;
Using a sample detection system operatively associated with the liquid processing system to analyze at least an analysis portion of the acquired sample and measuring a concentration of at least one sample to collect a body fluid Method.
前記第2の部分を分析せずに前記流体管に戻すステップと、を含む、請求項1記載の方法。 Further separating the acquired sample into a first part and a second part;
Returning the second portion to the fluid line without analysis.
前記取得した試料の少なくとも一部を分析するステップは、前記血漿を分析するステップを含む、請求項10記載の方法。 Further comprising separating plasma from said blood,
The method of claim 10, wherein analyzing at least a portion of the acquired sample comprises analyzing the plasma.
前記液体処理ネットワークに連結したポンプシステムであって、該ポンプシステムは、注入液を前記液体処理ネットワークを介して前記患者に向かって注入するように動作する第1のモードと、前記患者から前記体液の試料を前記液体処理ネットワークに抜き出すように動作する第2のモードを有するポンプシステムと、
前記液体処理ネットワークと連通可能(accessible)で、前記抜き出した体液の試料の少なくとも一部の検体を測定するように構成された検体検出システムと、を含んでなる体液処理システムであって、
前記液体処理ネットワークは、前記体液処理システムの最大抽出状態に対応する、体積で400μl以下の最大抽出領域を有する、体液処理システム。 A liquid treatment network configured to access a patient's bodily fluid and having a patient end;
A pump system coupled to the liquid treatment network, wherein the pump system operates to infuse an infusate through the liquid treatment network toward the patient; and from the patient to the bodily fluid A pump system having a second mode that operates to withdraw a sample of liquid into the liquid treatment network;
A body fluid treatment system comprising: an analyte detection system that is accessible to the liquid treatment network and configured to measure at least a portion of the specimen of the extracted body fluid sample;
The liquid treatment network has a maximum extraction region having a volume of 400 μl or less corresponding to the maximum extraction state of the body fluid treatment system.
前記液体経路と連通可能(accessible)で、試料の検体測定に関する情報を送出するように構成された分析器と、
前記分析器と連動するプロセッサと、
保存されたプログラム命令と、を備えた体液分析システムであって、
前記保存されたプログラム命令は、前記体液分析システムが、
(a)注入液を前記液体経路の患者側端部の方向へ注入する工程と、
(b)前記試料を体積で400μl以下、前記液体経路を介して前記患者側端部から前記分析器の方向へ抜き出す工程と、
(c)前記抜き出した試料の少なくとも一部を分析して、少なくとも一つの検体の濃度を測定する工程と、を動作するように、前記プロセッサによって実行可能である、体液分析システム。 A liquid pathway;
An analyzer that is accessible to the liquid path and configured to deliver information about analyte measurement of the sample;
A processor in conjunction with the analyzer;
A body fluid analysis system comprising stored program instructions,
The stored program instructions are stored in the body fluid analysis system.
(A) injecting an infusate toward the patient side end of the liquid path;
(B) extracting the sample in a volume of 400 μl or less from the patient side end through the liquid path toward the analyzer;
(C) analyzing the at least a portion of the extracted sample to measure the concentration of at least one specimen, the body fluid analysis system executable by the processor to operate.
当該液体処理モジュールは、
患者側端部と前記患者側端部と離間した境界部部分と有し、前記ポンプシステムと係合し、患者から体液を取得するように構成された液体送出ネットワークと、
前記液体送出ネットワークと連通可能(accessible)で、前記検体検出システムと連動するように構成された試料分析セルとを備え、
前記液体送出ネットワークは、前記液体送出ネットワークの最大抽出状態に対応する、体積で400μl以下の最大抽出領域を有する、液体処理モジュール。 A liquid processing module usable with a body fluid analyzer having a pump system and an analyte detection system,
The liquid treatment module is
A liquid delivery network having a patient end and a boundary portion spaced from the patient end, engaged with the pump system, and configured to obtain body fluid from the patient;
A sample analysis cell that is accessible to the liquid delivery network and configured to interface with the analyte detection system;
The liquid delivery module, wherein the liquid delivery network has a maximum extraction area of 400 μl or less in volume corresponding to the maximum extraction state of the liquid delivery network.
The liquid processing module according to claim 70, wherein the sample preparation unit includes a filter.
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