CN106324270B - 检测移液针的接触的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在体外诊断系统(1)中检测移液针接触的方法。为此，在本发明优选的实施方式中，移液针(18)应该由施加在移液针(18)和参考电位之间的电压或电流循环充电，并且由移液针(18)和参考电位之间随后的电连接再次放电，应该从充电和/或放电期间检测到的多个测量值中建立移液针(18)和参考电位之间的电流容量的特征变量，并且应该基于多个预定的标准连续地监测变量的时间曲线，并且如果满足预定的标准，应该生成接触信号。

Description

检测移液针的接触的方法

技术领域

本发明涉及在体外诊断系统中检测移液针接触的方法。

背景技术

目前，以自动的方式，在相应的体外诊断系统中大量执行确定体液样本或生物样本中生理参数的多个检测和分析方法。为了这个目的，使用称为试管的容器，这些容器适用于样本、试剂并且也适合于用来进行实际的检测反应。将血液样本供应至血液样本管的设备中。

血液样本管通常由透明塑料或玻璃制成并且在其尖端配备有用于插管的特殊连接头。

体外诊断系统中的电流能够使用一个样本执行多个检测反应和分析。为了这个目的，这样的设备通常包括放置反应容器的容器位置和与所述容器位置关联的分析系统。为了能够以自动的方式执行多个检验，有必要在多个点通过自动移液的方式从相应的容器中取出少量液体。因此，例如，必须将等分的血样样本从血液样本管中取出，或者必须将精确地预定的部分试剂从试剂容器中取出并且将其转移到为各个检验提供的反应容器中去。为了这个目的，根据使用目的，在系统中提供多个合适的移液系统。

这样的移液系统通常在可主动移动的元件(诸如例如运输臂或旋转臂)上具有移液针，移液针固定在移液臂的针固定器中。所述移液针被配置为空心针，能够在有或者没有控制液体的情况下，在压力或负压力的操作下 以自动的方式取出一定量的样本。移液针沿着各个容器的中心轴插入，必要时，在密封容器的情况下，穿透有弹性的密封塞并浸入液体中。通过合适的接触检测装置检测所述浸入，也就是与液体表面的接触，并且在压力控制下吸入预定的量。被移出的量之后被供应，用于合适的分析。接着，以合适的装置清洗所述移液针，可进行下一次的使用。

在上文描述的过程中，与液体表面接触的可靠识别是必须的，这是为了，第一，确定液体的填充液位，并且第二，确保没有吸入空气。在这种情况下，问题是，要检测的液体的量非常少(在某种程度上是几微升)，因此，已知的填充液位测量技术，诸如例如通过浮板、感应性或传导性的方式，很难使用。

因此，过去，体外诊断系统通常使用电容测量，该测量基于运算放大器实现为纯粹模拟交换技术。必要的敏感度仅可通过检测电容的变化获得，检测结果之后通过电压脉冲报告给控制电子设备。

在此的一个缺点是诸如例如静电放电和射频场的发生干扰可同样生成这样的电压脉冲。因此，直到现在还没有可能在已知的系统中区分干扰和真正的电压脉冲作为接触信号。

发明内容

因此本发明的目的是明确一种在开头陈述的类型的方法，该方法能够更可靠地确定由移液针施加的接触，并且该方法对于干扰尤其不敏感。

根据本发明，本目的借助以下内容达成：

移液针，由施加在移液针和参考电位之间的电压或电流循环充电，并且再由所述移液针和参考电位之间随后的电连接放电，

从充电和/或放电期间检测到的多个测量变量中建立移液针和参考电位之间的电流容量的特征变量，以及

基于多个预定的标准连续地监测变量的时间曲线，并且如果满足预定的标准，生成接触信号。

在此，本发明从这样的想法出发，即可凭借执行连续的绝对电容测量而不是仅仅执行逐点相对测量获得更可靠的接触检测。可凭借移液针和其周围物体之间的电容以非常简单的方式做到这一点，该周围物体构成参考电位(例如接地电位或外壳电位)，用作参考变量。通过考虑在移液针的循环充电和放电过程中的测量值，可建立合适的变量，该变量表征了移液针和参考电位之间电流容量，这是由于在充电期间以预定的电压或电流转移的电荷取决于电容。这个代表移液针和其周围物体之间的电容的变量可用作基础变量，用于连续地监测，并且可为检测接触预定合适的标准。这是因为，对于在填充液位检测领域中的应用，不必要将电路校准到在以法拉为单位的绝对变量。

然而，举例而言，表征电容的变量可同样是电容本身，这在例如国际单位制法拉中详细说明。

在此，其中一个预定的标准通过变量在预定的时间段以最小值增加得以详细说明书。这是因为当移液针浸入时，测量的电容增加。这个表征电容的变量的增加可通过确定预定特定的时间段内的增加来识别。这个特定的、预先确定的时间段有利地小于10毫秒，尤其小于5毫秒。这是因为，一旦浸入液体，电容的变化是突变的，这样可在很短的时间内测量电容的显著增加。

就电容突变的高度而言，可在本方法的范围内有利地明确固定的最小值。例如，所述的最小值可基于试验测量事先确定。

然而，在本方法可替代的有利的改进方法中，也可通过取决于表征电容的变量的噪声强度的方式，动态地确定最小值。举例而言，它可对应于变量的基础噪声强度的系数或期望的液体量的系数。

此外，凭借变量在接着预定的时间段的第二预定的时间段范围内保持恒定，有利地及时提供检测与液体表面接触的另外的标准。这是因为，除了在与液面接触后的突变，电容曲线还由在突变后保持新值的值来表征。为了这个目的，可预定具有上和下偏差的值窗口，值必须在特定的时间段内保持在其范围之内。

该第二预定的保持时间段有利地大于10毫秒。由此，可排除这样的情况，尤其是，接触检测错误地对由例如电磁干扰信号引起的突变做出反应，因为这样的信号通常持续较短的时间。

在第一有利改进中，可以以类似于突变高度的方式为前文提到的值窗口预定固定的范围。所述的范围可进而通过测试测量事先确定。

可替代地，同样地可通过取决于表征电容的变量的噪声强度的方式或者取决于期望的液体的量的方式，动态地有利地确定范围。

为了在建立表征电容的变量时最小化噪声的影响，在建立所述变量时有利地形成时间平均值。由此，均等化了由噪声引起的短期突变。

与现有技术相比，上文描述的绝对电容测量的进一步优点在于可检测出另外的错误，这些错误与液面检测并不是直接相关。为了这个目的，如果没有达到变量的预定的第一参考值和/或如果超过变量的预定的第二参考值，有利地输出错误信号。这是因为，当电容安静值与已知参考值相比太小时，移液针没有出现或者没有正确连接。当电容安静值与已知参考值相比太大时，移液针损坏或者接触传导表面。

大致与在充电和放电期间转移的电荷关联的不同测量变量可用作表征电容的变量。然而，凭借将预定的时间段内的充电和放电过程的数目用作变量而获得一种非常容易实现的改善方法。电容越大，充电过程到达预定的电压所用的时间越长。

以非常简单的方式有利地建立这个变量，凭借通过恒流电源执行充电，一旦达到预定的电压就开始放电，并且在达到零电压之后，重新充电，开始新的循环。为了这个目的，可在用于比较器的电路中提供比较器。

有利地实现用于体外诊断系统的接触检测装置，以执行所描述的方法。

体外诊断系统有利地包括这样的接触检测装置。

通过本发明获得的优点包括，尤其是，由于电磁干扰产生的出错信号大体上通过基于移液针和参考电位之间的绝对电容的接触检测被消除，因此，可获得体外诊断系统中更可靠的移液。此外，由于可直接使用用于液体运输的移液针，该方法可免除特殊测量电极。此外，能够可靠的识别出例如断开连接的针或者与导电表面接触的错误状态。举例而言，这也可用于调节可移动的部件(例如，运输臂)。

附图说明

基于附图更详细地解释本发明的示例性实施方式。在该附图中：

图1示出了体外诊断系统的示意性示例；

图2示出了固定在体外诊断系统中运输臂的移液针的示意性示例；

图3示出了在移液针浸入和离开过程中表征电容的变量的曲线图；

图4示出了图3中曲线图的部分放大图；

图5示出了在出现电磁干扰信号的情况下的表征电容的变量的曲线图；以及

图6示出了在出现连续干扰的情况下(例如由于接触不良)表征电容的变量的曲线图。

在所有的附图中，同样的部件提供同样的参考标志。

具体实施方式

图1示出了有一些组件包含其中的体外诊断系统1的示意性示例。在此，仅以非常简化的方式示出最重要的组件，以便解释体外诊断系统1的基本功能，在此没有详细地描述每一个组件的每个部分。

体外诊断系统1实施为以完全自动的方式执行截然不同类型的血液或其他体液的分析，在此不需要使用者的操作。相反，所述操作限制在保养或维修和装填工作，例如，如果容器或试剂需要装填。

在体外诊断系统1中，样本供应至供电轨2的滑道(在此没有详细地描绘出)上。在这种情况下，关于要对每个样本所执行的分析的信息可用例如应用在样本容器上的条形码传递，在体外诊断系统1中读取所述条形码。用移液针将等分液体从移液装置4的中的样本中取出，在图2中详细描绘移液针。

等分液体同样供应至试管(在此没有详细描绘出)，在该试管中，通过诸如例如光度计的截然不同的测量仪器6执行真正的分析。试管来自试管存储设备8。另外，可通过另一个移液针将取决于待执行的分析所需要的其他试剂从试剂存储设备10供应至各个试管，如前文所提到的，在图2中描绘出该另一个移液针。

在体外诊断系统中，通过诸如机械手的运输仪器(在此没有详细地描绘出)运输试管，运输仪器在截然不同的空间方向可移动，并且具有用于保持试管的抓取装置。整个过程由诸如例如计算机14的控制装置控制，该计算机通过数据线12连接，由多个其他电子电路(在此没有详细地描绘出)以及体外诊断系统1里的微处理器及其部件支持。

图2图示地示出了体外诊断系统1中具有移液针18的移液设备16。为了能够插入盛有液体的容器24并且为了能够吸移液体，移液针18通过固定器20固定在机械手22上，并且可沿着移液针18的轴以自动的方式至少向移动方向A移动。

为了检测移液期间与液体表面的接触，体外诊断系统1包括接触检测装置，该装置开始具有带电路的印刷电路板26，由此，该电路板能够使较高的毫微微法拉或较低的微微微法拉范围内的绝对电容测量成为可能，该电路板在下文描述：

印刷电路板26的电路包括恒流电源，该恒流电源可通过电连接28提供电荷至移液针18。关于用作参考电位的接地零电平，移液针18形成要被测量的电容，因此被充电。此外，该电路具有电阻，通过该电阻，电容可再放电，也就是说，电荷可通过电连接28再从移液针18释放。此外，电路具有比较器，该比较器发送关于电荷状态的信号，因此尤其能够表明移液针18和达到的接地零电平之间的具体电压。

现在数字控制器连续地执行循环的充电和放电过程，每个过程仅持续1-10微秒。在此，移液针18充电直到达到一定的电压值，并且当达到的电压值时，再放电直到达到零电压。之后，开始新的充电过程。在一个实施方式中，印刷电路板26通过连接30为每个充电过程转发信号至控制装置32。然而，在下文详细描述的实施方式中，印刷电路板26作为集成电路，以计数等评估整个电容测量，并且仅转发结果，也就是电容的量级，至控制仪器32。控制装置32可以是图1中的计算机14或者其他可以是上 游具体电路作为集成电路形式的控制装置32，集成电路集成在体外诊断系统1中。

印刷电路板26上的电路控制并评估充电和放电过程。充电过程的长度随着移液针18和接地零电平之间的电容增加而增加。因此，每单位时间发生的充电和放电过程的次数是表征绝对电容的变量。通过在例如处理器部件中形成的平均值，印刷电路板26上的电路确定代表电容的变量的测量值。这些测量值是无单位的数值，表征测量电容。在图3到6中，这些数值随着时间以毫秒标绘。对于在检测与液位接触这一领域中的应用，没有必要将电路校准到以法拉为单位的绝对值。

在控制装置32中，通过评估算法检测接触，该算法使用通过连接30提供的信号。在此，评估算法分析表征移液针18的电容值的变量的曲线，并且根据各方面进行分析，例如绝对值、变化速率、变化的梯度以及变化的连续性。这个变量的曲线在图3到6中随着时间以曲线绘制。

这个算法的基本原则是一旦移液针浸入或一旦与传导面接触，测量的电容就上升。图3示出了在浸入样品管后电容信号怎样变化(在区域34均匀增加)，以及在接下来与液体表面接触后电容怎样变化(在区域36突变)。区域36在图4中以放大的方式描绘。叠加的信号噪声也易于识别；但是，不损害已使用的信号的可评估性。

在区域36接触瞬间，电容以突变的方式变化，之后保持在一个新值。当然，当离开液体或接触结束时(见图3中的区域38)，这个过程反之也适用。为了这个目的，算法评估变量的曲线。在此，寻找中断点，也就是这样的区域，在这些区域中变量在小于1毫秒的短时间段内增加超过了预定的最小值，并且此外监测新信号电平是否保持以及保持多长时间。为了这个目的，在一个实施方式中，规定曲线必须在大于10毫秒的时间段内的特定范围内。在设定最小值和范围时，信号噪声的强度可动态地包括其中。可替代地，可预定固定的值。

有了算法的帮助，可将干扰和与液体表面的正确接触区别。图5和图6示出了两个典型的干扰场景。在区域40，图5示出了由电磁干扰引起的点状超高噪声幅度。在区域42，图6示出了例如由于接触不良造成的变量曲线短暂下降。然而，由于持续时间短，这些不会被误解为接触信号。可容易地认识到所使用的信号在这种情况下同样保持为能够分析的。这两种情况在使用现有技术(纯粹检测电容的变化)时都会导致错误测量。

没有详细地描绘算法的其他功能：预定参考值，如果超过或低于参考值，分别输出错误信号：这是因为，如果电容安静值与已知的参考值相比太小，移液针18没有出现或者没有正确连接。如果电容安静值与已知的参考值相比太大，移液针18损坏或与传导表面接触。后者的信号也可用于调节移液针18。

参考标志列表

1 体外诊断系统

2. 供电轨

4 移液装置

6 测量仪器

8 试管存储设备

10 试剂存储设备

12 数据线

14 计算机

16 移液设备

18 移液针

20 保持器

22 机械手

24 容器

26 印刷电路板

28 电连接

30 连接

32 控制装置

34、36、38、40、42 电容信号曲线的区域

A 移动方向。

Claims (20)

1.一种用于在体外诊断系统(1)中检测移液针的接触的方法，其特征在于，

所述移液针(18)由施加在所述移液针(18)和参考电位之间的电压或电流循环充电，并且再由所述移液针(18)和所述参考电位之间随后的电连接放电，

从充电和/或放电期间检测到的多个测量值中建立所述移液针(18)和所述参考电位之间的电流容量的特征变量，并且

基于多个预定的标准连续地监测变量的时间曲线，并且如果满足所述预定的标准，则生成接触信号，其中，在预定的时间段内充电和放电过程的次数用作所述移液针(18)和所述参考电位之间的电容量的所述特征变量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助所述变量在预定的时间段内以最小值增加而给出预定的标准。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定的时间段小于10毫秒。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预定的时间段小于5毫秒。

5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，预定固定的最小值。

6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，以取决于所述变量的噪声的强度的方式确定所述最小值。

7.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，借助所述变量在接着所述预定的时间段的第二预定的时间段的范围内保持恒定，及时给出另外的标准。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，借助所述变量在接着所述预定的时间段的第二预定的时间段的范围内保持恒定，及时给出另外的标准。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二预定的时间段大于10毫秒。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，预定固定的所述范围。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，预定固定的所述范围。

12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，以取决于所述变量的噪声的强度的方式确定所述范围。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，以取决于所述变量的噪声的强度的方式确定所述范围。

14.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，当建立所述变量时，形成时间平均值。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，当建立所述变量时，形成时间平均值。

16.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，如果没有达到所述变量的预定的第一参考值和/或如果超过所述变量的预定的第二参考值，输出错误信号。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，如果没有达到所述变量的预定的第一参考值和/或如果超过所述变量的预定的第二参考值，输出错误信号。

18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过恒流电源执行充电，一旦达到预定的电压就开始放电，并且在达到零电压之后，重新充电，开始新的循环。

19.一种用于体外诊断系统(1)的接触检测装置，包括恒流电源、移液针、电阻器和比较器，其特征在于，所述接触检测装置实施为执行前述权利要求中任一项所述的方法。

20.一种体外诊断系统(1)，包括根据权利要求19所述的接触检测装置。

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