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CN102792148A - 柔性样本容器 - Google Patents

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CN102792148A CN2011800122658A CN201180012265A CN102792148A CN 102792148 A CN102792148 A CN 102792148A CN 2011800122658 A CN2011800122658 A CN 2011800122658A CN 201180012265 A CN201180012265 A CN 201180012265A CN 102792148 A CN102792148 A CN 102792148A
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Abstract

本发明涉及一种用于保持流体样本的系统,包括:透明柔性管,用于保持所述流体样本;管固定器,用于固定所述管;第一整平元件;第二整平元件,其中所述第一整平元件和所述第二整平元件可相对于彼此移动,由此使所述透明柔性管从第一状态改变到第二状态,所述管所述第二状态中的至少第一截面尺寸小于所述第一状态中的第一截面尺寸。

Description

柔性样本容器
技术领域
本发明涉及一种用于有关流体样本的测量的柔性样本容器。该系统适于测量大量和少量的样本流体,诸如由几微升构成的样本。
背景技术
在US 3,814,522中,Clark和Wells公开了一种管以及在尿液样本的分析中使用该管的方法。该管由玻璃、塑料或其他非柔性透明材料制成,并包括提供了两个基本平行的表面的圆形的上端以及平坦的下端。该下端适于用在显微镜中检查该平坦部分的沉淀物。该管适于与浓缩该平坦部分的沉淀物的离心分离机一起使用。
所示的管提供了一种简单方法,可将样本放置到样本固定器以插入到显微镜中进行样本的检查。但是,需使用吸液管或类似物填充所示的管,并且离心与沉淀后,在进入到显微镜之前将多余的流体除掉。这意味着,例如尿液等流体至少需要被人工处理两次,使处理者暴露于潜在的疾病,并使样本暴露于污染物。另外,该管通过手被插入到显微镜中,使得难以自动更换管或不可能自动更换管。
在US 5,672,888中,Shaw等人公开了一种光学气泡探测器,包括由V形凹槽形成的光学块,还包括夹具块。光学块和夹具块协同地将柔性管挤压或“夹”到V形凹槽中,并将其变形成具有三角棱镜截面。一大致U形的包括光发射器和光传感器的光学斩波器元件以如下方式安装到光学块中:使光束径向导引到三角形管状截面中。夹具块对自光学斩波器传送的光“开窗”并将其接收,仅使得一较窄通道的光穿过,这能够在测量过程中使光学噪音最小化。光学气泡探测器被用于探测例如盐溶液中的气泡,且在测量过程中并不对管中的流体成像。
在WO 2006/013312中,Chu公开了一种流体探测器和报警系统。该发明涉及一种流体探测器,尤其涉及一种用于探测第二流体相的管理系统中出现的第一液体相。特别地,该发明涉及一种用于探测诸如在对危急病患进行流体静脉注射的液体注入系统中出现的空气,或涉及一种用于探测充气系统中出现液体的系统,用于在空气或液体不经意地出现在系统中时触发警报。
同样地,在WO 2002/084256中,公开了一种光学气泡探测器,包括发射器和光探测器。样品管和光学传感器使用光折射来确定是否有气泡穿过样品管,以及气泡的尺寸。
另外,在WO 1989/001796中,公开了一种气泡探测器。为了探测沿通道流动的液体中的气泡,通道的一部分被形成为具有伸长的截面,且具有平行的长侧壁。第一光路穿过通道部分,提供不通过通道的第二光路作为参考。当比通道部分的侧壁之间的间隔大的气泡通过通道部分时,沿第一光路传输的光的量会增加,如果沿第一光路传输的光与沿第二参考光路传输的光的比值超过预定值,则确定探测到了气泡。
在前述的公开内容中,均未使用光学扫描设备对管中的流体成像。
发明内容
本发明提供一种克服现有技术中公开的管的至少一个缺点的系统和方法。
特别地,本发明的一个目的是提供一种用于使用起来更简单的保持液体样本的系统。该系统包括:用于保持流体样本的透明柔性管以及用于固定管的管固定器。另外,该系统包括:第一整平元件和第二整平元件,其中所述第一整平元件和所述第二整平元件可相对于彼此移动,由此使所述透明柔性管从第一状态改变到第二状态,所述管所述第二状态中的至少第一截面尺寸小于所述第一状态中的第一截面尺寸。
本发明的第二个目的是提供一种用于向光学扫描设备提供流体样本的方法,该光学扫描设备优选为可通过扫描获得高质量图像,并优选为以快速和简单的方式获取图像。该方法包括将柔性管放置在管固定器中并将所述管固定器相对于所述光学扫描设备放置。该方法还包括向柔性管提供流体,并使所述第一整平元件和所述第二整平元件可相对于彼此移动,由此使所述透明柔性管从第一状态改变到第二状态,所述管所述第二状态中的至少第一截面尺寸小于所述第一状态中的第一截面尺寸。
通过在权利要求中限定的以及下文描述的本发明及其实施例解决了这些目的中的一个或多个。
在本发明的上下文中,短语“柔性”被用于描述管的物理特性的一个方面。柔性管可通过弯曲、拉伸、整平、压缩等暂时性地变型,而不会破裂或泄露,且当从变型中恢复时,柔性管基本回到变型前具有的形状。柔性管可由硅树脂或类似材料制成。
在本发明的上下文中,短语“柔性管”和“管”以及“样本容器”被用于表示同一部件。在第一状态下,管的横截面基本为圆形,或者基本为椭圆形或类似形状。
在光学领域,透明是一种能够允许光穿过材料而基本不会被改变的物理特性。本发明中使用的柔性管优选为由基本透明的材料制成或包括透明窗。
在本发明的上下文中,短语“流体”被用于描述粘性足够低到能够使其流动或被泵到管中或穿过管的物质。流体可包括水、尿液、血液、乳汁和类似的流体或物质以及包括其的溶液。引用自wordnetweb.princeton.edu:“流体是一种连续的无定形物质,趋向于流动并符合其容器的轮廓。”
本发明中的夹具应该被理解为可被用于通过使管壁向一起挤压而阻止流体在导管或管中的流动的装置,诸如止血夹。
在本发明的上下文中,短语“基本静止”是指微粒在非均相液体样本中的移动不会影响样本参数的确定的情况,诸如样本中的微粒的参数。在一个实施例中,基本静止是指以下情况:微粒在一系列空间移位图像中获取两个相邻图像之间所经历的时间段中的移动远小于这两个相邻图像之间的距离,诸如该距离的十分之一。在一个实施例中,基本静止是指以下情况:在获取所述多个图像的至少一部分期间没有所述液体样本的大量流动。在对细胞及其内容物成像的一个实施例中,细胞的移动可被局限在一定范围内,由此可获得足够锐利的图像,以确定与例如细胞核相关的细节。在适于确定与细胞有关的参数的实施例中,术语“基本静止”意味着所述细胞在获取图像期间的移动可被局限在景深(DOF)或DOF的一部分中,诸如DOF的千分之一,诸如DOF的百分之一,诸如DOF的十分之一,诸如DOF的五分之一,诸如DOF的三分之一。DOF的范围可在0.1微米至200微米之间。在静止情况下,微粒在液体样本中的移动可因此小于0.001微米每秒,诸如小于0.01微米每秒,诸如小于0.1微米每秒,诸如小于1微米每秒。在该实施例中,微粒的参数可以是细胞核的数量和尺寸或者细胞中的细胞核之间的距离。微粒的细节对例如微粒的计数影响较小的一个实施例中,因此对微粒移动的限制使得微粒的计数不会受到移动的影响。因此被计数的微粒的移动可小于0.01微米每秒,诸如小于0.1微米每秒,诸如小于1微米每秒,诸如小于10微米每秒,诸如小于100微米每秒,诸如小于1毫米每秒。
在一个实施例中,该系统还包括光学扫描设备,用于从处于所述第一状态和/或所述第二状态的所述透明柔性管中的所述流体样本中获取至少一幅图像,其中所述流体样本静止。
在该系统的一个实施例中,所述光学扫描设备适于计算关于所述流体样本的参数,并根据所述参数确定所述柔性管的新状态。
在一个实施例中,处于第一状态的透明柔性管的内径小于约25mm,诸如小于约20mm,诸如小于约15mm,诸如小于约10mm,诸如小于约5mm,诸如小于约3mm,诸如小于约2mm,诸如小于约1.5mm,诸如小于约1mm。
在一个实施例中,柔性管包括用于将流体引入到管中的入口。该入口可连接到软管或其他类型的出口,或用作管道或导管或类似物的排水口。
在一个实施例中,柔性管包括用于将管中存在的流体排出的出口。出口可用作排水口,将流体直接导入废物容器或类似物。
在一个实施例中,柔性管包括用于入口和出口。柔性管的出口和入口均连接到同一管道或导管。在这种方式中,管用作管道或导尿换的旁路管。出口也可用作排水口,将流体直接导入废物容器或类似物。
在一个实施例中,该系统包括适于通过所述入口将流体泵到所述管中的管泵。如果管的入口和管的出口连接到同一管道或导管,则必须启动管泵以将流体泵入管中或用于将管中存在的流体排出并用新样本更换流体。各种类型的管泵是本领域公知的,可以理解的是任何类型的管泵都可用于本发明的系统中。管泵可电启动或手动启动。
在一个实施例中,该系统包括至少一个用于夹持所述管的第一夹具。当管被夹持时,使流过管的流体停止流动。当管未被夹持时,管中的流体可自由地在管中流动。各种类型的夹具是本领域公知的,任何类型的夹具都可用于本发明的系统中,只要夹具能够基本阻止管中的流动。
整平元件可由任何适合的材料制成,诸如金属或塑料。在一个实施例中,整平元件中的至少一个包括基本透明的区域。透明区域可被用于使电磁波穿透整平元件和位于整平元件之间的管。整平元件的透明区域可由基本透明的材料制成,诸如玻璃或透明塑料。
在一个实施例中,整平元件的透明区域包括内表面和外表面。内表面应该被理解为朝向管的表面,而外表面为位于整平元件的相对侧的表面。在一个实施例中,内表面基本是平的。在另一个实施例中,内表面包括导向凹槽。导向凹槽可被用于使管相对于光学显微镜的光路定位在优选的位置。导向凹槽的形状可以是“V”形,可以是弧形,或可以是包括中间平坦区域和在各侧形成边界的抬升区域的形状。本领域技术人员可以了解,导向凹槽可使用多种不同的形状,此处提及的形状应当仅被认为示例性的。
在一个实施例中,透明区域包括至少一个光学元件。该光学元件可由透镜、光楔、偏光镜、光圈、滤色镜、密度滤光片和光栅构成。也可使用本领域公知的其他光学元件。透明区域中包括的光学元件可形成光学显微镜的光路的一部分。
在一个实施例中,第一整平元件和第二整平元件通过使用步进马达或压电马达或类似物而彼此相对运动。本领域技术人员当然可以理解,任何类型的适于微机械的马达或致动器都可被用于使整平元件彼此相对移动。
在一个实施例中,第一整平元件和第二整平元件以如下方式彼此相对运动:元件的边缘之间的距离均匀地改变。在一个实施例中,元件边缘之间的距离以如下方式改变:第一边缘区域的距离的变化大于第二边缘区域的距离的变化。使用楔形整平元件也可以达到同样的效果。楔形效果可用在管的纵向(沿管的长度)上,也可用在管的横向(垂直管的长度)上以及这两者的结合。
在一个实施例中,整平元件可具有两个或更多的阶梯。当被用于整平柔性管时,每个阶梯可提供不同的测量体积。当使用柔性管与光学扫描装置一起用于测量涉及流体中的微粒的至少两个不同参数时,可使用这样的整平元件。该参数可例如为血液中的血小板的数量和血液中的白细胞的数量。为了确定血液中的血小板的数量,有益地具有较薄的测试体积,而计算白细胞更适于在相对较厚的测量体积中进行。使用包括两个阶梯的整平元件,这些参数可在一次测量中被测量。
在一个实施例中,处于第二状态的管的形状为,管的与第一整平元件相接触的部分的内壁与管的与第二整平元件相接触的部分的内壁之间的距离小于约25mm,诸如小于约20mm,诸如小于约15mm,诸如小于约10mm,诸如小于约5mm,诸如小于约3mm,诸如小于约1mm,诸如小于约0.5mm,诸如小于约0.25mm,诸如小于约0.1mm,诸如小于约0.05mm。
本发明的方法包括向光学显微镜提供流体样本。该方法包括将柔性管放置在管固定器中并将所述管固定器相对于所述光学扫描设备放置。柔性管可通过接附到管固定器而被放置在管固定器中,管固定器可因此被接附到光学显微镜。该方法还包括向柔性管提供流体,并使所述第一整平元件和所述第二整平元件可相对于彼此移动,由此使所述透明柔性管从第一状态改变到第二状态,所述管所述第二状态中的至少第一截面尺寸小于所述第一状态中的第一截面尺寸。
用于与本发明的柔性管一起使用的光学扫描设备可包括图像获取装置,用于获取包含在柔性管中的液体样本的图像。另外,还具有连接到光学扫描装置和图像获取装置的图像分析单元,用于分析图像以确定描述包括在流体中的微粒的至少一个参数。该参数可包括微粒的数目、微粒的浓度、微粒的形貌、流体的浑浊度或微粒的平均尺寸。大量的参数可被确定以表征流体和流体中的微粒。
光学扫描设备可以为包括数字照相机的普通光学显微镜,或者可以为更专业的专门获取包含在样本容器中的流体的图像叠层的光学扫描设备。在与本发明相同发明人提交的国际专利申请PCT/DK/2009/050321中,公开了一种包括倾斜扫描路径的扫描设备。该扫描设备非常适合与本发明一同使用。
本发明的系统和方法可适于在每次获取图像后改变管的厚度。在获取图像后,图像分析装置被调用以确定描述液体及其内容物的参数,该参数可被用于确定下一次测量的新的最佳管厚度。
在一个实施例中,该方法还包括:从所述光学显微镜中获取至少一幅图像;根据所述图像确定关于所述流体的至少一个参数;根据所述参数确定新的最优管厚度,并使所述第一整平元件和所述第二整平元件彼此相对运动,直到管被整平到新的最优化管厚度。
在一个实施例中,参数涉及所述流体中的微粒的浓度。
附图说明
图1示出了柔性管,
图2示出了处于压缩状态的柔性管,
图3示出了不同形式的定位凹槽,
图4示出了连接到输水管道的柔性管。
具体实施方式
本附图为仅为示意性的,且为了清晰而被简化。相同的附图标记通篇被用于表示相同或相应的部件。
图1示出了可用于根据本发明的系统中的柔性管;该管具有外径102、内径101和管长103。该管可由柔性材料制成,如光学等级的硅树脂。
图2示出了插入整平元件200中的柔性管100,该整平元件200包括第一整平元件201和第二整平元件202。这两个整平元件由透明材料制成,如玻璃。当柔性管100插入整平元件200中后,两个整平元件201和202被按压在一起以使柔性管100变平。管100的整平使管100的形状从圆形变成具有两个平行平坦表面的类椭圆形。在柔性管100中在两个平行表面之间限定包括第一边界211和第二边界212的测量体积210。这两个平行平坦表面之间的距离取决于整平元件200施加的力。第一边界211和第二边界212不依赖于平行表面之间的距离。因此测量体积的尺寸根据平行表面之间的距离而改变。如果该距离较小,则测量体积210小,如果该距离大,则测量体积210相应较大。因此该测量体积210可被调节为符合所需的测量参数。
在图2所示的实施例中,最靠近光学显微镜的第一整平元件201是平的,但是也可使用其他形状,诸如楔形或透镜形。整平元件中还可包括其他光学元件,诸如偏振滤光片、密度滤光片或波长滤光片。
第二整平元件202可以是平的,但是也可以具有其他形状,诸如在第二整平元件仅用作光学地对管100进行照明的实施例中。在图3中示出了不同类型的整平元件202。在图3A中,示出了标准的平坦的整平元件202,在图3B-3E中,示出了包括定位凹槽203的整平元件202。在图3B中,示出了圆形的定位凹槽。在图3C中,示出了V形定位凹槽,而在图3D中的定位凹槽被形成为整平元件202中的一个凹陷。定位凹槽的目的是帮助被整平的管精确地定位在光学显微镜的测量位置上。如图3E所示,定位凹槽可与光学元件相结合,诸如透镜、光楔、偏振滤光片、密度滤光片、波长滤光片或光圈。可通过选择整平元件的内壁作为定位凹槽,使外壁具有例如透镜形(凹透镜或凸透镜),来实现定位凹槽与光学元件的结合。另外,制成整平元件的材料可具有滤光功能。
在图4中,所示出的柔性管100位于用于在线监测自来水中的细菌的设备中。该设备包括管道500,该管道包含来自自来水厂的水。旁通管510包括柔性管100、管泵400、第一夹具521和第二夹具522以及包括整平元件200的管固定器410,该旁通管510通过入口530和出口540连接到管道500。第一夹具521相对于整平元件200位于上游,第二夹具522相对于整平元件200位于下游。第一夹具521和/或第二夹具522可尽可能地靠近整平元件放置,从而使两个夹具之间管内的体积尽可能小。这可降低流体停止流动以及准备测试的时间。
启动管泵400以在入口530从管道500通过柔性管100将水吸取到出口540。在管泵的操作过程中,第一夹具521和第二夹具522应打开。管泵400启动一段时间后,管100已经填满来自管道500的水,这时停止管泵400工作。管100中的水在测量过程中优选为静止的,并确保第一夹具521和第二夹具522被启动以使管中的水停止流动。
整平元件200被启动以整平柔性管,直到管的内壁之间的距离达到所需距离。当这些已完成时,开始测量程序。测量程序可包括对测量体积进行光学切片。
对于一些应用,整平元件可在启动泵之前启动或在启动泵的过程中启动。整平元件还可被布置为在执行多个测量的测量程序中提供基本恒定的管厚度。
在测量程序期间,可确定管内壁之间的距离应该改变以使测量程序最优化。例如,如果确定自来水中的细菌浓度较低,则可测量更大体积。因此管壁之间的距离应增大。如果测量之间的浓度开始增加,则可能需要降低测量体积以获取较低的细菌数量。改变内壁距离后,继续测量程序。
完成测量程序后,柔性管100中的水应更换为新的样本。这通过先使整平元件200停止工作以使管解除整平状态,然后打开夹具521和522并启动管泵400来实现。一段时间之后,柔性管100中的水完全置换成新的水样本,管泵400停止工作且两个夹具521和522被启动以使水停止流过柔性管100。
存在管泵的几种不同的变形。如果管泵的类型为当泵停止工作时流体完全停止,则可省略夹具521和522。
柔性管100的出口540可与入口530一样连接到同一管道。在这种情况下,管泵是必需的,用于更换柔性管中的液体样本。如果出口连接到另一管道或排水口或类似物,则管泵不是必需的,因为相比于出口处的流体压力,入口处的流体压力足够高到使新的样本压至管中以更换原有的样本。
上文已经示出了一些优选实施例,但是应该强调的是,本发明并不局限于此,可以以权利要求中限定的主旨范围内的其他方式具体实施。
应该强调是,术语“包括/包含”用于此处时应被理解为开放性术语,即应该被用来说明具体陈述的特征的存在,诸如元件、单元、整数、步骤、部件及他们的组合,但是不排除额外的一个或多个其他所描述特征的存在。
本发明所有特征,包括范围和优选范围,可以在本发明范围内以各种方式组合,除非有明确的不能将这种特征组合的理由。

Claims (17)

1.一种用于保持流体样本的系统,包括:
-透明柔性管,用于保持所述流体样本;
-管固定器,用于固定所述管;
-第一整平元件;
-第二整平元件;
其中所述第一整平元件和所述第二整平元件可相对于彼此移动,由此使所述透明柔性管从第一状态改变到第二状态,所述管所述第二状态中的至少第一截面尺寸小于所述第一状态中的第一截面尺寸。
2.根据权利要求1所述的系统,还包括光学扫描设备,用于从处于所述第一状态和/或所述第二状态的所述透明柔性管中的所述流体样本中获取至少一幅图像,其中所述流体样本基本静止。
3.根据权利要求2所述的系统,其中所述光学扫描设备适于计算关于所述流体样本的参数,并根据所述参数确定所述柔性管的新状态。
4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的系统,其中处于第一状态的透明柔性管的内径小于约25mm,诸如小于约20mm,诸如小于约15mm,诸如小于约10mm,诸如小于约5mm,诸如小于约3mm,诸如小于约2mm,诸如小于约1.5mm,诸如小于约1mm。
5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的系统,其中所述柔性管包括入口和/或出口。
6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的系统,还包括适于通过所述入口将流体泵到所述管中的管泵。
7.根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的系统,还包括用于夹持所述管的至少第一夹具。
8.根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的系统,其中所述整平元件中的至少一个包括透明区域。
9.根据权利要求8所述的系统,其中所述光学透明区域包括内表面和外表面。
10.根据权利要求9所述的系统,其中所述内表面基本是平的。
11.根据权利要求9所述的系统,其中所述内表面包括导向凹槽。
12.根据权利要求8至11中任一项权利要求所述的系统,其中所述透明区域包括至少一个选自透镜、光楔、偏光镜、光圈、滤光片和光栅的光学元件。
13.根据权利要求10至12中任一项权利要求所述的系统,其中整平元件的启动使得所述被整平的管的内壁之间的距离小于约25mm,诸如小于约20mm,诸如小于约15mm,诸如小于约10mm,诸如小于约5mm,诸如小于约3mm,诸如小于约2mm,诸如小于约1.0mm,诸如小于约0.5mm,诸如小于约0.25mm,诸如小于约0.1mm,诸如小于约0.05mm。
14.一种用于向光学扫描设备提供流体样本的方法,包括:
-将透明柔性管放置在管固定器中;
-将所述管固定器相对于所述光学扫描设备放置;
-向所述管提供流体;
-使第一整平元件和第二整平元件相对移动,由此使所述透明柔性管从第一状态改变到第二状态,所述管所述第二状态中的至少第一截面尺寸小于所述第一状态中的第一截面尺寸。
15.根据权利要求14所述的方法,还包括
-从所述光学扫描设备中获取至少一幅图像;
-根据所述图像确定关于所述流体的至少一个参数;
-根据所述一个或多个参数确定新的管厚度;
-使所述第一整平元件和所述第二整平元件彼此相对运动,由此使所述透明柔性管改变到第三状态。
16.根据权利要求15所述的方法,其中所述一个或多个参数涉及所述流体中的微粒的浓度。
17.根据权利要求14-16中任一项权利要求所述的方法,其中所述光学设备为适于穿过所述管的至少一部分扫描图像平面以获得放置其中的样本的多个图像的光学扫描设备。
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