JP6177895B2 - 知能オートメーションパック用非接触光エンコーディングスキーム - Google Patents

Description

［関連出願に対する相互参照］
本出願は、２０１２年５月２４日に出願された米国仮特許出願整理番号６１／６５１，２９６に対する優先権を享受する権利を主張し、米国仮特許出願整理番号６１／６５１，２９６は、その全体において参照によって本明細書に組み入れられる。

本発明は、概して、研究室環境において利用するためのオートメーションシステムに関し、より詳細には、アクティブ輸送デバイスを介した診断分析器におけるインビトロ（ｉｎ ｖｉｔｒｏ：生体外）診断（ＩＶＤ）用の患者サンプルを輸送するためのシステムおよび方法に関する。本発明の実施形態は、アクティブな方向づけおよびルーティング性能を有する独立キャリア（運搬装置、搬送体）にローカル位置情報を伝送するための光エンコーディングに対して特に適しているが、それに限定されることはない。

インビトロ診断（ＩＶＤ）は、患者の流体（ｆｌｕｉｄ）サンプルに実施されるアッセイ（ａｓｓａｙ）に基づいて、研究室が疾病の診断を支援することを可能にする。ＩＶＤは、患者の身体の流体部分もしくは膿瘍から採取された液体サンプルの解析によって実施することができる患者の診断および治療に関する種々のタイプの分析試験およびアッセイを含む。これらのアッセイは、典型的に、患者のサンプルを含むチューブもしくはバイアル（ｖｉａｌ）などの流体容器が装着された自動診断化学分析器（分析器）で実施される。分析器は、バイアルから液体サンプルを抽出して、特別な反応キュベット（ｃｕｖｅｔｔｅ）もしくはチューブ（概して反応器と称される）内で種々の試薬とそのサンプルを一緒にする。幾つかの従来システムにおいては、分析器用にモジュールアプローチが利用される。研究室オートメーションシステムは、あるサンプル処理モジュール（モジュール）と別のモジュールの間でサンプルを動かすことができる。モジュールは、サンプル取扱ステーションおよび免疫アッセイ（ＩＡ）および診断化学（ＣＣ）ステーションを含みうる、試験ステーション（例えば、あるタイプのアッセイを専門に扱うことができるか、さもなければ、より大きな分析器に対する試験サービスを提供することができるユニット）を含む一つ以上のステーションを含んでもよい。幾つかの従来のＩＶＤオートメーショントラックシステムは、ある完全に独立したモジュールから別のスタンドアロンモジュールへとサンプルを輸送するように設計されたシステムを含む。これによって、二つの異なるステーションで異なるタイプの試験を専門に扱うことを可能とするか、または、利用可能なサンプル全体のスループットを向上させるために、二つの余分なステーションをリンク（結合）することを可能にする。しかしながら、これらの研究室オートメーションシステムは、しばしばマルチステーション分析器におけるボトルネックである。どちらかといえば、従来の研究室オートメーションシステムは、ステーション間で独立してサンプルを動かすことを可能にするための、相当な程度の知能もしくは自律性を欠く。

例示的な従来技術のシステムにおいては、コンベアベルト様の摩擦トラック（軌道）が、時にはパックもしくはコンテナのラックと呼ばれる個々のキャリア機構を、異なるステーション間で動かす。サンプルは、分析器内のステーション間のトラックに沿った輸送用に、オペレータもしくはロボットアームによってパック内へと配置された試験管などのサンプル容器内に格納されることがある。しかしながら、この摩擦トラックは、一度に一方向にしか動くことができず、トラック上の任意のサンプルは、同一速度で同一方向にしか動けない。サンプルが摩擦トラックを出る必要があるとき、ゲーティング／スイッチングは、個々のパックを分岐経路（ｏｆｆｓｈｏｔ ｐａｔｈ）（ときには、サイドカーもしくはプルアウトとも呼ばれる）へと動かすために使用することができる。この構成の欠点は、各ゲートおよびスイッチにおいて、任意の与えられたパックの方向を制御するために、しばしば遅い単一化（ｓｉｎｇｕｌａｔｉｏｎ：シンギュレーション）が使用されなければならないことである。例えば、二つのパックが互いに近接し、かつ一パックだけが分岐経路へと方向を変えるべき場合、一パックだけが分岐経路へと動かされるようにスイッチを制御し、適切なパックが摩擦トラックから抜け出ることを保証することが困難である。これによって、トラック上の各決定点（ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）において、一度に一つ、個々のパックが解放されてスイッチングされるように、ゲートにおいてパックを停止させるという多くの従来技術における必要性が作り出されてしまう。

単一化が摩擦トラックベースのシステムで使用されてきた別の方法は、ゲートでパックを停止させて、サンプルチューブ上のバーコードをバーコードリーダが読み取ることを可能にすることである。バーコードリーダは、トラック間でパックをスイッチングするために必要な期間に対して遅いため、スキャニングはトラック上の流れに対して困難な単一化をもたらし、スイッチング判定が行われている間に全ての近傍のパックを停止させる。判定が行われた後、スキャンされたパックがスイッチングされる間、スキャンされたパックの背後のパックの進行を防ぐために、物理的妨害物を使用することによって、スキャンされたパックのみが進行することを保証するために単一化がさらに使用されてもよい。

米国特許整理番号６，２０２，８２９は、メイントラックの外のサイドカートラック上へとパックを方向づけるために使用できる作動式機械的分流ゲートを含む従来技術の例示的な摩擦トラックシステムを示す。そこで説明されるように、分流プロセスは、個々のパックを単一化して分離するために複数の機械的ゲートを必要とし、各パックを複数回停止させ、分流決定が行われる前にバーコードを読み取ることができるように、各パックを回転させることを可能にする。当該システムは、レイテンシー（ｌａｔｅｎｃｙ）を増加させ、分流ゲートが摩擦トラックに追加される各期間を別のトラフィックボトルネックへと追加することを仮想的に保証する。当該システムによって、結果として、各分流ゲートにおける自然な待ち行列（ｑｕｅｕｅ）を生じさせ、各サンプルが摩擦トラック上に存在する期間をさらに増加させる。

産業および輸送環境などのＩＶＤ環境以外で自律輸送キャリアの幾つかの進展が存在するが、ＩＶＤ構成内で独立して経路決め可能であってかつ配置可能なキャリアを使用する効率的システムはいまだ存在しない。自動キャリアを欠く一つの理由は、試験ステーションもしくは他のサンプル取扱ステーションなどのステーションに関連して、サンプルもしくは試薬を保持する容器の精密な配置に対する必要性を含むことがある。例えば、輸送されるサンプルの吸引を可能とするために、およそミリメートル内の距離で、キャリアは、自体を確実に位置決めすることが可能でなければならない。同様に、ＩＶＤ構成内のキャリアに対して必要とされる小さい寸法、サンプルを輸送するために使用されるトラック形体の比較的小さい寸法は、産業システムで使用されるシステムおよび技術に適合させるという目標を与える。したがって、ＩＶＤ構成におけるキャリアに対して確実な位置情報を伝送するための必要性が存在する。

本発明の実施形態は、サンプルを輸送する知能キャリアによって利用するための位置情報および軌跡情報を提供するためのデバイス、システムおよび方法を提供することによって、上記の短所および欠点のうちの一つ以上に対処して克服することができる。この技術は、インビトロ診断（ＩＶＤ）環境における使用のためのオートメーションシステム内の輸送機構に特に適しているが、それに限定されることはない。

本発明の実施形態は、自動診断化学分析機で使用するための、第一表面上の絶対的位置情報を示す一つ以上のマークを有する第一表面を有するトラックを含む、オートメーションシステムに対するものである。オートメーションシステムは、キャリアの軌道を判定するために、第一表面に沿って移動し、第一表面の相対的な動きを観察するように構成された、少なくとも一つの、独立して移動可能なキャリアも含む。

本発明の一態様に従って、トラック表面上のマークは、少なくとも一つのＱＲコード（登録商標）、バーコード、もしくは少なくとも一つの二次元マークを含む。別の態様に従うと、二次元マークは非対称である。別の態様においては、独立して移動可能なキャリアは、第一表面を照射し、第一表面の連続的画像を観察し、相対的な動きの方向および／もしくは大きさを決定するために、連続的画像を比較するように構成される。さらに別の態様においては、独立して移動可能なキャリアは、光源、画像センサ、および画像センサによって捕捉される複数の連続的画像内の相対的な動きを検出するように構成された少なくとも一つのプロセッサを含む。

本発明の別の態様に従って、トラック表面は、複数の同期マークを有し、各々の独立して移動可能なキャリアは、判定された軌道情報におけるエラーを補正するために、複数の同期マークを使用するように構成される。別の態様に従って、一つ以上のマークは、第一表面上の一つ以上の静止画像を含む。

本発明の別の実施形態は、自動診断化学分析機で使用するための第一表面を有するトラックに沿って移動するように構成されたキャリアに対するものである。キャリアは第一表面を照射するように構成された光源と、光源からの光によって照射された第一表面の画像を捕捉するための画像センサと、画像センサによって捕捉された複数の連続的画像を比較することによって、相対的な動きを検出するように構成された少なくとも一つのプロセッサとを含み、ここで相対的な動きはキャリアの軌道に対応する。

本発明のさらに別の態様に従って、キャリアは、相対的な動きに応じて軌跡を調整するように構成される。本発明の別の態様に従って、キャリアは、トラックに沿った絶対的位置を判定するために、第一表面上の一つ以上のマークを観察するように構成される。別の態様においては、キャリアは、第一表面上のマークから非位置的データを獲得するように構成される。さらに別の態様においては、キャリアは、トラックに沿ったキャリアの実質的なリアルタイム位置を決定するために、相対的な動きを利用するように構成される。さらに別の態様においては、キャリアは、トラックの第一表面上の一つ以上の同期マークを観察するように構成される。さらには、別の態様において、キャリアは、キャリアの実質的なリアルタイム位置の判定を調整するために、同期マークを利用するように構成される。さらに別の態様に従い、キャリアは、トラックの第一表面上の可視ラインに追従するように構成される。

本発明の別の実施形態は、ＩＶＤ環境におけるアイテム（単位体、部材、品目）を輸送するための方法に対するものであって、それによって、一つ以上の独立して移動可能な（一つ以上の流体サンプルを保持する）キャリアが移動するトラックの第一表面が照射される。第一表面の連続的画像は、イメージングセンサを利用して観察され、キャリアの相対的な動きの方向および大きさのうちの少なくとも一つを判定するために、少なくとも一つのプロセッサを利用して比較される。本方法は、さらに、トラック表面上の一つ以上の参照マークを検出することによって、キャリアの少なくとも一つの絶対的位置を判定する。本発明の一態様に従って、輸送されるアイテムは流体サンプルもしくは試薬を含む。

本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照して行われる例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明の前述のおよび他の態様は、添付の図面に関連して読解されるとき、以下の詳細な説明から最良に理解される。本発明を例示する目的のために、現在望ましい実施形態が図面において示されている。しかしながら、本発明は、開示された特定の手段に限定されることはないことを理解されたい。図面に含まれているのは以下の図である。
開示されたオートメーションシステムの実施形態の利用によって改善することができる例示的な診断化学分析器構造の上面図である。 本明細書で開示されるオートメーションシステムの実施形態で利用することができるトラック構造の図である。 本明細書で開示されるオートメーションシステムの実施形態で利用することができるトラック構造の図である。 本明細書で開示された実施形態で使用することができる例示的なモジュールトラック構造の図である。 本明細書で開示された実施形態で使用することができる例示的なキャリアの透視図である。 本明細書で開示された実施形態で使用することができる例示的なトラック構造の透視図である。 本明細書で開示された実施形態で使用することができる例示的なトラック構造の上面図である。 本明細書で開示されたある実施形態で使用することができる内蔵アクティブキャリアを含む制御システムのシステムブロック図である。 ある実施形態におけるサンプルキャリアの操縦用に使用することができる例示的なトラック構造における例示的なルートの図である。 エンコーディングスキームの実施形態で使用するための例示的なトラックセクションの上面図である。 ある実施形態で使用するための位置マークを有する例示的なトラック表面の正面図である。 ある実施形態で使用するための位置マークを有する例示的なトラック表面の正面図である。 エンコーディングスキームの実施形態で使用される例示的トラックの断面図である。 エンコーディングスキームの実施形態で使用される例示的トラックの断面図である。 ある実施形態で使用するための位置マークを使用する例示的なトラックセクションの上面図である。 ある実施形態におけるキャリアをルーティングするための動的マークを使用する例示的トラックセクションの上面図である。 ある実施形態におけるキャリアをルーティングするための動的マークを使用する例示的トラックセクションの上面図である。 ある実施形態におけるトラックセクションと相互作用するキャリアの画像センサの側面図である。 ある実施形態におけるトラックセクションと相互作用するキャリアの画像センサの側面図である。 ある実施形態で使用するための連続的画像の例示的な比較である。 ある実施形態で使用するための連続的画像の例示的な比較である。 ある実施形態で使用するための例示的タイプの絶対的位置マークの図である。 ある実施形態で使用するための同期マークの文脈における絶対的位置マークを示す。 ある実施形態で使用するためのトラック表面の相対的な動きを観察するための例示的アルゴリズムのフローチャートである。 ある実施形態で使用するための位置マークを解釈するための例示的アルゴリズムのフローチャートである。

［幾つかの実施形態に関連する用語と概念］
分析器：自動診断分析器（“分析器”）は、診断化学分析器、自動免疫アッセイ分析器、もしくは任意の他のタイプのインビトロ診断（ＩＶＤ）試験分析器を含む。概して、分析器は、複数の患者サンプルに対して自動化された一連のＩＶＤ試験を実施する。患者サンプルは、分析器に（手動もしくはオートメーションシステムを介して）装填され、分析器は、その後、各サンプルに対して、免疫アッセイ、化学試験もしくは他の観察可能な試験のうちの一つ以上を実施することができる。分析器という用語は、モジュール分析システムとして構成される分析器のことを称する可能性があるが、それに限定はされない。モジュール分析システムは、オートメーショントラックなどのオートメーション面によって、線形もしくは他の幾何学的構造で相互接続された複数のモジュール（同一タイプのモジュールもしくは異なるタイプのモジュールを含む可能性がある）の任意の組み合わせを含む、一体型の拡張可能システムを含む。幾つかの実施形態においては、オートメーショントラックは、モジュール間で患者サンプルおよび他のタイプの材料を動かすために独立したキャリアが使用される、一体型輸送システムとして構成されてもよい。概して、モジュール分析システムにおける少なくとも一つのモジュールは、分析器モジュールである。モジュールは、患者サンプルに対して、分析タスクのより高いスループットを可能にするために、特化されるか、冗長化されてもよい。

分析器モジュール：分析器モジュールは、患者サンプルに対して免疫アッセイ、化学試験もしくは他の観察可能な試験などのＩＶＤ試験を実施するように構成されたモジュール分析器内のモジュールである。典型的には、分析器モジュールは、サンプル容器から液体サンプルを抽出して、（概して反応器と称される）反応キュベットもしくはチューブ内で試薬とサンプルを一緒にする。分析器モジュールにおいて利用可能な試験は、電解質の分画、腎もしくは肝機能、代謝、心臓、ミネラル、血液疾患、薬剤、免疫アッセイ、もしくは他の試験を含むが、そのいずれにも限定はされない。幾つかのシステムにおいては、分析器モジュールは、より高いスループットを可能とするために、特化されてもよいし、または冗長化されてもよい。分析器モジュールの機能は、モジュールアプローチ（手法）を利用しないスタンドアロン分析器によって実施されてもよい。

キャリア：キャリアは、オートメーションシステムにおいてサンプル容器（および、さらには流体サンプル）もしくは他のアイテムを動かすために使用することができる輸送ユニットである。幾つかの実施形態においては、キャリアは、従来のオートメーションパック（例えば、チューブもしくは単位体をかみ合わせるためのホルダ、オートメーショントラックにおける外部コンベヤベルトが推進力を提供することを可能にするための摩擦表面、トラックがパックをその宛先へとルーティングすることを可能にするために、パックをオートメーショントラックにおける壁もしくはレールによって誘導することを可能にする複数側面を含む受動デバイス）の様に単純であってもよい。幾つかの実施形態においては、キャリアは、プロセッサ、モーションシステム、誘導システム、センサなどのアクティブコンポーネントを含んでもよい。幾つかの実施形態においては、キャリアは、オートメーションシステムにおける地点間で、キャリアを自己誘導することを可能にする内蔵（ｏｎｂｏａｒｄ）知能を含む可能性がある。幾つかの実施形態においては、キャリアは、他の場所で推進力がトラックなどのオートメーション表面によって提供されうるとしても、推進力を提供する内蔵コンポーネントを含む可能性がある。幾つかの実施形態においては、キャリアは、決定点間で単一方向（例えば、前後）へと動きを制限するオートメーショントラックに沿って動く。キャリアは、サンプルチューブと噛み合って運搬するためのチューブホルダを有するＩＶＤ環境において所定のペイロード（荷重）用に特化されてもよいし、または、オートメーションシステム周囲の異なるアイテムを運搬するのに適した取り付け表面を含んでもよい。キャリアは、一つ以上のスロットを含むように構成することができる（例えば、キャリアは、一つもしくは複数のサンプル容器を保持してもよい）。

中央コントローラもしくはプロセッサ：中央コントローラ／プロセッサ（ときには中央スケジューラと称されることがある）は、オートメーションシステムの一部であって、任意のプロセッサ内蔵キャリアから分離されたプロセッサである。中央コントローラは、キャリア用のトラフィック（交通）方向、スケジューリングおよびタスク管理を容易にすることができる。幾つかの実施形態においては、中央コントローラは、オートメーションシステムにおけるサブシステムと通信し、キャリアとワイヤレスで通信することができる。これは、キャリアに対して、軌道もしくは操縦に関する情報もしくは命令を送信することと、どのキャリアがいつ、どこへ移動するべきかを決定することをも含んでもよい。幾つかの実施形態においては、ローカルプロセッサは、ローカル待ち行列を管理することなどのローカルトラックセクション（断片）上のキャリアの管理を担当することがある。これらのローカルプロセッサは、中央コントローラに対するローカル均等物として機能してもよい。

決定点（ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）：決定点は、異なる操縦もしくは軌道決定が異なるキャリアに対してなされることがある、オートメーショントラックの地点である。よくある例は、トラック内の分岐点（ｆｏｒｋ）を含む。あるキャリアは、曲がることなく進行するが、別のキャリアは、減速して曲がる。決定点は、幾つかのキャリアは停止するが他のキャリアは進行することがある、装置における停止点を含んでもよい。幾つかの実施形態においては、曲がる前の減速領域は決定点として機能し、減速して曲がる予定のキャリアが横力を制限することを可能にし、他のキャリアは、曲がらない場合、もしくは当該キャリアに対するモーションプロファイル（設定情報）が減速することを必要としない場合には進行してもよい。決定点においてなされる決定は、実施形態に依存して、プロセッサ内蔵キャリア、トラックセクションに対してローカルなプロセッサ、中央プロセッサもしくはその任意の組み合わせによって行われる可能性がある。

独立キャリア：幾つかの実施形態においては、キャリアは独立して制御されるキャリアとして特徴づけられてもよい。独立して制御されるキャリアは、独立して制御される軌跡を有するキャリアである。幾つかの実施形態においては、独立キャリアは、一つもしくは複数の、サイズ、重量、フォームファクタ（形状係数）および／もしくは内容の異なるペイロードの組み合わせを運搬するキャリアとともに、同一トラック上で同時に動作してもよい。各独立して制御されるキャリアの軌跡は、モーションプロファイル（オートメーションシステムで動く間のキャリアに対する最大ジャーク（ｊｅｒｋ：加加速度）、加速度、方向および／もしくは速度を含む）によって制限されてもよい。モーションプロファイルは、各キャリアに対する軌跡を独立して制限するか、規定することができる。幾つかの実施形態においては、モーションプロファイルは、オートメーションシステムの異なるセクション（例えば、直線トラックセクションと、方向変換中に横力が付加されることになるカーブ周囲と）で異なるか、異なるキャリア状態（例えば、空のキャリアはサンプルを輸送するキャリア、または試薬もしくは他のアイテムを輸送するキャリアとは異なるモーションプロファイルを有することがある）で異なるか、および／もしくは異なるキャリアで異なる可能性がある。幾つかの実施形態においては、キャリアは、各分離されたキャリアに対して意図されたモーションプロファイルまたは軌跡もしくは宛先命令に応じて、個々のキャリアが独立して動作することを可能にする、内蔵推進コンポーネントを含むことができる。

知能キャリア／半自律キャリア：幾つかの実施形態においては、キャリアは、知能キャリアとして特徴づけられてもよい。知能キャリアは、作動、ルーティングもしくは軌跡決定に寄与する内蔵回路を有するキャリアである。知能キャリアは、命令に応じてオートメーション表面に沿って進行するためにソフトウェア命令を実行するデジタルプロセッサ、または作動入力に応答する内蔵アナログ回路（例えば、ラインフォロワ回路）を含むことができる。命令は、モーションプロファイル、トラフィック、もしくは軌跡ルールを特徴づける命令を含んでもよい。幾つかの知能キャリアは、キャリアの環境に応じてキャリアをルーティングするか決定を行うために内蔵プロセッサを支援するための内蔵センサも含んでもよい。幾つかの知能キャリアは、内蔵プロセッサの制御に応じてキャリアを動かすことを可能にする、モータもしくは磁石などの内蔵コンポーネントを含んでもよい。

インビトロ診断（ＩＶＤ）：インビトロ（生体外）診断（ＩＶＤ）は、疾病、状態、感染、代謝マーカを検出できる、または生体材料／流体の種々の成分を定量化することができる試験である。これらの試験は、患者の身体外で、研究室、病院、診療所、もしくは他の健康専門施設で実施される。ＩＶＤ試験は、概して、試験管もしくは他のサンプル容器、またはより一般的には生存生物外の制御された環境におけるアッセイからの診断を実施することを意図された医療デバイスを利用する。ＩＶＤは、患者の流体サンプルに実施されるアッセイに基づいて、試験および疾病の診断もしくは生体材料／流体の種々の成分の定量化を行うことを含む。ＩＶＤは、患者の身体の流体もしくは膿瘍から採取された液体サンプルの分析によって実施できる、患者の診断および治療に関連する種々のタイプの分析試験およびアッセイを含む。これらのアッセイは、典型的には、患者のサンプルを含むチューブもしくはバイアルが装填された分析器で実施される。ＩＶＤは、本明細書で記述されたＩＶＤ機能の任意のサブセット（一部）のことを称する可能性がある。

ランドマーク：キャリアが内蔵センサを含む実施形態においては、トラック表面から視認できる／検知できる、トラック表面もしくは位置における光もしくは他のマークは、ランドマークとして機能できる。ランドマークは、現在位置、近づいてくる停止位置、決定点、方向変換、加速／減速点など、キャリアに対する地理的情報を伝送することができる。

研究室オートメーションシステム：研究室オートメーションシステムは、研究室環境内のサンプル容器もしくは他のアイテムを自動的に（例えば、オペレータもしくはソフトウェアの要求で）動かすことができる任意のシステムを含む。分析器に関連して、オートメーションシステムは、分析器内のステーションへ、ステーションから、もしくはステーション間で容器もしくは他のアイテムを自動的に動かしてもよい。これらのステーションは、モジュール試験ステーション（例えば、あるタイプのアッセイに特化されるか、さもなければ、より大きい分析器へと試験サービスを提供することができるユニット）、サンプル取扱ステーション、格納ステーションもしくは作業セルを含むが、そのいずれにも限定はされない。

モジュール：モジュールは、モジュール分析システム内の特定の（複数の）タスクもしくは（複数の）機能を実施する。モジュールの実施例は、分析試験用にサンプルを準備する分析前モジュール（例えば、サンプル試験チューブの頭部上のキャップを除去するデキャッパモジュール）、サンプルの一部を抽出して、試験もしくはアッセイを実施する分析器モジュール、分析試験後の格納用にサンプルを準備する分析後モジュール（例えば、サンプル試験チューブを再封（ｒｅｓｅａｌ）するリキャッパモジュール）、またはサンプル取扱モジュールを含んでもよい。サンプル取扱モジュールの機能は、在庫管理の目的でサンプルコンテナ／容器を管理すること、分類すること（ｓｏｒｔｉｎｇ）、サンプルコンテナ／容器をオートメーショントラック（一体型輸送システムを含んでもよい）内外へ動かすこと、サンプルコンテナ／容器を分離された研究室オートメーショントラック内外へ動かすこと、ならびにトレイ、ラック、キャリア、パックおよび／もしくは格納位置内外へサンプルコンテナ／容器を動かすことを含んでもよい。

ペイロード（ｐａｙｌｏａｄ）：例示的なキャリアが患者サンプルを運搬することに関連して記述されるが、幾つかの実施形態においては、キャリアはオートメーションシステム全体にわたって、任意の他の合理的なペイロード（荷重）を輸送するために利用することができる。これは、流体、流体容器、試薬、廃棄物、使い捨て製品、部品もしくは任意の他の適切なペイロードを含んでもよい。

プロセッサ：プロセッサは、一つ以上のプロセッサおよび／もしくは関連するソフトウェアおよび処理回路のことを称することがある。これは、適切な場合、各実施形態において列挙された処理機能を実現するための、シングルもしくはマルチコアプロセッサ、単一もしくは複数のプロセッサ、埋め込み型システム、もしくは分散型処理アーキテクチャを含んでもよい。

プルアウト、サイドカー、分岐経路：これらの用語は、トラックシステムの主要部分以外のトラックセクションのことを称するために使用されてもよい。プルアウトもしくはサイドカーは、弦、並行トラック、もしくは主要なトラフィックパターンから幾つかのキャリアを分離するための他の適切な手段を含んでもよい。プルアウトもしくはサイドカーは、メイントラックセクションにおけるトラフィックを中断させることなく、物理待ち行列を容易にするか、あるキャリアが停止するか減速することを可能にするように構成されてもよい。

サンプル：サンプルは、患者（人間もしくは動物）から採取された流体もしくは他のサンプルのことを称し、血液、尿、ヘマトクリット（赤血球容積率測定サンプル）、羊水流体、またはアッセイもしくは試験を実施するのに適した任意の他の流体を含んでもよい。サンプルは、ときには、他の患者サンプルを処理するうえで分析器を支援するために使用される、キャリブレーション（較正用）流体もしくは他の流体のことを称することがある。

ＳＴＡＴ（Ｓｈｏｒｔ Ｔｕｒｎａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ）サンプル：サンプルは、分析器内の非ＳＴＡＴサンプルに対して先行するべきサンプルに対してＳＴＡＴ優先度を割り当てるために、研究室情報システム（ＬＩＳ）もしくはオペレータによって割り当てられた異なる優先度を有してもよい。賢明な方法で利用されると、これによって、試験プロセス中に他のサンプルよりも迅速にあるサンプルを動かすことが可能になり、試験結果を医師もしくは他の開業医が迅速に受け取ることを可能にする。

ステーション：ステーションは、モジュール内で特定のタスクを実施するモジュールの一部を含む。例えば、分析器モジュールと関連付けられたピペッティングステーションは、一体型輸送システムもしくは研究室オートメーションシステム上のキャリアによって運搬されるサンプルコンテナ／容器から、サンプル流体をピペット操作（ｐｉｐｅｔｔｉｎｇ）するために使用されてもよい。各モジュールは、モジュールに対して機能を追加する一つ以上のステーションを含むことができる。

ステーション／モジュール：ステーションは、分析器内の特定のタスクを実施する分析器の一部を含む。例えば、キャッパ／デキャッパステーションは、サンプル容器からキャップを除去して元に戻してもよい。試験ステーションは、サンプルの一部を抽出して、試験もしくはアッセイを実施することができる。サンプル取扱ステーションは、サンプル容器を管理し、サンプル容器をオートメーショントラック内外へと動かし、格納位置もしくはトレイ内外へとサンプル容器を動かすことができる。ステーションは、モジュールであってもよく、ステーションをより大きい分析器に加えることができる。各モジュールは、分析器に機能を追加する一つ以上のステーションを含み、分析器は一つ以上のモジュールで構成されてもよい。幾つかの実施形態においては、モジュールは、複数のモジュールおよび／もしくはステーションをリンクしうるオートメーションシステムの一部を含むか、または、オートメーションシステムから分離されてもよい。ステーションは、特定のタスクを実施するための一つ以上の器具を含んでもよい（例えば、ピペット（ｐｉｐｅｔｔｅ）は、オートメーショントラック上のサンプルと相互作用するために、免疫アッセイステーションで使用されうる器具である）。そうでないと記述される場合を除いて、モジュールとステーションの概念は、交換可能なように（ほぼ同じ意味で）称されてもよい。

チューブ／サンプル容器／流体容器：キャリア表面を汚染することなくキャリアがサンプルを輸送することを可能にするために、サンプルは、試験管もしくは他の適切な容器などの容器で運搬されてもよい。

［例示的実施形態］
従来技術における上述の問題点は、自動診断分析器（分析器）内のステーション／試験モジュール間でサンプルを確実におよび／もしくは自動的に輸送するための改良された装置および方法の発見に動機を与えてきた。つまり、トラック表面上に符号化された（ｅｎｃｏｄｅｄ）距離もしくは位置マークを提供することによって、イメージングデバイスを有する半自律、かつ独立して移動可能なキャリアは、インビトロ診断（ＩＶＤ）診断分析器内で例えば患者の流体サンプルなどのサンプルを確実に輸送するために使用することができる。これらのキャリアは、従来の方法よりも実質的に迅速にサンプルを輸送するように構成でき、試験の確実なスケジューリング、オートメーションシステム内のトラフィックの減少、分析器内の試験のレイテンシーの減少および確実なスループットを可能とする。幾つかの実施形態は、単一動作サイクル以下でのステーション間の移動を提供するために、サンプルキャリアの半自律性を活用し、性能ボトルネックとしてのサンプル配置の自動化を効率的に排除するかまたは大幅に低減し、より柔軟なサンプルスケジューリングオプションを可能とする。迅速な動きは、ＩＶＤ環境における十分な精度を有するキャリアの位置の計算における困難を生じる可能性がある。トラック表面上のマークを提供することによって、キャリアは、位置マークを通過するときに参照位置を判定し、その後、トラック内のその現在のリアルタイム位置を判定するために、トラックの表面の相対的な動きを観察することができる。さらなる同期マークは、リアルタイム配置を較正して、参照位置マーク間との累積による位置もしくは軌跡エラーを防ぐために、トラック表面上に提供することができる。マークは、本明細書で記述されるように、表面上、表面内もしくは表面に沿ってマークを提供することによってトラック上に提供されてもよい。

本発明の実施形態は、より少ないレイテンシーおよびより固有の制御で、試験ステーションおよびサンプル取扱ステーションを含む、種々の分析器ステーション間でサンプルを動かすことを可能にするためにより効率的な研究室オートメーションシステムを提供するシステムおよび方法を含む。本発明の実施形態は、オートメーションシステム内を移動するサンプルによって経験される待ち行列を減少させるか排除することができる。通常、サンプルは、自動化学分析器内で単一の試験ステーションでは利用可能ではない多くの異なるタイプの試験を経験する必要がある。分析器内の試験ステーションは、特化された試験に対して適応することができる。例えば、免疫アッセイは、あるインキュベーション性能を含み、免疫アッセイに対して一意的な特定の試薬を利用する免疫アッセイステーションによって実施されてもよい。化学分析は、化学分析器によって実施でき、電解質化学分析は、イオン選択的電極（ＩＳＥ）診断分析器によって実施できる。このモジュールアプローチを利用することによって、分析器は、サンプル上で行われる試験のタイプだけではなく、研究室のニーズに適応するために、必要な試験の頻度および容量に対しても適応することができる。さらなる免疫アッセイ性能が必要とされる場合には、研究室は、さらなる免疫アッセイステーションを追加して、当該システム内に免疫アッセイ試験に対する全体スループットを増加させることを選択してもよい。ステーションは、分析前ステーションもしくは分析後ステーションも含むことができる。例えば、サンプル取扱ステーションは、デキャップし、混合し、品質を検証するか、さもなければ分析試験ステーション用にサンプルを準備する分析前ステーションとして機能してもよい。分析後ステーションは、格納されるサンプルをソートして準備する同様のステーションを含むことができる。本明細書で記述されたオートメーションシステムは、ＩＶＤ環境全体を通してもしくは分析器内の利用可能なステーション内およびステーション間の輸送に対して適切であってもよいことを理解されたい。

従来技術の構成において典型的な分析器内のサンプルを輸送するうえで使用するための例示的なトラック構造が図１に示される。このトラックは、トラックシステムを設計するうえでの問題を導入しうる、従来技術の摩擦トラックを含む可能性がある。しかしながら、本発明のある実施形態は、作動用に摩擦トラックを必ずしも使用することなく、類似の構造を利用することもできる。トラック１００は、サンプル準備ステーションもしくは分析／試験ステーション１１０、１２０および１３０などの種々のステーション間で、パックもしくはトレイ内のサンプルを運ぶ、ほぼ楕円形状のトラックとすることができる。トラック１００は、単一方向のトラックであるか、幾つかの実施例においては、線形の双方向トラックである。この例示的構成においては、各分析器１１０、１２０、１３０は、其々のサイドカー１１２、１２２、１３２によって処理される（ｓｅｒｖｉｃｅｄ）。トラック１００と各サイドカーの間の接合点においては、サンプルをトラック１００とサイドカーとの間で方向転換させることを可能にするゲートもしくはスイッチを配置することができる。トラック１００の楕円特性は、各分析器に対するアクセスを待つ間、サンプルを循環させるために使用することができる。例えば、分析器１１０がサイドカー１１２内の保留サンプルの扱いを終えて、トラック１００のメイントラフィックフローへとそれを戻すまで、トラック１００上の新規サンプルが、サイドカー１１２へと方向転換することができないように、分析器１１０は、サイドカー１１２において一杯になった待ち行列を有してもよい。

幾つかの従来技術のシステムにおいては、各サイドカーは、サンプルプローブアーム１１４、１２４および１３４などの取り扱い機構によって処理することができる。これらのロボット状の取扱アームは、プローブ針を介してサイドカー内のサンプルからサンプル材料を吸引するか、サイドカーからサンプルチューブを取り出して、対応する試験ステーションへとサンプルチューブを輸送することができる。この例示的システムにおいては、利用可能な試験ステーションは、免疫アッセイステーション１１０、小規模化学ステーション１２０および拡張可能な希釈／ＩＳＥ電解質および大規模化学ステーション（もしくは複数のステーション）１３０を含む。このアプローチの幾つかの利点は、トラック１００が自己完結型ステーションに加えることのできる分離した研究室オートメーションシステムの一部であって、トラック１００およびステーション１１０、１２０、および１３０は、独立してアップグレード、購入もしくは整備することができるということである。大規模化学ステーション１３０などの幾つかのステーションは、トラック１００から独立して動作するそれ自身の摩擦トラック１３６を含むことができる。摩擦トラック１３６は、大規模化学ステーション１３０のサブモジュール間でサンプルを動かすことが可能な双方向摩擦トラックを含むことができる。このタイプのシステムの欠点は、分離した摩擦トラックが独立して動作し、それによって、オートメーション全体の制御がより複雑になる点である。さらには、特に二つの摩擦トラック間に直接ルートが存在しない場合、摩擦トラック１３６と１００の間の移動は、時間がかかってかつ厄介となる可能性がある。幾つかのシステムにおいては、トラック間での移動は、ロボットアームによるサンプルの引き上げおよび配置を必要とすることがある。

従来技術の分析器用研究室オートメーションシステムは、概して個々の分析器試験ステーションをトラック上のサンプルの汎用の宛先として扱う。本発明の幾つかの実施形態においては、研究室オートメーションシステムは、個々の試験ステーション内に統合することができ、個々の試験ステーションの複雑性を実質的に軽減させるか排除させ、各ステーション内でサンプル取扱システムを分離する必要性を減少させる。幾つかの実施形態においては、研究室オートメーションシステムをステーション内に統合することによって、システムは、汎用宛先としてよりは、サンプルが移動することができるマルチルートトラックの一部として、個々のステーションの扱いを開始することができる。

図２Ａは、本発明で使用するために適応することができるトラックシステムの一実施形態を示す。トラック１５０は、時計回り（もしくは反時計回り）方向にサンプルキャリアが移動する長方形／楕円形／円形トラックである。トラック１５０は、一方向であってもよいし、双方向であってもよい。キャリアは、流体サンプル、試薬もしくは廃棄物など、ＩＶＤ環境での任意の適切なペイロードを輸送することができる。患者サンプルなどの流体は、試験管、バイアル、キュベットなど、キャリアによって輸送できるコンテナもしくは容器内に配置することができる。キャリア（さらには、サンプルなどのペイロード）は、メイントラック１５０上を移動することができるか、１６４もしくは１６６などの決定点を介して方向転換することができる。これらの決定点は、（従来技術と同様に）機械的ゲートであるか、サンプルをメイントラック１５０から本明細書で記述されたような１６０、１６０Ａ、１６０Ｂ、１６０Ｃなどのサイドカーへと方向転換させることを可能にするために適切な他の機構とすることができる。例示する目的のために、サンプルキャリアがメイン経路１５０を移動して、決定点１６６に到達する場合、サンプルキャリアは、セグメント１６２へとメイントラック上に存在し続けてもよいし、またはサイドカー１６０へと方向転換されてもよい。決定点１６６においてサンプルを方向転換するための決定がなされるシステムおよび方法は、本明細書に記述される。

図２Ｂは、本発明のある実施形態用に適した別のトラックレイアウトを示す。トラック１７０も、サンプルキャリアが時計周り（もしくは反時計回り）に移動する、ほぼ円形のトラックである。本実施例においては、トラック外にサイドカーを有するのではなく、プルアウト１８０、１８０Ａおよび１８０Ｂがトラック内の弦となっている。同様に、サンプルキャリアが決定点に到達すると、メイン経路から経路１８０などのサイド経路へと方向転換してもよい。決定点１８６において、メイントラック１７０上のサンプルは、メイントラック部分１７２上に存在し続けてもよいし、経路１８０へと方向転換されてもよい。いったん取扱経路１８０に沿った分析器ステーションがサンプルの処理を終えると、サンプルは、決定点１８４へと進行して、メイン経路１７０へと戻される。

図３は、本発明のある実施形態で利用することができるオートメーションシステムトラックに対するモジュールアプローチを示す。本実施例においては、個々の研究室ステーションの内部動作もしくはサンプル取扱システムの一部としてトラックを使用することができるように、トラックが、個々の分析器ステーションへと統合されてもよい。従来技術においては、異なる分析器／試験ステーション内に複数の異なるタイプの動作システムを有することがよくある。例えば、幾つかのステーションは、サンプルチューブのパックもしくはトレイを動かすための摩擦トラックを含み、サンプルの一部を吸引し、分配できるキュベットおよび反応容器などのより小型の容器を含むカルーセル（ｃａｒｏｕｓｅｌ）を含んでもよい。幾つかの実施形態においては、トラックシステムの一部を分析ステーション自体へと統合することによって、各ステーションは、自身の待ち行列論理を含むことができ、不必要な内部動作システムを排除するために簡略化されてもよい。

図３を参照すると、トラック２００は、分析器モジュールに統合されるモジュール要素へと分解できる。本例示的トラックにおいては、モジュール２０５、２０５Ａおよび２０５Ｂは、互いに組み合わせることができ、任意で、図２Ｂに示されたトラックと類似のトラックを形成するために、他のモジュールトラックコンポーネント２０２および２０４とも組み合わせることができる。例えば、２０５Ａは、免疫アッセイ１１０（図１）と同一の機能を実施するモジュールであって、２０５は、小規模化学モジュール１２０（図１）と同一の機能を実施するモジュールであって、２０５Ｂは、モジュール１３０（図１）のようにＩＳＥ電解質試験を実施するモジュールとすることができる。本実施例においては、外部メイントラックは、トラックセグメント２０２、２０４、２０６、２０６Ａ、２０６Ｂ、２０８、２０８Ａおよび２０８Ｂによって形成することができる。分析器モジュール２０５、２０５Ａおよび２０５Ｂ内で、内部経路２１０、２１０Ａおよび２１０Ｂは、メイントラックからのプルアウトを形成する。内部経路は、内部待ち行列用に使用することができ、処理されるサンプルに対して各モジュールがより多くの制御を有することを可能にするために、各分析器モジュール内で独立して管理することができる。

トラック２００ならびにサブ経路２１０、２１０Ａおよび２１０Ｂを其々分析器モジュール２０５、２０５Ａおよび２０５Ｂへと統合する利点の一つは、各分析器モジュール内の内部取り扱い機構が、トラックサブ経路とより良好に調和して機能するように特別に適応させられ得ることである。幾つかの実施形態においては、モジュール２０５、２０５Ａおよび２０５Ｂは、分析器全体の動作サイクルよりも短い期間内に各サンプルを処理するように適応することができ、処理後にトラックシステムに沿って別のモジュールへとサンプルがルーティングされるのに十分な時間を残し、次の動作サイクルでサンプルを他のモジュールが即座に処理することを可能にする。本明細書で使用されるように、動作サイクルは、サンプルアッセイ用にモジュールに処理時間を割り当てるスケジューリングアルゴリズムによって使用される時間単位である。これらは動的であってもよいし、固定されてもよく、分析器内のモジュールの同期した動作を可能とし、分析器内の複数モジュール間のサンプルをスケジューリングするための信頼できるタイミングモデルを提供することができる。動作サイクル時間は、第一のサンプルの処理を開始する時刻と、予測された定常状態条件下で別のサンプルを処理するための準備ができる時刻の間で、任意の与えられたモジュールによって必要とされる時間となるように選択することができる。例えば、分析器が３秒毎に１試験を処理でき、サンプル毎の予測される平均試験数は７回である場合、動作サイクル時間は２１秒とすることができる。個々のモジュールは、サンプル毎の試験回数が予測される回数から変化するときでさえ、スループットを最大化するために、並列処理もしくは１サイクル内で複数のサンプルを処理するなどの効率的技術を実現することができることを理解されたい。さらには、幾つかの実施形態においては、個々のモジュールは異なる動作サイクル時間を有し、これらのモジュールは互いに対して実質的に非同期に動作することができることを理解されたい。モジュール間でサイクル時間もしくは需要が変化する場合、仮想待ち行列もしくはバッファを、サンプルスケジューリングの管理を支援するために使用することができる。

単一の動作サイクル以下の順序（ｏｒｄｅｒ）で、信頼できるタイムフレーム（時間範囲）において分析器内のモジュール間の通過を可能にすることは、従来技術のトラックシステムで不可能だった多くの性能の利益を達成する。サンプルが分析器モジュールによって確実に取り扱われ、分析器の単一サイクル内に次の分析器モジュールへと輸送することができる場合、待ち行列におけるトラフィックの取り扱いは、より単純になり、スループットはより一貫性のあるものになり、かつレイテンシーは制御されて減少する可能性がある。本質的に、当該分析器においては、サンプルが待ち行列で待機するトラックシステム上で何もしないでいることがないように、サンプルはトラックシステムによって確実に扱われ、均一に処理することができる。さらには、任意の分析器モジュール内の待ち行列などのシステム内の待ち行列は、確実に短縮され、システム内のモジュールの数によって制限される可能性がある。

本発明の幾つかの実施形態においては、トラックシステムの確実かつ迅速な特性は、待ち行列が物理的ではなく仮想的なものであることを可能とする。仮想待ち行列は、物理的制限によってではなく、ソフトウェアで扱うことができる。従来、待ち行列は物理的であった。最も単純な物理待ち行列は、サンプル取扱動作の任意の与えられた部分における事実上の交通渋滞である。ボトルネックは、ファストインファストアウト（ＦＩＦＯ：先入れ先出し）待ち行列を生成し、分析器もしくは決定点が、準備が整ったときに待ち行列における次のサンプルを要求することができるように、サンプルキャリアは、行列において事実上停止し、バッファを提供する。ほとんどの従来技術の研究室オートメーショントラックは、付属モジュール（分析器もしくは前／後分析デバイス）によって処理されることを待っているサンプルをバッファするために、ＦＩＦＯ処理待ち行列を保持する。これらのバッファは、モジュールもしくはオペレータの要求が爆発的需要を作り出しても、トラックが、一定の速度でサンプルチューブを処理することを可能とする。将来のサンプル用の前処理タスク（例えば、現在のサンプルの処理中にキュベットを準備するか試薬を吸引する）を個々のモジュールが実施することを可能にすることによって、ＦＩＦＯ待ち行列は、個々のモジュールのスループットを実質的に増加させることもできる。ＦＩＦＯ待ち行列の確実な予測能力は、幾つかの処理タスクの並列化を可能とするが、リソースを最適化するために、サンプルに対する試験を再順序付けすることによって、モジュールがスループットを増加しうる日和見（ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｓｔｉｃ）スケジューリングを利用することを防止できる可能性もある。例えば、ほとんどの免疫アッセイ分析器の内部リソース衝突は非常に複雑なので、分析器は、最大効率に到達するために、複数のサンプルに対する試験を交互に扱う（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ）必要がある。ＦＩＦＯ待ち行列は、これらの分析器のスループットを２０％減少させるだろう。ＦＩＦＯ待ち行列での別の問題点は、優先度を有するサンプル（例えば、ＳＴＡＴサンプル）を扱う能力がないことである。ＳＴＡＴサンプルを即座に処理する必要がある場合、全体のＦＩＦＯ待ち行列は、メイントラック上へとフラッシュされなければならず、トラック上の全ての他のサンプルを遅延させ、元のモジュールにその待ち行列をゆっくりと強制的に再構築させる。

もう一つのタイプの待ち行列は、ランダムアクセス（ＲＡ）待ち行列である。カルーセルは、分析器モジュールに見出される物理的ＲＡ待ち行列の一実施例である。サンプルの一部をカルーセルリング内の一つ以上の容器内に分割することによって、分析器モジュールは、分析器内の任意の時間に処理される任意の数のサンプルを選択することができる。しかしながら、カルーセルは、複雑性、サイズおよびコストの追加などの多くの欠点を有する。カルーセルは、定常状態処理時間も増加させる。なぜなら、サンプルはランダムアクセス待ち行列の内外へと移動しなければならないからである。処理遅延は、カルーセル内の配置数などの実装に依存する。一方、サンプルに対してランダムアクセスを有することによって、モジュール内のローカルスケジューリング機構は、サンプルを並行して処理することができ、所望の任意の順序でサブステップを実施する。

幾つかの実施形態においては、カルーセルもしくは他のＲＡ待ち行列は、モジュールから排除することができ、オートメーションシステム由来のサブ経路（例えば２１０）は、ＲＡもしくはＦＩＦＯ待ち行列の一部として使用することができる。即ち、任意の二点間のサンプルの移動時間をカルーセルの移動時間に類似する（動作サイクルの一部よりも予想通り短い）既知の時間に限定することができる場合、トラック２００は、任意のモジュール用の待ち行列の一部となる可能性がある。例えば、カルーセルを利用するのではなく、モジュール２０５は、サブ経路２１０上のキャリアにおけるサンプルを利用することができる。試薬準備などの前処理ステップは、試験対象サンプルの到着前に実施することができる。いったん試験対象サンプルが到着すると、サンプルのうちの一つ以上の部分は、アッセイ用にキュベットもしくは他の反応容器内に吸引することができる。幾つかの実施形態においては、これらの反応容器は、トラック外のモジュール２０５内に含まれ、他の実施形態においては、これらの反応容器は、容易な動作を可能にするために、サブ経路２１０上のキャリア内に配置することができる。試験対象サンプルが、動作サイクルよりも長い間モジュールにある必要がある場合、もしくは複数サンプルが動作サイクル中にモジュールによって処理される場合、サブ経路２１０は、モジュール用の待ち行列として機能することができる。

さらには、他のモジュールに現在配置され、まだ試験対象ではないサンプルは、次の動作サイクル用にスケジュールすることができる。これらの次のサイクルのサンプルは、モジュール２０５用の仮想待ち行列内に存在するものとして考えることができる。モジュールは、トラック２００上の任意のサンプルに対して、任意の動作サイクル中にサンプルが到着するようにスケジュールすることができる。中央コントローラもしくはモジュール自身に関連付けられた複数のコントローラは、所定のサイクル中、サンプルに対する任意の衝突を解決することができる。サンプルの到着時間の知識を予めモジュールに与えることによって、各モジュールはリソースを準備して、内部リソースをより効率的に割り当てるために試験もしくは試験の一部をインターリーブ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ）することができる。この方法においては、モジュールは、大きな物理的バッファを利用することによってではなく、ジャストインタイム（ｊｕｓｔ−ｉｎ−ｔｉｍｅ）方式でサンプルに対して動作することができる。効果としては、所定のモジュールに対する仮想待ち行列が、当該モジュールの役に立つサブ経路の物理容量よりも非常に大きくなる可能性があり、既存のスケジューリングアルゴリズムが使用できることがある。事実上、従来技術のモジュールにおけるサンプルカルーセルを扱うように、各モジュールは、トラック２００を扱うことができる。

仮想待ち行列を使用することによって、幾つかの実施形態においては、複数モジュールが複数の待ち行列を有し、待ち行列内の単一の待ち行列もしくはサンプルを共有することができることを理解されたい。例えば、二つのモジュールがあるアッセイを実施するために装備される場合、そのアッセイを必要とするサンプルは、当該アッセイ用の仮想待ち行列に割り当てることができ、アッセイを扱うことが可能な二つのモジュール間で共有される。これによって、モジュール間の負荷バランスを可能とし、並列処理を容易にすることができる。反応容器がトラック２００上のキャリア内に配置される実施形態においては、アッセイは、あるモジュールで開始され（例えば、準備された試薬および／もしくはサンプルが一緒にされる）、当該アッセイは別のモジュールで完了することができる（例えば、反応が別のモジュールで観察される）。複数モジュールは、幾つかの実施形態においては、サンプルを扱うためのマルチコアプロセッサとして事実上考えることができる。これらの実施形態においては、複数モジュール用のスケジューリングアルゴリズムは、所定の動作サイクル中のサンプルの衝突を回避するために調整されるべきである。

仮想待ち行列を使用することによって、サンプルが他のモジュールの仮想待ち行列内にある間に、モジュールはサンプルに対して動作できる。これによって、サンプルの低いレイテンシーを可能とする。なぜなら、物理待ち行列を通して待機させることなく、トラック２００上に配置される各サンプルを、モジュールが試験を完了するのと同じくらい迅速に処理できるからである。これによって、任意の与えられた時間におけるトラック２００上でサンプルキャリアの数を大きく減少させ、確実なスループットを可能とする。待ち行列もしくはサンプルをモジュールが共有することを可能にすることによって、負荷バランスは、システムのスループットを最大化するために使用することもできる。

仮想待ち行列を利用する別の利点は、ＳＴＡＴサンプルに動的に優先度を割り当てることができることである。例えば、主に静的な物理待ち行列の先頭へと、ＳＴＡＴサンプルを飛び越える（ｌｅａｐｆｒｏｇ）ために物理的バイパスを使用しなければならないのではなく、ＳＴＡＴサンプルは、ソフトウェア内の次の動作サイクル間に任意の待ち行列の先頭に移動することができる。例えば、次の動作サイクル中のアッセイ用にトラック２００によって３つのサンプルが送達されることをモジュールが予測している場合、モジュールへサンプルを割り当てる責任があるスケジューラは、ＳＴＡＴサンプルと一つ以上のサンプルを単に置きかえることができ、次の動作サイクル中に処理するためのＳＴＡＴサンプルをトラック２００に送達させることができる。

各決定点において待ち行列に対する必要性が存在しないように、２１４および２１６などの決定点が合理化できる場合、物理待ち行列のみが、サブ経路２１０、２１０Ａおよび２１０Ｂ内にあるようにすることができる。上述されたように、これらは、ＲＡ待ち行列もしくはＦＩＦＯ待ち行列として扱うことができる。ＳＴＡＴサンプルがトラック２００上に配置される場合、ＳＴＡＴサンプルを即座に処理することができるため、サブ経路２１０、２１０Ａおよび２１０Ｂ内のＲＡ待ち行列は、フラッシュされる必要がない。任意のＦＩＦＯ待ち行列は、個々にフラッシュすることができる。例えば、ＳＴＡＴサンプルがセクション２２２においてトラック２００上に配置される場合、サンプルは、外部トラックおよび決定点２１６を介して、適切な分析器２０５Ｂへとルーティングされてもよい。経路２１０Ｂにおける待ち行列において待機している他のサンプル（さらには、それらのサンプルを輸送するサンプルキャリア）が存在する場合、ＳＴＡＴサンプルを優先することを可能にするために、待ち行列内の当該サンプルのみがフラッシュされる必要がある。外部トラック２００を移動するために、動作サイクル以下の時間しかかからないことが仮定される場合、２１０Ｂにおける待ち行列からフラッシュされた任意のサンプルは、トラック周囲を単に循環し、ＳＴＡＴサンプルの直後に経路２１０Ｂにおける待ち行列へと即座に戻され、ＳＴＡＴサンプルによって引き起こされる任意の休止時間（ｄｏｗｎｔｉｍｅ）は排除される。

入力経路２２０および２２２は、トラック２００にサンプルを入力するために使用することができる。例えば、標準優先度を有するサンプルは、入力２２０においてトラック２００上に配置され、ＳＴＡＴ優先度を有するサンプルは、入力２２２において配置することができる。これらの入力は、完了すると、サンプル用の出力として使用することができるか、または、（図示されていない）他のポートを、使用されるサンプル用の出力経路として使用することができる。入力２２０は、トラック２００に対するアクセスを求める入力サンプル用のＦＩＦＯ待ち行列として機能する、入力バッファとして実現することができる。いったんサンプルが入力２２０において待ち行列の先頭に到達すると、サンプルは、（キャリア内に配置されるか、入力２２０内に配置されたときキャリア内に配置されるかのいずれかによって）トラックへ移動することができる。ＳＴＡＴサンプルは、入力２２２に配置された直後にトラック２００に入ることができ、または、トラック２００が混み過ぎたとき、ＳＴＡＴサンプルは、次に利用可能な、すいている動作サイクルでトラックに入ることができる。幾つかの実施形態は、動作サイクル中のトラック上のキャリア数を監視して、総数を管理可能な量に制限し、入力待ち行列に残余部分を残す。入力においてサンプルを制限することによって、トラック２００はトラフィック（の問題）がなく、可能性のある最も効率的な方法で常に動作することが可能となる。これらの実施形態においては、二つのモジュール間のサンプルの通過時間は、限界を有する値（例えば、動作サイクルの幾らかの部分よりも短い）であって、簡略化されたスケジューリングを可能とする。

幾つかの実施形態においては、トラックシステム２００は、双方向であるように設計することができる。これは、サンプルキャリアが外部経路および／もしくは任意のサブ経路をいずれの方向にも移動することができることを意味する。幾つかの実施形態においては、さらなる決定点２１５および２１７を介してアクセスされる２１１Ｂなどのさらなるサブ経路によって、双方向アクセスの提供を支援することができる。双方向経路は、固有の利点を有する可能性がある。例えば、通常の優先度のサンプルが常に同一方向に扱われる場合、ＳＴＡＴサンプルは、サブ経路に沿って反対方向で扱うことができる。これは、ＳＴＡＴサンプルが本質的にサブ経路の出口に入って、待ち行列をフラッシュする必要なく、待ち行列の先頭に即座に配置することができることを意味する。例えば、ＳＴＡＴサンプルがセグメント２０４においてトラック２００上に配置される場合、決定点２１４を介して経路２１０Ｂに入ることができ、任意の待ち行列の先頭において即座に配置されるように経路２１０Ｂへと進行することができる。一方、これらの実施例の全てにおいて、待ち行列は、概してサブ経路に限定されることが予測されるため、ＳＴＡＴサンプルがそれらのモジュールに対する即座のアクセスを必要としない場合には、他のモジュールにおいて待ち行列をフラッシュする必要がない。その後のサイクルでＳＴＡＴサンプルを処理する必要がある任意のさらなるモジュールは、その点においてそれらの待ち行列をフラッシュすることができ、各分析器モジュールの動作を中断させることなく、ＳＴＡＴサンプルへのジャストインタイム（ｊｕｓｔ−ｉｎ−ｔｉｍｅ）アクセスを提供する。

モジュール設計は、他のある利点も可能とする。分析器モジュール内のオートメーションシステムがモジュールに含まれるトラックシステムを利用するように適応される場合、共通のトラックを利用する新規の特徴を加えることができる。例えば、モジュールは、サンプル用に規定されたアッセイを実施するために必要な全ての試薬を含む、それ自身の内部試薬カルーセルを有することができる。分析器モジュール内にストックされた試薬が欠乏するとき、オペレータは、幾つかの実施形態においては、トラック２００上のキャリアにさらなる試薬を単に充填することによって、試薬を補充することができる。トラック２００上の試薬が適切なモジュールに到達すると、モジュールは、トラックから試薬を取り出して、モジュール用の試薬貯蔵所へと試薬を配置するアームもしくはフィーダシステムなどの機械システムを利用することができる。

幾つかの実施形態においては、図３、図２Ａおよび図２Ｂに示された個々のトラック部分は、互いに独立して動作することができるか、または、受動的（ｐａｓｓｉｖｅ）とすることができる。独立したキャリア移動は、サンプルキャリアの移動をもたらすために摩擦トラック全体が移動しなければならない、非局在化コンベヤベルトなどの摩擦ベースのトラックシステムでは得られない利点を提供する。これは、当該トラック上の他のサンプルも同一速度で移動しなければならないことを意味する。これは、あるセクションが異なる速度で動作する場合、サンプルを運搬する受動的キャリア間の衝突が生じる可能性があることも意味する。

図４Ａは、本発明で利用するための例示的なキャリア２５０を示す。キャリア２５０は、異なる実施形態においては、異なるペイロードを保持することができる。あるペイロードは、血液もしくは尿などの流体サンプル２５６を含むサンプルチューブ２５５とすることができる。他のペイロードは、チューブのラック、試薬カートリッジもしくは任意の他の適切なカートリッジを含んでもよい。サンプルキャリア２５０は、本明細書で記述された内部電子コンポーネントを収容できるメインボディ２６０を含む。メインボディ２６０は、ペイロードを収受できるブラケット２６２を支持する。幾つかの実施形態においては、これは、サンプルチューブなどの流体容器２５５を収受し、かつ、それを摩擦嵌め込みで保持するように設計された浅穴である。幾つかの実施形態においては、摩擦嵌め込みは、保持力を生成するために固定できるか、ばねでエネルギーを与えることのできる弾性穴もしくはクランプを利用して、生成することができる。幾つかの実施形態においては、サンプルラックおよび試薬カートリッジは、ブラケット２６２へと取り付けるようにも設計でき、ブラケット２６２が複数のペイロードタイプ用のユニバーサルベースとして機能することを可能とする。

ボディ２６０は、ガイド部分２６６を含むかガイド部分２６６に結合することができ、決定点間のトラックにキャリア２５０が従うことを可能にする。ガイド部分２６６は、例えば、トラック内の一つ以上のレールを収受するためのスロットを含み、横方向および／もしくは垂直方向の支持を提供する。幾つかの実施形態においては、ガイド部分２６６は、キャリア２５０をトラック内の壁（トラフ（即ち、溝槽）形状の（ｔｒｏｕｇｈ−ｓｈａｐｅｄ）トラックの壁など）によって誘導することを可能とする。ガイド部分２６６は、キャリアボディ２６０内のモータがトラック上で前後にキャリアもしくはパック２５０を駆動することを可能にする摩擦ホイールなどの駆動機構も含むことができる。ガイド部分２６６は、磁石もしくは誘導コイルなどの本明細書で記述された実施形態で使用するのに適した他の駆動コンポーネントを含むことができる。幾つかの実施形態においては、動きの範囲が実質的にトラック内で双方向であって、トラックの参照フレーム内で一次元であるように、ガイド部分２６６は、トラックによって物理的に制約を受ける可能性がある（即ち、トラック自体が二次元もしくは三次元であっても、キャリア２５０がトラックに沿って前方もしくは後方にのみ動くことができるように、動きは横方向に制限される）。幾つかの実施形態においては、ガイド部分２６６は、キャリア２５０が操縦（ステアリング）機構などを介して、自身の横方向位置を制御できるように、横方向に（たとえば、トラック上の列車というよりも道路上の自動車のように）あまり制約は受けない。これらの実施形態においては、キャリア２５０は、トラックに対して二次元でその位置を変化させることができる。二次元位置マークの実施形態は、一次元もしくは二次元におけるキャリア２５０の配置を容易にするために有用である可能性があることを理解されたい。

再書き込み可能ディスプレイ２６８は、キャリア２５０の頂上に提供することができる。このディスプレイは、ＬＣＤ配向パネルを含み、サンプル２５６についての状態情報を表示するために、キャリア２５０によってリアルタイムでアップデートすることができる。キャリア２５０の頂上の電子的に再書き込み可能なディスプレイを提供することによって、状態情報はオペレータによって一目で視認できる。これは、グループ内に複数のキャリア２５０が存在するときに、彼／彼女がどのサンプルを探しているかをオペレータが迅速に判定することを可能にすることができる。キャリア２５０の頂上に再書き込み可能なディスプレイを配置することによって、オペレータは複数のキャリア２５０が引出しもしくはラック内にあるときでさえ、状態情報を判定することができる。

図４Ｂは、キャリア２５０によって使用するための例示的なトラック構造２７０を示す。本実施例においては、メイントラック２７２および／もしくはサブ経路２７４および２７４Ａに沿って、キャリア２５０Ａは、サンプルチューブを輸送し、キャリア２５０Ｂは、チューブのラックを輸送する。経路２７６は、サンプルをキャリアに配置するか、またはこれらのキャリアからサンプルを除去するために、オペレータによって使用することができる。

図４Ｃは、例示的なトラック構造２７０のさらなる図を示す。本実施例においては、サブ経路２７４は、免疫アッセイステーションを提供し、サブ経路２７４Ａは、診断化学ステーションを提供する。入力／出力レーン２７６は、サンプルの挿入もしくはメイントラック２７２からのサンプルの除去用にサンプルをバッファするために、サブ経路２７７および２７８を利用するサンプル取扱ステーション２８０によって提供することができる。

幾つかの実施形態においては、サンプルハンドラー２８０は、キャリア２５０Ａおよび２５０Ｂへとサンプルもしくは他のペイロードを装填し、キャリア２５０Ａおよび２５０Ｂからサンプルもしくは他のペイロードを取り出すこともできる。これによって、分析器用のピーク需要の間、トラック２７７および２７８上で何もしないでいる多数のキャリアを有する代わりに、トラックシステム２７０におけるステーションによって現在使用されるペイロードを支持するために必要な量へと、キャリア数を減少させることを可能とする。その代わりに、（本明細書で開示されたキャリアに載せられていない）サンプルトレイは、入力／出力レーン２７６においてオペレータによって配置／除去することができる。これによって、システム全体のコストを減少させ、必要とされるキャリア数は、スループットを超える分析器用のピーク需要の予測に基づくのではなく、分析器のスループットによって決定することができる。

［知能キャリア］
従来技術の研究室オートメーションシステムは、コストおよび複雑性を軽減するために、受動的パックもしくはトレイ（例えば、パックは、アクティブもしくは自律システム、電力、内蔵処理もしくは制御を欠く単純なプラスチックもしくはゴムブリックである）を利用することがあるが、（幾つかの実施形態においては、知能パックもしくはトレイを含むことができる）個々のキャリアに知能および自律性を組み込むために必要なさらなる複雑性およびコストが、ある利点を提供することになる可能性がある。幾つかの実施形態は、摩擦ベーストラック上の受動的パックに対して、ある改善を可能とするために、独立した知能キャリアを利用することができる。例えば、従来技術のトラックシステムの不利益の一つは、パックを方向づけるための決定が、各決定点において、パックを回転させ、バーコードを光学的に読み取ることによって、トラックによって行われるということである。回転および光学読みとりは比較的遅いプロセスである。さらには、このプロセスは、余分なものである可能性がある。なぜなら、システムは、サンプルチューブがオペレータによってパックへと配置されるとき、サンプルチューブの識別に関する知識を有するからである。本発明の実施形態は、キャリアを停止させ、回転させ、光学的に読み取る必要なく、サンプルチューブの内容物を識別する（ならびに、任意でオートメーションシステムへとこの情報を通信する）ための手段を有するキャリアを含むことができる。

例えば、キャリアは、ペイロードのバーコードを自動的に読み取るための内蔵光学リーダを含むことができる。キャリアが内蔵処理性能を有する場合には、スキャン結果は、その後、キャリアのメモリに格納することができる。あるいは、キャリアへサンプルを配置するときにオペレータによって操作されるハンドバーコードリーダなどの外部ソース（情報源）は、ＲＦ信号または一時的な電子接触もしくは光学通信を利用する通信プロトコルなどの他の既知の手段を介して、ペイロードのバーコード情報をキャリアへと通信することができる。幾つかの実施形態においては、ペイロードとキャリアの関連付けは、キャリアの外部に格納することができ、キャリアのアイデンティティ（識別情報）は、ＲＦ、光学、もしくは近接場（近距離）通信によって、キャリアによってシステムへと伝送することができ、システムがキャリアおよびペイロードをルーティング（経路決定）するか追跡することを支援することを可能とする。ルーティング決定は、その後、ペイロードの一意的バーコードを読み取るのではなく、キャリアによって、もしくはキャリアを識別することによって行うことができる。

各個々のキャリアに処理性能および／もしくはセンサ性能を移動することによって、キャリアは、トラックシステムを通して、それ自身のルーティングにアクティブかつ知的に関与することができる。例えば、個々のキャリアが、自律作動性能もしくはトラックとの通信のいずれかによって互いに独立して動くことができる場合、ある性能上の利点を実現することができる。

キャリアが独立して動くことを可能にすることによって、キャリアは、トラック周囲をより迅速に動くことができる。キャリアの動きに対する一つの制限は、キャリアが開放されたチューブのサンプルをこぼすべきではないということである。制限要因は、概して、直線におけるキャリアの速度ではなく、飛沫を引き起こす可能性のある、キャリアによって経験される（加速、減速もしく転回中の）加速度およびジャークである。従来技術の摩擦ベースのトラックシステムに対しては、トラック全体が動くため、トラックの速度は、典型的には、パックによって経験される加速度およびジャークが閾値量を超えることを防止するために制限される。しかしながら、個々のキャリアに対応することのできる独立して動作するセクション、もしくは独立した動作性能を有する個々のキャリアを有するトラックシステムを利用することによって、平均速度が従来のトラックの速度よりも大きくなることを可能にする一方で、任意の与えられたキャリアの加速度は、加速／減速およびジャークを制限するために調整されることができる。キャリアの最高速度を制限しないことによって、キャリアは、適切な場合に各トラックセクション上で加速し続けることができ、結果としてトラック周囲での実質的により高い平均速度を生じる。これによって、分析器の１機械サイクルよりも短時間で、トラックシステム全体を移動するキャリアを支援することができる。これらの機械サイクルは、例えば、２０もしくは４０秒とすることができる。

同様に、自律キャリアは、それ自身のアイデンティティおよびそのペイロードのアイデンティティを知ることができる。これによって、個々の決定点において、キャリアがルーティング決定プロセスにアクティブに関与するかまたは支援することを可能にする。例えば、決定点（例えば、スイッチ、交差点、接合点、分岐点（ｆｏｒｋ）など）に到達すると、キャリアは、ＲＦもしくは近接場通信を介して、トラックもしくは任意のスイッチング機構へと、自身のアイデンティティおよび／もしくはそのペイロードのアイデンティティ（もしくは、ペイロードアイデンティティに基づいてキャリアが決定した意図されたルート）を通信することができる。このシナリオにおいては、キャリアはバーコードスキャン用に決定点において停止する必要がない。その代わりに、キャリアは、減速さえすることなく進行し続けることができ、キャリアは、リアルタイムでルーティングすることができる。さらには、キャリアが決定点に物理的に到着する前に、キャリアがどこに進行しているか知っているか、または、（トラックが、キャリアがどこに進行しているかわかるように）トラックへとそのアイデンティティを通信する場合、もし、キャリアが曲がるならば、キャリアは決定点の前で減速させることができる。一方、キャリアが決定点において曲がる必要がない場合、キャリアはより高い速度で進み続けることができる。なぜなら、キャリアによって運搬されるサンプルは、キャリアがトラックの決定点もしくは曲線セクションにおいて曲がらない場合、コーナリングフォースを経験しないからである。

自律キャリアは、内蔵処理およびセンサ性能も含むことができる。これによって、トラックによって方向づけられるのではなく（幾つかの実施形態においては、中央コントローラが実行されるべきキャリアへとルーティング命令を送信するが）、キャリアがトラック上のどこにあるか、ならびにどこに行く必要があるかを決定することを可能とする。例えば、トラック内の位置エンコーディングもしくはマーカは、キャリアの位置を決定するために、キャリアによって読み出すことができる。絶対的位置情報は、キャリアがトラックを移動するとき、キャリアに対して参照点を提供するために、トラック表面上にエンコーディングすることができる。この位置エンコーディングは、多くの形式をとる可能性がある。トラックは、トラックの現在のセクションを示す光学マーカでエンコーディングされてもよいし（例えば、仮想ハイウェイサインなど）、トラックのセクション内の特定の絶対的位置の光学エンコーディングをさらに含んでもよい（例えば、仮想マイルマーカなど）。位置情報は、絶対的位置マーク間のマーキングでエンコーディングすることもできる。これらは、その現在の軌跡を計算するうえでキャリアを支援するために、同期情報を提供することができる。光学エンコーディングスキーム（方式）は、当業者に既知の任意の適切な形式をとることができる。エンコーディングスキームによって使用されるこれらのマークは、ある位置においてトラックに配置されたＬＥＤ、バーコード、ＱＲコード、データマトリクス、反射的ランドマークなどのロータリエンコーダ、光学ランドマークに見出されるようなバイナリ（２値の）位置エンコーディングを含んでもよい。一般的位置情報は、ＲＦ／ワイヤレス手段を介してキャリアへと伝送することもできる。例えば、トラック内のＲＦＩＤマーカは、トラックの所定の部分に入ったことをキャリアに警告するために、キャリアに近接場通信を提供することができる。幾つかの実施形態においては、トラック周囲もしくはトラック近傍のローカル送信機は、キャリアがその位置を決定することを可能にするために、ＧＰＳのような位置情報を提供することができる。あるいは、ホール効果センサもしくはカメラなどのトラック内のセンサは、個々のキャリアの位置を決定し、キャリアにこの情報を中継することができる。

同様に、キャリアは、絶対的位置マーク間の位置を決定するために蓄積できるデータを提供する、相対的な動きを示すセンサを有することができる。例えば、キャリアは、相対的位置を推定するために使用することができるジャイロスコープ、加速度計、または速度もしくは加速度を決定するためにキャリアが移動するにつれてスペックルパターンを観察する光学センサを有してもよい。幾つかの実施形態においては、コンポーネントは、光源と画像センサとを含み、リアルタイム軌跡概算値を決定するために、キャリアに対してトラック表面の相対的な動きを観察するために使用することができる。例えば、絶対的位置マークを用いてその位置を計算した後、キャリアは、トラック表面の連続的画像を観察し、動きの方向および大きさを判定するために、これらの画像を比較することができる。これは、リアルタイム位置、速度、加速度、ジャーク、およびその概算値を決定するために使用することができる。さらには、トラック内に定間隔で配置されたマークなどの同期マークは、絶対的位置マーク間のキャリアの位置を計算するために使用することができ、トラックの表面の相対的な動きの観察から判定されたリアルタイム軌跡情報に累積されたエラーを補正することができる。これによって、より低いサンプリング周波数もしくは、位置デコーディングイメージングセンサ内でのより精密でないコンポーネントの使用を可能とする。

キャリアは、どこにキャリアがあるか、およびトラックに対するその動きを知ることができるため、キャリアは、その宛先を知っている限り、それ自身を実質的に駆動することができる。キャリアのルーティングは、種々の実施形態においては、多くの異なる方法で提供することができる。幾つかの実施形態においては、キャリアがサンプルを装填されるとき、システムはキャリアに宛先分析器ステーションを教えることができる。この情報は、キャリアが自律ルーティング性能を有する実施形態においては、宛先ステーションの識別情報と同じくらい単純である可能性がある。この情報は、個々のトラックセクションの特定の経路、およびキャリアが移動するであろう決定点を識別するルーティングリストなどの詳細情報である可能性もある。ルーティング情報は、ＲＦ通信、近接場／誘導通信、電気的接触通信、もしくは光通信などの、本明細書で記述された任意の通信方法を介してキャリアに伝送することができる。

例示的な一実施形態においては、オペレータがサンプルチューブのバーコードをスキャンして、キャリア内へ配置するとき、システムは、キャリアのアイデンティティを判定して、サンプルのアイデンティティとキャリアのアイデンティティを整合する。システムはその後、サンプルが分析器内でどの試験を経験しなければならないかを決定するために、サンプル用の記録の位置を定める。スケジューラは、その後、サンプルに対して試験リソースを割り当てる。それは、個々の試験ステーションによってどの試験が行われるか、ならびにサンプルがいつ解析用の各試験ステーションに到達するべきかを選択することを含む。システムはその後、キャリアがどこに進行する必要があるか、ならびに、任意で、キャリアがいつ進行する必要があるかおよび／もしくはキャリアがいつ到着する必要があるかをキャリアに知らせるために、キャリアに対してこのスケジュール（もしくはスケジュールの一部）を通信することができる。

一旦キャリアがトラックシステム上に配置されると、キャリアのルーティング性能および位置獲得システムは、キャリアがトラック上のどこにあるか、ならびに、キャリアがトラック上のどこに進行する必要があるかをキャリアが決定することを可能にする。キャリアがトラックを移動すると、キャリアは個々の決定点に到達し、メイントラックに沿って、もしくは適切な場合サブ経路に沿って方向づけることができる。各キャリアは互いに独立して動作するため、キャリアは、各決定点において必ずしも停止することなく、ならびに待ち行列における他のキャリアを待つことなく、非常に迅速にこれを行うことができる。これらのキャリアは迅速に移動するため、トラックのメインセクション上のトラフィックはほとんどなく、トラック内の決定点もしくはコーナー（角部）（例えば、キャリアがサンプルへの過度の力を回避するために減速するセクション）において衝突もしくは交通渋滞のリスクは減少する。

推進力は、多くの方法でキャリアに対して提供することができる。幾つかの実施形態においては、トラックは、各キャリアに対して個別化された推進力を提供することにアクティブに関与する。幾つかの実施形態においては、推進力は、キャリア内の一つ以上の磁石を駆動する、トラックにおける電磁コイルによって提供される。この推進力を提供するための例示的システムは、ＭａｇｎｅＭｏｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．によって提供されるトラックシステムであって、それは、ＭａｇｎｅＭｏｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．に割り当てられた米国特許出願整理番号２０１０／０２３６４４５に見出される、線形同期モータ（ＬＳＭ）の記述によって概して理解できる。この磁気的作動システムを利用するこれらの従来のシステムは、本明細書で記述されたキャリアの統合された知能を欠く受動的キャリアを含み、全てのルーティングおよび決定は、ルーティングおよび識別プロセスに関与するアクティブキャリアを必要とすることなく、中央コントローラによって行われる。

磁気的作動を利用する実施形態においては、電磁的コイルおよび磁石は、速度、加速度およびジャークの精密な制御で、選ばれた方向へと各個々のキャリアを推進させるためのＬＳＭとして動作する。トラック上の各コイル（もしくはローカルセットのコイル）が独立して動作できる場合、これによって、個々のキャリアがそれ自身個々に調整された加速度および速度で動くことができるように、個々のキャリアに対して高度に局所化された推進力を可能とする。任意の瞬間におけるキャリアに対してローカルなコイルは、コイル付近を通過する個々のキャリアの方向、速度、加速度およびジャークの精密な制御を提供するためにアクティブ化することができる。

幾つかの実施形態においては、トラックはローカルにカスタマイズ可能な摩擦トラックとして機能する多くの個々に分節できるローラで構成されてもよい。トラックのうちの個々のマイクロセクションは独立して管理できるため、キャリア周囲のローラは、個別化された速度、加速度、およびジャークを提供するために制御されてもよい。幾つかの実施形態においては、各キャリアに個々に局所化された推進力を提供する他のアクティブトラック構造を使用することができる。

幾つかの実施形態においては、トラックは、ほぼ受動的であって、フロア、壁、レールもしくは単一の次元に沿ってキャリアを誘導するための、キャリアの作動に対する任意の他の適切な制限を提供する。これらの実施形態においては、推進力はキャリア自身によって提供される。幾つかの実施形態においては、個々のキャリアは、トラックとキャリアの間の自己推進摩擦ベースの推進力を提供するためのホイールを駆動する、一つ以上の内蔵モータを有する。従来の摩擦トラックとは異なり、トラックがコンベヤである場合、駆動されるホイールを有するキャリアは、独立してトラックを移動し、個々に加速／減速することができる。これによって、個々に調整されたルートに沿ってトラックを移動するのと同様に、各キャリアがそのペイロードに及ぼされる力を制御するために、自身の速度、加速度およびジャークを任意の瞬間に制御することを可能にする。幾つかの実施形態においては、永久磁石がトラック内に提供され、キャリア内の電磁石がキャリアを前方に推進させるために動作し、それによって、駆動磁気力を備えるキャリアを有するＬＳＭとして動作する。キャリアがウォータージェットなどを介して自律的に浮遊して動くことを可能にする流体トラック、トラックによって提供された空気ポケット上にキャリアが浮遊することを可能にする低摩擦トラック（例えば、局所化されたエアホッケーテーブルのように動作する）もしくは個々のキャリアがトラックを移動するときに個別化された推進力を経験することを可能にする任意の他の構成などの、他の受動的トラック構成もまた企図される。

図５は、例示的な知能自律キャリア３００用の制御システムおよびセンサのトップレベルシステム図を示す。キャリア３００は、キャリアを操作するために必要とされる操縦、保守、作動およびセンサ活性を扱うための十分な処理力を含むマイクロコントローラ３０１によって制御される。キャリアはアクティブであって内蔵電子機器を含むため、従来技術の受動的キャリアとは異なり、キャリアは内蔵電力ステーションを含む。このステーションの詳細は、本発明の異なる実施形態で変化する。幾つかの実施形態においては、電力システム３０３は、キャリアが動作すると充電されうるバッテリを含み、他の実施形態においては、バッテリは置換可能であるか、またはキャリアが動作していないときに手動で充電することができる。電力システム３０３は、バッテリを保守するために必要な充電電子機器を含むことができる。他の実施形態においては、電力システム３０３は、地下鉄車両もしくは模型電車が電力を受信するのとほぼ同じ方法で、トラック自体から電位を獲得するための誘導もしくは電気接触機構によって充電されうるキャパシタを含む。

マイクロコントローラ３０１はシステムメモリ３０４と通信する。システムメモリ３０４は、データおよび命令メモリを含んでもよい。メモリ３０４内の命令メモリは、キャリアを操作するために十分なプログラム、アプリケーションもしくは命令を含む。これは、センサ取扱アプリケーションと同様に操縦手順を含んでもよい。メモリ３０４内のデータメモリは、現在位置、速度、加速度、ペイロードの内容、操縦計画、キャリアもしくはペイロードのアイデンティティ、もしくは他の状態情報についてのデータを含むことができる。キャリア３００内に内蔵メモリを含むことによって、キャリアは、現在の状態のトラックを維持して、トラック周囲を知的にルーティングするか、トラックもしくは他のキャリアに状態情報を伝送するために、情報を利用することができる。

マイクロコントローラ３０１は、モーションシステム３０５、センサ３１２、３１３および３１４、通信システム３１５、状態ディスプレイ３１６ならびにサンプルセンサ３１７を操作することを担当している。これらの周辺機器は、バス３１０を介してマイクロコントローラ３０１によって操作することができる。バス３１０は、複数の周辺機器と通信することが可能なＣＡＮバスなどの任意の標準バスであるか、または、個々の周辺機器への個々の信号経路を含むことができる。周辺機器は、それ自身の電源もしくは共通の電力システム３０３を利用することができる。

モーションシステム３０５は、本明細書で記述されたモーションシステムのうちの任意のシステムを操作するために必要な制御論理を含むことができる。例えば、モーションシステム３０５は、駆動されるホイールを利用する実施形態においては、モータコントローラを含むことができる。他の実施形態においては、モーションシステム３０５は、キャリア３００に推進力を提供するために必要な任意のアクティブトラックシステムと通信するために必要な論理を含むことができる。これらの実施形態においては、モーションシステム３０５は、マイクロコントローラ３０１によって実行され、トラックと通信するために通信システム３１５を利用するソフトウェアコンポーネントであってもよい。モーションシステム３０５によって制御されるモータ、アクチュエータ、電磁石などのデバイスに対しては、これらのデバイスがキャリアに内蔵される実施形態においては、電力システム３０３によって電力を供給することができる。ＬＳＭがトラック内のコイルにエネルギーを供給することによって推進力を提供する実施形態などの幾つかの実施形態においては、外部電源もまた、電力を供給することができる。幾つかの実施形態においては、モーションシステム３０５は、推進力を提供するためにキャリア内外のデバイスを制御する。幾つかの実施形態においては、モーションシステム３０５は、トラック内の近傍のコイルにエネルギーを供給することを要求することによって、もしくはローカルローラの移動を要求することによって、推進力を調整するために、トラック内のコントローラなどの他のコントローラとともに動作する。これらの実施形態においては、モーションシステム３０５は、キャリアを動かすために通信システム３１５とともに動作することができる。

キャリア３００は、一つ以上のセンサを含むことができる。幾つかの実施形態においては、キャリア３００は、衝突検出システム３１２を含む。衝突検出システム３１２は、キャリアが別のキャリアに近づいているか否かを判定するために、キャリアの前面もしくは背面にセンサを含むことができる。例示的な衝突検出センサは、ＩＲ測距装置、磁気センサ、マイクロ波センサもしくは光検出器を含むことができる。多くの従来技術のパックは円形であるが、キャリア３００は、前面部分および背面部分を有し、方向性を持ってもよい。指向性の外形を有することによって、キャリア３００は、前面衝突検出器および背面衝突検出器を含むことができる。

幾つかの実施形態においては、衝突検出情報は、通信システム３１５を介して受信された情報を含むことができる。例えば、幾つかの実施形態においては、トラック用の中央コントローラは、衝突を防止するために、トラック上のキャリアの位置および速度を観察して、衝突条件を評価し、キャリアに対してアップデートされた方向を送信することができる。幾つかの実施形態においては、付近のキャリアは、それらの位置をピアツーピア方式で通信することができる。これによって、他のキャリアから受信したリアルタイム位置情報に基づいて、衝突のリスクをキャリアが個々に評価することを可能とする。キャリアが他のキャリアについての軌跡情報を受信するか、または付近のキャリアの軌跡情報にアクセスした中央コントローラの支援によって決定が行われる実施形態においては、キャリアは指向性を持つ必要がなく、また、キャリアの所定の方向に依存しないセンサもしくは受信機を含むことができることを理解されたい。

キャリア３００は位置デコーダ３１３も含むことができる。このセンサは、本明細書で記述されたようにキャリアの位置を推定することができる。例えば、位置デコーダ３１３は、トラック内のランドマークを識別し、トラック内の光エンコーディングを観察し、トラックの瞬間的、相対的な動きを観察するために、カメラもしくは他の光学手段を含むことができる。幾つかの実施形態においては、位置デコーダ３１３は、慣性センサ、磁気センサ、もしくはキャリアの現在位置、方向、速度、加速度および／もしくはジャークを決定するために十分な他のセンサも含むことができる。幾つかの実施形態においては、位置デコーダ３１３のコンポーネントは、通信システムの一部として動作することができる。例えば、幾つかの実施形態においては、トラック内の光マーキングは、ＬＣＤもしくはＥインクディスプレイなどを介して電子的に再書き込み可能であって、位置情報とともにルーティング命令を伝送するために中央コントローラによって使用できる。これらの実施形態においては、位置を決定するために使用される画像センサは、キャリアに通信されるルーティング命令もしくは他のデータを受信するために使用することもできる。

キャリア３００は、任意でバーコードリーダ３１４を含むことができる。バーコードリーダ３１４を備えている場合、キャリア３００は、サンプルがキャリア上に装填されたときか、またはその後の任意の時刻に、そのペイロードのバーコードを観察することができる。これによって、サンプルチューブのバーコードをシステムに読みとらせるために、個々の決定点においてキャリアが停止する必要性を回避する。サンプルチューブのアイデンティティを読み取って格納することによって、もしくはこの情報をシステム全体へと伝送することによって、キャリアは、トラックシステムをより効率的に移動してもよい。なぜなら、ルーティング判定は、決定点に到達する前に行うことができるからである。或いは、サンプルがキャリア上に配置されるとき、サンプルのアイデンティティをシステムが知っている場合、システムは、外部バーコードリーダを含み、通信システム３１５を介して記憶装置およびメモリ３０４用に、キャリアに対してペイロードのアイデンティティを伝送することができる。

通信システム３１５は、キャリアがオートメーションシステム全体と通信することを可能にするのに十分な任意の機構を含むことができる。例えば、これは、８０２．１５．４、任意の適切なバージョンの８０２．１１、もしくは任意の標準もしくは専用ワイヤレスプロトコルなどのオフザシェルフ（市販の）通信プロトコルを利用するワイヤレス通信用のＸＢｅｅ通信システムを含むことができる。通信システム３１５は、ＲＦ通信プロトコルを操作するための送受信機およびアンテナおよび論理（回路）を含むことができる。幾つかの実施形態においては、通信システム３１５は、近接場通信、光通信、もしくは電気接触コンポーネントも含むことができる。キャリア３００へと／キャリア３００から通信システムを介して伝送される情報は、本出願を通して記述される。

幾つかの実施形態においては、キャリアは、状態ディスプレイモジュール３１６も含むことができる。状態ディスプレイモジュール３１６は、コントローラと、ＬＣＤパネルもしくはＥインクディスプレイなどの再書き込み可能な電子ディスプレイを含むことができる。幾つかの実施形態においては、コントローラは、マイクロコントローラ３０１が状態ディスプレイ３１６を容易にアップデートすることができるように、メモリのうちのアドレス指定可能な部分として扱われる。

幾つかの実施形態においては、キャリアはサンプルセンサ３１７も含む。このセンサは、キャリアのチューブブラケット（チューブホルダとも称されうる）内の流体容器の存在もしくは不在を示すために使用することができる。幾つかの実施形態においては、これは、チューブの存在によって押され、チューブが存在しないときには押されない一時的な機械スイッチである。この情報は、チューブの状態を決定するために使用することができ、状態ディスプレイモジュール３１６による状態情報の表示を支援することができる。

［ルーティング］
分析器システム内の通過時間を迅速にする要望が、ルーティングを困難なものにする可能性がある。従来技術のシステムにおいては、迅速なルーティングはそれほど重要ではない。なぜなら、サンプルは、各決定点において概して停止し、単一化され、スキャンされるからである。当該システムにおいては、任意の決定点用のルーティング判定は、サンプルが停止している間に行うことができる。迅速なルーティング判定は、概して望ましく、サンプルキャリアが決定点に到達する前にスイッチングを決定することを必要とすることがある。さらには、キャリアが従来技術と比較して速い速度で移動するため、サンプルキャリアの瞬間の軌跡の制御は、ＩＶＤサンプルの溢流もしくは損傷を防ぐために、リアルタイム処理によって支援することができる。幾つかの実施形態においては、実質的に瞬間の軌跡観察および制御は、リアルタイム制御を容易にするために各内蔵キャリアで実施されるが、全体のルーティング判定は、一群のキャリアを管理する中央コントローラによって行われる。したがって、本発明の幾つかの実施形態においては、キャリアは、中央コントローラからグローバルルーティング命令を受信する半自律ロボットのように動作するが、実質的に自律してローカルモーション判定を行う。

例えば、キャリアがサンプル（例えば、患者の流体サンプルもしくは他のペイロード）を受け取ると、一つ以上のキャリアを管理する中央コントローラは、当該キャリア用のスケジュールを決定し、例えば、インビトロ診断オートメーションシステムのトラック上でキャリアがどこに進行すべきかを、キャリアに対して命令する。この命令は、任意の決定点へと進行する、次の決定点へと前方に移動する、もしくは任意の決定点において曲がるなどの次のホップの命令（例えば、ルートの次の区間を識別する）とすることができる。幾つかの実施形態においては、命令は、移動するべきトラックセグメントおよび決定点ならびに各決定点において曲がるか否かの完全もしくは部分的なリストを含むことができる。これらの命令は、本開示を通して説明されるように、ワイヤレスもしくは電気接触シグナリングを含む任意の従来手段を介して、中央コントローラからキャリアへと通信することができる。

キャリアは、ルーティングおよび軌跡制御にアクティブに関与するため、例えば、ＩＶＤオートメーションシステムのトラックを移動するときに、位置および速度情報を決定するための方法を有しているべきである。加速度計が相対的速度および位置を決定するために一体化できる加速度情報を提供できるが、この情報の精度は、システムにおけるある地点において、キャリアおよびキャリアが運搬するサンプルを配置するために確実であるには不十分である可能性がある。例えば、ピペットは、チューブの壁に接触することなく、キャリア上のチューブ内に正確に配置される必要があることがある。したがって、トラック上のある地点において、ほぼミリメートル内でキャリアおよびそのペイロードを正確に位置付けることが望ましいことがある。直線などのトラックの他のセクションにおいては、精密な絶対的位置エンコーディングは必要ではない。

幾つかの実施形態においては、トラック（例えば、一つ以上のトラック表面上もしくは一つ以上のトラック表面内）上の光エンコーディングは、キャリアに位置および／もしくは速度情報を提供するために使用することができる。配置情報における精度の必要性はシステム内いたるところで変化する可能性があるため、幾つかの実施形態は、オートメーションシステムの一部における不必要なエンコーディング精度を放棄する。幾つかの実施形態においては、トラック自体における自然な表面特性は、位置エンコーディングに対して使用することができる。これによって、直線もしくは決定点間のトラックセクションなどの精密な絶対的位置が不必要な領域にキャリアが移動するとき、トラック表面の相対的な動きをキャリア上のイメージングデバイスが追跡することが可能となる。この自然的エンコーディングは、トラック内のいたるところに既知の間隔で同期マークを配置することによって補完することができる。例えば、粗い（概略的）軌跡情報が許容可能な領域においては、自然な点食（ｐｉｔｔｉｎｇ）および表面の他のテクスチャ（ｔｅｘｔｕｒｅ）は、二つの絶対的位置マーク（ピペットに配置されるマークもしくは決定点など）間の操縦用に使用することができる。一方、表面テクスチャから識別可能なマークは、同期情報を提供し、かつトラック表面の相対的な動きの観察から累積しうる任意のエラーを補正するために、１０ｃｍ毎などの定間隔で配置することができる。

トラック（および任意のエンコーディング）の観察を通して得られる位置および／もしくは速度情報を使用して、各キャリアは、トラックシステム内の宛先へと迅速、かつ正確に、ならびに運搬されるサンプルを損傷したり、溢流させることなく、到達するためのルーティング命令に従うことができる。この位置情報は、曲線における横力を最小限化するために、または、意図された宛先で停止するために十分な距離でキャリアが制動することを可能にするために、トラックの外形（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）およびキャリアのペイロードの物理的特性についての情報とともに任意の瞬間に適切な加速度および速度を決定するために使用することができる。位置情報に加えて、キャリアは軌跡判定を行うことができるが、命令に従う間、各キャリアは適切な速度、加速度およびジャーク（本明細書で使用されるように、加速は減速を含む）の判定を行うことができる。これは、衝突を回避するために、または過度の横力を引き起こすことなく曲線に入るために、または、次の決定点の前に減速するために、キャリアが減速しなければならないか否かのリアルタイム判定を含むことができる。これらの判定は、近傍のキャリアの位置および軌跡についての情報などの、キャリアによって受信される外部情報と同様に、任意の内蔵センサの補助で行うことができる。例えば、加速度計およびトラックエンコーディング情報は、キャリアの現在位置と同様に、現在速度、加速度およびジャークを判定するために使用することができる。この情報は、各キャリアによって、その軌跡を判定するために使用することができ、および／もしくは、他のキャリアに伝送することができる。

図６は、オートメーショントラックシステム４００における例示的なルーティングシナリオを示す。キャリア４３０は、ＲＦシグナリングを介して、中央管理コントローラ４４０からのルーティング命令を受信する。キャリア４３０は、図５に示されたキャリア３００などのキャリアの任意の適切な実施形態とすることができる。中央管理プロセッサ４４０は、マイクロプロセッサ、一つ以上のプロセッサ上で動作するソフトウェア、もしくはトラックシステム４００内の複数キャリア用のスケジュールを計算するのに適した他の従来のコンピュータ手段とすることができる。中央管理プロセッサ４４０は、トラックシステム４００におけるセンサからの任意のセンサ情報および／もしくはキャリアによって報告された情報と同様に、複数キャリアからの位置情報を受信することができる。中央管理プロセッサ４４０は、キャリアによって運搬されたサンプルもしくは他のペイロードのアイデンティティおよびこれらのサンプルに対してシステムによって実施すべきものとされたアッセイと同様に、キャリアおよびトラックの状態情報を利用する。

図６に示された例示的なトラック４００は、直線セグメントＢおよびプルアウトセグメントＧ（例えば、試験ステーションを提供するセグメント）に接続する第一のカーブセグメントＡを含み、プルアウトセグメントＧは、決定点４０２を介して、分析器／試験ステーション２０５Ａおよびピペット４２０を提供する。セグメントＢは、直線セグメントＣおよびプルアウトセグメントＨに接続し、プルアウトセグメントＨは、決定点４０４を介して、分析器／試験ステーション２０５およびピペット４２２を提供する。セグメントＣは、決定点４０６を介して、曲線セグメントＤ（サンプル取扱ステーション２０５Ｃを提供する）およびプルアウトセグメントＩ（分析器／試験ステーション２０５Ｂおよびピペット４２４を提供する）に接続する。セグメントＤは、決定点４０８を介して、直線セグメントＥおよびプルアウトセグメントＩの他端に接続する。即ち、決定点４０６と４０８の間には、異なる経路であるセグメントＤおよびＩが存在する（セグメントＩは、ピペット４２４と相互作用するために、サンプルを送達するのに使用できるプルアウトである）。セグメントＥは、決定点４１０を介して、直線セグメントＦおよびプルアウトセグメントＨの他端に接続する。セグメントＦは、決定点４１２を介して、カーブセグメントＡおよびプルアウトセグメントＧの他端に接続する。幾つかの実施形態においては、トラック４００は、決定点４０２および４１２において、キャリアを追加もしくは除去するために使用できる入力および出力レーンＪおよびＫを含む。

幾つかの実施形態においては、決定点４０２−４１２は、適切な宛先セグメントを選択するためにキャリア４３０が通過できるトラック内の受動的分岐点である。他の実施形態においては、決定点４０２−４１２は、キャリア４３０もしくは中央管理プロセッサ４４０によって制御されるアクティブ分岐点である。幾つかの実施形態においては、決定点４０２−４１２は、ＲＦもしくは近接場通信などを介して、キャリア４３０による要求に応答して電磁的に制御されるスイッチである。幾つかの実施形態においては、これらの電磁的に制御されるスイッチは、キャリアが一度ルーティングされたらスイッチが戻るデフォルト位置（直線となるような）を有する。決定点用のデフォルト位置を利用することによって、キャリアは、決定点において（スイッチが）切り替えられる必要がない場合に、各決定点において位置を要求する必要がない。

スケジューラ中央管理プロセッサ４４０は、ピペット４２０の到達範囲内にキャリア４３０およびそのペイロードを配置するために、第一のルート（ルート１）をキャリア４３０に割り当てる。キャリア４３０は、決定点４０２へとセグメントＪに沿って移動し、かつ、ピペット４２０にアクセス可能な位置で停止するようにセグメントＧ上を移動するように命令される。幾つかの実施形態においては、キャリア４３０は、命令を受信して、決定点４０２に到達するために使用するための方向および軌跡を決定するために、キャリアの現在位置および軌跡を決定する。キャリア４３０は、セグメントＧ上へと決定点４０２において急激な右折をするであろうことを考慮に入れることもできる。幾つかの実施形態においては、決定点４０２は、キャリア４３０の制御下で動作することができる、トラック内のスイッチング機構を含む。これらの実施形態においては、キャリア４３０は、セグメントＧ上へのスイッチングを要求するために、決定点４０２へ近付くときにトラックと通信する。他の実施形態においては、キャリア４３０は、トラック内に一体化された外部ゲートの支援なしで、決定点４０２においてキャリア４３０がセグメントＧ上へ右折をすることを可能にする操縦機構（可動ガイドホイール、指向性磁石、非対称ブレーキなど）を有してもよい。これらの実施形態においては、キャリア４３０は、セグメントＧ上への曲がりを行うために、決定点４０２において操縦機構を作動させる。

この判定は、最後の既知の位置について内蔵メモリを調べることを含む、トラック内の位置エンコーディングの観察に基づくことができる。トラックからの近接場通信は、トラックによって使用されるエンコーディングスキームおよび現在のトラックの識別情報を提供するためにも使用することができる。キャリア４３０は、決定点４０２において、セグメントＧへと急な右折を行うであろうことを考慮することができる。位置エンコーディングを使用して、キャリア４３０は、どこでキャリアがトラックＪ上の決定点４０２に関連してくるかを決定し、また、適切な速度で決定点に近づくことを保証するために、適宜この軌跡を調整する。

キャリア４３０は、光エンコーディングもしくはＲＦＩＤタグなどのトラック内のエンコーディングを読みとることによって、キャリアの概略的位置（セクションＪなどのキャリアの現在のトラックセクション）を決定することができる。幾つかの実施形態においては、キャリア４３０は、トラックシステム４００内のキャリアの位置を決定するための複数の手段を使用する。例えば、ＲＦＩＤタグは、一般的にどのトラックセグメントにキャリア４３０が位置するのかを判定するために使用することができ、光エンコーディングもしくは他の精密なエンコーディングは、当該トラックセグメント内の位置を判定するために使用することができる。このエンコーディングは、（例えば、位置情報から派生的な）エンコーディング内の変化を観察することによって、速度、加速度もしくはジャークを決定するために使用することもできる。

キャリア４３０は、中央管理プロセッサ４４０によって受信された明示的な命令、もしくは図５における内蔵制御システムに示されるように、メモリ３０４内の内蔵データベース内の適切なルートを探すことのいずれかによって、宛先セクションへの適切なルートを決定するために、現在のトラックセクションの識別情報を利用することができる。幾つかの実施形態においては、キャリア４３０は、メモリ３０４内でキャリア４３０のメモリに格納されたマップに基づいて、セクションＪからセクションＧへと如何にして到達するかを理解する。このマップは、単純なルックアップテーブルもしくは、各ノードが対応する決定点によってリンクされるかもしくはその逆にリンクされるトラックセクションのツリーを含むことができる。例えば、キャリアが現在トラックセクションＪにあることを識別すると、内蔵データベースは、セクションＧ上へと右折するために、決定点４０２へと進行するようにキャリア４３０へと知らせることができる。

［光学的ナビゲーション（誘導、操縦）］
図６に示される例示的な実施形態においては、トラックセクションへの入口にＲＦＩＤタグを配置することによって、キャリアが当該セクションに入るときに、キャリア４３０に、セクションＡ−Ｋなどの現在のトラックセクションを知らせるために近接場通信（例えば、ＲＦＩＤ）を使用することができる。トラックセクションの識別情報は、光マークを介して知らせることもできる。これらの光マークは、キャリアが進入するトラックセクションを識別する標識のように機能することができる。これらのマークは、絶対的位置（例えば、トラックセクションの精密な開始点または決定点もしくはピペット位置などのトラックシステム内の任意の既知の位置）を知らせることもできる。

これらのマークは、例えば、ステッカー、塗装、エッチングなどの、静的マークを提供するためのトラック表面上のマークを含む任意の従来手段によって、トラックに対して、低コストで（例えば、比較的安価に）適用することができる。これらのマークは、例えば、参照点を提供して、マーキングを何らかの性能によって動的に変化させることを可能にするするためにトラックの表面内に配置されたＬＣＤ、ＬＥＤなどを含むアクティブ素子であってもよい。例えば、任意の構成においては、トラックセクションのある位置は、重要な絶対的位置であってもよい。しかしながら、他の構成においては、もしくはあるキャリアに対して、当該位置は重要性を有さなくてもよい。当該実施例においては、アクティブマークは、再書き込みされたり、ならびに／またはオフ状態にすることができる。

幾つかの実施形態においては、マークは、一連のＥインク、ＬＣＤ、ＯＬＥＤパネルディスプレイなどの再書き込み可能な表面によって提供される。これによって、構成機構の一部として、もしくはシステム構成機構の一部として、キャリアに対する動的内容（ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｎｔｅｎｔ）を伝送するために、中央コントローラがマークを動的にアップデートすることを可能にしてもよい。例えば、分析器内の位置は、分析器が試験モードなどのあるモードもしくは構成にあるときに重要性を有してもよい。

幾つかの実施形態においては、マークは白黒ではなく、また、他の明確な二色の組み合わせでもない。例えば、幾つかの実施形態においては、マークの寸法はトラックに沿って変化する。絶対的位置情報に対してはある特別なマークを利用し、絶対的位置マーク間の位置を同期化するために、繰り返し（例えば、１０ｃｍ毎もしくは他の適切な距離で）より小さなマークを利用することにより、マークの寸法は情報を知らせるために使用することができる。同期マークを利用することによって、エンコーディングスキームは、キャリアが絶対的位置マーク間のトラック表面の相対的な動きを観察するときにエラーを累積しないことを保証することができる。絶対的位置マークは、キャリアの寸法およびキャリアの光学部品に対して任意の適切な寸法とすることができる。幾つかの実施形態においては、各マークは、キャリアによって単一フレーム内で可視であるように、形成される。幾つかの実施形態においては、各マークは１ｃｍに満たない。

他の実施形態においては、マークは複数色で構成することもできる。マークの色は、現在のトラックセクションのエンコーディングの同期ピッチなどの、ある情報を知らせることができる。例えば、黒白のマークは、ピペット周囲などの高い精度が必要とされる領域で使用されてもよいし、赤白のマークは、キャリアが減速すべきことをキャリアに示すために、決定点もしくは曲線近傍にあるトラックセクション上で使用されてもよい。即ち、色は警告として機能することができる。同様に、決定点などの障害物後のエンコーディングは、キャリアが加速するための適切な領域にあることを、キャリアに知らせるために緑色にされてもよい。他の実施形態においては、黒白のマークは、ある既知のピッチで構成され、赤白のマークは、より粗いピッチで構成されてもよい。マークは、反射的にすることもできるか、または、そこ以外では反射する表面で光を吸収するようにすることができる。

黒白（もしくは任意の他の対照的な色の組み合わせ）のマークに加えて、トラック４００は、他のアーティファクトを介して位置情報を知らせることができる。例えば、トラックは、ＬＥＤ、もしくはトラック表面から際立つ光シンボルなどのランドマークを含むことができる。ランドマークは、試験ステーションに対する停止点、曲線に入る制動領域、もしくは決定点に近づく制動領域などの、トラックにおける重要な特徴を示すことができる。ランドマークは、絶対的位置マークの一タイプとすることができる。

計画された軌跡をキャリアが繰り返し実現することを開始すると、ステップ５２０において、その宛先端子もしくは近付く決定点などの近付くランドマークに対してトラックを観察する。これらのランドマークは、ステップ５２０において、近付く重要な決定点を介するものとして識別することができる。これらのランドマークは、試験ステーション用の停止点、曲線に入る制動領域、もしくは決定点に近づく制動領域などのトラック内の重要な特徴を介するものとして識別することができる。ランドマークは、観察されたエンコーディングからランドマークに対する距離を推定することによってか、またはその幾つかの組み合わせによって、あるタイプの絶対的位置マーク警告、もしくは制動ＬＥＤとすることができる。ランドマークが近づいていない場合、キャリアは、ステップ５０４へと進み、計画された軌跡を繰り返し計算して実行し続ける。

本実施例においては、２つのタイプの重要なランドマークが存在する。第一のランドマークはキャリアの宛先を含んでもよい。キャリアは、トラックエンコーディングもしくはＬＥＤなどのランドマーク形体に基づいてその宛先に近づいているか否かを判定し、停止を開始するか、または停止手順を完了するためにこの情報を利用する。例えば、キャリアは、ピペットにアクセス可能な精密な位置で停止するために命令されてもよい。この精密な位置は、ミリメートル精度でキャリアが精密な位置で停止することを支援するために、トラックの壁もしくは床内のＬＥＤを含んでもよい。幾つかの実施形態においては、キャリアは、その宛先の概略的位置にキャリアを動かすために十分な概略的軌跡を計算するために、トラック表面（例えば、表面テクスチャおよび同期マーク）を観察する。絶対的位置マークは、正確な宛先への位置付けをするために精密なエンコーディングを提供することができる。

別の利用可能なランドマークは、決定点を示す可能性がある。トラック内のエンコーディングとして警告ＬＥＤもしくはマークを利用することにより、キャリアの現在位置に対して、キャリアへと近づく決定点の位置を知らせることができる。ＬＥＤは、動的にエンコードされた情報を提供することができる。例えば、中央スケジューラは、決定点前の幾らかのトラック距離で、制動位置におけるＬＥＤを照射してもよい。これにより、不必要な加速もしくは衝突を防止するために、キャリアに減速することを警告することができる。幾つかの実施形態においては、キャリアが決定点において曲がる予定がない場合、中央スケジューラはＬＥＤを照射することを控えることができる。ランドマークを必要としないキャリアは、単にランドマークを無視することができる。制動ランドマークは、曲がる前にキャリアの軌跡を修正するための安全装置（ｆａｉｌｓａｆｅ）として役立つことができる。キャリアが曲がる予定で、かつ予期していなかったランドマークを観察する場合、キャリアによって推定された位置が間違っていることを示すことができる。サンプルを害するか溢流しうる不必要な横力を防止するために、決定点において曲がるときにキャリアの速度が十分に遅くなるように、減速を開始するために軌跡をアップデートする必要があることがある。

図７Ａは、キャリア４３０が停止できる異なる位置を示す。本実施例においては、ピペット４２０は、小さなサンプル待ち行列を操作する。待ち行列内のキャリアの動きは、表面４５０、４６０および４７０によって制約を受ける可能性がある。ここで、キャリア４３０Ａは、位置Ａにおいてピペット４２０より前に停止する。一方、キャリア４３０Ｂは、ピぺット４２０直下の位置Ｂで停止する。これによって、キャリア４３０Ｂによって運搬されるサンプルとピペット４２０が相互作用することが可能となる。キャリア４３０Ｂは、サンプルとピペット４２０が正確に相互作用することを可能にするために、位置Ｂに対して精密な位置内に停止することが必要とされてもよい。例えば、精密な位置は、位置Ｂのミリメートル内にキャリア４３０Ｂを配置することを含んでもよい。他の実施形態においては、より精密な配置は、例えば、一実施形態においては、０．５ｍｍ内で、別の実施形態においては、０、１ｍｍ内で提供されてもよい。ローカル待ち行列がランダムアクセスである場合、別のキャリア４３０Ｃは、位置Ｃに配置され、位置ＡもしくはＢでピペット４２０と相互作用するために待機する。図７Ａに示された例示的なステーションは、試験ステーション２０５Ａ（図６参照）を含んでもよいが、類似の実施例は、ピペット４２２および４２４によってサービスされる（ｓｅｒｖｉｃｅｄ）ステーションで存在してもよい。

ピペット４２０周囲の精密な位置エンコーディングを達成するために、図７Ｂもしくは図７Ｃに示されるマークが使用されてもよい。図７Ｂに示された実施例においては、二つのタイプの絶対的位置マークが使用される。ＱＲコード５１０は、位置Ｂに対する精密な位置特定を提供するために、トラック表面５００上に配置される。ＱＲコードは、マークの構造内に精密な位置情報を固有に持っていることに留意されたい。例えば、ＱＲコード５１０の大きな正方形形体は、方向づけ情報を提供するのと同様に、マーク自体内に参照位置を提供する。同様に、幾つかの実施形態においては、ＬＥＤ５０５などの光源は、さらなる精度もしくは代わりの精度を追加するために、位置Ｂで提供することもできる。他の実施形態においては、ＱＲコード５１０が十分な絶対的位置情報を提供するので、ＬＥＤは使用されない。マーク５１０および５０５は、同一のトラック表面上にある必要はない（が、幾つかの実施形態においては、同一のトラック表面上にある可能性がある）。例えば、一方はトラックの床面上にあって、一方はトラックの壁面上にあってもよい。この実施例においては、位置ＡおよびＣは、位置Ｂから任意の既知の距離にあって、キャリア４３０は、以下に説明されるように、相対的精度をもって、位置Ｂと位置Ａとの間の短い距離を動くにあたり、トラック表面上のキャリアの相対的な動きを観察するために、トラック表面５００の自然な表面テクスチャを使用することができる。

図７Ｃは、位置Ａ、ＢおよびＣを示すために十分な位置マークの別の実施例を示す。図７Ｃに示されるように、絶対的位置マーク５２０は、表面５００上に配置することができる。本実施例においては、絶対的位置マーク５２０は、二次元ラジカルスタイル（ｒａｄｉｃａｌ ｓｔｙｌｅ）マークである。これは、キャリア４３０に対して縦および横方向の位置情報を提供するために使用することができる。例えば、キャリアがトラックに対して横方向と同様にトラックに沿って動く自由度を有する一実施形態においては、この二次元情報は、きわめて有用である可能性がある。横方向の動きの自由度を有する実施形態においては、この実施形態は、横方向の動きの大きな自由度を必ずしも有するわけではないことに留意されたい。例えば、キャリアが自身の操縦（ｓｔｅｅｒｉｎｇ）機構を有し、トラック壁面によって必ずしも物理的に誘導されない実施形態においては、キャリアの横方向の位置は、トラックの長さに沿って数ミリメートルもしくは数センチメートル変化することがある。横方向の位置情報は、その後、サンプルと相互作用するときにピペットによって横方向の調整を行うことができるように、その軌跡を補正するために、もしくはサンプルのサンプルピペットに対する横方向配置のずれを伝送するために使用することができる。

絶対的位置マーク間で、トラック表面５００は、同期マークなどの相対的位置マーカを含むことができる。図７Ｃに示されたマーク５２２および５２４は、同期マークの実施例である。例示的な一実施形態においては、同期マークは、例えば、１０ｃｍ毎などの所定の間隔でトラックに沿って配置されてもよい。当該一実施形態においては、位置ＡおよびＣは、図７Ｃの同期マーク５２２および５２４にそれぞれ対応し、ここで、位置Ａは例えば、位置Ｂから１０ｃｍ離れている。図７Ｂに示された例示的実施形態とは対照的に、キャリアが位置Ａもしくは位置Ｃにおいて、それ自体を正確に配置するためのトラックの相対的動きの観察において精度に依存する必要がないように、同期マーク５２２および５２４は、位置Ａおよび位置Ｃにおける絶対的位置マークとして其々機能することができる。図７Ｂにおける例示的実施形態は、位置ＡおよびＣに存在するか、存在しない同期マークも含んでもよいことを理解されたい。

図８Ａおよび図８Ｂは、本発明で使用できる例示的トラック４００の断面を示す。これらの断面は、位置情報をエンコードするために使用できる複数表面を有する。例えば、図８Ａは、底部表面４７２、右表面４５２、左表面４６２および少なくとも一つの上部表面４８２を有するトラフ状トラックを示し、上部表面４８２は、上面４８２Ａおよび下面４８２Ｂを有する。これらの任意の表面は、位置マークをエンコードするために選択されてもよい。このトラック上を移動する適切なキャリアは、マークを観察するために配置された光検出器もしくは他の光学的検出器を含むことができる。図８Ｂにおけるトラックはモノレールタイプ構造である。このトラックは、其々、右底表面４７５、左底表面４７４、右垂直面４５４、左垂直面４６４および少なくとも一つの上部表面４８４を有する。同様に、これらの任意の表面は、位置情報をエンコードするために適切なように選択することができる。

位置マークは、任意の適切な方法でこれらの表面のうちの任意の表面に適用することができる。幾つかの実施形態においては、これは、ステッカー、ラベル、エッチング、塗装、マーキングを適用すること、反射特性を変化させること、トラックに対して電子的にもしくは任意の他の適切な手段によって再書き込み可能な表面を適用することを含むことができる。

図９は、図６に示されたようなトラックシステム内のマーク配置の一実施例を示す。セクションＢに入ると、キャリアは参照マーク６０１を観察し、参照マーク６０１は、二次元ブルズアイ（ｂｕｌｌｓ−ｅｙｅ）パターンであってもよい。これはキャリアがトラックセクションに入るときにキャリアの二次元計算をするために使用することができる。マーク６０１は、絶対的位置マークとして機能してもよい。マーク６０１を観察した後、キャリアは、トラックを移動するときに、トラックの相対的な動きを観察することによって進行することができる。これは、イメージングデバイスを利用して軸のずれた（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）光源から生成された影の動きを観察することと、画像内の形体の動きを認めるために、連続的フレームを比較することと、を含むことができる。これは、現在の軌跡を概算してトラックセクションＢ内の現在位置を推定するうえで、相対的精度を提供することができる。

同期マーク６０２は、セクションＢのトラック表面上に定間隔で提供されてもよい。定間隔で同期マーク６０２を配置することによって、キャリアが移動するとき、トラックの相対的な動きの観察における不正確による位置精度における任意のドリフトを補正するか、または説明することができる。このエラーは、フレーム速度および画像の誤差（不鮮明な画像もしくは低解像度）による、もしくは画像処理エラー（画像アーティファクトの誤った補正など）による、サンプリングエラーの累積である可能性がある。トラック表面に対するキャリアの相対的動きを観察するうえでのエラーに対する頑強性（および／もしくは当該エラーの補正）を提供することによって、キャリアを実現するコストを低減しうる、より低い精度の画像センサが使用されてもよい。さらには、トラック表面内のテクスチャ形体を観察することによる速度の概算が、サンプルを溢流させることなく、また、位置と軌跡のリアルタイム推定の必要なしにキャリアをルーティングするのに適切でありながら、同期マークは低コストでさらなる位置精度を提供することができる。

図９に示される実施例においては、決定点４０４に到達する前に、位置マーク６１０は、近づく決定点４０４についての情報をキャリアに提供することができる。マーク６１０は、例えば、ＱＲコードの形式で絶対的位置マークであってもよい。ＱＲコードは、画像内に存在するバイナリパターン内に複数ビットのデータを含むことができる。ＱＲコードによって伝送できる情報量は、ＱＲコードにおけるバイナリ情報の解像度に依存する。例えば、バージョン１のＱＲコードは、２１×２１ピクセル画像を提供するが、バージョン４のＱＲコードは、３３×３３ピクセル画像を含み、エラー補正を含む５０文字の情報を伝送することができる。任意の適切な寸法のＱＲバージョンを選択することができ、任意の既知のＱＲエンコーディングスキームが、用途に対して適切なように使用することができる。例えば、より低い解像度のＱＲコードは、大量の情報を単一のＱＲコードで伝送する必要がない場合、キャリア内に使用されるイメージングセンサのコストを低減するために使用されてもよい。より正確なイメージングセンサが（例えば、より安価に）使用可能なとき、より密なＱＲコードが幾つかの実施形態で容易に使用されてもよい。ＱＲコードは、頑強性を提供するために、ビルトインエラーコーディングのために、本発明の実施形態での使用に対して有用であるが、キャリアに対する位置的および方向的参照点を提供する容易に識別可能な特徴も含む。（例えば、ＱＲコードの角における固定されたブルズアイパターン）

本実施例においては、ＱＲコード６１０は、キャリアを適切に操縦するために十分な時間で、キャリアに対して決定点４０４についての情報を知らせるためにと、位置との双方のために使用されてもよい。さらなる絶対的位置マーク６１５は、キャリアが方向変換もしくは決定点４０４でのその他の相互作用を開始する必要がある精密な位置を示すために、決定点４０４で使用されてもよい。キャリアがトラックセクションＣに進行する場合、リアルタイム軌跡概算を提供するためにトラック表面における変化を観察して、当該概算における任意のエラーを補正することができる。同期マーク６０４を観察すると、キャリアは、その位置において任意の累積されたエラーを補正するか、その後の同期マークの予測位置に同期させるために第一の同期マーク６０４を使用してもよい。位置マーク６３０は、例えば、セクションＣ内の重要な位置を示すために、ＬＥＤの形式とすることができる。

あるいは、決定点４０４でキャリアがセクションＨに逸れる場合、キャリアは、トラック表面およびキャリアの相対的な動きの観察からリアルタイム軌跡を判定する。同期マーク６０６との遭遇によって、キャリアのリアルタイム軌跡の概算に累積された任意のエラーは補正することができる。

幾つかの実施形態においては、同期マークは定間隔で提供されることに留意されたい。定間隔で同期マークを提供することによって、それらは、軌跡を計算するために使用できるだけでなく、位置デコーディングセンサを較正するためにも使用することができる。例えば、トラック表面の画像において観察された変化から位置情報を推定するプロセッサは、同期マークから所定の相対的な動きの一定の程度が、現実世界の実際の動きの程度に対応することを知ることができる。即ち、キャリアは、将来のエラーを予測し、軌跡のリアルタイム計算を調整するために観察されたエラーを使用することができる。他の実施形態においては、位置デコーディングセンサにおいて使用される画像センサは、あるピクセル数の観察された画像距離が、現実世界における所定の距離に対応するといわれているような場所で較正することができる。

セクションＨに沿って進行し、キャリアがピペット４２２と相互作用できる点に到達すると、キャリアは別の絶対的位置マーク６２０に遭遇する。ここで、位置マーク６２０は、ピペット４２２に関連するものとして、位置を識別するデータを含むＱＲコードであってもよい。例えば、ＱＲコードは“ピペット４２２”と言ってもよい。トラック上の表面上任意の点を示すマークの他にもさらなる情報を提供することによって、観察するキャリアは、その宛先のＱＲコードを読み取ることによって、トラックシステム内の正しい絶対的位置に到達したことを保証することができる。図９に関連して示されて記述された種々のタイプの絶対的位置マークは交換可能であってもよいことを理解されたい。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、図９に示されたトラックセクションの別の実施形態を示す。これらの実施例においては、決定点４０４は、キャリアが追従することができるラインを提供する。例えば、操縦システムを有するキャリアは、追従するべき経路を示す縦方向のラインに継続して追従することによってトラックシステムを移動することができる。中央コントローラ４４０（図６）などの外部コントローラによって変更できる、このラインに追従することによって、キャリアは、機械的ゲートの必要性なく、トラックシステムを通行することができる。本実施例においては、キャリアは静的ラインでありうるライン６４２に追従することができる。例示的な目的のために、ライン６４２は、破線として示されているが、実線もしくは任意の他の適切なタイプのラインが使用されてもよい。決定点４０４に近づくと、キャリアは、近づく決定点４０４を識別するＱＲコードでありうる絶対的位置マーク６１０を観察するであろう。これは、決定点が突出していることをキャリアに警告して、適宜その軌跡を調整するために、使用することができる。

キャリアが図１０Ａに示されるように方向変換することによって操縦すべき場合、ライン６４０は照射されるか、オン状態にされるか、或いは他の方法でキャリアに対して示されてもよい。幾つかの実施形態においては、ＥインクディスプレイもしくはＬＣＤディスプレイなどの再書き込み可能な電子ディスプレイは、キャリアに対して追従すべきラインとして、ライン６４０（暗線として示される）を示すことができる。ライン６４０を移動した後、キャリアはライン６４２のような静的ライン６４４に遭遇し、静的ライン６４４は、塗装、ステッカーもしくはエッチングなどによって、トラックの表面上に永久的に描かれてもよい。或いは、ライン６４２および６４４は、トラック上に動的に表示されてもよい。

キャリアが図１０Ｂに示されるように、直進するように操縦すべき場合、ライン６４６は照射されるか、オン状態にされるか、さもなければ他の方法でキャリアに対して示されてもよい。ライン６４０のように、この指示は、ＥインクディスプレイもしくはＬＣＤディスプレイなどの再書き込み可能な電子ディスプレイを介して行われてもよい。

幾つかの実施形態においては、マーク６１０は、再書き込み可能な電子ディスプレイも含む再書き込み可能なランドマークである。これは、キャリアに対してマーク６１０がルーティング情報を伝送することを可能にし、キャリアが曲がるべきか、直進すべきか否かを示してもよい。幾つかの実施形態においては、これはライン６４９および６４６の動的描画もしくは強調表示を必要とすることなく行われてもよい。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、軌跡および位置情報を判定するために、マークおよびトラック表面の特徴を観察するために、位置デコーダ３１３（図５参照）と併せて使用できる例示的ハードウェアを示す。示されるように、光源７０２は、ＬＥＤの形式もしくは画像センサ７０４からオフアクシスの他の光源で提供することができる。表面７０８に対して急な角度での照射を含みうる、オフアクシス照射を提供することによって、光源７０２は、任意の表面テクスチャを強調するために、表面７０８内に影を生成することができる。トラック表面７０８の画像を適切に観察するためのレンズなどの光学部品を含みうる画像センサ７０４は、リアルタイムで定間隔で表面の画像を捕捉する。画像プロセッサ７０６は、画像センサ７０４からの信号をデコードして、位置デコーダ３１３へと画像データを提供するために、画像センサ７０４に結合されてもよい。

画像プロセッサ７０６もしくは位置デコーダ３１３は、画像データから突出した特徴を推定するための適切なプロセッサおよびソフトウェアを含んでもよい。適切なプロセッサは、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＤＳＰ、ＡＰＵ、ＡＳＩＣ、もしくは画像を処理するための任意の他の適切な回路を含むことができる。いったん画像が処理されると、類似の特徴を見出すために、当該画像は、連続的もしくは以前の画像に対して比較することができる。これらの特徴は、特徴が連続的画像間でどの程度移動したかを示すために、ピクセル距離を判定するために比較することができる。画像は、画像の比較内の複数のピクセルモーションベクトルを生成するために比較することもでき、これらは二つの画像間の軌跡を判定するために平均化される。複数の連続的画像を使用することによって、画像間のピクセル距離における任意の量子化エラーは、平均化することなどによって補正することができる。

図１１Ａに示される実施例においては、画像センサ７０４は、マーク間のトラック７０８のテクスチャを観察する。示されるように、キャリア、さらには画像センサ７０４が右側へ移動すると、画像センサ７０４は位置マーク６０１を観察する。位置マーク６０１に遭遇すると、位置デコーダ３１３は、キャリアのボディに対して位置マーク６０１の中心の正確な位置を判定するために連続的画像を比較することができる。例えば、連続的画像は、画像センサ７０４が絶対的位置マーク６０１の中心の既知の位置に移動した、特定の時間を示す画像内でセンタリング位置マーク６０１にどの画像が最も近いかを判定するために比較することができる。この方法においては、画像センサ７０４は、絶対的位置マーク（マーク６０１など）を移動するときに、トラックシステム内のキャリアの精密な位置を判定するために使用することができる。

図１１Ｂに示される実施例においては、動的位置マーク７１０は、画像センサ７０４によって観察することができる。この動的位置マーク７１０は、例えば、電子的に再書き込み可能な表面によって作成されたＱＲコードとすることができる。この電子的に再書き込み可能な表面は、Ｅインクディスプレイ、ＬＣＤディスプレイ、ＡＭＯＬＥＤもしくはＯＬＥＤパネルもしくはＬＥＤのアレイなどの、任意の適切な再書き込み可能な表面とすることができる。幾つかの実施形態においては、位置マークの寸法は、センサ７０４の画像領域よりも大きくすることができる。画像センサ７０４は長さ方向に移動するため、位置マークの長さは、より小さいイメージングセンサを利用しても観察することができる。なぜならイメージングセンサは、最終的にマーク全体を移動するからである。位置マークがイメージングセンサの画像フィールドよりも広い範囲まで、複数の画像センサが使用されてもよく、画像はまとめられる（ｓｔｉｔｃｈｅｄ）ことができる。複数のイメージングセンサは、テクスチャもしくは位置マークを観察するうえでさらなる頑強性を提供する（例えば、立体視的もしくは冗長な視覚を提供する）ために、ある実施形態において使用するように企図される。イメージングセンサのアレイなどの複数のイメージングセンサは、より大きい位置マークを観察するために使用することができるが、キャリアに対してトラック表面のリアルタイムの相対的な動きを観察するうえでの頑強性も提供する。幾つかの実施形態においては、個別の画像センサもしくは複数のセンサは、マークを読み取るために使用されてもよいが、別のセンサはトラック表面の相対的な動きを観察するために使用されてもよい。

電子的に再書き込み可能な位置マーク７１０は、行および列データを提供することなどによって、各ピクセルを駆動するトランジスタに対するパラレルもしくはシリアル通信を提供しうる、コントローラ７１２を介して動作することができる。コントローラ７１２は、中央プロセッサがリアルタイムベースで所定のキャリアにどの情報を伝送するかを選択することを可能にすることができる、中央制御プロセッサ４４０などのプロセッサに対して応答してもよい。プロセッサ４４０は、メモリ７１４内の命令およびデータに応答してもよく、メモリ７１４は、何の一般情報を表示するかおよび如何にしてそれを表示するかを決定するためのキャリア情報のデータベースと同様に、潜在能力のあるＱＲコードのデータベースを含んでもよい。幾つかの実施形態においては、コントローラ７１２と相互作用するために使用されるプロセッサは、中央制御プロセッサ４４０から分離されたローカルプロセッサであって、幾つかの実施形態においては、中央制御プロセッサ４４０に応答してもよい。

図１２は、トラック表面におけるテクスチャを観察して、軌跡情報を判定するために、連続的画像を比較する一実施例を示す。この比較は、位置デコーダ３１３によって行われるか、画像プロセッサ７０６などのように位置デコーダ３１３によって制御されるか、あるいはこれと相互作用する任意のイメージングサブシステムを介して行われてもよい。本実施例において示されるように、第一の画像７２０は、トラック表面において観察されたテクスチャに関するグレイスケールピクセルデータを示す。本実施例においては、低解像度画像センサが使用される。より暗いピクセルは、トラック表面における局所的なくぼみもしくは傷によって影がおとされることを示すことがある。画像センサ７０４によって捕捉される次のフレームは、第二の画像７２２によって示される。これらの２フレームの並びの比較において示されるように、第一の画像７２２における画像は、第二の画像７２２内で見られるとき、約２ピクセル左へと移動している（矢印７２４によって表される）。この２ピクセルの差は、キャリアの瞬間の軌跡のローカル概算を提供する。即ち、トラック表面が動いていないため、画像における任意の検出された動きは、キャリアの動きを示す。

連続的画像７２２との画像７２０の連続的比較は、キャリアが絶対的位置マークに遭遇することなくトラックの一部を移動する間、繰り返すことができる。観察された動きを平均化することによって、キャリアのリアルタイム軌跡のかなり正確な判定を行うことができる。幾つかの実施形態においては、この比較は、所定の期間の間に予め決められた回数、例えば、１秒毎に１０００回繰り返される。

図１３は、位置マーク６１０における連続的画像７３０および７３２を示す。画像７３０は、位置マーク６１０の先端を示す。第一フレームにおいては、画像７３０は、マーク６１０の情報の一部だけを示す。しかしながら、大きい同心の箱などの、ある突出した特徴は、キャリアが位置マークに近づいていることを指示しているものとすることができる。位置デコーダは、画像平面内のマーク６１０の位置もしくは方向を判定するために、ライン７３６および中央ピクセル７３４などのレチクル（ｒｅｔｉｃｌｅ）を使用することができる。レチクルは仮想的なもの（例えば、あるピクセルに対して重要性を適用する）とすることもできるし、または画像の中心点の光指示の幾つかの形式を使用することができる。画像７３０において、マーク６１０の中心は、レチクルと整列せず、位置デコーダは、連続的フレームまでその絶対的位置をアップデートしないように選択することができる。

連続的フレーム７３２において、絶対的位置マーク６１０は、画像のレチクルと適切に整列する。ここで、画像センサは、瞬間の軌跡情報を知らせるために矢印７３８によって示される位置マーク６１０の相対的な動きを使用することができるが、絶対的位置情報を知らせるために、レチクルと位置マーク６１０の整列を利用してもよい。マークがレチクルと整列されたとき、キャリアの絶対的位置は、マーク６１０の絶対的位置と同期化される。マークが画像における中心点と整列しない場合、画像内の仮想的レチクルがトラック表面内の絶対的位置マークと完全に整列しない場合でも位置デコーダ３１３が絶対的位置を判定できるように、オフセットを計算することができることも考慮される。

上述されたように、ある画像センサは、所定の瞬間に位置マークの全体をみるための適切な態様を有していないことがある。例えば、一連の連続的画像は、個々の画像センサは単一フレーム内でＱＲコード全体をみることが不可能であっても、ＱＲコードの全情報を捕捉できる。これらの連続的フレームは、ＱＲコードもしくは他の位置マークにおける全情報を収集するためにともに組み合わせることができる。時間的に隣接する画像もしくは空間的に隣接する画像は、複数の画像センサが使用される場合に、所定の位置マークの全体画像を生成するために、共通の特徴を重ね合わせることによってともに組み合わせることができることを理解されたい。この組み合わせられたマークは図１３に示される、マーク６１０と同一の方法で使用することができる。

図１４は、本発明のある実施形態に対して適切でありうる絶対的位置マークの幾つかの実施例を示す。ＱＲコード７４０は、語句“位置４５”を含むバージョン１のＱＲコードである。当該絶対的位置マークは、絶対的位置の位置とともに、絶対的位置の識別情報がキャリアに知らせられるように、任意の位置の識別情報を示すために使用することができる。ＱＲコード７４２は、語句“ピペット３”を含む絶対的位置マークである。この例示的な位置マークは、ピペット３にアクセス可能な位置などのキャリアに対する宛先で使用することができ、位置の識別情報および位置の精密な位置の双方を知らせることができる。他のＱＲコードは、動的ルーティング情報もしくはキャリアに知らせられるべき他の情報を含むことができる。ＱＲコードの内容を動的にすることができる場合、異なるキャリアがＱＲコードによって形成された絶対的位置マーク内の異なるメッセージを受信するように、これらの位置マークは、電子的に再書き込み可能な表面に対して適切である。例えば、第一キャリアは、あるＱＲコードを観察することができ、連続するキャリアは、現在位置を識別して、キャリアに対して操縦すべき異なる次の位置を識別する異なるＱＲコード（もしくはデータを知らせるために適切な他のマーク）を示すことができる。

位置マーク７４４はバーコードである。バーコードは、一次元ではあるが、ＱＲコードと実質的に同一の方法で動作する。バーコードは、一次元の絶対的位置を示すために、バーコード全体内にあるマーク（例えば、コード内の導入（ｌｅａｄｉｎｇ）マークもしくは固定された太字マーク）を使用することができる。バーコードは、バーコードの内容を利用することによって、位置の識別情報などのあるデータを知らせることもできる。

位置マーク７４６は、ブルズアイマークであり、二次元で絶対的位置を示すために適切な対称二次元マークであるが、他の情報を伝送するためには適切ではないことがある。位置マーク７５０は十字（クロス）である。ブルズアイのように、クロスは対称であって、小さい配向情報もしくはデータを知らせる。マーク７５２および７５４は、ＱＲコードもしくはバーコードとは異なり、非対称性によって位置および方向を知らせる単純な位置マークの例であり、もしあったとしたら、限定された量の他のデータだけ（例えば、１から３ビット）を伝送することができる。これらのより単純なマークは、キャリアが近接場／ＲＦ通信もしくはワイヤレスアンテナなどの情報を受信するための他の手段を有する実施形態に対して適切であることがある。より単純なマークは、キャリアがより安価になりうるより単純な光学部品および画像処理を採用可能とすることがあるという点で有利である可能性がある。

図１５は、同期マークの脈絡における絶対的位置マークの幾つかの実施例を示す。トラック表面からズームアウトすると、１０もしくは２０ｃｍ毎などの定間隔で繰り返される多数の同期マーク６０２が存在し、トラック７６０、７６２および７６４内の其々の絶対的位置マーク７４０、７４６、および７５０は、トラック内の絶対的位置を提供する。この方法においては、同期マーク６０２は、所定の絶対的位置からの繰り返しオフセットとして見ることができる。

図１６は、トラック表面上の位置マークを観察するためと同様に、瞬間の軌跡を判定するために、トラック表面を観察するための例示的な一方法８００を示す。ステップ８０２において、キャリアは既知の最終位置およびキャリアの軌跡を検索する。これは、新規の画像情報に基づいて、軌跡を調節するための基線（ｂａｓｅｌｉｎｅ）を提供する。ステップ８０４において、キャリア上のイメージングデバイスは、トラック表面についての画像情報を受信する。これは、キャリアに内蔵された光源を介して急な角度で照射されたローカルトラック表面の画像を含むことができる。

ステップ８０６において、画像は、画像内の一つ以上の特徴形体が位置マークの存在を示すか否かを判定するために、キャリアによって処理される。例えば、非常に暗い特徴は、位置マークが画像内にあることを示してもよい。これらの特徴形体は、その後、画像が位置マークを含むか否かを判定するために、位置マークの予測される特徴に対して比較することができる。位置マークが識別される場合、本方法は、図１７に示されるステップ８１０へと進行する。位置マークが検出されない場合、キャリアは、キャリアの瞬間の軌跡を判定するために、トラック表面の相対的動きを判定するために連続的画像の比較へと進む。

ステップ８０８において、連続的画像は、キャリアの一つ以上の画像センサを使用して収集される。ステップ８１２において、画像は、ピクセルの相対的な動きもしくは画像内の特徴の相対的な動きを比較するために処理される。相違が存在する場合、キャリアの位置は、以前の既知の位置からの位置における変化とステップ８１４で判定される画像間の相違を推定することによってアップデートすることができる。二画像間の瞬間の速度が期待された軌跡から逸脱する場合、軌跡はアップデートすることができる。連続的フレーム間に相違が存在しない場合、これは、キャリアが停止したことを示す可能性がある。これが期待された軌跡における変化である場合、位置が同一のまま、軌跡をアップデートすることができる。本方法は、その後、さらなる画像を検索して比較できるように、ステップ８０４へと戻る。この方法においては、トラック表面の相対的な動きの観察は、位置マークに遭遇するまで継続する。これは、位置マーク間で動的に観察することができるリアルタイム軌跡情報を提供する。

図１７は、トラック表面の画像で観察される位置マークを処理するための例示的一方法を示す。ステップ８１０において、キャリアは位置マーク解釈プロセス８２０を開始する。ステップ８２０において、キャリアは、既知のタイプのマークに画像内のマークが対応するか否かを判定するために、時間もしくは空間的に関連する複数の画像を含みうる、画像データを観察する。判定されたタイプのマークが、絶対的位置マークもしくはランドマークなどの位置マークである場合、キャリアの位置情報はステップ８２２でアップデートすることができる。例えば、キャリアが位置４４にあると信じているが、絶対的位置マークは位置が実際には位置４５であることを示す場合、キャリアは、絶対的位置マークにおける情報とその計算された位置を交換することができる。

観察されたマーキングが同期マークである場合、ステップ８２４において、位置および軌跡情報は、マークを利用してアップデート／修正することができる。例えば、キャリアが、別のセンチメートルに対する同期マークを予測しなかった場合、同期マークの出現は、計算された軌跡がエラー（例えば、１ｃｍエラー）につながることを示す可能性がある。軌跡は、この情報を利用して調製することができ、判定された位置は、同期マークの位置と計算された位置を同期させるために調整することもできる。

マークが、ＱＲコードなど、同時に位置マークもしくは同期マークとすることができる、データを含むタイプのマークであることが判定される場合、このデータはステップ８２６において読みとられる。このデータの読みとりは、ステップ８２２もしくは８２４において、さらに位置および軌跡情報をアップデートすることでもあることができる。このデータは、例えば、キャリアの絶対的な位置を修正するために有用でありうる、現在位置の識別情報とすることができ、または、現在のトラックセクションの識別などの動的ルーティング命令もしくは他の情報を含むことができる。

いったんキャリアが遭遇したマークから収集されたアップデートされた情報を有すると、キャリアはステップ８２８において誘導決定を行うことができる。例えば、遭遇したマークがキャリアの宛先位置を示すことを判定すると、キャリアは停止することがある。同様に、決定点が近付くことをマークが示す場合、キャリアは、方向変換するために減速および／もしくは準備することがある。マークが新規のルーティング命令を含む場合、キャリアはその操縦をアップデートすることができ、新規宛先に対しての操縦を開始するためにその軌跡を調整することができる。

ステップ８３０において、キャリアは、マーク解釈方法を出て、図１６のステップ８０４へと戻る。

本発明はサンプルの輸送に関連して記述されてきたが、本明細書で議論された方法およびシステムは、ＩＶＤ環境における他のアイテムを輸送するためにも使用することができる。例えば、輸送されるアイテムは、患者サンプル、サンプル解析で使用するための一つ以上の試薬、もしくは使用済み試薬カートリッジ、使用されたサンプルなどの廃棄物とすることができる。試薬は、サンプルを輸送するために使用されるキャリアと類似するキャリアで輸送することができる。幾つかの実施形態においては、図４Ａにおけるブラケット２６２などのアイテムを支持するブラケットが、輸送されるアイテムに対して適用される。例えば、ブラケットは、試薬カートリッジを受け取って、試薬格納ステーションおよび試験ステーション（試験ステーションが試薬を使用することができる）などのステーション間でオートメーションシステム周囲で、安全に試薬カートリッジを輸送するように形成することができる。キャリアは、本明細書で記述された方法およびシステムを利用して任意の適切なアイテムを輸送するように適応することができることを理解されたい。

本発明の実施形態は、既存の分析器およびオートメーションシステムと統合されてもよい。キャリアは、任意の考えられる分析器もしくは器具で利用するために適切なレイアウトおよび物理的構成を含む、多くの形状および寸法で構成されてもよいことを理解されたい。例えば、幾つかの実施形態においては、キャリアは、オートメーショントラック周囲の複数のサンプルを運搬するために複数のスロットを含んでもよい。一実施形態は、例えば、一つ以上の輸送ラックにおける複数スロットを有するキャリアのチューブ保持部分の物理的レイアウトを含んでもよい。各ラックは、複数のスロット（例えば、５以上のスロット）を含み、各スロットは、チューブ（例えば、サンプルチューブ）を保持するように構成される。

本発明は、例示的な実施形態を参照して記述されてきたが、本発明はそれに限定されることはない。多数の変更および改変が本発明の望ましい実施形態に対してなされてもよく、当該変更および改変は、本発明の真の趣旨から逸脱することなく行われてもよいことを当業者は理解するであろう。したがって、添付の請求項は、本発明の真の趣旨および範囲内にあるような、全ての当該均等な変形を包含するものとして解釈されることを意図される。

Claims (13)

1. 自動診断化学分析機で利用するためのオートメーションシステムであって、
   第一表面を有するトラックと、
   前記第一表面に沿って移動し、少なくとも一つの独立して移動可能なキャリアの軌跡を判定するために、前記第一表面の相対的動きを観察するように構成された、少なくとも一つの独立して移動可能なキャリアと、
   前記第一表面上の絶対的位置情報を示す一つ以上のマークと、
   を含み、
   前記第一表面は、複数の同期マークをさらに含み、
   前記少なくとも一つの独立して移動可能なキャリアは、前記少なくとも一つの独立して移動可能なキャリアに対して前記判定された軌跡情報における複数のエラーを補正するために、前記複数の同期マークを利用するようにさらに構成される、
   ことを特徴とするオートメーションシステム。
2. 前記一つ以上のマークは、少なくとも一つのＱＲコード（登録商標）を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートメーションシステム。
3. 前記一つ以上のマークは、少なくとも一つのバーコードを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートメーションシステム。
4. 前記一つ以上のマークは、少なくとも一つの二次元マークを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートメーションシステム。
5. 前記二次元マークは非対称である、
   ことを特徴とする請求項４に記載のオートメーションシステム。
6. 前記少なくとも一つの独立して移動可能なキャリアは、
   前記第一表面を照射し、
   前記第一表面の複数の連続的画像を観察し、
   前記相対的な動きの方向および大きさのうちの少なくとも一つを判定するために複数の連続的画像を比較する、
   ようにさらに構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートメーションシステム。
7. 前記少なくとも一つの独立して移動可能なキャリアは、
   光源と、
   画像センサと、
   前記画像センサによって捕捉された複数の連続的画像内の相対的な動きを検出するように構成された少なくとも一つのプロセッサと、
   を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートメーションシステム。
8. 前記一つ以上のマークは、前記第一表面上の一つ以上の静止画像を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のオートメーションシステム。
9. 自動診断化学分析機で利用するための第一表面を有するトラックに沿って移動するように構成されたキャリアであって、
   前記第一表面を照射するように構成された光源と、
   前記光源からの光によって照射された、前記第一表面の複数の画像を捕捉するための画像センサと、
   前記画像センサによって捕捉された複数の連続的画像を比較することによって、相対的な動きを検出するように構成された少なくとも一つのプロセッサと、
   を含み、
   前記トラックに沿った絶対的位置を判定するために、前記第一表面上の一つ以上のマークを観察するようにさらに構成され、
   前記トラックに沿った、前記キャリアの実質的なリアルタイム位置を判定するために、前記相対的な動きを使用するようにさらに構成され、
   前記トラックの前記第一表面上で一つ以上の同期マークを観察するようにさらに構成され、
   前記相対的な動きは前記キャリアの軌跡に対応することを特徴とするキャリア。
10. 前記キャリアは、前記相対的な動きに応じて前記軌跡を調整するようにさらに構成される、
    ことを特徴とする請求項９に記載のキャリア。
11. 前記キャリアは、前記第一表面上の前記一つ以上のマークから非位置的データを獲得するようにさらに構成される、
    ことを特徴とする請求項９に記載のキャリア。
12. 前記キャリアは、前記キャリアの前記実質的なリアルタイム位置の前記判定を調整するために、前記複数の同期マークを使用するようにさらに構成される、
    ことを特徴とする請求項９に記載のキャリア。
13. 前記キャリアは、前記トラックの前記第一表面上の可視ラインに追従するようにさらに構成される、
    ことを特徴とする請求項９に記載のキャリア。
    

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