流体分析仪中的流体检测和控制的制作方法

专利名称：流体分析仪中的流体检测和控制的制作方法
流体分析仪中的流体4企测和控制
领域
本发明大致涉及流体分析仪，更具体地说，涉及具有仪器-标本盒
(cartridge)界面(interface)的流体分冲斤4义。 背景
化学和/或生物分析对于生命科学研究、临床诊断和广泛范围的环 境和过程监测是很重要的。在某些情况下，使用分析仪来执行和/或帮 助执行样本流体的化学和/或生物分析。根据应用样本流体可以是液体 或气体。
某些分析仪包括容纳可拆卸的、在某些情况下是一次性的标本盒 的仪器。在这种分析仪中，样本流体时常被引入或以其它方式提供给 可拆卸的标本盒，并且该仪器通过一个或多个界面而与可拆卸的标本 盒相互作用，以帮助执行和/或控制所需的化学和/或生物分析。根据 应用，这些界面可包括，例如流体界面、电气界面和/或其它类型的界 面。界面的完整性通常对于整个设备的功能是很重要的。例如，流体 界面通常在可拆卸的标本盒和仪器之间输送一种或多种流体(液体或 气体)，且/或反之亦然，并且通常期望流体界面基本上是无泄漏的、 可靠的且成本低廉的。
概要
提供了本发明的以下概要以促进对本发明的某些独特的创新特 征的理解，而不应被认为是全部描述。通过将整个说明书、权利要求、 附图和摘要视为 一个整体可获得对本发明的完整的理解。
本发明大致涉及流体分析仪，更具体地说，涉及具有一个或多个 仪器-标本盒界面的流体分析仪。在某些实施例中，该流体分析仪可以 是流式血细胞球计数器和/或血液分析仪，其具有一个或多个位于仪器 和 一次性标本盒之间的无泄漏的界面，但也可以使用其它流体分析仪。
在一个说明性的实施例中，提供了流体分析仪，其包括标本盒和 开口，标本盒具有由流通道壁限定的第一流通道，开口从标本盒的外 面延伸到第一流通道中。隔膜布置在开口中或开口上，并用不透流体 的密封而固定在标本盒的至少一部分上。还提供了用于容纳标本盒的 仪器。第一针具可连接在该仪器上。第一针具尺寸可设置成装配在标 本盒的第一流通道的开口中，并刺穿隔膜。在第一针具处于第一流通 道的开口中，并穿过隔膜的情况下，仪器可在第一针具中引起流动， 此流动又在标本盒的第一流通道中引起流动。在某些情况下，仪器可 包括传感器等，以检测第一针具中所引起的流动。第一针具中所引起 的流动可与标本盒的第 一流通道中所？ 1起的流动相关联。
当第一针具剌破并穿过隔膜时，隔膜可适合于在第一针具周围提 供相对的不透流体的密封。备选或附加的是，隔膜可适合于在第一针 具从隔膜抽出之后，重新密封开口。
在某些情况下，第一针具可包括主体、尖端和止动机构。止动机 构可布置在第一针具主体的至少一部分周围，并离第一针具的尖端向 后偏离一段距离。止动机构可偏离一段距离，该距离容许第一针具的 尖端刺穿隔膜，但防止第一针具的尖端与标本盒的第一流通道的背面 接合。
在某些实施例中，标本盒包括第二流通道，并且仪器包括第二针 具，该第二针具在标本盒的第二流通道和仪器之间输送流体。在某些 情况下，第二针具通过仪器的流体路径而与第一针具流体连通。如果 需要，仪器可包括用于检测仪器流体路径中的流体流动的流传感器。 在其它情况下，第二针具可为标本盒提供独立受控的压力。在某些实 施例中，根据需要，标本盒可包括第一针具和/或第二针具，并且仪器 可包括一个或多个相应的隔膜。
在另一个说明性的实施例中，提供了流体分析仪，其包括标本盒 和开口，标本盒具有由流通道壁限定的流通道，开口从标本盒的外面
延伸到流通道中。弹性和/或柔性隔膜可布置在开口中或开口上，并通 过不透流体的密封而固定在标本盒的至少一部分上。流体分析仪还可 包括用于容納标本盒的仪器。该仪器可具有柱塞，当仪器容纳标本盒 时，柱塞与标本盒的弹性和/或柔性隔膜配准。仪器还可具有移动机构， 其使柱塞的至少一端移动成与标本盒的弹性和/或柔性隔膜接合，从而 使弹性和/或柔性隔膜变形，此变形改变了标本盒的流体室的体积，这 又在标本盒的流通道中引起流动。
柱塞可以是任何类型的柱塞。例如，柱塞可包括刚性末端，并且 仪器的移动机构可使柱塞的刚性末端朝着弹性和/或柔性隔膜移动，从 而使弹性和/或柔性隔膜发生变形。柱塞可备选地包括可变形的弹性和 /或柔性隔膜，并且仪器的移动机构可包括压力源，该压力源在柱塞末 端的弹性和/或柔性隔膜的后面产生压力，从而使柱塞末端的弹性和/ 或柔性隔膜朝着标本盒的弹性和/或柔性隔膜发生变形。这又使标本盒 的弹性和/或柔性隔膜变形，并且最终在标本盒的流通道中引起流动。
在另一个说明性的实施例中，提供了流体分析仪，其包括标本盒， 该标本盒具有第 一主表面和相反的第二主表面，流通道定位在第 一主 表面和第二主表面之间。标本盒还可具有穿过第一主表面而延伸到第 一流通道中的开口。这种流体标本盒还可具有用于容纳标本盒的仪 器。仪器可具有压力源，该压力源至少有选择地与喷嘴成流体连通。 压力源可以是任何类型的产生正压或负压的压力源。喷嘴定位在标本 盒的开口上，并且当仪器容纳标本盒时，与该标本盒形成基本不透流 体的密封。仪器可控制压力源的压力，从而通过喷嘴/开口的界面而在 标本盒的流通道中引起所需的流动。在某些实施例中，标本盒可在开 口或流通道中包括单向阀，此单向阀可有助于当从仪器上除去标本盒 时，防止流体离开标本盒。
在又一个说明性的实施例中，提供了流体标本盒，其具有标本盒
和由一个或多个腔室壁限定的腔室。这种流体标本盒还可具有用于容 纳标本盒的仪器。该仪器可具有用于对标本盒施加作用力的力机构
(forcemechanism),该力机构使至少一个或多个腔室壁的一部分变形， 从而在标本盒中引起流动。在某些情况下，至少所述一个或多个腔室 壁的变形部分包括柔性隔膜，它在所施加的作用力下发生变形，从而 改变腔室的容积，并在标本盒的流体通道中引起流动。在其它情况下， 至少所述一个或多个腔室壁的变形部分是相对较刚性的壁，其在所施 加的作用力下坍陷，从而改变标本盒腔室的容积。力机构可以是任何 类型的力机构。例如，力机构可包括辊子，当沿着标本盒滚动时，至 少所述一个或多个腔室壁的一部分由辊子导致变形(例如被压缩)，从 而在标本盒中引起流动。
在另一个说明性的实施例中，提供了流体标本盒，其包括一次性 标本盒，该一次性标本盒具有流通道，用于沿着流通道输送流体，其 中流体具有一个或多个可检测的特征。流体标本盒还包括用于容纳一 次性标本盒的仪器。该仪器可具有第一检测器，其位于沿着流通道的 第 一位置，用于检测所述一个或多个可检测的流体特征的至少其中一 个特征。该仪器可使用由第一检测器执行的所述一个或多个可检测的 流体特征的纟企测，以确定标本盒的流通道中的流体流率和/或流体在流 通道中的当前位置。该仪器还可具有第二检测器，其定位在沿着流通 道与第 一位置的下游间隔开的第二位置，用于4企测所述一个或多个可 检测的流体特征的至少其中一个特征。该仪器可使用由第一检测器和 第二检测器执行的所述一个或多个可检测的流体特征的检测，以确定 流体在流通道中的流率和/或流体在流通道中的当前位置。被;险测的流 体可以是所关心的样本流体、用于沿着流通道推动所关心的样本流体 的推动流体、或任何其它所需流体。
简要描述


图1是说明性的便携式血细胞计数器的透视图2是一种说明性的流体分析仪的示意性的局部截面侧视图，其 包括位于仪器/标本盒界面中的针具；
图3是图2说明性的实施例的示意性的局部截面侧视图，其中流 检测器与针具对准；
图4是另一个说明性的流体分析仪的示意图，其包括两个(或更多 个)位于仪器/标本盒界面中的针具；
图5是另一个说明性的仪器/标本盒界面的示意性的局部截面侧 视图6是又一个说明性的仪器/标本盒界面的示意性的局部截面侧 视图7是另一个说明性的仪器/标本盒界面的示意性的局部截面侧 视图8是用于确定标本盒上的流率的说明性的实施例的示意性的局 部截面侧-阮图9是另 一个用于确定标本盒上的流率的说明性的实施例的示意 性的局部截面侧-f见图10是一种说明性的流体分析仪的示意性的局部截面侧视图， 其包括标本盒和仪器，标本盒具有可塌缩的流通道，仪器具有用于可 控制地使流通道塌缩的辊子；
图11是另一个说明性的流体分析仪的示意性的局部截面侧视图， 其具有标本盒和仪器，标本盒具有可塌缩的流通道，仪器具有用于可 控制地使流通道塌缩的辊子；
图12是标本盒的示意性的顶视图，其包括许多齿轮，用于在标 本盒的流通道中？ I起流动；
图13是一种说明性的流体分析仪的示意图，其包括带有检测器 的仪器，检测器用于确定流体在标本盒的流通道中的流率和/或当前位 置；且
图14A-14B是一种说明性的流体分析仪的示意图，其包括带有两
个(或更多个)检测器的仪器，检测器用于确定流体在标本盒的流通道 中的流率和/或当前位置。
详细描述
以下细节将参照附图进行阅读，其中相似的标号表示贯穿若干视 图中的相似的元件。详细描述和附图显示了若干实施例，其对此主张 的发明是说明性的。
本发明大致涉及流体分析仪，更具体地说，涉及具有一个或多个 流体仪器-标本盒界面的流体分析仪。在某些实施例中，流体分析仪可 以是流式血细胞计数器、血液分析仪、临床化学分析仪(例如葡萄糖分 析仪、离子分析仪、电解质分析仪、溶解气体分析仪等等)、尿液分析 仪或任何其它合适的分析仪，该分析仪在仪器和一次性标本盒之间具 有一个或多个无泄漏的界面。
图1是说明性的便携式血细胞计数器的透视图。说明性的血细胞 计数器10包括仪器12和可拆卸的、且在某些情况下一次性使用的标 本盒14。说明性的仪器12包括底座16、盖板18和将底座16附连在 盖板18上的铰链20。底座16可包括光源22a和22b，以及相关联的 光学器件和用于血细胞计数器的运行所必需的电子器件。盖板12可
包括光检测器24a和24b及相关联的光学器件。
可拆卸的标本盒14可通过样本收集器端口 32接收样本流体，例 如血液样本。帽38可用来当不使用可拆卸的标本盒14时保护样本收 集器端口。可拆卸的标本盒14可执行血液稀释、红细胞溶解和用于 形成芯的流体动力聚焦。可拆卸的标本盒14可构造成类似于可从 Micronics Technologies得到的流体回路，其中一些流体回路是使用带 有蚀刻通道的分层结构制造而成的。
在使用过程中，当盖板18处于打开位置时，将可拆卸的标本盒 14插入在仪器中。可拆卸的标本盒14可包括在底座16中用于容纳定 位销28a和28b的孔26a和26b，这些销可有助于在不同部件之间提
供对准和4关接。可拆卸的标本盒14还可包括透明的流窗(flow stream window)30a和30b，这些流窗与光源22a和22b，以及光检测器24a 和24b的阵列保持对准。
为了开始测试，可将盖板18升高，并将新的标本盒14放置且配 准在底座16上。将样本流体引入样本收集器32中。然后关闭盖板18。 在某些情况下，可拆卸的标本盒14提供血液稀释、红细胞溶解和用 于芯形成的流体动力聚焦。在某些情况下，仪器12执行白细胞的血 细胞计数测量。例如，光源22a和22b、光检测器24a和24b以及相 关联的控制和处理电子器件可基于光散射和/或营光信号而执行白细 胞的区分和计数。根据需要还可设想使用滑动标本盒槽或任何其它适 合的结构而不是使用用于壳体12的铰链结构。
为了执行这种分析，可能需要推动(或拉动)样本流体(例如血液样 本)，使其穿过标本盒14的一个或多个流通道。还可能需要推动(或拉 动)试剂和/或其它流体，使其穿过一个或多个流通道。在某些情况下， 仪器12可能有助于在标本盒中产生必要的流体的流动，以穿过一个 或多个仪器/标本盒界面。仪器12可备选或附加地用于监测和/或控制 标本盒上的流量。
图2是一种说明性的流体分析仪的示意性的局部截面侧视图，其 包括位于仪器/标本盒界面中的针具。在说明性的实施例中，标本盒 41显示为具有由流通道壁限定的流通道48。流通道48设于标本盒41 的上主表面43和下主表面45之间。在某些情况下，流通道48可以 是标本盒41中长而细的流通道。然而，根据需要可设想流通道48采 用任何合适的尺寸或形状。在说明性的实施例中，在流通道48和上 主表面43之间提供了开口 47。
隔膜42设置在开口 47中或开口 47的上方，以形成不透流体的 密封。在某些情况下，隔膜42还在标本盒41的整个上主表面43或 其一部分上延伸，如图所示，但这不是必需的。隔膜42可防止或基 本防止流体流过流通道48中的开口 47并流出标本盒41。
隔膜42可适合于容许某一物体，例如针具40或任何其它合适的 物体刺破隔膜42，并变得与流通道48流体连通。隔膜42还可在针具 40周围形成密封，以防止或基本防止流体在针具40的外面和隔膜42 之间穿过。隔膜42还可适合于在从隔膜42中除去针具40之后，重 新密封由针具40产生的开口。在某些情况下，当抽出针具40时，隔 膜42还可擦拭针具40，以帮助除去针具40上的残留流体。隔膜42 可由例如弹性和/或柔性材料制成，例如弹性体(如橡胶)等等。
在说明性的实施例中，针具40具有伸长的管状主体，其带有空 心的芯部，以容许流体流过。该主体一端可连接在仪器上。针具40 的另一端可终止于尖端46处，其可适合于穿过隔膜42而插入到标本 盒41中。在说明性的实施例中，尖端包括渐缩的尖头，此尖头可容 许针具更容易地刺破隔膜42，而不会使隔膜42去芯(coring)。然而， 根据需要可设想使用任何合适的针具40的尖端。
在某些实施例中，针具40还可具有止动才几构44，该止动才几构44 设置在针具40的主体周围，并相对于针具主体进行固定。止动^L构 44可横向向外地从主体延伸一段距离，并可从针具40的尖端46偏离 一段偏移距离。止动机构44可有助于将针具40插入到一致的且合适 的深度。在说明性的实施例中，针具40可刺破隔膜42，并可向下移 动，直到4十具的尖端46与流通道48成流体连通，并且止动才几构44 与隔膜42(或标本盒41)的顶面接合时为止。在完全插入针具40的情 况下，在需要时，可设定止动机构的偏移距离，以帮助确保针具40 的尖端46不与流通道48的内侧壁51接合。因而，在某些说明性的 实施例中，止动机构44可帮助防止针具40插入到标本盒中过深或过 浅。
当插入时，针具40的尖端46的中空开口可用于在仪器(见图1) 和标本盒41的流通道48之间传送流体和/或压力。在某些情况下，仪 器可提供流体和/或压力，其在标本盒41的流通道48中形成所需的流。
例如，在某些情况下，仪器可在其上具有流体储槽。根据需要，
流体可以是例如试剂流体、细胞溶解流体、鞘液、推动流体或任何其
它合适的流体。来自仪器的流体可通过针具40而提供给标本盒41的 流通道48，并在流通道48中产生流体的流动。在某些情况下，通过 知晓流体离开仪器所处的流率，即可确定和/或控制流通道48中的流 量。
设想标本盒41是可拆卸的，或甚至是一次性使用的。在某些实 施例中，可拆卸的标本盒41可插入仪器中，该仪器适合于容纳标本 盒41。该仪器可包括，例如底座、盖板和针具41。 一旦插入，仪器 的盖板即关闭。在某些情况下，仪器的针具40可能已经与隔膜充分 对准，而在其它情况下，针具40可能需要对准。 一旦对准，可朝着 标本盒41促动针具40,并可刺破隔膜42且移动到使针具40的尖端 46与标本盒41的流通道48成流体连通的位置。在某些情况下，针具 40的促动或运动可以是自动化的，例如通过电动机等，其促动针具 40，使针具40在插入位置和抽出位置之间移动。控制器可用来控制 电动机。备选地设想例如通过手动地将针具40插入标本盒41和从标 本盒41中抽出针具40，从而手动地将针具40移动到位。
一旦将针具40插入到标本盒41中，且尖端46的开口定位在标 本盒41的流通道48中，就可将流体以受控的流率从仪器传送到标本 盒41的流通道48中。根据需要，流体可以是气体或液体。在自动化 过程中，如果需要，还可由控制器控制流率。
在针具40和仪器将所需的流体输送给标本盒41之后，可抽出针 具40，从而可从仪器上除去标本盒41，并且在某些情况下，妥善地 处置掉标本盒41。同样，根据需要可自动化地或手动地执行针具40 的抽出。在某些情况下，当从标本盒41中抽出针具40时，由隔膜42 擦去针具40上的残留流体。
在某些情况下，可确定由仪器提供的流体流率，以及该流率与标 本盒41中的样本流率的相关性。这可提供一种相对容易的方式，以 ^f青确地确定和/或控制标本盒41的流通道48中的样本流体的流率。
在测量之前，可设想在将针具40插入到标本盒41中之前，仪器 可用流体沖洗针具40的主体和尖端46。这可有助于除去标本盒间可 能的污染源。在测量结束时，针具40的主体和尖端46的外表面在抽 出期间可由隔膜42擦拭，这也有助于除去可能的污染源。另外，针 具40的尖端46的小尺寸或小的表面积可帮助减少可能是污染源的样 本流体的数量。
在某些情况下，可引入热消毒过程，以便在标本盒测量之间对针 具40的尖端46进行消毒。例如，消毒过程可以是快速的加热和冷却 循环，其类似于传热针(heattransferpin)的消毒过程。在某些情况下， 根据需要可在每次使用针具40之后提供该过程。另外，可在仪器和/ 或标本盒41中提供单向阀，该单向阀可帮助防止流体回流到仪器和/ 或标本盒41中。这在功率损耗期间可能特别有用。
图3是图2的说明性的实施例的示意性的局部截面侧-现图，其中 传感器50与针具40对准。如图所示，传感器50检测仪器的供给流 通道49中的流体特征。传感器50可测量例如，当流体仍处于仪器中 时，或换句话说，在流体通过针具40而离开仪器之前的流率、压力 或其它特征。在一个说明性的实施例中，传感器50可以是热力式风 速仪类型的流传感器，例如在美国专利No.4,478,076、美国专利 No.4,478，077、美国专利No.4,501,144、美国专利No.4,651，564、美国 专利No.4,683,159和美国专利No.5，050，429中所述的流传感器，所有 这些专利都通过引用而结合在本文中。然而，根据需要可设想传感器 50是任何合适类型的流传感器。
通过将传感器50定位在仪器的流通道49的附近，传感器50能 够直接测量穿过针具40的流体的流率。通过知晓穿过针具40的流率， 还可确定标本盒的流通道48中的流率。可使用传感器50备选或另外 地才企测一个或多个流体特征，例如热导率、比热、流体密度、电阻率 和/或其它流体特征，以便例如帮助识别或核实穿过流通道49的流体 是预期的流体或预期的流体类型。这可有助于在特殊的分析或过程期
间核实在流通道48中事实上正在使用预期的流体。
传感器50可联接在仪器的控制器(未显示)上。根据需要，控制器 可发送信号以触发传感器50，并且可发送信号，以使传感器50不起 作用。反过来，根据需要，传感器50可将有关正在穿过流通道49的 流体的流率或其它特征的数据提供给控制器。传感器50可备选或另 外地定位在标本盒41上，并且可用于，例如直接测量标本盒41的流 通道48中的流率。然而，这会增加标本盒41的成本。
图4是另 一个说明性的流体分析仪的示意图，该流体分析仪包括 两个(或更多个)位于仪器/标本盒界面中的针具40和52。在一个说明 性的实施例中，标本盒41包括第一流通道48a和第二流通道48b。第 一流通道48a和第二流通道48b由壁53分隔开，如图4中的交叉虚影 线所示。例如，第一针具40可从标本盒41的第一流通道48a中抽取 流体，并且第二针具52可将流体返回至标本盒41的第二流通道48b 中。仪器可具有将第一针具40和第二针具52流体连通的流通道55。 流传感器50可设置成与仪器的流通道55成一条直线，并可提供对标 本盒的第一流通道48a和/或第二流通道48b中的流率的测量。通过将 流传感器50移动到仪器上，而不是在标本盒41上提供流传感器50， 可降低标本盒41的成本。传感器50可备选或另外地用来检测一个或 多个流体特征，例如热导率、比热、流体密度、电阻率和/或其它流体 特征，从而例如帮助识别或核实正在穿过标本盒的第 一流通道48a和/ 或第二流通道48b的流体是预期的流体。这可有助于在特殊的分析或 过程期间核实在第一流通道48a和/或第二流通道48b中事实上正在使 用预期的流体。
在使用期间，第一针具40和第二针具52可穿过它们相应的隔膜 而同时地或顺序地插入到标本盒41中。这种插入可类似于上面参照 图2所述。 一旦将针具40和52都插入到标本盒41中，第一针具40 可从标本盒41中的流通道48a抽取流体，并促使其流过"空闲的"流 通道55。当处于"空闲的"流通道55中时，传感器50可测量流体的
流率(和/或其它特征)。在测量流率之后，可将流体传送到第二针具52 中，在此处其返回到标本盒41的流通道48b中。在使用了标本盒41 之后，可从标本盒41中抽出针具40和52，其同样类似于上面参照图 2所述。
在另一说明性的实施例中，可能不存在如图4中用交叉虛影线所 示的壁53。也就是说，第一针具40和第二针具52可进入被标为48 的公共流通道。第二针具52可定位在第一针具40的上游或下游。在 这种构造下，第一针具40可将第一压力传送给传感器50，并且第二 针具52可将第二压力传送给传感器50。传感器可以是例如压差传感 器。从沿着流通道48的两个位置上所检测的压力差，可确定沿着流 通道48的流率。如果需要在流通道48中可在第一针具40和第二针 具52之间设置限制，以增加它们之间的压差。如果需要，可设想将 上面论述的针具设于可拆卸的标本盒上，并且可将相应的隔膜放置在 仪器上。
图5是另一个说明性的仪器/标本盒界面的示意性的局部截面侧 视图。在此说明性的实施例中，仪器可包括带有相对较刚性的末端63 的柱塞60。根据需要，柱塞可以是例如螺钉、活塞或任何其它合适的 装置。在螺钉型柱塞的情况下，可设想该螺钉可以是细节距螺钉。然 而根据需要，可使用任何合适的螺钉。
在说明性的实施例中，柱塞60附连在仪器上，或是仪器的一部 分，并且可由促动器上下促动。在某些情况下，促动器可由自动化过 程进行控制。在这种情况下，仪器可包括电动机(未显示)，例如微步 进式电动机，以控制柱塞60的位置。备选地，可设想在某些情况下， 根据需要可手动提供柱塞60的促动，例如，通过杠杆、压力按钮或 任何其它手工方法。
在说明性的实施例中，可拆卸的标本盒61可具有可在其中存储 流体的流体存储空腔66,其由存储空腔66的壁限定。在一种情况下， 流体存储空腔66可以是圆柱形的存储空腔66,其具有比高度相对较
大的半径，从而装配在相对较薄的一次性标本盒上。然而，根据需要
可设想存储空腔66采用任何合适的尺寸或形状。说明性的存储空腔 66流体连通地联接在标本盒61的流通道64上。
在多数情况下，存储空腔66的一个或多个壁的至少一部分是标 本盒61的外壁，其可包括隔膜62。在某些情况下，隔膜62可以是弹 性和/或柔性隔膜，例如合成橡胶隔膜。在某些情况下，通过首先除去 标本盒61的一部分，以限定形成存储空腔66的开口，从而可提供隔 膜62。这样，可将隔膜62布置在开口中和/或开口上，并且在某些情 况下，布置在标本盒61的上表面的一部分上，以形成不透流体的密 封。
开口的尺寸可大于柱塞60的末端63，因而容许柱塞60变形，并 使隔膜62移动到存储空腔66中。在某些情况下，布置在开口上的隔 膜62的部分可从标本盒61的上表面67凹陷下去。这种凹陷的隔膜 62可帮助防止隔膜62的意外的压缩或移位，这会导致偶然地引起标 本盒61的流通道64中的流动。
说明性的实施例可通过使柱塞60抵靠隔膜62移动，使隔膜62 朝着存储空腔66变形和移位而引起标本盒61的流通道64中的流体 的流动，这又使存储在存储空腔66中的流体沿着流通道64而移动。
在使用期间，可首先将标本盒61定位在仪器中。在某些情况下， 仪器可使柱塞60与标本盒61的存储空腔66对准。接下来，仪器可 使柱塞60移动成与隔膜62相接触，但仍不使隔膜62移动。之后仪 器可驱动柱塞60进入隔膜62,使隔膜62移动到存储空腔66中，并 在标本盒的流通道64中产生流动。然后仪器可抽出柱塞60。在某些 情况下，可以脉沖方式或稳定的方式来促动柱塞60。更一般地说，可 设想仪器使柱塞60以某一速率曲线移动，这在标本盒61的流通道64 中产生所需的流率。在说明性的实施例中，隔膜62可有助于用作仪 器和标本盒61的流体之间的物理屏障。具有这种屏障可减少标本盒 61和/或仪器被污染的风险。
图6是又一个说明性的仪器/标本盒界面的示意性的局部截面侧 视图。这个说明性的实施例类似于图5，除了柱塞70包括弹性和/或 柔性隔膜78以外，该隔膜可通过流体压力而扩张(例如膨胀)，以使隔 膜62移动到存储空腔66中，这又在标本盒61的流通道64中引起流 动。更具体地说，柱塞70可具有附连在仪器上的第一端，和定位在 标本盒61的隔膜62附近的第二端。在柱塞70的轴向方向上可提供 一个或多个流通道79a和79b。所述一个或多个流通道79a和79b可 在仪器内的压力源和弹性和/或柔性隔膜78后面的空腔之间形成压力 传导路径。轴70可联接在控制器上，控制器控制轴70的(上/下)运动 和/或流体(气体或液体)的流动，流体穿过一个或多个流通道79a和79b 而流入到轴70的轴顶附近的空腔中。
在使用期间，首先可将标本盒61定位在仪器中。在某些情况下， 仪器可使轴70与标本盒61的存储空腔66对准。接下来，如果需要， 仪器可使轴70移动成与隔膜62相接触，但仍不使隔膜62移动。然 后仪器可使轴70的弹性和/或柔性隔膜78后面的空腔膨胀，这使隔膜 62移动到存储空腔66中，并在标本盒61的流通道64中产生流。然 后仪器可使弹性和/或柔性隔膜78后面的空腔收缩，并抽出轴70。在 某些情况下，弹性和/或柔性隔膜78后面的空腔的膨胀可以脉冲方式 或稳定的方式实现。更一般地说，设想仪器可控制弹性和/或柔性隔膜 78后面的空腔以某一速率曲线进行膨胀，这在标本盒61的流通道64 中产生所需的流率。根据应用，这种说明性的过程可以是自动控制的 或手动控制的。
图7是另一个说明性的仪器/标本盒界面的示意性的局部截面侧 视图。该说明性的实施例包括仪器，该仪器具有用来为标本盒81的 流通道84提供所需流率的喷嘴80。喷嘴80可流通地联接在压力源(未 显示)上，以便为喷嘴8(H是供加压(正压或负压)流体(气体或液体)。才艮 据需要，压力源可以是气压泵、压缩的气体源或任何其它合适的压力 源。
喷嘴80可具有附连在仪器上的第一端和适合于与标本盒81相接 合的第二端。标本盒81可具有一端具有流通道开口的流通道84。在 某些情况下，可存在存储空腔86，其流通地联接在流通道84上，用 于储藏一定体积的流体，例如样本流体(例如血液)。在某些情况下， 流通道开口可具有单向阀82。单向阀82可具有容许流体或气体沿一 个方向穿过，但禁止或大体上禁止气体或流体沿另一个方向穿过的特 征。在某些情况下，可配置阀门82以防止来自标本盒81的流体和/ 或气体的回流，在某些情况下，这可帮助减少仪器或周围空间的污染 风险。
在某些情况下，说明性的喷嘴80可包括位于靠近标本盒81的第 二端处的垫圈或密封件。另外，或作为备选，标本盒81可包括围绕 标本盒81的流通道开口的垫圏或密封件。垫圏或密封件可有助于在 喷嘴80和标本盒81之间提供无泄漏的界面。在某些情况下，密封件 可以是不透气的，从而不会漏出空气或流体。密封件还可有助于通过 防止流体乂人界面漏出而减少污染。
为了在样本流体中引起流动，可将标本盒81插入并安装在仪器 中(参见例如图1)。在某些情况下，然后可将标本盒81中的开口与喷 嘴80的开口对准。在其它情况下，标本盒81在仪器中的安装自动地 确保了标本盒81中的开口完全与喷嘴80中的开口对准。然后可4吏喷 嘴80与标本盒81形成接合，以便在其之间提供无泄漏的界面。喷嘴 80可以自动或手动的方式向下移动至标本盒81上。例如，可^f吏用电 动机等使喷嘴80移动而与标本盒81形成接合。作为备选，使用者可 手动地移动喷嘴80，使其与标本盒81形成接合，例如通过关闭仪器 的盖板(参见例如图1)。
一旦被定位并密封，就可通过仪器将压力应用于标本盒开口和流 通道84中。例如，可通过喷嘴80将流体或气体抽吸到流通道84中 而应用压力。抽吸到流通道84中的流体或气体可使流通道84中的流 体移动，并引起流动。在某些情况下，抽吸到流通道84中的流体或
气体可使包含在存储空腔86中的样本流体(例如血液)移动。
在某些实施例中，可在流通道84中提供可移动的止动器或类似 装置(未显示)。通过喷嘴80抽吸到流通道84中的流体或气体可位于 止动器的上游侧，并且已经处于流通道84中的流体或气体(例如样本 流体)可位于止动器的下游侧。通过喷嘴80抽吸到流通道84中的流体 或气体可使止动器沿着流通道而移动，从而引起已经处于流通道84 中的流体或气体流动。止动器可使经由喷嘴80抽吸到流通道84中的 流体或气体与已经处于流通道84中的流体或气体分隔开。当需要时， 这可有助于防止经由喷嘴80抽吸到流通道84中的流体或气体与已经 处于流通道84中的流体或气体混合。
图8是用于确定标本盒上的流率的说明性的实施例的示意性的局 部截面侧视图。该说明性的实施例包括喷嘴90和标本盒91，类似于 上面参照图7中所述。在此实施例中，标本盒91可带有至少一个开 口的具有流通道92，该开口适合于与喷嘴90的开口 96成流体连通。 在某些情况下，可在流通道92中提供限制94，其容许流体对于由喷 嘴90提供的给定的输入压力以已知的流率穿过流通道92。限制94可 以是流通道92本身，或者可以是单独的特征，例如减小的流通道92 的截面。
为了确定流体穿过流通道92的流率，可检测限制94两侧的压力。 通过例如仪器自身的压力检测器等可检测位于限制94的喷嘴90侧的 压力。利用标本盒上的压力检测器可测量限制94下游侧的压力。作 为备选，在该限制的下游可提供压力表接头98。压力表接头98可包 括与仪器的界面，并且该仪器可包括压力检测器，以便通过压力表接 头98确定压力。该界面可包括任何类型的仪器/标本盒界面，包括本 文所述的那些界面。在某些情况下，根据需要可设想使用多个压力表 接头。
图9是另 一个用于确定标本盒上的流率的说明性的实施例的示意 性的局部截面侧视图。此说明性的实施例类似于参照图8所示和所述，
除了在标本盒101上设有两个压力表接头104和106，所述压力表接 头在限制102的一边有一个。压力表接头104和106可具有类似于图 8的与仪器的界面。用两个已知的压力，可确定流体的流率。
图10是说明性的流体分析仪的示意性的局部截面侧视图，其包 括标本盒lll和仪器，标本盒111具有可塌缩的流通道114，仪器具 有用于可控制地使流通道114塌缩的辊子110。在此说明性的实施例 中，标本盒111包括流通道114，该流通道114由流通道114的壁限 定。至少其中一个流通道114的壁可至少部分地包括可塌缩的隔膜 112。在某些情况下，可塌缩的隔膜112可限定流通道114的外壁的 至少一部分。另外，在某些情况下，流通道114的其它壁可以是刚性 的。根据需要，说明性的隔膜112可以是弹性体或任何其它柔性材料。 作为备选，说明性的隔膜112可以是相当刚性的材料，该材料可在流 通道114周围仍保持不透流体的密封的同时被塌缩。
仪器可包括辊子110,其用于在安装在仪器上之后，对标本盒lll 的可塌缩隔膜112施加压力。在一种情况下，辊子110可将作用力应 用于可塌缩的隔膜112上，使流通道114塌缩，并继续沿着隔膜112 滚动，使更多的流通道114塌缩。在另一个实施例中，辊子110可包 括多个从仪器朝着标本盒111延伸的轴。这些轴与可塌缩的隔膜112 长时间地接合，顺序地对位于一端的第 一轴所延伸的地方施加作用 力，并使隔膜112塌缩，之后下一个相邻的轴使隔膜112塌缩等等， 直至所有的轴都得以延伸，并因而使流通道114完全塌缩时为止。更 一般地说，根据需要可设想辊子IIO是任何用来对可塌缩的隔膜112 施加作用力的合适的装置110。根据需要还可设想辊子IIO所施加的 作用力可以是稳定的力、滚轧力、脉沖式作用力或任何其它合适的方 法。此外，辊子IIO可联接在用于自动控制辊子IIO的控制器上，或 者，可设想辊子IIO是手动控制的。在自动化的情形下，辊子110可 联接在电动机等装置上，该装置受到仪器的控制器的控制。
在使用期间，可首先将标本盒lll插入并安装在仪器中，使得辊
子110与可塌缩的隔膜112对准。接下来，可将辊子110定位在隔膜 112的附近。当准备好在流通道114中产生流动时，可触动辊子110， 以施加足够的作用力，从而使可塌缩的隔膜112的一部分塌缩。辊子 110可继续沿着流通道114的长度施加作用力，以便在流通道114中 引起持续的流动。通过流通道114的截面积与辊子110的作用力和速 度可确定样本流体的流率。
如果可塌缩的隔膜112太柔软，那么对可塌缩的隔膜112的一部 分施加的作用力可能造成流通道114中的流体对隔膜112的另一部分 产生作用力，这可能造成可塌缩的隔膜112在一定程度上鼓起来或膨 胀。这可能产生辊子110的位置的非线性以及流通道114中所引起的 实际流量的非线性。这种非线性可通过校准仪器进行补偿。
作为备选，在某些情况下，当可塌缩的隔膜的另一部分被塌缩时， 可塌缩的隔膜112适合于不向外鼓起来或变形。例如，可塌缩的隔膜 112可由抵抗这种鼓凸的相对较刚性的材料制成。备选或附加地可将 另一物体连接在可塌缩的隔膜112的上方，以帮助防止这种变形。当 辊子110具有多个轴的情况下，所有的轴都可在对第一轴施加任何作 用力之前降低至可塌缩的隔膜处或其附近，从而可防止或大体上防止 隔膜112发生任何不需要的外面变形。
图11是另一个说明性的流体分析仪的示意性的局部截面侧视图， 其具有标本盒和仪器，标本盒具有可塌缩的流通道，仪器具有用于可 控制地使流通道塌缩的辊子。在此说明性的实施例中，仪器可包括辊 子120，其适合于将作用力施加于标本盒121上，类似于参照图10所 示和所述。标本盒121可包括流通道124,该流通道124由流通道124 的壁包括顶壁和底壁限定。在一个实施例中，流通道124可通过具有 被铰接的第一端而可塌缩，使得流通道124的顶壁和底壁形成枢轴点， 如图所示。当将作用力施加于流通道124的顶面上时，铰链可容许顶 面向底面塌缩，从而沿着流通道124挤压流体。在某些情况下，流通 道124的顶面可具有由柔性隔膜122，例如弹性隔膜122包围的刚性
结构，从而当暴露于作用力下时，隔膜122容许顶面与底面形成接触。 更一般地说，根据需要可设想使用任何合适的方法来使流通道124塌缩。
图12是标本盒的示意性的顶视图，标本盒包括许多齿轮，用于 在标本盒的流通道中引起流动。该说明性的实施例包括具有流通道 136和腔室138的标本盒131。腔室138包括许多齿轮132和134。齿 轮132和134可形成泵，其能够抽吸流体，以引起流通道136中的流 动。在某些情况下，各齿轮132,134可具有多个围绕齿轮周边的桨状 结构。桨状结构可帮助推动流体穿过腔室138。如图所示，两个齿轮 132和134可按彼此相反的方向旋转，并可推动围绕腔室138周围的 样本流体或齿轮132和134之间的样本流体。更一般地说，根据需要 可设想使用一个、两个、三个或任何数目的齿轮132和134，以产生 所需的流量。
在某些情况下，可由电动机和轴驱动齿轮132和134。在其它情 况下，可由电场或,兹场驱动齿4仑132和134。更一般地说，可设想由 任何合适的方法来驱动齿轮132和134。
在说明性的实施例中，仪器可包括用于齿轮132和134的驱动机 构的至少一部分。例如，仪器可包括电动机和轴，其中轴与一个或多 个齿轮132和134对接。作为备选，齿轮132和134可包括铁质材料 或甚至是磁化的，并且仪器可提供驱动齿轮132和134的旋转磁场。 仪器的驱动机构可由控制器控制。根据需要控制器可控制齿轮132和 134的操作，例如，齿轮132和134的起动和制动、齿轮132和134 的旋转速度、齿轮132和134的旋转方向和/或任何其它参数。
图13是说明性的流体分析仪的示意图，该分析仪包括带有检测 器的仪器，检测器用于确定在标本盒的流通道中的流体的流率和/或当 前位置。该说明性的实施例包括具有流通道140的标本盒141。在该 仪器中可提供检测器142。在一个实施例中，检测器142可安装在与 标本盒141的流通道140相邻的仪器。检测器142可光学地、电气地、
磁性地或通过任何其它合适的方法检测流体的存在或某些特征。在某
些情况下，例如对于光学检测，标本盒141可为检测器142提供窗口 ， 以查看流通道140中的流体。可设想检测器142可联接在控制器上， 用于触发检测器142和使检测器142不起作用，和/或用于接收来自检 测器142的数据。
在某些情况下，为了测量标本盒141中的样本流体144的流率， 可有另一种流体，例如推动流体146,其推动样本流体144穿过标本 盒141。根据需要可通过前述的任何方法或任何其它合适的方法将推 动流体146提供给标本盒141。另外，推动流体146可包括由检测器 142测量的某些可检测的特征，例如，可光学地、电气地或磁性地检 测的粒子。因而，为了确定样本流体144的流率，可检测和确定推动 流体146的流率。
相似的方法可用于确定流体沿着流通道何时到达某点。也就是 说，可将检测器142定位在沿着流通道的位置附近，并且根据需要检 测器142可光学地、电气地或》兹性地;险测流体在该位置的存在。例如， 根据需要，这可用于检测样本流体例如血液何时已经完全充满样本流 体输入通道，鞘液或细胞溶素流体何时到达标本盒141上的流体回^各 中的某个点，或用于任何其它合适的目的。
图14A-14B是说明性的流体分析仪的示意图，该分析仪包括带有 两个(或更多个)检测器的仪器，检测器用于确定流体在标本盒的流通 道中的流率和/或当前位置。该说明性的实施例包括两个附连在仪器上 的检测器152和154。还提供了标本盒151，其包括流通道150。类似 于图13,检测器152和154可根据需要光学地、电气地、磁性地或通 过任何其它合适的方法而4企测流通道150中的流体的存在和/或流率。 在某些情况下，标本盒151可具有两个或更多个用于流通道150的窗 口 ，以观察流通道150中的流体。两个或更多个检测器可设于彼此间 隔开的已知距离处。根据需要各检测器可联接在控制器上，以从检测 器152和154接收数据和/或传送数据至检测器152和154。
通过例如提供沿着流通道156的流动可确定流体穿过流通道150 的流率。在某些情况下，通过利用气体156,例如空气推挤流体158 可提供这种流动。在说明性的实施例中，气体156或空气可用于推动 流体，从而可易于检测样本流体158的终点，但这不是必须的。通过 例如检测所有或基本上所有样本流体158何时经过各检测器，这两个 或更多个检测器152和154可用来确定流体158的流率。控制器可确 定流体158经过各^r测器152和154所消逝的时间，并知晓;险测器152 和154之间的距离，从而确定流体158的流率。图14A中显示了第一 检测器152何时检测到样本流体158终点的说明性的时间点。图14B 中显示了第二检测器154何时检测到样本流体158终点的说明性的时 间点。作为备选或附加，第一检测器和第二检测器152和154可用来 检测样本流体158何时到达以确定流率。在又一个实施例中，第一检 测器和第二检测器152和154可用于检测流体的某些其它特征，例如 温度、热导率等等。在流体中可产生热脉冲，然后检测器可检测到该 热脉沖。检测器152和154还可检测流体的电阻率和/或其它特征。同 样，流体可包含粒子，例如小珠等，其可光学地、电气地或磁性地检 测到，以帮助确定流体的流率。根据应用可设想使用不止两个检测器， 或只使用一个检测器。
虽然已经如此描述了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人 员应该懂得在所附权利要求的范围内可制作和使用其它的实施例。在 前面所述的描述中已经陈述了本文所覆盖的许多本发明的优势。然 而，应该懂得本发明公开在许多方面都仅仅是说明性的。在细节上， 尤其在部件的形状、尺寸和排列方面可做出修改而不超出本发明的范
围。当然，在表达所附权利要求的文字中限定了本发明的范围。
权利要求
1. 一种流体分析仪，包括用于输送流体的流通道；和一个或多个传感器；联接在所述一个或多个传感器上的控制器，用于确定沿着所述流通道输送的流体是否具有所期望的流体类型。
2. 根据权利要求1所述的流体分析仪，其特征在于，所述一个 或多个传感器检测沿着所述流通道而输送的所述流体的热导率测量 值。
3. 根据权利要求1所述的流体分析仪，其特征在于，所述一个 或多个传感器检测沿着所述流通道而输送的所述流体的比热测量值。
4. 根据权利要求1所述的流体分析仪，其特征在于，所述一个 或多个传感器检测沿着所述流通道而输送的所述流体的电阻率测量 值。
5. 根据权利要求1所述的流体分析仪，其特征在于，所述一个 或多个传感器检测沿着所述流通道而输送的所述流体的流率测量值。
6. 根据权利要求1所述的流体分析仪，其特征在于，所述一个 或多个传感器检测沿着所述流通道而输送的所述流体的热导率和比 热测量4直。
7. 根据权利要求6所述的流体分析仪，其特征在于，所述一个 或多个传感器检测沿着所述流通道而输送的所述流体的流率测量值。
8. 根据权利要求7所述的流体分析仪，其特征在于，所述一个 或多个传感器包括热力式风速仪类型的流量传感器。
9. 根据权利要求1所述的流体分析仪，其特征在于，所述流体 分析仪还包括控制器，所述控制器用于如果沿着所述流通道输送的所 述流体不是所需的流体类型，就发出错误消息。
10. 根据权利要求1所述的流体分析仪，其特征在于，所述流体分析仪还包括控制器，所述控制器用于如果沿着所述流通道输送的所述流体不是所需的流体类型，就暂停流体分析的运行。
11. 一种流体分析仪，包括具有流通道的一次性标本盒，所述流通道用于沿着其自身输送流体，所迷流体具有一个或多个可检测的特征；和用于容纳所述一次性标本盒的仪器，所述仪器具有第一检测器， 所述第一检测器用于检测所述流体的所述一个或多个可检测的特征中的至少一个特征，所述第一检测器位于沿着所迷流通道的第一位置，所述仪器利用由所述第一检测器对所述流体的所述一个或多个可检测的特征的检测来确定所述流通道中的所述流体的流率的测量值。
12. 根据权利要求11所述的流体分析仪，其特征在于，所述仪器还包括第二检测器，所迷第二检测器用于检测所述流体的所述一个或多个可检测的流体特征中的至少一个特征，所述第二检测器位于沿着所述流通道在所述第一位置的下游隔开的第二位置，所述仪器利用由所述第 一检测器和所述第二检测器对所述流体的所述一个或多个可检测的特征的检测来确定所述流通道中的所述流体的流率的测量值。
13. 根据权利要求11所述的流体分析仪，其特征在于，所述流体是所关心的样本流体。
14. 根据权利要求11所述的流体分析仪，其特征在于，所述流体是推动流体，其用于沿着所述流通道推动所关心的样本流体。
15. 根据权利要求14所述的流体分析仪，其特征在于，所述推动流体是气体。
16. 根据权利要求14所述的流体分析仪，其特征在于，所述推动流体是液体。
17. 根据权利要求12所述的流体分析仪，其特征在于，所述仪器通过测量如下时间来确定所述流通道中的所述流体的流率的测量值，所迷时间是当所述第 一检测器检测到所述流体的所述一个或多个可检测的特征时，以及当所述第二检测器检测到所述流体的所述一个 或多个可检测的特征时之间的时间。
18. —种用于4全测一次性标本盒的流通道中的流体的流率的方法，所述方法包括将所述标本盒的所述流通道中的至少 一部分流量引导至仪器的 流体路径中，其中，所述仪器适合于容纳所述一次性标本盒；将所述仪器的所述流体路径中的至少 一部分流量引导回所述一 次性标本盒的流通道中；以及测量所述仪器的所述流体路径中的流率。
19. 一种用于测量一次性标本盒中的流体的流量的方法，所述一 次性标本盒具有流通道，所述流通道由流通道壁限定，所述方法包括将所述流通道中的第一开口定位在第一位置； 检测所述第一开口处的压力；以及利用所检测到的所述第 一开口处的压力来确定所述流通道中的 流率的测量值。
20. 根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述流通道中的第二开口定位在第二位置，其中，所述第二位 置在所述第一位置的下游；检测所述第二开口处的压力；以及利用所检测到的所述第 一开口处的压力和所述第二开口处的压 力之间的差异来确定所述流通道中的流率的测量值。
21. —种流体分析仪，包括标本盒，其具有第一主表面和相反的第二主表面，而且有定位在 所述第一主表面和所述第二主表面之间的流通道，所述标本盒还具有 穿过所述第一主表面并延伸到所述第一流通道中的开口 ；和用于容纳所述标本盒的仪器，所述仪器具有压力源，所述压力源至少有选择地与喷嘴成流体连通，当所述仪器容纳所述标本盒时，所述喷嘴定位在所述标本盒中的开口上，并且与之形成大体上不透流体 的密封。
22. 根据权利要求21所述的流体分析仪，其特征在于，所述仪 器控制所述压力源的压力，从而通过所述喷嘴/所述开口的界面而在所 述标本盒的流通道中？ 1起所需的流动。
23. 根据权利要求21所述的流体分析仪，其特征在于，所述标 本盒还包括所述流通道中的单向阀。
24. —种用于在一次性标本盒的流通道中提供流体的流动的方 法，其中，所述流通道与所述标本盒的压力源入口成流体连通，所述 方法包括将所述标本盒插入仪器，所述仪器具有压力源出口； 使所述仪器的压力源出口与所述标本盒的压力源入口对准； 在所述仪器的压力源出口和所述标本盒的压力源入口之间形成 密封；以及将所述仪器的压力源出口的至少一些压力传递到所述标本盒的 压力源入口 ，以从而在所述标本盒的流通道中引起流体的流动。
25. 根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包 括将单向阀定位在所述标本盒上，与所述标本盒的流通道成流体连 通，其中，所述单向阀防止或大体上防止流体流出所述标本盒的压力 源入口。
全文摘要
公开了用于流体分析仪的仪器-标本盒界面，该流体分析仪带有仪器和可拆卸的标本盒。例如，在一个说明性的实施例中，该仪器可包括针具，该针具适合于穿透位于可拆卸的标本盒上的隔膜。在另一个说明性的实施例中，该仪器可包括柱塞，该柱塞适合于使可拆卸的标本盒上的可变形的隔膜变形。在又一个说明性的实施例中，该仪器可包括喷嘴，该喷嘴适合于配合可拆卸的标本盒上的流通道并将其密封。还公开了用于检测可拆卸的标本盒上的流通道中的流率，以及可拆卸的标本盒的流通道中的流体位置的技术。
文档编号B01L3/00GK101389407SQ200680053387
公开日2009年3月18日 申请日期2006年12月7日 优先权日2005年12月27日
发明者A·帕马纳汉, R·L·巴德尔, T·雷扎彻克 申请人:霍尼韦尔国际公司