DE69614374T2

DE69614374T2 - Verfahren zur spektralanalyse von inhomogenen proben

Info

Publication number: DE69614374T2
Application number: DE69614374T
Authority: DE
Inventors: R. Degen; F. Garyantes
Original assignee: Bayer AG; Bayer Corp
Current assignee: Siemens Healthcare Diagnostics Inc
Priority date: 1995-04-20
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2016-04-20
Also published as: DE69614374D1; ATE204079T1; WO1996033400A1; CA2218115A1; PL322887A1; BR9608331A; JPH11503832A; KR19990007803A; EP0821785A1; US5841523A; AU5161396A; EP0821785B1; DK0821785T3; ES2162037T3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Copyright-Notiz:

Ein Teil der Offenbarung dieses Patents enthält Material, das dem Copyright-Schutz unterliegt. Der Eigentümer hat keinen Einwand gegen die Reproduktion des Patentdokuments durch irgend jemanden, behält sich aber im übrigen alle Rechte in Copyright-Angelegenheiten vor.

2. Technisches Gebiet:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung für das Ausführen der spektroskopischen Analyse von inhomogenen Testproben. Mehr im besonderen wird eine Mehrzahl von Signalmessungen an einer Testprobe ausgeführt, und die analytischen Ergebnisse werden nur von einem Satz von ausgewählten Signalmessungen, der am meisten für das Erhalten von zuverlässigen Antworten geeignet ist, berechnet. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung findet spezielle Anwendung bei der spektroskopischen Bestimmung der Konzentration von Hämoglobinfraktionen oder -abkömmlingen.

3. Technische Übersicht:

Die spektroskopische Messung von Fluiden ist eine in weitem Umfang für die analytische Chemie benutzte Technik. Einrichtungen zum Ausführen von spektroskopischen Messungen sind auf dem Fachgebiet gut bekannt. Die Analyse einer Testprobe kann dadurch vorgesehen werden, daß man die Testprobe in eine optische Zelle bringt und eine Durchlaßgrad-, Absorptionsvermögens- oder Reflexionsvermögensmessung ausführt, während die Probe stationär ist. Alternativ kann man eine Testprobe durch eine optische Strömungszelle fließen lassen und eine Messung ausführen, während die Probe durch die optische Zelle strömt. Optimalerweise werden solche Messungen an nichtsstreuenden, homogenen Proben ausgeführt. Unglücklicherweise enthalten einige Proben Inhomogenitäten, wie Luftblasen oder Teilchen, welche zuverlässige Messungen schwierig machen. Das Vorhandensein von Inhomogenitäten in einer Testprobe beeinflußt in einigen Fällen die Signalmessungen nachteilig, was es erfordert, daß die Probe wiederholt gemessen wird. Signifikanter ist es so, daß Inhomogenitäten auch subtile Fehler verursachen, was dazu führen kann, daß ein Testergebnis geliefert wird, welches, obwohl es plausibel ist, nichtsdestoweniger inkorrekt ist.
Das US-Patent 3 966 323 von Matsuoka et al. offenbart ein Verfahren und eine Einrichtung zum Synchronisieren des Fortschreitens einer Reihe von Probenzellen für die photometrische Analyse. Diese Analyse umfaßt die Dispersion von durch jede Probenzelle übertragenem Licht, sowie Photodetektoren zum Detektieren der jeweiligen Wellenlängen aus dem dispergierten Licht, eine Signalhalteeinrichtung und Steuer- bzw. Regelmittel zum Sampeln oder Auslesen von Signalen aus einer Auslese- und/oder Aufzeichnungseinrichtung. Die Steuer- bzw. Regelmittel sprechen auf Variationen in dem durch die Probenzelle übertragenen Licht an, indem sie eine Abschätzung der Relativbewegung zwischen den Probenzellen oder zwischen einer Probenzelle und der Lichtquelle ableiten.
Das US-Patent 5 036 857 von Semmlow et al. offenbart ein Verfahren zum Detektieren von Koronarherzkrankheit durch die Analyse von diastolischen Herztönen bzw. -geräuschen während des diastolischen Teils des Herzzyklus. Ein Fenster auf dem Zeitgebiet wird dazu benutzt, die Hörprobe während dieses Fensters zu beurteilen, um unerwünschte Töne bzw. Geräusche zu eliminieren. Wenn signifikante Amplituden jenseits der vorausgesagten diastolischen Zeitzonen detektiert werden, wird die Probe als Fremdgeräusch enthaltend zurückgewiesen. Alternativ wird, wenn eine Varianzanalyse über die gesamte Probenperiode einen gegebenen Schwellwert übersteigt, das gesamte Fenster von Proben als Fremdgeräusch enthaltend unberücksichtigt gelassen.
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Durchführen einer spektroskopischen Analyse von inhomogenen Testproben zur Verfügung zu stellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für die spektroskopische Analyse von Fluidtestproben zur Verfügung gestellt, umfassend:
(a) Vorsehen einer Testprobe für die spektroskopische Analyse an bzw. in einer optischen Zelle;
(b) Ausführen einer Mehrzahl von Signalmessungen an der Testprobe;
(c) Auswählen von einem oder mehreren Sätzen von Messungen aus den Signalmessungen, die sowohl eine niedrige Variabilität relativ zu dem Variationsbereich der Signalmessungen oder einen definierten Schwellwert und entweder Signalniveaumaxima oder Signalniveauminima haben; und
(d) Analysieren der Testprobe unter Verwendung des einen ausgewählten Satzes von Signalmessungen oder der mehreren ausgewählten Sätze von Signalmessungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren des Analysierens einer Mehrzahl von Signalmessungen mit einer optischen Zelle an einer Testprobe zur Verfügung gestellt; sowie des Auswählens von einem oder mehreren Sätzen von Messungen aus den Messungen, die sowohl eine niedrige Variabilität relativ zu dem Bereich oder den Gruppen von 51- gnalmessungen oder einem definierten Schwellwert und entweder Signalniveaumaxima oder Signalniveauminima haben; und des Verwendens des ausgewählten Satzes von Messungen zum Analysieren der Testprobe.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Reihe von Durchlaßgrad-, Absorptionsvermögens- oder Reflexionsvermögenssignalmessungen von einer Testprobe analysiert, um für das Analysieren der Testprobe einen oder mehrere Sätze von Signalmessungen auszuwählen, die sowohl niedrige Variabilität relativ zu dem Bereich oder der Gruppe vor Messungen oder zu einem definierten Schwellwert und eines von hohem oder niedrigem Durchlaßgrad-, Absorptionsvermögens- oder Reflexionsvermögenssignalniveaus haben.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Testprobe durch eine optische Strömungszelle fließen gelassen, um eine Reihe von Durchlaßgradmessungen durchzuführen, wobei ein Satz von Durchlaßgradmessungen gewählt wird, die sowohl niedrige Variabilität relativ zu dem Bereich oder der Gruppe von Durchlaßgradmessungen oder zu einem definierten Schwellwert und eines von entweder Durchlaßgradmaxima oder Durchlaßgradminima haben, und dann wird der Mirtelwert des Satzes der Durchlaßgradmessungen zum Analysieren der Testprobe verwendet.

4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Das Prinzip und eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
Fig. 1 ist ein Ablaufdiagramm des in Verbindung mit der spektroskopischen Analyse von Testproben verwendeten Algorithmus.
Fig. 2A-2C veranschaulichen Signalmeßwerte für die Testprobe 1595, worin:
Fig. 2A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen (ADC-Zählungen) pro Zeiteinheit für eine inhomogene Testprobe veranschaulicht;
Fig. 2B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 2A ist, welche ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilität hat; und
Fig. 2C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 2B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 97 (x- Achse) zeigt,
Fig. 3A-3C Signalmeßwerte für die Testprobe 1596 veranschaulichen, worin:
Fig. 3A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine inhomogene Testprobe veranschaulicht;
Fig. 3B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 3A ist und ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilirät hat; und
Fig. 3C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 3B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 78 (x- Achse) zeigt;
Fig. 4A-4C Signalmeßwerte für die Testprobe 1597 veranschaulichen, worin:
Fig. 4A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine inhomogene Testprobe veranschaulicht;
Fig. 4B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 4A ist, die ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilität hat; und
Fig. 4C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 4B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 82 (x- Achse) zeigt;
Fig. 5A-5C Signalmeßwerte für die Testprobe 1598 veranschaulichen, worin:
Fig. 5A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine inhomogene Testprobe veranschaulicht;
Fig. 5B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 5A ist, die ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilität hat; und
Fig. 5C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 5B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 84 (x- Achse) zeigt;
Fig. 6A-6C Signalmeßwerte für die Testprobe 1599 veranschaulichen, worin:
Fig. 6A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine inhomogene Testprobe veranschaulicht;
Fig. 6B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Emission der Fig. 6A ist, die ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilität hat; und
Fig. 6C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 6B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 82 (x- Achse) zeigt;
Fig. 7A-7C Signalmeßwerte für die Testprobe 1600 veranschaulichen, worin:
Fig. 7A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine inhomogene Testprobe veranschaulicht;
Fig. 7B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Figur TA ist, welche ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariation hat; und
Figur YC die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 7B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 83 (x- Achse) zeigt;
Fig. 8A-8C Signalmeßwerte für die Testprobe 1601 veranschaulichen, worin:
Fig. 8A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine inhomogene Testprobe veranschaulicht;
Fig. 8B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 8A ist, die ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilität hat; und
Fig. 8C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 8B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 85 (x- Achse) zeigt;
Fig. 9A-9C Signalmeßwerte für die Testprobe 1602 veranschaulichen, worin:
Fig. 9A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen für eine inhomogene Testprobe veranschaulicht;
Fig. 9B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 9A ist, die ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilität hat; und
Fig. 9C die berechnete Variabilität des Signalniveaus der Testprobe der Fig. 9B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 68 (x- Achse) zeigt;
Fig. 10A-10C Signalmeßwerte für eine nachlaufende Leertestprobe 1603 veranschaulicht, worin:
Fig. 10A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine nachlaufende Leerprobe veranschaulicht;
Fig. 10B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 10A ist, die ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilität hat; und
Fig. 10C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 105 veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 38 (x- Achse) zeigt;
Fig. 11A-11C Signalmeßwerte für eine vorlaufende Leerprobe 1594 veranschaulichen, worin:
Fig. 11A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine vorlaufende Leertestprobe veranschaulicht;
Fig. 11B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 11A ist, die ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilität hat; und
Fig. 11C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 11B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 52 (x- Achse) zeigt;
Fig. 12A-12C Signalmeßwerte für die Testprobe 2049 veranschaulichen, worin:
Fig. 12A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine inhomogene Testprobe veranschaulicht;
Fig. 12B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 12A ist, die ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilität hat; und
Fig. 12C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 12B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 135 (x- Achse) zeigt;
Fig. 13A-13C Signalmeßwerte für die Testprobe 2050 veranschaulichen, worin:
Fig. 13A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine inhomogene Testprobe veranschaulicht;
Fig. 13B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 13A ist, die ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilität hat; und
Fig. 13C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 13B veranschaulicht and ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 163 (x- Achse) zeigt;
Fig. 14A-14C Signalmeßwerte für die Testprobe 2051 veranschaulichen, worin:
Fig. 14A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine inhomogene Testprobe veranschaulicht;
Fig. 14B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 14A ist, die ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilität hat; und
Fig. 14C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 14B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 137 (x- Achse) zeigt;
Fig. 15A-15C Signalmeßwerte für die Testprobe 2052 veranschaulichen, worin:
Fig. 15A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine inhomogene Testprobe veranschaulicht;
Fig. 15B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 15A ist, die ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilität hat; und
Fig. 15C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 15B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 162 (x- Achse) zeigt;
Fig. 16A-16C Signalmeßwerte für die Testprobe 2053 veranschaulichen, worin:
Fig. 16A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine inhomogene Testprobe veranschaulicht;
Fig. 16B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 16A ist, die ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilität hat; und
Fig. 16C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 16B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 169 (x- Achse) zeigt;
Fig. 17A-17C Signalmeßwerte für die Testprobe 2054 veranschaulichen, worin:
Fig. 17A die Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine inhomogene Testprobe veranschaulicht;
Fig. 17B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 17A ist, die ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilität hat; und
Fig. 17C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 17B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 176 (x- Achse) zeigt;
Fig. 18A-18C Signalmeßwerte für die Testprobe 2055 veranschaulichen, worin:
Fig. 18A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine inhomogene Testprobe veranschaulicht;
Fig. 18B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 18A ist, die ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilität hat; und
Fig. 18C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 18B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 165 (x- Achse) zeigt;
Fig. 19A-19C Signalmeßwerte für die Testprobe 2056 veranschaulichen, worin:
Fig. 19A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine inhomogene Testprobe veranschaulicht;
Fig. 19B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 19A ist, die ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilität hat; und
Fig. 19C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 19B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 144 (x- Achse) zeigt;
Fig. 20A-20C Signalmeßwerte für die Testprobe 2057 veranschaulichen, worin:
Fig. 20A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine inhomogene Testprobe veranschaulicht;
Fig. 20B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 20A ist, die ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariabilität hat; und
Fig. 20C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 20B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 173 (x- Achse) zeigt;
Fig. 21A-21C Signalmeßwerte für eine vorlaufende Leertestprobe 2048 veranschaulichen, worin:
Fig. 21A Signale oder Analog-Digital-Umsetzer-Zählungen pro Zeiteinheit für eine vorlaufende Leertestprobe veranschaulicht;
Fig. 21B eine Vergrößerung der Analog-Digital-Umsetzer- Zählungen pro Zeiteinheit der Fig. 21A ist, die ein ausgewähltes Fenster zeigt, das eine niedrige Signalvariation hat; und
Fig. 21C die berechnete Variabilität der Signalniveaus der Testprobe der Fig. 21B veranschaulicht und ein ausgewähltes Fenster bei angenähert der Zeiteinheit 83 (x- Achse) zeigt;
Fig. 22A-22D der Code eines Programms für die Verwendung auf bzw. in einem analytischen Instrument für das Auswählen von Signalmessungen gemäß dem Algorithmus der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 23 ein Diagramm ist, welches Absorptionsspektren der Testproben 1595-1602 veranschaulicht; und
Fig. 24 ein Diagramm ist, das Absorptionsspektren der Testproben 2049-2057 veranschaulicht.

5. Detaillierte Beschreibung der Erfindung:

Es wird ein Algorithmus vorgesehen, der in Verbindung mit einem Spektrophotometer eine einfache und zuverlässige Analyse von inhomogenen Testproben möglich macht. Der Algorithmus lehrt (a) das Finden einer Vorderkante der Testprobe; (b) das Sammeln aller Datenfenster, die eine Signalvariabilität unter "Schwellwert 1" haben; (c) das Auswählen von Daten aus einem oder mehreren Datenfenstern, welche (b) und ein Signalniveaukriterium erfüllen (niedrigstes oder höchstes aus dem Satz von Datenfenstern, die "Schwellwert 1" erfüllen); (d) alternativ, wenn kein Datenfenster (b) erfüllt, das Sammeln aller Datenfenster von einem oder mehreren Datenfenstern, die eine Signalvariabilität unter "Schwellwert 2" haben; (e) das Auswählen von Daten aus einem oder mehreren Datenfenstern, die (d) und ein Signalniveaukriterium erfüllen (niedrigstes oder höchstes aus dem Satz von Datenfenstern, das "Schwellwert 2" erfüllt); (f) alternativ, wenn kein Datenfenster (d) erfüllt, das Auswählen von Daten aus einem oder mehreren der Fenster niedrigster Variabilität; und (g) wenn die gewählten Daten von (f) größer als "Schwellwert 3" sind, wird ein Fehler erklärt.
Die Analyse der Varianz der Testmessungen ist auf dem Fachgebiet bekannt. Die Analyse der Varianz von Signalmessungen in der vorliegenden Erfindung wird gemäß der Formel (1) wie folgt bestimmt:
Variabilität = abs(Dateni - Daten&sub1;) (1)
Alternative Verfahren, welche die Variabilität bestimmen, können zum Ausführen des obigen Algorithmus verwendet werden. Der Algorithmus wird in ein Programm zur Verwendung auf einem Computer in Verbindung mit einem oder eingebaut in ein Spektrophotometer zum Vorsehen einer Datenanalyse der Signalmessungen geschrieben.
Die Vorderkante wird vorgesehen entweder (a) durch Einstellen eines Schwellwerts auf einen spezifizierten Wert relativ zu dem Signal, das von einer Blindprobe resultiert, oder (b) Einstellen eines spezifizierten Werts, wie er durch (a) vorgesehen wird, und weiter Einstellen eines Signalvariabilitätskriteriums. In der bevorzugten Ausführungsform wird der Schwellwert für die Vorderkante auf 80% der Signalzählungen, wie sie durch die Blindprobe bestimmt sind, eingestellt.
Die Fenstergröße wird optimal gewählt, um Inhomogenitäten der Probe zu vermeiden, während sie groß genug ist, um eine gute Messung der Probenvariabilität zu liefern. Die Probenvariabilität ist eine Funktion der ADC-Zählungen oder -Signale (Analog-zu-Digital-Umsetzer-Zählungen oder -Signale), wie am besten durch die Bezugnahme auf die Figuren reflektiert wird. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Fenstergröße auf acht (8) Zeiteinheiten oder Zeitticks festgesetzt, wobei bei jeder Zeiteinheit eine Signalmessung der Probe ausgeführt wird. Jede Zeiteinheit der bevorzugten Ausführungsform ist gleich 0,1 Sekunden, und jede Testprobe wird während 10 Sekunden analysiert. Die Zeit der Analyse einer Testprobe hängt teilweise von der Probengröße, dem zum Ausführen der Messungen verwendeten Instrument und der Stabilität der Probe für die Analyse ab, wobei irgendeine dieser Größen variieren kann, während noch der Algorithmus der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
In einem Spektrophotometer vom Fluidströmungszellentyp kann die Instabilität durch Blasen in einer Testprobe, sowie daß eine Testprobe geschäumt, schwer segmentiert oder verdünnt ist, widergespiegelt werden. Der Algorithmus liefert, wie oben beschrieben, die Fähigkeit des Auswählens aus instationären Probendaten zum Erhalten einer zuverlässigen Analyse der Probe. Es wird bemerkt, daß bei der Benutzung des Algorithmus die Stabilität der Signalmessungen schließlich wichtiger wird als Signale hohen oder niedrigen Niveaus, d. h. niedriger oder hoher Durchlaßgrad, niedriges oder hohes Absorptionsvermögen oder niedriges oder hohes Reflexionsvermögen.
Jeder Variabilitätsschwellwert wird empirisch gemäß den Spezifikationen oder der Genauigkeit des Instruments oder der Einrichtung eingestellt, das bzw. die zum Ausführen der 51- gnalmessungen benutzt wird, und der Fenstergröße, welche ihrerseits eine Funktion der pro Zeiteinheit gemessenen Anzahl von Signalen ist. Die Schwellwerte liefern das Kriterium, mittels dessen Signalmessungen für die Testprobenanalyse verwendet werden können. Die Werte für die Schwellwerte werden so festgesetzt, daß eine vernünftige Anzahl von Signalmessungen für die Analyse geliefert wird, bevor Fehler in den Ergebnissen bemerkt werden. Fehler können mathematisch bemerkt werden durch Umsetzen von Signalmessungen auf das Absorptionsvermögen für eine bekannte Kontrolle und dann des Abschätzens bzw. Bewertens des Fehlers. Zum Beispiel kann "Schwellwert 1" eingestellt werden, wodurch wenigstens 50% der Signalmessungen für die Analyse verwendet werden können.
"Schwellwert 2" kann eingestellt werden, wodurch wenigstens 80% der Signalmessungen für die Analyse verwendet werden können. In dem Spektrophotometer, das in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wurde, wurde, wie durch die Beispiele unten vorgesehen, "Schwellwert 1" in dem Bereich von 200-400 Variabilitätseinheiten oder auf das 25- bis 50-fache der Anzahl von Zeiteinheiten in dem Fenster festgesetzt. "Schwellwert 2" wurde in dem Bereich von 400-800 Variabilitätseinheiten oder auf das 50- bis 100-fache der Anzahl der Zeiteinheiten in dem Fenster festgesetzt. "Schwellwert 3" wurde in dem Bereich von 800-1600 Variabilitätseinheiten oder dem 100- bis 200-fachen der Anzahl von Zeiteinheiten in dem Fenster festgesetzt. Es wird bemerkt, daß das Meßsystem dort, wo die Variabilität einer Probe, die analysiert wird, "Schwellwert 3" übersteigt, einen Fehler an die Systemkontroll- bzw. Steuereinrichtung bzw. die Systemkontrollperson signalisiert. In der bevorzugten Ausführungsform wird "Schwellwert 1" auf 200 variable Einheiten festgesetzt; "Schwellwert 2" wird auf 400 variable Einheiten festgesetzt, und "Schwellwert 3" wird auf 800 variable Einheiten festgesetzt. Es wird bemerkt, daß, wenn die Schwellwerte herabgesetzt werden, eine kleinere Anzahl von Signalmessungen die Variabilitätskriterien für die Auswahl erfüllt. Dieses bedeutet, daß mehr Signalmessungen als Ausreißer charakterisiert werden.
Die in dem Algorithmus vorgesehenen Schwellwerte beziehen sich auch auf die Spezifikationen oder die Zuverlässigkeit des Instruments, das die Signalmessungen ausführt. Ein Instrument mit höherer Genauigkeit erlaubt die Einstellung eines niedrigeren "Schwellwerts 3".
Die Datenauswahl für die Probe, die analysiert wird, erfordert es zunächst, daß eine Wellenlänge maximaler Empfindlichkeit ausgewählt wird, z. B. in dem Fall von Blut eine Wellenlänge, die ein hohes Absorptionsvermögen zeigt, d. h. 577 nm. Die ausgewählte Wellenlänge ist außerdem eine solche, bei welcher die Inhomogenitäten in der Probe die größte Wirkung haben.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Datensatz von einem optischen 256-Kanal-Detektor, der Wellenlängen von 520-680 nm überspannt, relativ zu einer Wellenlänge oder einer metrischen Basis analysiert, die, wie oben bemerkt, basierend auf der maximalen Empfindlichkeit für Testprobeninhomogenitäten gewählt ist. Ein oder mehrere Sätze von Meßsignalen werden gemäß den Kriterien ausgewählt, welche durch den Algorithmus definiert sind. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein einziger Satz von Meßsignalen oder ein Fenster für die Probenanalyse gewählt. Signalmessungen werden gewählt unter Verwendung von entweder einer zeitlichen Abtastung oder einer räumlichen Abtastung der Testprobe. Optimal wird in dem Fall einer zeitlichen Abtastung einer strömenden Testprobe eine Mehrzahl von seriellen Signalmessungen analysiert.
In der Analyse einer Testprobe durch den optischen Durchlaßgrad wird ein Datensatz oder Fenster gewählt durch Untersuchen von Fenstern, die sowohl niedrige Variabilität und entweder maximalen Durchlaßgrad, wenn die Inhomogenitäten den Durchlaßgrad herabsetzen, oder minimalen Durchlaßgrad, wenn die Inhomogenitäten den Durchlaßgrad erhöhen, haben. Die Daten von anderen gemessenen Wellenlängen aus dem gewählten Fenster werden für die Analyse der Testprobe durch Verwendung von angemessenen Gleichungen, wie auf dem Fachgebiet bekannt, benutzt. Im Falle von Hämoglobinfraktionen oder -abkömmlingen würden die Wellenlängen im Bereich von 520-680 nm sein, in welchem die Hämoglobinfraktionen oder -abkömmlinge eine gute Absorption haben. Die Analyse von alternativen Wellenlängen kann gemäß dem Analyt oder der Komponente, der bzw. die in einer Testprobe beurteilt wird, oder für Kontrollzwecke ausgeführt werden.
Es sei auf die Fig. 2B-21B Bezug genommen, worin das durch die Verwendung des Algorithmus gewählte Fenster dunkel getönt ist.
Der Hauptvorteil des vorliegenden Verfahrens besteht darin, daß es bewirkt, daß das Meßuntersystem eines analytischen Instruments, im besonderen eines Spektrophotometers, viel weniger durch Inhomogenitäten, d. h. Blasen oder Artefakte, in der Probe beeinträchtigt wird als frühere Systeme. Der Grund besteht darin, daß in der bevorzugten Ausführungsform die gesamte Probe eine Mehrzahl von Malen gemessen wird und die Testprobenanalyse nur aus einem Teil der Probenmessungen, die am meisten zum Geben von zulässigen Antworten geeignet sind, berechnet wird. Das bedeutet, daß dann, wenn einige Blasen in der Probe sind, die Teile der Probe mit den Blasen vermieden werden und nur der beste Teil der Probe zum Berechnen von Ergebnissen verwendet wird. In früheren Systemen würde das Vorhandensein von Inhomogenitäten während der Messung typischerweise die Messung der Testprobe zunichte machen. Selbst im schlimmsten Fall kann der Fehler für einige Arten von Inhomogenitäten, d. h. Mikroblasen, subtil sein, so daß sich plausible, aber inkorrekte Resultate ergeben, die nicht detektiert werden können. Der durch die vorliegende Erfindung definierte Algorithmus kompensiert auch die Verdünnung in dem System durch Auswählen des am wenigstens verdünnten Teils der Probe für die Messung.
Es versteht sich, daß die Veranschaulichungen der Signalmessungen und die Verwendung des Algorithmusablaufdiagramms dahingehend zu interpretieren sind, daß sie funktionelle Repräsentationen von Programmen in einem zu Allgemeinzwecken programmierbaren Computer umfassen, der zum Bewerkstelligen der hier beschriebenen Funktionen und Operationen verwendet wird. Programmierbare Computer und Instrumentbetätigungssysteme können Verschiedene Formen oder Konfigurationen annehmen, und die Programmierung solcher Systeme zum Ausführen der Lehre der vorliegenden Erfindung können auch viele Formen annehmen. Eine solche Variation in Instrumenten oder in der Programmierung beschränkt nicht die Verwendung der vorliegenden Erfindung. In den Beispielen unten ist ein Programm, siehe Fig. 22, für die Verwendung auf einem Co-Oximeter, das durch Ciba Corning Diagnostics Corp. vermarktet werden soll, vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Algorithmus in Verbindung mit einer Einrichtung zum spektrofotometrischen Bestimmen der Konzentration von Hämoglobinfraktionen oder -abkömmlingen verwendet, und zwar einschließlich tHb (Gesamthämoglobin), O&sub2;Hb (Oxyhämoglobin), HHb (Deoxyhämoglobin), MetHb (Methämoglobin) und COHb (Carboxyhämoglobin)
Die durch die Detektoren des Spektrophotometers erzeugten Signale werden unter Verwendung des Algorithmus der vorliegenden Erfindung analysiert, der in der Form eines Softwareprogramms geschrieben und auf einem geeigneten Computer, wie einem Mikroprozessor, ausgeführt wird.
In der bevorzugten Ausführungsform wird ein 16-Bit-Analog-zu- Digital-Umsetzer benutzt, der einen Meßbereich von 100 ADC- Zählungen bis 60K ADC-Zählungen hat. Die Signalvariabilität ist, wie hier beschrieben, eine Funktion der ADC-Zählungen. Die Probenfenstergröße ist auch eine wichtige Variable, da ene kleine Fenstergröße keine wahre Messung der Variabilität ermöglicht. Obwohl eine kleinere Fenstergröße geschickter beim Vermeiden einer Inhomogenität in der Testprobe sein mag, ist eine lastende Gefahr vorhanden, keine wahre Messung der Variabilität der Probe zu liefern.
In einer anderen Ausführungsform wird die Signalauswahl dazu benutzt, Gruppen oder Sätze von Signalmessungen zu bestimmen, welche nur eine niedrige Variabilität innerhalb der Gruppe enthalten; und die ausgewählten Gruppen werden dazu benutzt, die Probenanalyse auszuführen. Optimal kann, nachdem diese Gruppen oder Sätze ausgewählt worden sind, die Gruppe, welche den niedrigsten Durchlaßgrad (oder den höchsten Durchlaßgrad, was von der Inhomogenität und der Probe abhängt) hat, auch gewählt werden.
Beim Analysieren der Wirkung der Inhomogenität auf die Testprobe wird das Fenster unter Benutzung des maximalen Durchlaßgrads, wenn die Inhomogenität den Durchlaßgrad herabsetzt, oder alternativ unter Wahl eines Fensters, das den minimalen Durchlaßgrad hat, wenn die Inhomogenität einen erhöhten Durchlaßgrad bewirkt, ausgewählt. Zum Beispiel erhöhen Blasen im allgemeinen den Durchlaßgrad in opaken Fluiden, aber vermindern den Durchlaßgrad in klaren Fluiden. Teilchenförmiges Material vermindert typischerweise den Durchlaßgrad.
Eine spezifische Anwendung der Lehre der vorliegenden Erfindung kann am besten unter Bezugnahme auf die Messung der Konzentration von Hämoglobinfraktionen in Blut beschrieben werden, wie durch die folgenden Beispiele veranschaulicht wird. Die Beispiele sind dazu gedacht, die Erfindung zu erläutern und nicht zu beschränken, und sie können durch den Fachmann als eine Richtungschnur zur Anwendung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung auf andere analytische Verwendungen benutzt werden.

6. Beispiele 1-10

Eine Blutprobe von einem gesunden freiwilligen Spender wurde in neun (9) Testproben 1595-1602 unterteilt. Jede Probe wurde in ein Prototyp-Co-Oximeter (800-Serie, Ciba Corning Diagnostics Corp.) zur Messung von Hämoglobin-Abkömmlingen oder -Fraktionen eingeführt. Die Testprobe wird vor dem Eintritt in eine Fluidströmungszelle zu Signalmessungen (Durchlaßgrad) hämolisiert. Blindproben 1594 und 1603, die aus einem optisch klaren Fluid bestehen, wurden auch analysiert. Die durch die Leitblindprobe 1594 gelieferten Signalmessungen wurden bei der Bestimmung des Testprobendurchlaßgrads verwendet.
Meßsignale für jede Testprobe und Blindprobe wurden in einer Reihe von Malen alle 0,1 s während 10 s für eine Gesamtheit von 100 Messungen oder 100 Zeitticks gemacht. Die Messungen wurden in Fenster oder Abschnitte von 8 Punkten oder 8 Zeitticks unterteilt. Die Kriterien für die Fenstergröße basieren auf der Sammlung von Signalen, welche Inhomogenitäten in der Testprobe vermeiden, und der Strömungsrate der Probe vorbei an dem Detektor oder dem Teil der meßbaren oder dem Durchgang durch die optische Strömungszelle. Signalmessungen für die Testproben 1595-1602 und die Blindproben 1594 und 1603 sind in den Fig. 3-11 bzw. Fig. 23-24 vorgesehen, welche ADC-Zählungen pro Zeiteinheit für die Testproben veranschaulichen. Das durch den Algorithmus für die Probe oder die Blindprobe gewählte Fenster ist in dem dunkel getönten Bereich von jeder jeweiligen Figur gezeigt. Der Mittelwert der in dem Fenster vorgesehenen Daten wird dazu benutzt, die Konzentration der Hämoglobin-Abkömmlinge oder -Fraktionen zu berechnen.
Es sei auf die Pfeile in Fig. 2B (unmittelbar vor und nach dem gewählten Fenster) Bezug genommen, welche Inhomogenitäten anzeigen, die in der Testprobe vorhanden sind, wie durch Signalmeßvariation widergespiegelt wird. Es sei auf die Pfeile in Fig. 6B (nach dem gewählten Fenster) Bezug genommen, welche Verdünnungs- oder Mikroblasenwirkungen, die in der Testprobe Vorhanden sind, anzeigen. Die Fig. 8B zeigt einen sehr guten Probenlauf, der relativ frei von Inhomogenitäten ist.
Die Tabelle I liefert die resultierenden Hämoglobinabkömmlings- oder -fraktionskonzentrationen für die Testproben 1595-1602, die Varianz von jeder Testprobe und die statistische Analyse des Datensatzes. Eine Analyse von jeder der Fig. 3-10 zeigt, daß die Signalmessungen für jede Testprobe variabel waren, aber bei angemessener Fensterwahl durch den vorgesehenen Algorithmus wurden akzeptable Testergebnisse erhalten. TABELLE I

Beispiele 11-20

Eine Blutprobe von einem gesunden freiwilligen Spender wurde in neun (9) Testproben 2049-2057 unterteilt. Jede Probe wurde in ein Prototyp-Co-Oximeter (800-Serie, Ciba Corning Diagnostics Corp.) zur Messung auf Hämoglobinabkömmlinge oder -fraktionen eingeleitet. Die Testprobe wird vor dem Eintritt in eine Fluidströmungszelle zu Signalmessungen (Durchlaßgrad) hämolysiert. Eine Leitblindprobe (2048), die aus einem optisch klaren Fluid besteht, wurde auch analysiert. Die durch die Leitblindprobe 2048 gelieferten Signalmessungen werden bei der Bestimmung des Testprobendurchlaßgrads verwendet.
Meßsignale für jede Testprobe und Blindprobe wurden in einer Reihe von Malen alle 0,1 s während 10 s für eine Gesamtheit von 100 Messungen oder 100 Zeitticks gemacht. Die Messungen wurden in Fenster oder Abschnitte von 8 Punkten oder 8 Zeitticks unterteilt. Das Kriterium für die Fenstergröße basiert auf der Sammlung von Signalen, welche Inhomogenitäten in der Testprobe vermeiden, und der Strömungsrate der Probe vorbei am Detektor oder dem Teil der meßbaren Probe oder dem Durchgang durch die optische Strömungszelle. Signalmessungen für jede Testprobe und Blindprobe sind in den Fig. 12-23 und in Fig. 25 vorgesehen, die Absorptionsspektren für die Testproben veranschaulichen. Das durch den Algorithmus für die Probe oder Blindprobe gewählte Fenster ist in dem dunkel getönten Bereich von jeder jeweiligen Figur gezeigt. Der Mittelwert der in dem Fenster vorgesehenen Daten wurde dazu benutzt, die Konzentration der Hämoglobinabkömmlinge oder -fraktionen zu berechnen.
Es sei auf die Pfeile in Fig. 12B (unmittelbar vor und nach dem gewählten Fenster) Bezug genommen, die Inhornogenitäten anzeigen, welche in der Testprobe vorhanden sind, wie durch die Signalmessungsvariation widergespiegelt ist. Es sei auf die Pfeile in Fig. 14B (nach dem gewählten Fenster) Bezug genommen, welche Verdünnungs- oder Mikroblasenwirkungen anzeigen, die in der Testprobe vorhanden sind.
Die Tabelle II liefert die resultierenden Hämoglobinabkömmlings- oder -fraktionskonzentrationen für die Testproben 2049-2057, die Varianz von jeder Testprobe und die statistische Analyse des Datensatzes. Eine Analyse von jeder der Fig. 12-22 zeigt, daß die Signalmessungen für jede Testprobe variabel waren, aber bei angemessener Fensterwahl durch den vorgesehenen Algorithmus wurden akzeptable Testergebnisse mit der Ausnahme der Probe 2056 erhalten.
Hinsichtlich der Testprobe 2056 wird bemerkt, daß die Signalvarianz 872 im Vergleich mit der Signalvariation der Testproben 2049-2055 und 2057 groß war. Diese Variation würde bewirken, daß die Probe gemäß dem Schwellwertsatz für den Algorithmus zurückgewiesen wird. TABELLE II
Es versteht sich, daß verschiedene Modifikationen hinsichtlich der Lehre vorgenommen werden können, ohne den Bereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen.

Claims

1. Verfahren für die spektroskopische Analyse von Fluidtestproben, umfassend:

(a) Vorsehen einer Testprobe für die spektroskopische Analyse an bzw. in einer optischen Zelle;

(b) Ausführen einer Mehrzahl von Signalmessungen an der Testprobe;

(c) Auswählen von einem oder mehreren Sätzen von Messungen aus den Signalmessungen, die sowohl eine niedrige Variabilität relativ zu dem Variationsbereich der Signalmessungen oder einem definierten Schwellwert und entweder Signalniveaumaxima oder Signalniveauminima haben; und

(d) Analysieren der Testprobe unter Verwendung des einen ausgewählten Satzes von Signalmessungen oder der mehreren ausgewählten Sätze von Signalmessungen.

2. Verfahren, wie es im Anspruch 1 vorgesehen ist, worin die Signalmessungen durch Ausführen einer zeitlichen Abtastung oder einer räumlichen Abtastung der Testprobe gewählt werden.

3. Verfahren, wie es im Anspruch 1 vorgesehen ist, worin ein einzelner Satz von Signalmessungen oder ein Fenster zum Analysieren der Testprobe ausgewählt wird.

4. Verfahren, wie es im Anspruch 1 vorgesehen ist, worin die Signalmessungen entweder Durchlaßgrad-, Absorptionsvermögens- oder Reflexionsvermögensmessungen umfassen.

5. Verfahren, wie es im Anspruch 3 vorgesehen ist, worin der Mittelwert des Satzes von Signalmessungen zum Analysieren der Testprobe benutzt wird.

6. Verfahren, wie es im Anspruch 1 vorgesehen ist, worin die Signalmessungen seriell über aufeinanderfolgende Zeitintervalle ausgeführt werden.

7. Verfahren, wie es im Anspruch 1 vorgesehen ist, worin die Mehrzahl von Signalmessungen in einer Zeitdauer ausgeführt wird, die kleiner als oder gleich zehn Sekunden ist.

8. Verfahren, wie es im Anspruch 6 vorgesehen ist, worin jede Signalmessung in kleiner als oder gleich 0,1 Sekunde ausgeführt wird.

9. Verfahren, wie es im Anspruch 1 vorgesehen ist, worin der Satz von Messungen größer als oder gleich vier Signalmessungen ist.

10. Verfahren, wie es im Anspruch 1 vorgesehen ist, worin der Satz von Signalmessungen durch Verwendung eines Algorithmus gewählt wird, welcher die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Finden einer Vorderkante der Testprobe;

(b) Sammeln aller Datenfenster, welche eine Signalvariabilität unter "Schwellwert 1" haben;

(c) Auswählen von Daten aus einem oder mehreren Datenfenstern, die den Schritt (b) erfüllen, und eines Signalniveaukriteriums, z. B. niedrigster oder höchster aus dem Satz von Datenfenstern, die "Schwellwert 1" erfüllen;

(d) wenn keine Datenfenster den Schritt (b) erfüllen, Sammeln aller Datenfenster von einem oder mehreren Datenfenstern, welche eine Signalvariabilität unterhalb von "Schwellwert 2" haben;

(e) Auswählen von Daten aus einem oder mehreren Datenfenstern, die den Schritt (d) erfüllen, sowie eines Signalniveaukriteriums, z. B. niedrigster oder höchster aus dem Satz von Datenfenstern, welche "Schwellwert 2" erfüllen;

(f) wenn keine Datenfenster den Schritt (d) erfüllen, Auswählen von Daten aus einem oder mehreren der Fenster niedrigster Variabilität; und

(g) wenn ausgewählte Daten des Schritts (f) größer sind als "Schwellwert 3", Deklarieren eines Fehlers.

11. Verfahren, wie es im Anspruch 1 vorgesehen ist, worin die Signalmessungen ausgeführt werden, während die Testprobe durch die optische Zelle strömt oder während die Testprobe in der optischen Zelle stationär ist.

12. Verfahren, wie es im Anspruch 1 vorgesehen ist, worin die Testprobe aus Blut besteht.

13. Verfahren, wie es im Anspruch 12 vorgesehen ist, worin das Blut hämolisiert wird bzw. ist.