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Hintergrund
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Gerät und
ein Verfahren zur Durchführung
von Tests an einer zu analysierenden Probe einer Körperflüssigkeit, und
insbesondere betrifft die Erfindung ein Reflexionsspektroskop sowie
ein Verfahren zur Bestimmung von nicht-hämolysierten Gehaltsmengen von
okkultem Blut in Urin.
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Für
verschiedene medizinische Diagnosezwecke ist es nützlich,
ein Reflexionsspektroskop zur Analyse von Proben von Körperflüssigkeiten,
z. B. zum Nachweis des Vorhandenseins von Blut im Urin einer Person,
zu verwenden. Herkömmliche
Reflexionsspektroskope, wie das in
DE
24 62 716 offenbarte, sind bereits zum Nachweis des Vorhandenseins von
Blut in einer auf einer Reagensunterlage vorliegenden Urinprobe
verwendet worden. Blut im Urin reagiert mit dem Reagens auf der
Reagensunterlage, wodurch verursacht wird, dass die Reagensunterlage ihre
Farbe im Zeitablauf bis zu einem Grad verändert, der von der Konzentration
des Bluts abhängt.
Beispielsweise kann in der Gegenwart einer relativ großen Konzentration
von Blut, eine derartige Reagensunterlage ihre Farbe von gelb nach
dunkelgrün
verändern.
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In einem Reflexionsspektroskop des
Standes der Technik wird die Konzentration des Bluts durch Beleuchtung
eines Einzelteilbereichs der Reagensunterlage nachgewiesen, wobei, über einen
herkömmlichen
Reflexionsdetektor, die von der Reagensunterlage aufgenommene Lichtmenge
nachgewiesen wird, die auf die Farbe der Reagensunterlage bezogen
ist. Bezogen auf die Größe des vom
Reflexionsdetektor erzeugten Reflexionssignals, ordnet das Spektroskop
die Urinprobe einer der Kategorien zu, z. B. einer ersten Kategorie,
entsprechend keinem Blut, einer zweiten Kategorie, entsprechend
einer kleinen Blutkonzentration, einer dritten Kategorie, entsprechend
einer mittleren Blutkonzentration, und einer vierten Kategorie,
entsprechend einer großen Blutkonzentration.
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Die Zuordnung einer Urinprobe zu
einer der oben beschriebenen Kategorien erfolgte dabei durch aufeinanderfolgenden
Vergleich der Größe des Reflexionssignals
mit jeweils einem von drei Schwellenpegeln, welche die Kategorien
definieren. Weist das Reflexionssignal beispielsweise eine Größe auf,
die einer 10%-igen Lichtreflexion entspricht (was einer dunklen
Reagensunterlage mit großer
Blutkonzentration entspräche),
würde das
Spektroskop dieses 10%-Reflexionssignal mit dem Schwellenwert für große Blutkonzentrationen,
z. B. von 15%, vergleichen und die Urinprobe dieser Kategorie zuordnen.
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Ein Nachteil eines solchen herkömmlichen Spektroskops
stellt die Möglichkeit
von Fehlkategorisierungen der Blutkonzentration in Fällen dar,
in denen nicht-hämolysiertes
Blut vorliegt. Blut in einer normalen Urinprobe ist hämolysiert,
was bedeutet, dass das Blut relativ einheitlich über die Urinprobe als kleine
Blutzellfragmente verteilt ist, die visuell nicht nachweisbar sind.
In bestimmten Fällen
wie in hoch konzentriertem Urin, ist das Blut nicht-hämolysiert, was
bedeutet, dass im Wesentlichen intakte rote Blutzellen oder relativ
große
Blutzellfragmente vorhanden sind, die visuell mit dem bloßen Auge
oder bei geringer Vergrößerung nachgewiesen
werden können.
Liegt eine relativ kleine Menge von nicht-hämolysiertem Blut in einer Blutprobe
vor, kann ein herkömmliches
Spektroskop ein falsches Negativergebnis erzeugen (wodurch dann
irrtümlich
die Abwesenheit von Blut angegeben wird), falls die Konzentration der
einzelnen Blutzellen klein genug ist. Würde die gleiche Urinprobe auf
der Reagensunterlage visuell vom Doktor inspiziert werden, könnten die
großen Blutzellfragmente
gesehen werden, was dazu führen würde, dass
der Doktor in irrtümlicher
Weise glaubt, dass das Spektroskop fehlerhaft war.
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Bezüglich der obigen Überlegungen,
ist in
EP 0 743 514 ,
die nach dem Prioritätsdatum
der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht
wurde, ein Verfahren und ein Gerät
zum Nachweis des Vorliegens von nicht-hämolysierten Spuren und von
hämolysiertem
okkulten Blut offenbart.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die Probleme werden mit dem Gerät gemäß den Ansprüchen 1,
4 und 10 sowie mit dem Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst.
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Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Analyse einer
Körperflüssigkeitsprobe,
die auf einer Reagensunterlage vorliegt. Das Gerät ist mit Mitteln zur aufeinanderfolgenden
Beleuchtung einer Vielzahl unterschiedlicher Teilbereiche der Reagensunterlage, auf
der die Körperflüssigkeitsprobe
vorliegt, und mit Mitteln zur Erzeugung einer Vielzahl von Reflexionssignalen
in Reaktion auf Licht ausgestattet, das aus einem entsprechenden
der unterschiedlichen Teilbereiche der Reagensunterlage empfangen
wird, die von den Beleuchtungsmitteln beleuchtet werden. Das Gerät ist auch
mit Mitteln zur Bestimmung ausgestattet, ob sich die Größe eines
der Reflexionssignale wesentlich von der Größe eines weiteren der Reflexionssignale
unterscheidet. Ist die Körperflüssigkeitsprobe
Urin, wird dadurch dem Gerät
die Befähigung
verliehen, das Vorliegen von nicht-hämolysiertem Blut in der Urinprobe
nachzuweisen.
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Die Beleuchtungsmittel können nacheinander
eine Vielzahl sich überlappender
Teilbereiche der Reagensunterlage und in Abfolge mindestens drei verschiedene
Teilbereiche der Reagensunterlage beleuchten, die linear voneinander
abgesetzt sind. Das Gerät
kann auch mit Mitteln zur Bestimmung eines Decode-Signals auf Basis
der Reflexionssignale sowie mit Mitteln zum Vergleich des Decode-Signals
mit mehreren vorbestimmten Schwellenwerten zur Kategorisierung der
Körperflüssigkeitsprobe
ausgestattet sein.
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Das Gerät weist auch Mittel zur Bestimmung der
Differenz zwischen der Größe eines
der Reflexionssignale und der Größe eines
weiteren der Reflexionssignale sowie Mittel zum Vergleich dieser
Differenz mit einem vorbestimmten Schwellenwert zum Nachweis des
Vorliegens von nichthämolysiertem Blut
in der Urinprobe auf. Die Mittel zur Bestimmung der Differenz können Mittel
zur Bestimmung, welches der Reflexionssignale die größte Größe aufweist,
Mittel zur Bestimmung, welches der Reflexionssignale die kleinste
Größe aufweist,
sowie Mittel zur Bestimmung der Differenz zwischen der größten und
der kleinsten Größe der Reflexionssignale
einschließen.
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Die vorliegende Erfindung ist auch
auf ein Verfahren zur Analyse einer Urinprobe auf einer Reagensunterlage
gerichtet. Das Verfahren kann Stufen einschließen, in denen: ein erster Teilbereich
der Reagensunterlage beleuchtet, das aus dem ersten Teilbereich
der Reagensunterlage empfangene Licht nachgewiesen und ein erstes
Reflexionssignal mit einer Größe erzeugt
werden, die auf das Licht bezogen ist, das aus dem ersten beleuchteten
Teilbereich nachgewiesen wird. Das Verfahren schließt Stufen ein,
in denen ein zweiter Teilbereich der Reagensunterlage beleuchtet,
das aus dem zweiten Teilbereich der Reagensunterlage empfangene
Licht nachgewiesen und ein zweites Reflexionssignal mit einer Größe erzeugt
werden, die auf das Licht bezogen ist, das aus dem zweiten beleuchteten
Teilbereich nachgewiesen wird. Mit dem Verfahren wird bestimmt,
ob sich die Größe des ersten
Reflexionssignals wesentlich von der Größe des zweiten Reflexionssignals
unterscheidet.
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In einer weiteren Ausführungsform
ist die Erfindung auf ein Gerät
zur Beleuchtung einer Körperflüssigkeitsprobe
auf einer Reagensunterlage gerichtet. Das Gerät ist mit Mitteln zur Beleuchtung
eines ersten Teilbereichs der Reagensunterlage ausgestattet, auf
welcher die Körperflüssigkeitsprobe
vorliegt, wobei der erste Teilbereich der Reagensunterlage eine
Fläche
aufweist, die kleiner als die Gesamtfläche der Reagensunterlage ist.
Das Gerät
schließt Mittel
zur Bewegung der Reagensunterlage relativ zu den Beleuchtungsmitteln
ein, so dass die Beleuchtungsmittel einen zweiten Teilbereich der
Reagensunterlage beleuchten, der sich vom ersten Teilbereich der
Reagensunterlage unterscheidet, wobei auch der zweite Teilbereich
der Reagensunterlage eine Fläche
aufweist, die kleiner als, die Gesamtfläche der Reagensunterlage ist.
Das Gerät
schließt auch
Mittel zum Nachweis von Licht ein, das aus den beleuchteten Teilbereichen
der Reagensunterlage empfangen wird.
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Diese und weitere Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden für den Durchschnittsfachmann
im Lichte der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltung
noch besser erkennbar, die nun unter Bezug auf die Figuren erfolgt,
die wie folgt kurz beschrieben werden.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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1 ist
eine Perspektivansicht eines Reflexionsspektroskops zur Durchführung verschiedener Tests
mit einer Körperflüssigkeitsprobe
auf einem Reagensstreifen;
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2 ist
eine Perspektivansicht eines Reagensstreifens und eines Reagenstabletts,
welche zusammen mit dem Spektroskop von 1 verwendet werden;
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3 ist
ein Querschnitt eines Lesekopfes, der im Spektroskop zur Anwendung
gelangt;
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3A ist
eine vergrößerte Darstellung
eines Teilbereichs des in 3 dargestellten
Lesekopfes;
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4 ist
eine schematische Darstellung eines Detektorelements, das im Spektroskop
zur Anwendung gelangt;
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5 ist
eine vergrößerte Darstellung
einer Reagensunterlage sowie einer Anzahl beleuchteter Flächen der
Reagensunterlage;
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6 ist
ein Blockdiagramm der Elektronik des Spektroskops von 1; und
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7 ist
ein Fließschema
der Computerprogramm-Routine, die zur Anwendung gelangen kann, um
Spurenmengen von nicht-hämolysiertem
Blut in einer im Spektroskop analysierten Urinprobe nachzuweisen.
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Detaillierte Beschreibung
einer bevorzugten Ausgestaltung
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In 1 ist
ein Reflexionsspektroskop 10 zur Durchführung verschiedener Tests,
wie von Urinanalysetests, auf einem Reagensstreifen dargestellt. Das
Spektroskop 10 weist eine integrale Tastatur 12 mit
einer Anzahl von Eingangstasten 14 auf, die vom Anwender
bedient werden können.
Ein Sichtdisplay 16 zur Wiedergabe verschiedener Botschaften,
die die Betriebsweise des Spektroskops 10 betreffen, ist oberhalb
der Tastatur 12 angeordnet. Bezüglich 1 und 2,
weist das Spektroskop 10 eine Frontseite 17 mit
einer darin ausgebildeten Öffnung 18 auf, worin
ein Tablett 20 zur Aufnahme eines Reagensstreifens 22 zurückziehbar
angeordnet ist. Das Tablett 20 weist einen Zentralkanal 24 und
zwei darin ausgebildete Seitenkanäle 26 auf, wobei der Zentralkanal 24 so
bemessen ist, um sich der Form und Größe des Reagensstreifens 22 anzupassen.
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Der Reagensstreifen 22 weist
ein dünnes, nicht-reaktives
Substrat 28 auf, worauf eine Anzahl von Reagensunterlagen 30 fixiert
ist. Jede Reagensunterlage 30 ist aus einem relativ absorbierenden Material
zusammengesetzt, das mit einem jeweiligen Reagens imprägniert ist,
wobei jedes Reagens und jede Reagensunterlage 30 mit einem
besonderen durchzuführenden
Test in Zusammenhang stehen. Bei Durchführung von Urinanalysetests
können
diese beispielsweise einen Test für Leukozyten im Urin, einen
Test des pH-Wertes des Urins, einen Test für Blut im Urin usw. beinhalten.
Gelangt die jeweilige Reagensunterlage 30 in Kontakt mit
einer Urinprobe, verfärbt
sich die Unterlage im Zeitablauf, und zwar in Abhängigkeit
vom eingesetzten Reagens und der charakteristischen Eigenschaften
der Urinprobe. Der Reagensstreifen 22 kann z. B. ein Multistix®-Reagensstreifen
sein, der von Bayer Corporation im Handel erhältlich ist.
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Zur Durchführung von Urinanalysetestverfahren
wird der Reagensstreifen 22 in die zu testende Urinprobe
so getaucht, dass alles der Reagensunterlage 30 in die
Probe eingetaucht wird. Nachdem die Seite des Reagensstreifens 22 mit
Klecksen versehen und überschüssiger Urin
entfernt sind, wird der Streifen 22 in den Zentralkanal 24 des
Tabletts 20 gelegt, und nachdem der Anwender eine der Starttasten 14 zur
Auslösung
des Testverfahrens gedrückt
hat, wird das Tablett 20 automatisch in das Spektroskop 10 zurückgezogen.
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Der jeweilige Test wird auf jeder
der Reagensunterlagen 30 durch Beleuchtung eines Teilbereichs
der Reagensunterlage 30 mit weißem Licht aus einer Lichtquelle
durchgeführt,
worauf die Farbe der Reagensunterlage 30 auf Basis des
Nachweises des Lichts bestimmt wird, das aus dem beleuchteten Teilbereich
der Reagensunterlage 30 unter einem Winkel (z. B. von 45°) aus der
oberen Oberfläche
der Unterlage 30 empfangen wird. Nach Durchführung eines
jeden Tests wird das Tablett 20 relativ zur Lichtquelle
erneut so in Stellung gebracht, dass die nächste Reagensunterlage 30,
die zu testen ist, beleuchtet wird. Ist das Testverfahren beendet,
erstellt das Spektroskop 10 einen Bericht der Ergebnisse,
die am Display 16 wiedergegeben und/oder auf einem Papierstreifen 32 über einen
Drucker gedruckt und/oder zu einem Computer geschickt werden.
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Lesekopf
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3 ist
eine Querschnittsdarstellung eines optischen Systems in der Form
eines Lesekopfes 34 zur Beleuchtung von Teilbereichen der
Reagensunterlagen 30 und zum Nachweis von Licht aus den
Reagensunterlagen 30 sowie eines Teilbereichs des Tabletts 20,
worauf der Reagensstreifen 22 angeordnet ist. Bezüglich 3, weist der Lesekopf 34 ein
Gehäuse
mit einer Deckwand 36, einer Bodenwand 38, einer
Seitenwand 40, einer gewinkelten Wand 42, einer
ebenen Rückwand 44 und
mit einer ebene Frontwant (nicht dargestellt) parallel zur Rückwand 44 auf. Eine
Beleuchtungsquelle in der Form einer Glühlampe 46 ist direkt
oberhalb der zu testenden Reagensunterlage 30 mittels eines
zylindrischen Gehäuseteilstücks 48 angeordnet,
das integral mit der Deckwand 36 ausgebildet ist.
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Der untere kugelförmige Teilbereich der Glühlampe 46 weist
eine darin integral ausgebildete Sammellinse auf, wobei die untere
kugelförmige Oberfläche durch
Säure geätzt ist,
um diese mit einer ungleichmäßigen, diffusen
Oberfläche
so zu versehen, dass die Formgestalt des Leuchtkörpers keinen Beitrag zu einer
Nicht-Einheitlichkeit des emittierten Lichts leistet. Bei der Herstellung
wird die Lampe 46 dynamisch in eine Keramikbasis 49 eingefasst,
und wenn die Lampe 46 leuchtet, ist sichergestellt, dass die
Axialrichtung, in welcher die Lampe 46 Licht ausstrahlt,
im Wesentlichen parallel zur Längsachse
der Keramikbasis 49 verläuft. Die Lampe 46 strahlt
Licht durch eine kreisförmige Öffnung 50 aus,
die in der Deckwand 36 ausgebildet ist, um einen Lichtkegel
zu bilden, der durch einen ersten Kantenstrahl 52 und einen
zweiten Kantenstrahl 54 definiert ist.
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Die abgewinkelte Seitenwand 42 weist
eine darin ausgebildete rechteckige Öffnung 55 auf, worin ein
rechteckiges Detektor-Array 56 angeordnet
ist. Das Detektor-Array 56 weist vier Reflexionsdetektoren 57, 58, 59 und 60 darin
auf (siehe 4), von denen
ein jeder aus einem herkömmlichen
gefärbten oder
einem IR-Filter und einem herkömmlichen
Silizium-Detektor
zusammengesetzt ist. Jeder Filter lässt Licht mit einer ganz bestimmten
Wellenlänge
so hindurchgehen, dass jeder der Detektoren 57 bis 60 für Licht
eines jeweils unterschiedlichen Wellenlängenbereichs zuständig ist.
Die vier Wellenlängenbanden der
Filter sind: 400 bis 510 nm (Nanometer) (blau); 511 bis 586 nm (grün); 587
bis 660 nm (rot); und 825 bis 855 nm (Infrarot). Abhängig vom
Typ des durchzuführenden
Tests können
eine oder. mehrere der Detektoren 57 bis 60 zur
Anwendung gelangen.
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Licht geht über einen ersten optischen
Weg aus der Glühlampe 46 durch
eine relativ kleine rechteckige Öffnung 62,
die in der Bodenwand 38 ausgebildet ist, um einen relativ
kleinen rechteckigen Flächenbereich
der Reagensunterlage 30 zu beleuchten, die getestet wird.
Die Reagensunterlage 30 kann relativ zur Öffnung 62 so
bewegt werden, dass unterschiedliche rechteckige Flächenbereiche
der Reagensunterlage 30 beleuchtet werden.
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Was nun 5 betrifft, können die beleuchteten Flächenbereiche
eine erste Fläche,
die mit einem gestrichelten Kasten 63 dargestellt ist,
eine zweite Fläche,
die mit einem mit ausgezogenen Linien umrandeten Kasten 64 dargestellt
ist, eine dritte Fläche,
die mit einem gestrichelten Kasten 65 dargestellt ist,
und eine vierte Fläche
einschließen,
die mit einem mit ausgezogenen Linien umrandeten Kasten 66 dargestellt
ist. Obwohl in 5 in
vertikaler Richtung leicht verschoben dargestellt, so dass jeder
Kasten gut zu sehen ist, sind die beleuchteten Flächen 63 bis 66 linear
zueinander verschoben, und benachbarte Flächenbereiche überlappen
sich teilweise. Eine Anzahl unregelmäßig geformter Flächenbereiche 67,
die nichthämolysierte
Blutzellfragmente darstellen, sind in 5 ebenfalls
dargestellt.
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Licht geht über einen zweiten optischen
Weg aus der beleuchteten Fläche
auf der Reagensunterlage 30 durch eine erste rechteckige
Nachweisöffnung 68 mit
abgewinkelten Kanten 69, die in der Bodenwand 38 ausgebildet
sind, durch eine zweite rechteckige Nachweisöffnung 70 mit abgewinkelten Kanten 71 und
durch eine rechteckige Öffnung 72, die
in der abgewinkelten Wand 42 ausgebildet ist, zu einer
Nachweisfläche 56 (4), worin die vier Detektoren 57 bis 60 angeordnet
sind.
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Das Innere des Lesekopfes 34 ist
mit einer unregelmäßig geformten
Ablenkung 74 aus einem ersten ebenen Wandsegment 76,
einem zweiten ebenen Wandsegment 78 und aus einem zickzack-förmigen Wandsegment 80 ausgestattet.
Die Formgestalt der Ablenkung 78 ist entworfen, um zu verhindern,
dass einzeln-reflektierte Lichtstrahlen aus der Glühlampe 46 die
Reagensunterlage 30 und einzeln-reflektierte Lichtstrahlen
aus der Reagensunterlage 30 die Detektorfläche 56 erreichen.
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Alle Oberflächen der Ablenkung 74 und
alle inneren Oberflächen
der Gehäusewände 36, 38, 40, 42 und 44 sind
glänzende
Spiegeloberflächen,
so dass jegliches Licht, das auf eine Oberfläche unter einem Einfallwinkel
einfällt,
von dieser Oberfläche
unter einem Reflexionswinkel gleich dem Einfallwinkel reflektiert
wird. Dies kann durch Spritzguss-Formung des
Lesekopfes 34 aus einer Metallform mit hoch polierten Formungsoberflächen bewerkstelligt
werden. Der Lesekopf 34 ist vorzugsweise aus schwarzem Kunststoff gebildet,
so dass nur ein kleiner Prozentsatz an Licht, z. B. 5%, der auf
eine seiner inneren Oberflächen
einfällt,
reflektiert wird. Daher wird jegliches Licht, das mindestens 2 Reflexionen
aus jeden inneren Oberflächen
des Lesekopfes 34 durchläuft, um mindestens 99,75% vermindert.
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Was nun 3 betrifft, weist das Wandsegment 76 eine
Spiegeloberfläche 82 auf,
die in einer durch eine gestrichelte Linie 84 angedeuteten
Richtung abgewinkelt ist, welche die Bodenwand 38 bei einem
Punkt unmittelbar links von der Öffnung 62 schneidet.
Daher werden jegliche aus der Lampe 46 ausgestrahlten Lichtstrahlen,
die auf die Oberfläche 82 auftreffen,
auf eine Fläche
links von der Öffnung 62 reflektiert.
Es sollte angemerkt sein, dass jegliche solche Strahlen mindestens
2 mal (tatsächlich
mindestens 3 mal) reflektiert werden, bevor sie durch die Öffnung 62 gehen
können.
Es sollte ebenfalls angemerkt sein, dass kein Licht aus der Oberfläche 82 reflektiert
werden und direkt durch die Öffnung 62 ohne weitere
Reflexion gehen kann, da die Oberfläche 82 nicht sichtbar
ist, wenn das Innere des Lesekopfes 34 aus der Öffnung 62 betrachtet
wird.
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Das Wandsegment 78 weist
eine Spiegeloberfläche 86 auf,
die in einer mit einer gestrichelten Linie 88 angedeuteten
Richtung abgewinkelt ist, welche die Deckwand 36 an einem
Punkt links von der Kreisöffnung 50 schneidet,
durch welche das Licht geht. Daher gibt es keinen direkten Weg von
der Glühlampe 46 zur
Oberfläche 86;
deshalb wird jegliches Licht, das aus der Oberfläche 86 zur Öffnung 62 reflektiert
wird, mindestens zwei (und tatsächlich mehr
als zwei) Reflexionen aus den inneren Oberflächen des Lesekopfes 34 durchlaufen
haben.
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3A ist
eine vergrößerte Darstellung
eines Teilbereichs des in 3 dargestellten
Lesekopfes 34. Was nun die 3 und 3A betrifft, weist das Zick-Zack-Wandsegment 80 Winkeloberflächen 90 bis 93 auf,
von denen eine jede in einer durch die jeweilige gestrichelte Linie
angedeuteten Richtung abgewinkelt ist. Da alle der gestrichelten
Linien die Bodenwand 38 oder die Seitenwand 40 links
von der Öffnung 62 schneiden,
kann kein Licht, das auf diese Oberflächen 90 bis 93 direkt
aus der Glühlampe 46 auftrifft,
direkt zur Öffnung 62 reflektiert
werden. Das Zick-Zack-Wandsegment 80 weist zwei weitere Oberflächen 94 und 95 auf
(3), die so abgewinkelt
sind, dass jegliches Licht das auf diese Oberflächen direkt aus der Lampe 46 auftrifft,
ausschließlich zur
Fläche
der Bodenwand 38 auf der rechten Seite der Öffnung 62 reflektiert
wird.
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Die einzigen Oberflächen, aus
denen Lichtstrahlen, die von der Lampe 46 ausgestrahlt
werden, einzeln-reflektiert werden und noch durch die Öffnung 62 gehen
können,
sind die Vertikalwände
der Öffnung 62 selbst.
Allerdings stellen solche einzeln-reflektierte Lichtstrahlen eine
unbedeutende Menge des Gesamtlichts dar, das direkt aus der Glühlampe 46 zur
Reagensunterlage 30 ohne Reflexion geht. Ebenfalls gibt
es einen einzeln-reflektierten Lichtweg aus der Lampe 46 zu
den Wänden 40 oder 44 zur Öffnung 62.
Weil aber die Lampe 46 Licht in einer Vorwärtsrichtung
innerhalb des durch die Strahlen 52 und 54 definierten
Kegels konzentiert, ist die Lichtmenge, die durch die Öffnung 62 aus
diesem Weg geht, unbedeutend.
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Der zweite optische Weg aus der Reagensunterlage 30 zur
Detektorfläche 56 (4) ist ganz allgemein durch
ein Paar von gestrichelten Linien 96 und 98 angedeutet.
Die Seite des Zick-Zack-Wandsegments 80, die benachbart
zum zweiten optischen Weg angeordnet ist, weist eine Vielzahl planarer Spiegeloberflächen 100, 101, 102 auf,
die in einer Richtung abgewinkelt sind, die durch eine Anzahl entsprechender
gestrichelter Linien angedeutet ist (dargestellt in 3), welche die abgewinkelte Seitenwand 42 an
einem Punkt zum unteren rechten Bereich der Nachweisfläche 56 schneiden.
Folglich können
jegliche Lichtstrahlen, die auf diese Oberflächen 100 bis 102 direkt
aus der Reagensunterlage 30 ohne Reflexion auftreffen,
die Detektorfläche 56 ohne mindestens
noch eine Reflexion nicht erreichen, und somit werden jegliche solche
Lichtstrahlen um mindestens 99,75% vermindert.
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Die Seite des Zick-Zack-Wandsegments 80, die
benachbart zum zweiten optischen Weg angeordnet ist, weist eine
Vielzahl ebener Spiegeloberflächen 103, 104 auf
(3A), welche so abgewinkelt
sind, dass keine Lichtstrahlen aus der Reagensunterlage 30 die
Oberflächen 103, 104 direkt
ohne mindestens 1 Reflexion erreichen können. Folglich haben jegliche
Lichtstrahlen, die auf diese Oberflächen 103 bis 104 auftreffen,
bereits mindestens 1 Reflexion durchlaufen, und daher werden jegliche
solche Lichtstrahlen, die eventuell die Detektorfläche 56 erreichen, mindestens
2 mal reflektiert und somit um mindestens 99,75% vermindert sein.
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Die Wandoberflächen 100 und 103 verbinden
sich an einer Kante 105, und die Wandoberflächen 101 und 104 verbinden
sich an einer Kante 106, wobei die Kanten 105, 106 im Wesentlichen
in Linie mit einer jeweiligen Kante der Nachweisfläche 56 und die
Kanten 69, 71 der Nachweisöffnungen 68, 70 in Linie
mit den Kanten der Nachweisfläche 56 angeordnet
sind.
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Elektronik
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6 ist
ein Blockdiagramm der Elektronik und weiterer Komponenten des Spektroskops 10. Was
nun 6 betrifft, wird
die Betriebsweise des Spektroskops 10 durch ein Mikrosteuerungsgerät 200 gesteuert,
das einen Mikroprozessor 202, einen Direkt-Zugriffsspeicher
(Random-Access Memory = RAM) 204, einen Festwert-/nur-Lese-Speicher (Read-Only-Memory
= ROM) 206 und einen Ein-/Ausgabe (Input/Output = I/O)-Schaltkreis 208 aufweist,
die alle über
einen Adresse-Daten-Bus 210 zusammengeschlossen
sind. Das Mikrosteuerungsgerät 200,
das ein herkömmliches
Mikrosteuerungsgerät
wie ein DS2253T-Mikrosteuerungsgerät sein kann, das im Handel
von Vallas Semiconductor erhältlich
ist, kann einen Antriebsschaltkreis 212 enthalten, der
an den I/O-Schaltkreis 208 zum Antrieb eines Druckers 214 angeschlossen
ist.
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Das Mikrosteuerungsgerät 200 steuert
die Bewegung des Reagensstreifen-Tabletts 20 über einen
herkömmlichen
Positionierer 220, der mechanisch an das Tablett 20 und
einen Motor 222, wie einen Stufenmotor, gekoppelt ist,
welcher durch Antriebssignale angetrieben wird, die durch einen
Antriebsschaltkreis 224 erzeugt werden, der an den I/O-Schaltkreis 208 über eine
elektrische Linie 226 angeschlossen ist.
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Das Mikrosteuerungsgerät 200 schaltet
selektiv die Glühlampe 46 über einen
Schalter 227 an, der an den I/O-Schaltkreis 208 über eine
elektrische Linie 229 angeschlossen ist. Die Glühlampe 46 wird 2
s vor der Durchführung
eines Tests eingeschaltet, so dass sie hinreichend erwärmt wird.
Wird die Glühlampe 46 nicht
zur Beleuchtung innerhalb der nächsten
Periode von 1 s nach einem Test gebraucht, wird sie abgeschaltet,
um ihre Lebensdauer zu bewahren.
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Jeder der Detektoren 57 bis 60 des
Detektor-Array 56 kann ein elektrisches Reflexionssignal auf
einer der elektrischen Linien 228 erzeugen. Jedes Reflexionssignal
weist eine Größe auf,
die von der vom zugeordneten Detektor nachgewiesenen Lichtmenge
abhängt.
Das Mikrosteuerungsgerät 200 kann
selektiv jedes der Reflexionssignale ablesen, wobei ein ausgewähltes Signal
auf einen Multiplexer 230 über eine Linie 232 übertragen
wird. Der Multiplexer 230 überträgt dann das ausgewählte Reflexionssignal
auf einen Verstärker 234 und
einen Analog-zu-Digital-(A/D)-Umwandler 236, welcher das
binäre
Signal überträgt, das
dem Analogreflexionssignal entspricht, das durch den Verstärker 234 zum
Mikrosteuerungsgerät 200 über eine
Linie 238 ausgegeben wird, die an den I/O-Schaltkreis 208 angeschlossen
ist.
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Betriebsweise
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Die Betriebsweise des Spektroskops 10 wird von
einem Computerprogramm gesteuert, das im ROM 206 gespeichert
und vom Mikroprozessor 202 durchgeführt wird. Ein Fließschema
einer Testroutine 300, die sich auf den Nachweis von Blut
in Urin bezieht, ist in 7 dargestellt.
Bei Durchführung
eines Urinanalysetests wird der Reagensstreifen 30, der das
Reagens aufweist, das sich in Reaktion auf das Vorhandensein von
Blut verfärbt,
direkt unterhalb der Glühlampe 46 angeordnet.
Der Detektor mit dem Rot-Filter. wird zum Urinanalysetestverfahren
der Reagensunterlage 30 für den Bluttest eingesetzt.
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Die Lichtmenge, die im Detektor aus
der Reagensunterlage 30 erfasst wird, steht im umgekehrten
Verhältnis
zur Blutmenge, die in der Urinprobe auf der Reagensunterlage vorhanden
ist. Eine relativ große
Konzentration an Blut verursacht, dass sich die Reagensunterlage 30 von
gelb nach grün
verfärbt. Da
die grüne
Farbe dunkler ist und mehr Licht als die gelbe Farbe absorbiert,
wird verursacht, dass der Rot-Filter-Detektor eine nur relativ kleine Lichtmenge nachweist.
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Für
jeden einer Vielzahl beleuchteter Teilbereiche auf der Reagensunterlage 30 erzeugt
der Rot-Filter-Detektor ein elektrisches Reflexionssignal, das eine
Größe aufweist,
die direkt proportional zur Lichtmenge ist, die vom Detektor aus
diesem Teilbereich erfasst wird. Bezogen auf die Größe der Reflexionssignale,
ordnet das Spektroskop 10 die Urinprobe einer von 6 Kategorien
zu: kein vorhandenes Blut, Spurenmenge von vorhandenem Blut, Spurenmenge von
nicht-hämolysiertem
vorhandenen Blut, relativ kleine vorhandene Blutkonzentration, mittlere
vorhandene Blutkonzentration oder eine relativ große vorhandene
Blutkonzentration.
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Die in 7 dargestellte
Testroutine 300 kann zur Durchführung eines Einzelurinanalysetests herangezogen
werden. Was nun 7 betrifft,
ergeben die Stufen 301 bis 304 vier Reflexionsablesungen
der Reagensunterlage 30, die durchgeführt werden, wobei jede Ablesung
einem der beleuchteten Teilbereiche 63 bis 66 der
Reagensunterlage 30 (5)
entspricht. In Stufe 301, wird die Glühlampe 46 angeschaltet,
um einen ersten Teilbereich der Reagensunterlage 30, wie
den in 5 dargestellten Teilbereich 63,
zu beleuchten. Dann wird bei Stufe 302 das vom Rot-Filter-Detektor
erzeugte Reflexionssignal "gelesen", wobei es durch
den Multiplexer 230 zum Verstärker 234,
A/D-Umwandler 236, I/O-Schaltkreis
208 und zum RAM 204 übertragen wird,
wo sein Wert gespeichert wird. Bei Stufe 304 verzweigt
sich, falls vier Ablesungen nicht durchgeführt worden sind, das Programm
zurück
zur Stufe 301, wo ein anderer Teilbereich der Reagensunterlage 30,
wie der Teilbereich 64, beleuchtet wird, und zur Stufe 302,
wo der vom Detektor erzeugte Reflexionsablesewert abgelesen und
im RAM 204 gespeichert wird. Die Stufen 301 bis 302 werden
wiederholt, bis vier Ablesungen vorgenommen worden sind.
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Bei Stufe 306 verzweigt
sich, falls jeder der vier Ablesewerte weniger als einen Schwellenwert
T3 (z. B. eine Reflexion von 29,1%) beträgt, das Programm zur Stufe 308,
wo ein Decode-Ablesewert bestimmt wird. Der Decode-Ablesewert wird
herangezogen, um die Urinprobe zu einer von drei Blutkonzentrationskategorien
zu kategorisieren: große,
mittlere oder kleinere Konzentration an Blut. Bei Stufe 308 kann
der Decode-Ablesewert auf verschiedene Weisen bestimmt werden, wie
indem der Durchschnitt aller vier Reflexionswerte herangezogen und der
Durchschnittswert dem Decode-Ablesewert zugeordnet werden. Alternativ
dazu, könnte
der Reflexionsablesewert, der aus einem Zentralbereich der Reagensunterlage 30,
wie aus einem der in 5 dargestellten
Teilbereiche 64, 65, herangezogen wurde, als der
Decode-Ablesewert eingesetzt werden.
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Bei Stufe 310 verzweigt
sich, falls der Decode-Ablesewert weniger als einen Schwellenwert T1,
wie eine Reflexion von 10,3% beträgt, das Programm zu Stufe 312,
wo die Urinprobe als eine mit einer relativ großen Blutkonzentration kategorisiert wird,
wobei diese Tatsache im RAM 204 gespeichert wird. Bei Stufe 314 verzweigt
sich, falls der Decode-Ablesewert weniger als einen Schwellenwert T2,
wie eine Reflexion von 19,7%, beträgt, zu Stufe 316,
wo die Urinprobe als eine mit einer mittleren Blutkonzentration
kategorisiert wird. Erreicht das Programm die Stufe 316,
weist der Decode-Ablesewert einen Wert zwischen den T2- und T3-Schwellenwerten
(z. B. eine Reflexion von 19,7 bis 29,1%) auf, in welchem Fall sich
das Programm zu Stufe 318 verzweigt, wo die Urinprobe als
eine mit einer relativ kleinen Blutkonzentration kategorisiert wird.
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Falls nicht alle vier Reflexionsablesewerte weniger
als den bei Stufe 306 bestimmten T3-Schwellenwert betrugen,
verzweigt sich das Programm zu Stufe 320, wo bestimmt wird,
ob mindestens drei der Ablesewerte größer als ein Schwellenwert T4
(wie eine Reflexion von 56,0%) sind, in welchem Fall sich das Programm
zu Stufe 322 verzweigt, wo die Urinprobe als "negativ" oder eine mit keinem
vorhandenen Blut kategorisiert wird.
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Erreicht das Programm Stufe 324 (in
welchem Fall mindestens zwei der Reflexionsablesewerte zwischen
den T3- und T4-Schwellenwerten
lagen, wie bestimmt bei Stufen 306, 320), wird
die Urinprobe dann als eine betrachtet, die eine Spurenmenge von vorhandenem
Blut aufweist. Diese Spurenmenge von Blut kann entweder aus hämolysiertem
oder aus nichthämolysiertem
Blut zusammengesetzt sein.
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Was nun 5 betrifft, erscheinen, wenn nicht-hämolysierte
Blutzellfragmente 67 in Kontakt mit der Reagensunterlage 30 gelangen,
diese als dunkle Kleckse, wogegen die verbleibenden Teilbereiche
der Reagensunterlage 30 mit nur schwacher Farbe erscheinen.
Folglich können
die vier Reflexionsablesewerte, von denen ein jeder aus einem der beleuchteten
Teilbereiche 63 bis 66 herangezogen ist, wesentlich
bezüglich
ihres Wertes schwanken, abhängig
davon, ob die Blutzellfragmente 67 innerhalb des beleuchteten
Teilbereichs vorliegen bzw. vorhanden sind. Beispielsweise deckt
der beleuchtete Teilbereich 65 einen Flächenbereich ab, der vollständig 1 Blutzellfragment 67 und
Teile von 2 weiteren umfasst, wogegen der beleuchtete Teilbereich 66 einen
Flächenbereich
abdeckt, welcher keine Blutzellfragmente 67 umfasst. Folglich
würde sich
der mit dem beleuchteten Teilbereich 65 zusammenhängende Reflexionsablesewert
wesentlich von dem mit dem beleuchteten Teilbereich 66 zusammenhängenden
Reflexionsablesewert unterscheiden.
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Was nun 7 betrifft, bestimmt bei Stufe 324 das
Programm die Differenz zwischen dem größten und kleinsten der vier
Reflexionsablesewerte. Bei Stufe 326 wird, falls diese
Differenz größer als
ein vorbestimmter Wert K ist wie eine Reflexion von 2,5%), angenommen,
dass nicht-hämolysiertes
Blut vorhanden ist, und das Programm verzweigt sich zur Stufe 328,
wo die Urinprobe als eine kategorisiert wird, die eine Spurenmenge
von nicht-hämolysiertem Blut
aufweist.
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Ist die Differenz zwischen dem größten und dem
kleinsten Reflexionsablesewerten nicht größer als der bei Stufe 326 bestimmte
Wert K (was bedeutet, dass alle vier Reflexionsablesewerte im Wesentlichen
die gleichen Werte aufweisen), verzweigt sich das Programm zur Stufe 330,
wo die Urinprobe als eine kategorisiert wird, die eine Spurenmenge
von Blut aufweist.
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Bei Stufe 332 wird die Kategorie,
zu welcher die Urinprobe (bei einer der Stufen 312, 316, 318, 322, 328 oder 330)
zugeordnet wurde, ausgegeben, wie durch Erstellung eines ausgedruckten
Berichts der Kategorie und/oder durch Wiedergabe der Kategorie auf
dem Sichtdisplay 16.
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Modifikationen und alternative Ausgestaltungen
der Erfindung werden für
den Fachmann im Lichte der vorstehenden Beschreibung erkennbar.
Diese Beschreibung soll lediglich als beispielhaft gelten und dient
dem Zweck, den Fachleuten die technische Lehre der besten Ausführungsform
der Erfindung zu vermitteln. Die Details der Struktur und des Verfahrens
können
im Wesentlichen variiert werden, ohne von der Erfindung abzuweichen,
und die exklusive Nutzung aller Modifikationen, die unter den Umfang der
beigefügten.
Ansprüche
fallen, bleibt vorbehalten.