亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：用于快速确定医学疾病的设备、系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及人类诊断学领域，且特别是涉及细胞相关的生物学标记的基于荧光的分析。
背景技术：
在医疗诊断领域中对于快速和准确的信息有很大的要求。通常优选地，不应用治疗药剂和总体患者疗法，直到可操作的患者诊断信息是可得到的。已开发了用于识别大量疾病的病原体的许多方法。PCR、ELISA、流式细胞术、横向流动和其它方法通常用于识别与人类疾病相关的病原菌种类。败血症是一种由身体对全身炎症反应综合征(SIRS)的反应导致的极端的情况，全
身炎症反应综合征(SIRS)是由病原体引起的。败血症可能常常导致大规模的器官衰竭和死亡。败血症通常通过一般的患者特征例如体温、心率、呼吸率以及白细胞计数来识别。近来，几个基已识别出可用于识别在患者体内出现的败血症的标记或生物学标记的组合。知道患者处于败血状态或可能正向对细菌、病毒或真菌感染的败血反应的方向前进对于正确的患者管理和药物选择是至关重要的。Recktenwald和Chen的美国专利4，745, 285教导了一种用于使用多突光分析来确定粒子的一个或多个特性的方法，其涉及将入射光束指向在分析中的粒子。粒子包括至少三个荧光标记，每个荧光标记具有不同的发射光谱。入射光束通过在单一波长处的光引起标记的激励，由此不同波长的荧光从粒子发射。同时探测与在分析中的粒子相关联的不同的荧光发射。此方法还包括将所探测的荧光与粒子的一种或多种特性相关联。一种装置也是用于实现上述方法的本发明的一部分。Bierre和Mikaels的美国专利5，627，040教导了一种用于自动聚集N维数据流的方法。该发明在分析来自流式细胞仪的多参数数据方面有特定效用，且更特别地在分析来自全血细胞的数据方面有效用，全血细胞用荧光标记的CD3、CD4和CD8单克隆抗体加上标签，已知数量的荧光微珠添加到这些抗体。Nelson等人的美国专利6，636，623描述了一种用于使用分子标记区室化来快速探测与恶性肿瘤和疾病相关的细胞的系统和方法，分子标记区室化包括能够从标记有加标签的分子探针或着色剂的一个或多个细胞产生包含准确的密度信息的各种光学投影图像(或人身辐射相)的光学层析成像(OT)或流动光学层析成像(FOT)仪器、分析投影图像并将投影图像重构成多维数据集的计算机和软件、以及自动化的特征收集和对象分类器。该系统和方法在癌症的早期检测例如使用来自唾液或脸颊刮屑的细胞探测肺癌以及使用子宫颈刮屑探测宫颈癌/卵巢癌方面是特别有用的。该系统可用于探测在包括血液的标本中的罕见的细胞。Ellison等人的美国专利7，024，316描述了一种流式细胞计量装置和方法，以处理附带于被夹带在鞘液流中的粒子或细胞的信息，允许这样的粒子或细胞甚至在高速率下的评估、区分、分配和分离。第一信号处理器单独地或结合至少一个额外的信号处理器来对来自信号的数据应用补偿转换。补偿转换可涉及对来自至少一个信号的数据的复杂的操作以补偿一个或多个操作参数。补偿的参数可返回到第一信号处理器用于提供定义粒子和将粒子彼此区分开所基于的信息。Padmanabhan等人的美国专利申请20050255600描述了一种在患者的护理点例如在医生的办公室、在家里或在现场的其它地方使用的样本分析仪药筒。通过提供带有所有所需的试剂和/或流体的可移除的和/或一次性药筒，样本分析仪可以可靠地在实验室环境外被使用，而有很少或没有专门培训。Davis等人的国际专利申请WO 2006/0055816描述了一种量化白细胞中的CD64和⑶163表达的方法，以及特别是供流式细胞仪使用的成套组件，包括定量的荧光微珠标准的悬浮液、针对CD64和CD163的荧光标记的抗体、和分析软件。该软件用于从流式细胞仪获取关于微珠悬浮液和荧光标记的抗体的信息并分析数据、使曲线平滑、计算新参数、提供质量控制措施以及通知化验探测系统期满。Tai等人的国际专利申请WO 2008/124, 589描述了关于微流控设备的特定的实施方式，微流控设备可用于细胞感测、计数和/或分类。特定的方面涉及能够区分开单细胞类 型与密集的细胞群的微制造设备。一个特定的实施方式涉及用于对来自未稀释的全血样本的白细胞进行感测、计数和/或分类的使用微制造设备的设备和方法。Jacobsen等人的国际专利申请WO 2009/003493教导了用于化验存在于样本中的实体的方法。该方法包括许多单独的步骤，例如获得样本、准备用于化验的样本以及化验样本的步骤。该方法可以包括与样本处理或作为化验了样本的结果而获得的数据的处理相关的另外的可选处理步骤。可以例如针对一个或多个实体的存在来最初化验样本。化验样本的步骤还可以包括分析一个或多个实体的一种或多种特性的步骤。基于在样本中的一个或多个的实体的存在的确定或一个或多个实体的分析的结果，该方法可以包括一个或多个另外的处理步骤，例如与经受化验过程的样本中的一个或多个实体的划分和/或隔离相关联的数据处理步骤和/或样本处理步骤。许多现有技术探测方法需要使用昂贵的实验室分析仪，其提供图形/数据输出。这些输出由专业人员分析以便提供诊断或确定。这些种类的探测方法是昂贵的、专业上劳动密集的，且通常集中在医院实验室。因此仍然需要提供用于患者状态的快速诊断的诊断装置和方法。发明概述本发明的目的是提供为了确定患者的健康状态的目的而允许分析与体液相关联的粒子的设备、方法和系统。因此,根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于确定医学疾病的系统，该系统包括；a) 一次性药筒，其适合于接收一定体积的体液，药筒包括多个节段，所述节段中的至少一个适合于使至少一种反应物与体液起反应以形成预处理过的样本；以及b)光学单元，其包括；i.至少一个激励照射器，其适合于将辐射传递到预处理过的样本；ii.至少一个多光谱发射探测器；以及iii.光子计数器和积分器中的至少一个，其中至少一个激励照射器和至少一个多光谱发射探测器布置在药筒的同一侧上；且其中光学单元适合于探测由辐射和药筒中的预处理过的样本的相互作用产生的多个光谱上不同的信号，由此确定医学疾病。此外，根据本发明的一个实施方式，该系统还包括计算机和处理器，计算机适合于接收与多个光谱上不同的信号有关的数据，处理器适合于处理数据并输出与医学疾病有关的至少一个输出。而且，根据本发明的一个实施方式，多个光谱上不同的信号中的每个信号与至少一个预定的生物学标记相关。此外，根据本发明的一个实施方式，至少一个预定的生物学标记是⑶64特异性的。另外，根据本发明的一种实施方式，至少一个预定的生物学标记是⑶163特异性的。
仍然进一步地，根据本发明的一个实施方式，多个节段包括下列项中的至少一个；a)体液吸取节段，其适合于直接或间接地接收来自患者的体液；b )预先分析样本处理节段；c)样本激励/相互作用节段；以及d)用过的样本处置节段。此外，根据本发明的一个实施方式，预先分析样本处理节段包括下列项中的至少一个；i.适合于使用至少一种抗体培养体液的培养箱元件；ii.适合于使用至少一种抗原培养体液的培养箱元件；iii.第一混合元件，其适合于将体液中的至少一种细胞类型与着色剂和标记中的至少一个进行混合，以形成着色的细胞类型和带标记的细胞类型中的至少一个；iv.起反应元件，其适合于使体液的至少一种细胞类型与至少一种反应物发生反应，以形成预处理过的样本；V.热元件，其适合于加热或冷却体液的至少部分；vi.第二混合元件，其适合于将体液中的至少一种细胞类型与至少一种基准材料混合；以及vii.反应元件，其适合于在至少一种反应物和体液的至少一种元素之间形成化学反应。此外，根据本发明的一个实施方式，样本激励/相互作用节段包括薄的金属衬里层。此外，根据本发明的一个实施方式，光学单元包括物镜，该物镜适合于；a)将辐射传递到预处理过的样本；以及b)接收多个光谱上不同的信号。此外，根据本发明的一个实施方式，样本激励/相互作用节段垂直于物镜的光路而布置。此外，根据本发明的一个实施方式，所述至少一个激励照射器包括激光器、发光二极管(LED)以及电弧灯中的至少一个。
此外，根据本发明的一个实施方式，预处理过的样本包括粒子，粒子适合于以基本上成单行的方式流动而经过辐射。此外，根据本发明的一个实施方式，医学疾病是败血症。另外，根据本发明的一个实施方式，读出器单元包括多个波长特定的光电倍增管。此外，根据本发明的一个实施 方式，粒子是白血细胞。此外，根据本发明的一个实施方式，白血细胞包括中性白细胞。此外，根据本发明的一个实施方式，至少一种反应物包括对生物学标记特定的多个荧光标记的抗体。此外，根据本发明的一个实施方式，该系统包含在尺寸小于50X30X 15cm的便携
式容器中。根据本发明的另一实施方式，该系统重量小于15kg。因此，根据本发明的另一实施方式，提供了一种用于确定患者的健康状况的存在的方法，该方法包括；a)使至少一种反应物与多节段的一次性药筒中的体液发生反应，以形成处理过的样本；b)使辐射从光学单元照射在一次性药筒中的处理过的样本上，从而在光学单元的方向上产生多个光谱上不同的信号；以及c)探测光学单元中的通过辐射和预处理过的样本的相互作用产生的多个光谱上不同的信号，从而确定医学疾病。此外，根据本发明的一个实施方式，步骤a)至c)对多个预处理过的样本顺序地执行。根据本发明的另一实施方式，步骤a)至c)在一小时内对4至100个样本执行。此外，根据本发明的一个实施方式，多个光谱上不同的信号中的每个信号与至少一个预定的生物学标记相关联。此外，根据本发明的一个实施方式，至少一个预定的生物学标记是⑶64特异性的。此外，根据本发明的一个实施方式，至少一个预定的生物学标记是⑶163特异性的。根据本发明的一个实施方式，反应步骤包括下列操作中的至少一个；a)直接或间接地接收来自患者的体液；b)执行至少一个预先分析反应；c)激励处理过的样本；以及d)将处理过的样本放置在用过的样本处置节段中。此外，根据本发明的一个实施方式，至少一个预先分析反应包括下列操作中的至少一个；i.使用至少一种抗体培养体液；ii.使用至少一种抗原培养体液；iii.将体液中的至少一种细胞类型与着色剂和标记中的至少一个进行混合，以形成着色的细胞类型和带标记的细胞类型中的至少一个；
iv.使体液的至少一种细胞类型与至少一种反应物发生反应以形成预处理过的样本；V.热处理体液的至少部分；vi.将体液中的至少一种细胞类型与至少一种基准材料进行混合；以及vii.在至少一种反应物和体液的至少一种元素之间形成化学反应。此外，根据本发明的一个实施方式，该方法还包括对来自患者的第一样本执行步骤a)至C)。此外,根据本发明的一个实施方式，该方法还包括等待一段时间，并然后对另一样本重复步骤a)至C)。
此外，根据本发明的一个实施方式，体液包括小于100微升。另外，根据本发明的一个实施方式，医学疾病是败血症。因此，根据本发明的另一实施方式，提供了用于确定患者的健康状况的存在的计算机软件产品，该产品包括计算机可读介质，程序指令存储在计算机可读介质中，所述指令在被计算机读取时使计算机a)使至少一种反应物与多节段的一次性药筒中的体液发生反应以形成处理过的样本；b)将辐射从光学单元照射在一次性药筒中的处理过的样本上，从而在光学单元的方向上产生多个光谱上不同的信号；以及c)探测光学单元中的通过辐射和预处理过的样本的相互作用产生的多个光谱上不同的信号，从而确定医学疾病。本发明还提供了一种用于确定患者的健康状态的设备，其包括一次性药筒，其能够接收一定体积的体液，该药筒包括用于体液的分析预处理的多种化学物；至少一个光源，其中光源能够照射体液中的粒子，其中粒子流动或移动而经过由所述光源产生的光；以及读出器单元，读出器单元能够探测由光和药筒中的粒子的相互作用所产生的多个光谱上不同的信号，其中每个信号与至少一个预定的生物学标记相关联。在该设备的一个方面,光源是激光器。在该设备的另一个方面，光源是LED。在该设备的另一个方面，光源是电弧灯。在该设备的另一方面，粒子以基本上成单行的方式流动而经过所述光，使得甚至对于在相互作用区域中的一个或多个粒子，独立的粒子信息也可以被获得。在该设备的另一方面，粒子以基本上成单行的方式移动而经过所述光，使得甚至对于在相互作用区域中的一个或多个粒子，独立的粒子信息被获得/可以被获得。在该设备的另一方面，体液是血液或从血液得到。在该设备的另一方面，疾病状态是败血症。在该设备的另一方面，读出器单元包括多个波长特定的光电倍增管。在该设备的另一方面，读出器单元包括多个波长特定的光电倍增管阵列元件。在该设备的另一方面，读出器单元包括多个波长特定的雪崩光电二极管。在该设备的另一方面，读出器单元包括多个波长特定的雪崩光电二极管阵列元件。在该设备的另一方面，读出器单元包括多个波长特定的光电探测器。
在该设备的另一方面，读出器单元包括多个波长特定的光电探测器元件。在该设备的另一方面，至少一个预定的生物学标记是⑶64特异性的。在该设备的又一方面，粒子是白血细胞。在该设备的另一方面，粒子是珠子。在该设备的另一方面，多种化学物包括对预定的生物学标记特定的多种荧光标记的抗体。 在该设备的另一方面，读出器单元包括8个光电倍增管或阵列元件。在该设备的另一方面，还包括用于将荧光数据转换为预定的生物学标记信息的存在的算法。在该设备的另一方面，白细胞是中性白细胞。在该设备的另一方面，来自患者的一序列的测量结果被存储或来自患者的多序列的测量结果被存储。在该设备的另一方面，来自患者的一序列的测量结果被分析。本发明包括用于确定患者的预定的健康状况的存在的方法，其包括提供血液样本；将血液样本的一部分放置在一次性药筒中，其中药筒包括用于样本的处理的多种化学物；穿过药筒的一个区域传递血液样本的所述部分，其中该区域部分地暴露于由至少一个光源产生的光；记录因光与血液样本中的粒子的相互作用而产生的吸收数据；分析吸收数据；按照波长确定吸收特性；以及响应于吸收特性而向设备的用户显示预定的疾病状态的存在。在该方法的一个方面，至少一个分子标记是多个分子标记。在该方法的另一方面，分子标记与多个独特的荧光化合物相关联。在该方法的另一方面，在至少两个独特的场合针对预定的疾病状态的存在分析患者。在该方法的另一方面，血液样本的部分少于100微升。在该方法的另一方面，预定的疾病是败血症。在该方法的又一方面，还包括针对中性白细胞的左移分析血液样本。本发明还包括用于探测与三个独特的分子标记相关联的至少三个荧光标签的设备，三个独特的分子标记与预定的疾病状态相关联，该设备包括能够接收一定体积的全血样本的一次性药筒，药筒包括用于血液的分析预处理的多种化学物；至少一个光源，其中光源能够照射流体中的粒子，其中药筒结构、粒子流、照射和信号处理的组合允许确定单独粒子的光谱特征。例如粒子以基本上成单行的方式在血液中流动而经过由光源产生的光，使得甚至对于在相互作用区域中的一个或多个粒子，单独的粒子信息被获得/可以获得；以及，读出器单元，读出器单元能够探测通过光和药筒中的粒子的相互作用产生的多个光谱上不同的荧光信号，其中每个信号与分子标记中的至少一个相关联。在该设备的一个方面，荧光化合物包括FITC、PE和Syto。在该设备的另一方面，来自患者的所述序列的所存储的测量结果被分析以确定患者的健康状态。本发明的系统提供了优于已知技术的几个优点。首先，该系统包括光学元件的布置，其允许构造和使用可被移动到患者床边的“小”的流式细胞仪，以实现护理点(POC)应用。该系统允许多个独特的荧光信号的探测和分辨，每个荧光信号与一个预定的分子标记相关联。本发明还包括独特的一次性药筒，其允许样本的分析预处理，以便促进标记特定的荧光探针结合到血液样本中的它们的目标。药筒还便于在细胞仪光学器件的物镜下面的白血细胞(或其它粒子)的通过以允许预定的分子标记的存在/不存在的测量和探测。典型的标记包括但不限于识别激活的中性白细胞的CD64、独立于白血细胞类型、数量、大小和形状的测量而识别和区分开表达⑶64的单核细胞与表达⑶64的中性白细胞的⑶163。系统光学器件的部分可以包括在一次性药筒中，同时各种方法可以被采用以使样本穿过药筒中的毛细管节段用于与细胞仪光进行相互作用。细胞仪可按照特定的应用和测试所需的波长与激光器、LED、灯光一起工作。只需要从单侧进入药筒的探测区域因而允许特殊的表面或药筒的其它处理的epi_光学系统的组合显著减少了药筒材料的自体荧光。当激励在探测通道的一侧上被引入并且发射在另一侧上被探测时，该减少是不可能的。本发明从结合附图理解的其优选实施方式的以下详细描述中将被更充分地理解。附图简述
现将结合某些优选实施方式参照下面的说明性附图来描述本发明，以使它可以被更充分地理解。现在，特别详细参照附图，强调示出的细节是作为例子且仅仅为了本发明的优选实施方式的说明性讨论的目的，并且为了提供被认为是本发明的原理和概念方面的最有用的和最容易理解的描述而被提出。在这方面，并没有做出比对于本发明的基本理解所必要的更详细地显示本发明的结构细节的努力，使用附图理解的描述使本发明的几种形式可如何体现在实践中对本领域的技术人员变得明显。在附图中图IA是示出根据本发明的一个实施方式的用于医学疾病的快速确定的系统的简化示意图；图IB是根据本发明的一个实施方式的用于医学疾病的快速确定的图IA的系统的一次性药筒的简化示意图；图2是示出根据本发明的一个实施方式的用于医学疾病的快速确定的另一个系统的简化示意图；图3是根据本发明的一种实施方式的图I或图2的系统的光学单元的简化的分解示意图；图4A是根据本发明的一个实施方式的图3的光学单元的光学布置的简化示意图；图4B是根据本发明的一个实施方式的图3的光学单元的光学布置的另一简化示意图；图5A是根据本发明的一个实施方式的图4A或图4B的光学单元中的多波长激励的一个实例的不意性表不;图5B示出根据本发明的一个实施方式的作为图4B的分色滤光器的波长的函数的透射的曲线输出，该分色滤光器采用图5A的多波长激励；图5C是根据本发明的一个实施方式的采用图5A的多波长激励和图5B的分色滤光器的光学单兀的部分的不意性表不;图6是根据本发明的一个实施方式的图I或图2的系统的采样药筒的示意图7示出根据本发明的一个实施方式的图I或图2的系统的一次性药筒的可选的实施方式的示意图；图8示出根据本发明的一个实施方式的在流式细胞仪设备中的一次性药筒的示意图；图9示出根据本发明的一个实施方式的来自图I或图2的系统的软件输出的示例性图；

图10是根据本发明的一个实施方式的用于医学疾病的快速确定的方法的简化流程图；图11是示出根据本发明的一个实施方式的參考珠(RM)相对于来自人类患者(PMN)的样本的随时间过去的光输出的三维曲线图；以及图12A-12C示出根据本发明的一个实施方式的參考珠和来自人类患者的样本的随时间过去的光输出的曲线图。 在所有附图中，类似的參考数字标识类似的部分。实施方式的详细描述在以下描述中，为了提供本发明的透彻理解，许多具体细节被阐述。然而，对于本领域技术人员将明显，本发明可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在其它情况下，为了不便本发明不必要地难以理解，众所周知的电路和控制逻辑未详细示出。下面的定义用于帮助理解本发明。定义为了便于更好地理解本发明，现定义某些术语。在术语未被定义的场合，应理解，在相关领域中通常被接受的含义可以与所述术语相关联。因此，“血液”、“白细胞”及“抗体”可以具有如在生物学领域中被理解的其正常的含义，而“激光器”、“光束分离器”和“分色滤光器”可以具有如在光学领域中被理解的其正常的含义。“试管”、“药筒”和“一次性药筒”一般可以指元件，为了诊断分析的目的，生物流体的样本可进入该元件。该元件可包括多个特征，包括但不限于预先分析处理、样本的方向特定的流动、和光栅组件。“药筒”通常被使用一次并且用于从血液得到的単一的样本。药筒可被实现为多个药筒。药筒可由塑料或任何相关的材料制成，且可被提供以湿的或干的形式的多种化学物。“流式细胞仪”可具有来自诊断领域的通常被理解的意义。用于本发明的流式细胞仪可以是“桌面”大小的，以允许护理点(POC)应用。此外，根据本发明的流式细胞仪通常将具有所有样本操纵，且流动发生在相关的一次性药筒中而不是在流式细胞仪本身中。“疾病曲线”可涉及将生物学标记或白血状态的水平显示为时间的特征的图表、曲线或类似图形。因为任何诊断测量在所述测量被进行时的时间产生关于患者的具体健康状态的信息，医学执业者可以采用关于患者的健康状况的重要信息。通过在一段预定的时间期间进行多个测试，医学执业者可以比较结果与预定的疾病曲线以知道患者的健康正朝哪个方向前迸。疾病曲线通常被限定在一段延长的时间期间(以小时或天測量)测试具有已知条件的个体，以便定义在这段时间期间的生物学标记的水平。这些水平将定义疾病曲线，用于由内科医生等稍后使用，以确定患者相对于发展中的条件的时间位置。“读出器単元”或“探測器”是在本发明中可以接收和/或处理数据的元件或単元。读出器単元可以包括计算机，且可具有额外的功能，包括但不限于数据分析和显示给用户。在不被任何特定的理论约束的情况下，下面的讨论被提供以便于理解本发明。流式细胞仪是在全世界用于血液和其它样本的分析的公知方法。现今，最大的挑战之ー是识别多个独立的、相关的目标，以进一歩了解患者的健康状況。虽然ー些疾病(咽喉中的链球菌感染)常�？梢酝ü�单个测试被诊断，但是许多复杂的医学疾病可能只能通过多个生物学标记的探測、分析和研究被准确地定义。因此，流式细胞仪必须例如能够定义白血细胞的多个特征，以便给出患者的败血症的潜在状态的有价值的信息。此外，可能需要在一段时间期间内的多个测量来监测所述特征，以便更好地限 定患者在疾病曲线上的什么位置。⑶64是在巨噬细胞、单核细胞、中性白细胞和嗜曙红细胞上表达的高亲和性的和限制的同位型特异性Fe y RI受体。⑶163是与单核细胞/巨噬细胞相关的抗原，其最近已被识别为血红蛋白清道夫受体。在本文中公开的各种实施方式中，类似的元件具有相差100的倍数的类似的參考数字。现參照图1A，其是示出根据本发明的一个实施方式的用于医学疾病的快速确定的系统100的简化示意图。系统100可被认为是流式细胞仪或微流式细胞仪，尽管它在其结构、尺寸和操作上不同于在本领域中已知的标准的现有技术流式细胞仪。注意力转向图1A，其示出根据本发明的一个实施方式的系统100。计算机110用于控制系统100以及用于记录結果。系统100包括电源120，其可以是电池、壁挂电源或电能的任何其它适当的源。电源120将能量输送至光学単元130，光学単元130包括光源135以及相关的聚焦光学器件(在该图中未示出)，聚焦光学器件用于通过物镜138将光输送至通常放置在X-Y-Z载物台140上的一次性样本药筒(图6的650和图IB的150)。在光学单元130下的是X-Y-Z载物台140，其允许一次性药筒的一部分(未示出)的容易暴露，用于探测与基于血液的样本(未示出)相关联的生物学标记。X-Y-Z载物台可以由机械组件替换，机械组件通过自动的运动或通过固定的机械约束精确地定位用户插入的药筒。现參照图1B，其是根据本发明的一个实施方式的用于医学疾病的快速确定的图IA的系统的一次性药筒150的简化图。系统100包括一次性药筒，其可以布置在x-y-z载物台140上或者如在图2中示出的布置在旋转载物台240上。载物台适合于垂直于光源135的物镜138的光路对准一次性药筒。一次性药筒150适合于接收体液，例如但不限于血液、尿液、血清或血浆。一次性药筒被构造并配置为具有几个不同的节段152、154、156和158。节段152是体液吸取节段，其适合于直接或间接地接收来自患者(或动物)的体液，且该节段作为体液的储蓄器。一次性药筒150包括在节段之间的流体输送装置，例如但不限于气压、液压、机械装置及其组合。体液吸取节段152适合于将预定量的体液(体液样本151)输送至预先分析样本处理节段154。在预先分析样本处理节段154中，对体液执行至少ー个预备步骤，例如但不限于a)使用至少ー种抗体培养；b)使用至少ー种抗原培养；
c)体液中的至少ー种细胞类型的着色；d)体液的至少ー种细胞类型的酶细胞溶解；e)体液的至少ー种细胞类型的渗透细胞溶解；f)加热或冷却体液的至少部分；g)将基准材料添加到体液；以及h)与体液的至少ー种元素的化学反应。然后体液的预处理过的样本从预先分析样本处理节段154输送到样本激励/相互作用区域或节段156。这个预处理过的样本可被连续地或以批量模式输送至样本激励/相互作用节段156。 样本激励/相互作用节段156可被布置在适当位置或被x-y-z载物台140或者如图2所示的旋转载物台240带到适当位置，以位于激励照射器132的光路中，激励照射器132是光学単元130的整体部分。激励照射器被构造和配置成使辐射例如在可见光范围内或外的相干或非相干辐射进入包含预处理过的样本的样本激励/相互作用节段。来自预处理过的样本的ー个或多个因而发生的发射从样本激励/相互作用节段156被传递到容纳在光学単元130中的多光谱发射探測器134。样本激励/相互作用节段156被构造和配置成最小化来自一次性样本药筒材料的自体荧光。药筒150由塑料材料构造。样本激励/相互作用节段156包括约0. 1-2微米的薄的金属衬里层157 (未示出)。该金属可以是铝、金、银、镍、铜或任何其它合适的导电金属或合金。薄的金属村里层被构造和配置成防止激励照射进入药筒结构的塑料材料。多光谱发射探測器134接收来自预处理过的样本的发射，并适合于对在光谱波段中的光谱发射采样。在一些情况下，这些波段是不重叠的波段。多光谱发射探測器134适合于将代表光谱波段的数据传递给多光谱荧光信号处理器136。多光谱荧光信号处理器136可以包括两个或更多个子元件(未示出)，包括a)光子计数器131，其作为光学単元130的部分；b)软件元件111 (在计算机110中)，其用于分析光子计数器输出；以及c)用于测量多光谱发射探測器134的其它光输出的其它探测元件(未示出)。药筒还包括用过的样本处置节段158，其适合于接收来自样本激励/相互作用节段的样本。系统还包括适合于接收关于多个光谱上不同的信号的数据的计算机110和适合于处理所述数据并输出与所述医学疾病有关的至少ー个输出的处理器。所提供的一种类型的输出是视觉输出，其被输出到计算机的屏幕112上。根据本发明的一些实施方式，系统100被设计为便携式的。在一些情况下，包括计算机110的该系统包含在便携式容器(未示出)例如具有小于50X30X 15cm的尺寸的盒子或箱子中。根据ー些实施方式，系统的尺寸是40X25X 10cm，而一次性药筒的尺寸为8. 5X5. 4X0. 6cm。通常,系统重量小于15kg。根据一些实施方式，系统重量小于10kg。现參照图2，其是示出根据本发明的一个实施方式的用于医学疾病的快速确定的另一系统200的简化示意图。系统200包括用于提供多个样本药筒的旋转载物台240，药筒被看到是载物台240上的圆形凹陷242，在光学单元230的物镜238下方。本发明的系统的ー个优点在图2中变得明显。因为样本准备和液体流动具体发生在药筒中，多个样本可以被同时准备，每个样本顺序地被诊断单元220分析。此特征是优于现有技术的ー个巨大的优点，在现有技术中样本必须流经流式细胞仪中的单个流动池，并且照这样一次可以处理ー个样本。由于处理时间可以是二十分钟或更长，现有技术流式细胞仪的有效测试速率是每小时三个样本。在本发明中，许多样本可以被准备(预先分析处理)，然后顺序地暴露于来自光学单兀230的光以记录突光信号。根据ー些实施方式,在一小时内可以处理4-50个样本。根据ー些另外的实施方式，在ー小时内可以分析多达ー百个样本。根据ー些另外的实施方式，在ー小时内可以分析多达五百个样本。现參照图3，其是根据本发明的一个实施方式的图I的系统100或图2的系统200的光学单元330的简化的分解示意图。光学装置包括主PCB331，其夹在外盖332和多色仪盖333之间。除了激光器340和光学物镜338之外，还存在光学元件334(在图4中进ー步定义)、自动聚焦反馈PCB335、光栅阵列336和电源PCB 337。光学単元330中的各种光学元件的组合允许在相对小和紧凑的単元中的多个荧光信号的強大的探測和分辨。这个尺寸
特征允许流式细胞仪的POC应用的潜能。现參照图4A，其是根据本发明的一个实施方式的图3的光学単元的光学布置400的简化示意图。激光器440或其它合适的光源提供光束442，其可指向用于记录来自光束442的信号的多个光学元件，包括分色滤光器443、分束器444、聚焦透镜445、针孔446和硅读出器単元447，光束442穿过物镜438指向样本450并返回到光学単元。另外的光学元件可以包括可选的衰减器448、高通滤波器449、聚焦透镜451、狭缝452、凹光栅453以及PMT阵列454。代表本发明的一个实施方式的元件的布置允许产生激励光、将激励光聚焦在样本上、收集由激励光和样本中的荧光团的相互作用而产生的反射和发射的光信号以及记录所述返回的光，以便响应于来自激光器440的光照射来确定样本的荧光。关于图4A，激光照射442被分色滤光器443反射而穿过物镜438，并聚焦在含有流动粒子458的通道上。该照射激励附到蛋白质标记上的荧光团，蛋白质标记与细胞结合。因而产生的荧光照射被物镜438收集，并且由于该发射的较长的波长，该发射穿过分色滤光器443并被分束器444反射而穿过高通滤波器449。高通滤波器阻挡任何反射的激光照射。聚焦透镜451将多波长发射照射聚焦在狭缝452上。凹光栅453在多个波长处使狭缝在PMT阵列454的元件上成像。这完成了产生荧光发射的多光谱探测的过程。虽然被物镜收集的大部分照射被分束器444反射，但是小部分被允许通过并由聚焦透镜445聚焦而穿过在硅读出器単元447上的针孔446，硅读出器単元447可以是单个光电ニ极管或焦平面阵列，例如CCD传感器。在聚焦操作期间，当该读出器単元447上的信号被最大化吋，最佳聚焦被实现。当这个信号被最大化吋，PMT阵列454上的信号強度也被最大化。现參照图4B，其是根据本发明的一个实施方式的图3的光学単元300的光学布置460的简化图。激光器480或其它合适的光源提供光束484，其可指向用于记录来自光束442的信号的多个光学元件，包括分色滤光器472、分束器468、聚焦透镜466、针孔464和硅读出器单元462，光束442通过物镜438指向样本并返回到光学単元。另外的光学元件可包括可选的衰减器、高通滤波器470、聚焦透镜466、狭缝478、凹光栅482和PMT阵列476。代表本发明的一种实施方式的元件的布置允许产生激励光、将激励光聚焦在样本上、收集由激励光和样本中的荧光团的相互作用而产生的反射和发射的光信号以及记录所述返回的光，以便响应于来自激光器440的光照射来确定样本的荧光。关于图4B，如图4A所示，激光照射被分色滤光器472反射而穿过物镜476并聚焦在含有流动粒子的通道上。该照射激励附到与细胞结合的蛋白质标记的荧光团。因而产生的荧光照射被物镜476收集，并且由于该发射的较长的波长，该发射穿过分色滤光器472并被分束器468反射而穿过高通滤波器470。高通滤波器470阻挡任何反射的激光照射。聚焦透镜466将多波长发射照射聚焦在狭缝478上。凹光栅482在多个波长处使狭缝在PMT阵列454的元件上成像。这完成了产生荧光发射的多光谱探测的过程。虽然被物镜476收集的大部分照射被分束器468反射，但是小部分被允许通过并穿过针孔464聚焦在硅读出器単元462上。在聚焦操作期间，当该读出器単元上的信号被最大化吋，最佳聚焦被实现。当该信号被最大化吋，PMT阵列476上的信号強度也被最大化。现參照图5A，其是根据本发明的一个实施方式的图4A或图4B的光学単元中的多波长激励的一个实例的示意性表示500。图5A-5C示出了图4A和图4B的光学配置的扩展，以允许多个激励波长。图5A示出用于组合不同波长的多个激光以产生包含所有波长的单 个同轴光束514的配置。两个不同的波长例如502绿光和506红光可以使用ニ向色镜504进行组合。光束之一——红光506被ニ向色镜反射，而第二光束——绿光502穿过ニ向色镜以产生黄色的、包含两个波长的单个光束508。这个组合波长光束现在被用作到第二ニ向色镜510的输入之一，其具有被第二ニ向色镜反射以产生包含全部三个波长的单个同轴光束的第三波长512。现參照图5B，其示出根据本发明的一个实施方式的作为采用图5A的多波长激励的图4B的分色滤光器的波长的函数的透射的曲线输出520。与图5C的镜552类似的或相同的多波段ニ向色镜(未示出)用于通过物镜554 (图5C)照射样本，同时允许因而产生的发射在全部波长处穿过ニ向色镜552，除了多光束激励514 (图5A)的那些波长以外。以这种方式，与单个波长一起使用的同一 epi-配置实际上可以在有对分色镜552的适当的改变以及添加多个激光502、506、512以提供多波长激励的情况下被使用，同时维持单个激励系统的实质上所有探測波长。转到图5C，其示出根据本发明的一个实施方式的采用图5A的多波长激励以及图5B的分色滤光器的光学单兀的部分550的不意性表不。部分550在一些情况下可取代子系统 475 (图 4B)。表I示出了用在本发明中的代表性组件的代表性的值。
权利要求
1. 一种用于确定医学疾病的系统，所述系统包括 a)一次性药筒，其适合于接收一定体积的体液，所述药筒包括多个节段，所述节段中的至少一个适合于使至少一种反应物与所述体液发生反应以形成预处理过的样本；以及 b)光学单元，其包括 1.至少一个激励照射器，其适合于将辐射传递到所述预处理过的样本； .至少一个多光谱发射探测器；以及 iii.光子计数器和积分器中的至少一个， 其中所述至少一个激励照射器和所述至少一个多光谱发射探测器布置在所述药筒的同一侧上；且其中所述光学单元适合于探测由所述辐射和所述药筒中的所述预处理过的样本的相互作用产生的多个光谱上不同的信号，从而确定所述医学疾病。
2.根据权利要求I所述的系统，还包括计算机和处理器，所述计算机适合于接收关于所述多个光谱上不同的信号的数据，所述处理器适合于处理所述数据并输出与所述医学疾病有关的至少一个输出。
3.根据权利要求I所述的系统，其中所述多个光谱上不同的信号中的每个信号与至少一个预定的生物学标记相关联。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述至少一个预定的生物学标记是CD64特异性的。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述至少一个预定的生物学标记是CD163特异性的。
6.根据权利要求I所述的系统，其中所述多个节段包括下列项中的至少一个 a)体液吸取节段，其适合于直接或间接地接收来自所述患者的所述体液； b)预先分析样本处理节段； c)样本激励/相互作用节段；以及 d)用过的样本处置节段。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述预先分析样本处理节段包括下列项中的至少一个 i.适合于使用至少一种抗体培养所述体液的培养箱元件； .适合于使用至少一种抗原培养所述体液的培养箱元件； iii.第一混合元件，其适合于将所述体液中的至少一种细胞类型与着色剂和标记中的至少一个混合，以形成着色的细胞类型和带标记的细胞类型中的至少一个； iv.起反应元件，其适合于使所述体液的至少一种细胞类型与所述至少一种反应物发生反应，以形成所述预处理过的样本； V.热元件，其适合于加热或冷却所述体液的至少部分； vi.第二混合元件，其适合于将所述体液中的至少一种细胞类型与至少一种基准材料混合；以及 vii.反应元件，其适合于在所述至少一种反应物和所述体液的至少一种元素之间形成化学反应。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述样本激励/相互作用节段包括薄的金属衬里层。
9.根据权利要求I所述的系统，其中所述光学单元包括物镜，所述物镜适合于 a)将所述辐射传递到所述预处理过的样本；以及 b)接收所述多个光谱上不同的信号。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述样本激励/相互作用节段垂直于所述物镜的光路而布置。
11.根据权利要求I所述的系统，其中所述至少一个激励照射器包括激光器、发光二极管(LED)以及电弧灯中的至少一个。
12.根据权利要求I所述的系统，其中所述预处理过的样本包括粒子，所述粒子适合于以基本上成单行的方式流动而经过所述辐射。
13.根据权利要求4或5所述的系统，其中所述医学疾病是败血症。
14.根据权利要求I所述的设备，其中所述读出器单元包括多个波长特定的光电倍增管。
15.根据权利要求12所述的系统，其中所述粒子是白血细胞。
16.根据权利要求I所述的系统，其中所述至少一种反应物包括对生物学标记特定的多个突光标记的抗体。
17.根据权利要求2所述的系统，其中所述系统包含在尺寸小于50X 30 X 15cm的便携式容器中。
18.根据权利要求18所述的系统，其中所述系统重量小于15kg。
19.一种用于确定患者的健康状况的存在的方法，所述方法包括 a)使至少一种反应物与多节段的一次性药筒中的体液发生反应以形成处理过的样本； b)将辐射从光学单元照射在所述一次性药筒中的所述处理过的样本上，从而在所述光学单元的方向上产生多个光谱上不同的信号；以及 c)探测所述光学单元中的由所述辐射和所述预处理过的样本的相互作用产生的多个光谱上不同的信号，从而确定所述医学疾病。
20.根据权利要求19所述的方法，其中步骤a)至c)对多个所述预处理过的样本顺序地执行。
21.根据权利要求19所述的方法，其中步骤a)至c)在一小时内对4至100个样本执行。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述多个光谱上不同的信号中的每个信号与至少一个预定的生物学标记相关联。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述至少一个预定的生物学标记是CD64特异性的。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述至少一个预定的生物学标记是CD163特异性的。
25.根据权利要求19所述的方法，其中所述反应步骤包括下列操作中的至少一个 a)直接或间接地接收来自所述患者的所述体液； b)执行至少一个预先分析反应； c)激励所述处理过的样本；以及d)将所述处理过的样本放置在用过的样本处置节段中。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述至少一个预先分析反应包括下列操作中的至少一个 i.使用至少一种抗体培养所述体液； .使用至少一种抗原培养所述体液； iii.将所述体液中的至少一种细胞类型与着色剂和标记中的至少一个混合，以形成着色的细胞类型和带标记的细胞类型中的至少一个； iv.使所述体液的至少一种细胞类型与所述至少一种反应物发生反应，以形成所述预处理过的样本； V.热处理所述体液的至少部分； vi.将所述体液中的至少一种细胞类型与至少一种基准材料进行混合；以及 vii.在所述至少一种反应物和所述体液的至少一种元素之间形成化学反应。
27.根据权利要求19所述的方法，还包括对来自所述患者的第一样本执行步骤a)至C)。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括等待一段时间，且然后对另一样本重复步骤a)至 C)。
29.根据权利要求19所述的方法，其中所述体液包括少于100微升。
30.根据权利要求19所述的方法，其中所述医学疾病是败血症。
31.一种用于确定患者的健康状况的存在的计算机软件产品，所述产品包括存储有程序指令的计算机可读介质，所述指令当由计算机读取时使所述计算机 a)使至少一种反应物与在多节段的一次性药筒中的体液发生反应，以形成处理过的样本； b)将辐射从光学单元照射在所述一次性药筒中的所述处理过的样本上，从而在所述光学单元的方向上产生多个光谱上不同的信号；以及 c)探测所述光学单元中的通过所述辐射和所述预处理过的样本的相互作用产生的多个光谱上不同的信号，从而确定所述医学疾病。
32.根据权利要求15所述的系统，其中所述白血细胞包括中性白细胞。
全文摘要
本发明提供了一种用于确定医学疾病的系统和方法，所述系统包括一次性药筒，其适合于接收一定体积的体液，所述药筒包括多个节段，所述节段中的至少一个适合于使至少一种反应物与体液发生反应以形成预处理过的样本；和光学单元，其包括适合于将辐射传递到预处理过的样本的至少一个激励照射器、至少一个多光谱发射探测器以及光子计数器和积分器中的至少一个，其中所述至少一个激励照射器和所述至少一个多光谱发射探测器布置在所述药筒的同一侧上；且其中所述光学单元适合于探测由所述辐射和药筒中的所述预处理过的样本的相互作用产生的多个光谱上不同的信号，从而确定所述医学疾病。
文档编号G01N35/00GK102859365SQ201180018288
公开日2013年1月2日 申请日期2011年4月11日 优先权日2010年4月15日
发明者哈维·李·卡斯丹, 梅纳什·拉胡安, 耶霍舒亚·布罗德, 朱利安·梅索尼耶, 布鲁斯·戴维斯, 约阿夫·祖塔 申请人:洛伊克德克斯有限公司