BR112018001352B1 - Sistema para ensaio de diagnóstico, e, método para operar um sistema para ensaio de diagnóstico - Google Patents

Sistema para ensaio de diagnóstico, e, método para operar um sistema para ensaio de diagnóstico Download PDF

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Abstract

trata-se de subconjuntos e métodos melhorados de controle para uso em um sistema para ensaio de diagnóstico adaptado para receber um cartucho de ensaio. tais subconjuntos incluem: um motor de cc sem escovas, um mecanismo de abertura/fechamento de porta e mecanismo de carregamento de cartucho, um conjunto de seringa e mecanismo de acionamento de válvula, uma sonotrodo de sonicação, um dispositivo de controle térmico e dispositivo de detecção/excitação óptica. tais sistemas podem incluir adicionalmente uma unidade de comunicações configurada para se comunicar de modo sem fio com um dispositivo móvel de um usuário de modo a receber uma entrada de usuário relacionada à funcionalidade do sistema em relação a um cartucho de ensaio recebido no mesmo e retransmitir um resultado de diagnóstico relacionado ao cartucho de ensaio para o dispositivo móvel.

Description

REFERÊNCIAS CRUZADAS PARA PEDIDOS RELACIONADOS
[0001] Este pedido reivindica o benefício de prioridade do Pedido de Patente Provisório U.S. No. 62/196.845 intitulado “Molecular Diagnostic Assay System,” depositado em 24 de julho de 2015; os conteúdos inteiros dos quais são aqui incorporados por referência.
[0002] Este pedido está geralmente relacionado com o Pedido de Patente U.S. No.[Certificado de Representante No. 85430-1017353- 011410US] intitulado “Thermal Control Device and Methods of Use” depositado concorrentemente com este; Pedido de Patente U.S. [Certificado do Representante No. 85430-0971600-01061 OUS] intitulado “Encoderless Motor with Improved Granularity and Methods of Use” depositado concorrentemente com este; Pedido de Patente U.S. No. 13/843.739 intitulado “Honeycomb tube,” depositado em 15 de março de 2013; Pedido de Patente U.S. No. 13/828.741 intitulado “Remote Monitoring of Medical Devices,” depositado em 14 de março de 2013; Patente U.S. No. 8.048.386 intitulado “Fluid Processing and Control,” depositado em 25 de fevereiro de 2002; e Patente U.S. No. 6.374.684 intitulado “Fluid Control and Processing System,” depositado em 25 de agosto de 2000; cada um dos quais é aqui incorporado por referência em sua totalidade para todos os propósitos.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[0003] Avanços tecnológicos têm tornado o mundo atual um ambiente crescentemente conectado. Enquanto as viagens aéreas permitem que uma pessoa comum viaje em torno do globo de um continente para outro dentro de um dia, a mesma também pode permitir a rápida disseminação de patógenos contagiosos e expor a população global às doenças mortais com consequências potencialmente devastadoras. No passado recente os surtos de Sindrome respiratória Aguda Severa (SARS), Sindrome Respiratória do Oriente Médio (MERS), e Febre Hemorrágica Ebola servem como exemplos de como um evento de saúde pública que se originou em uma área em um continente pode rapidamente evoluir em uma preocupação global significante. A natureza altamente móvel do mundo de hoje exige ferramentas de diagnóstico confiáveis para fornecer resultados em tempo real e para facilitar detecção precoce e resposta imediata a quaisquer epidemias potenciais.
[0004] [0001] Por outro lado, permanecem áreas muito remotas e subdesenvolvidas neste mundo onde os cuidados de saúde não estão facilmente disponíveis para os residentes locais. A acessibilidade inadequada às instalações de cuidados de saúde tais como hospitais e clínicas, ou ainda varejistas de produto/serviço de saúde (por exemplo, farmácias), seriamente impede qualquer esforço para se obter diagnóstico e tratamento adequados de pacientes, especialmente aqueles que sofrem de uma doença infecciosa, tornando difícil avaliar apropriadamente o risco de uma epidemia ou conter eficazmente uma epidemia de se espalhar rapidamente. Assim, existe uma necessidade urgente quanto a ferramentas de diagnóstico novas e melhoradas que sejam altamente móveis, capazes de realizar testes moleculares complexos para gerar resultados de rápidos, confiáveis, e precisos, independente do local, seja em uma instalação de cuidados de saúde, clínica de bairro, fornecedor de serviço de varejo, ou em um cenário limitado em recursos onde energia elétrica, comunicação (por exemplo, internet), serviços de cuidados de saúde tradicionais e/ou profissionais de cuidados de saúde podem não estar rotineiramente disponíveis.
[0005] Os presentes inventores desenvolveram um sistema de ensaio de diagnóstico molecular altamente sofisticado embora completamente portátil e surpreendentemente fácil de usar que satisfaça as necessidades anteriormente mencionadas. Aperfeiçoado em relação aos sistemas de ensaio de diagnóstico molecular existentes (por exemplo, o sistema de Cepheid GeneXpert®), o novo sistema de ensaio de diagnóstico molecular aqui descrito inclui um dispositivo de diagnóstico médico, que é opcionalmente acionado por bateria, tipicamente pequeno em tamanho e leve em peso, permitindo assim uso portátil completo em qualquer local onde pacientes possam estar, longe de hospitais, laboratórios, ou mesmo de farmácias. O dispositivo de diagnóstico é capaz de realizar ensaios de diagnóstico molecular totalmente automatizados (opcionalmente para detectar patógenos múltiplos ao mesmo tempo), rapidamente obter resultados precisos (tipicamente dentro de 1 ou 2 horas e tão rápido quanto 15 a 20 minutos). O mesmo é fácil de operar, usando um ou mais cartuchos de ensaio pré- fabricados pode-se rapidamente obter resultados de teste indicando se um paciente está portando patógeno(s) particular(es), ou afligido com um estado de doença particular.
[0006] Este sistema de ensaio de diagnóstico molecular recém projetado também inclui componentes que fornecem conectividade com base em nuvem para transportar os resultados de diagnóstico do dispositivo de teste portátil para um sistema de relatório remoto, que pode ser uma coleta de dados centralizada ou centro de processamento, ou dispositivos móveis tais como dispositivos portáteis usados por um médico ou um paciente para receber um relato de diagnóstico. Com tal conectividade sustentada por nuvem, o compartilhamento de dados pode ocorrer de modo virtualmente instantâneo, não apenas permitindo que os médicos iniciem o tratamento dos sem nenhuma demora, mas também possibilitando o monitoramento e a informação de qualquer epidemia potencial em uma larga escala.
[0007] Estas características importantes contornam as limitações correntes que tendem a prevenir ou impedir diagnóstico precoce e tratamento eficaz de pacientes em áreas pobres, remotas onde as instalações de cuidado de saúde são poucas e a capacidade de testar diagnóstico é escassa. Este sistema de ensaio de diagnóstico molecular recém projetado é a primeira ferramenta de diagnóstico de ponto de cuidado verdadeira possuindo o poder de rápida mobilização e operação completa virtualmente em qualquer ambiente. O mesmo verdadeiramente leva teste de diagnóstico para as pessoas, independente de onde elas estejam. A combinação da sua mobilidade, sua rápida e exata funcionalidade de diagnóstico, sua sofisticação técnica a despeito da facilidade de operação, e sua conectividade com base em nuvem torna este novo sistema de ensaio de diagnóstico molecular a solução mais moderna e atualizada para os mercados emergentes e o criador de tendências revolucionário que define o futuro do teste de diagnóstico médico.
BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0008] Em um aspecto, a invenção fornece um sistema de ensaio de diagnóstico melhorado. Tais sistemas podem incluir melhorias relativas a várias submontagens incluindo: uma montagem de acionamento de porta, um acionamento de seringa e um acionamento de válvula, um sonotrodo, uma montagem de detecção térmica e óptica, e um sistema de controle/comunicação do sistema. E avaliado que qualquer uma destas subsmontagens pode ser incluída em um tal sistema de ensaio de diagnóstico separadamente ou em combinação com qualquer outra submontagem para fornecer aspectos de desempenho melhorados como aqui descritos.
[0009] Em algumas modalidades, a invenção inclui um sistema de ensaio de diagnóstico adaptado para receber um cartucho de ensaio (também ocasionalmente aludido como um “cartucho de amostra” ou “cartucho de teste”). Tais sistemas podem incluir qualquer um ou combinação das várias características e submontagens aqui descritas.
[00010] Em algumas modalidades, o sistema de ensaio de diagnóstico inclui um motor DC (BLDC) sem escovas acoplado de modo operativo com, por exemplo, qualquer um de um mecanismo de abertura/fechamento de porta e sistema de carregamento de cartucho, um acionamento de seringa, e/ou um acionamento de válvula.
[00011] Em algumas modalidades, o sistema de ensaio de diagnóstico inclui um mecanismo de abertura/fechamento de porta coacoplado de modo operativo com um mecanismo de carregamento de cartucho e acionado por um mecanismo de transmissão reversível.
[00012] Em algumas modalidades, o sistema de ensaio de diagnóstico inclui um acionamento de seringa acoplado de modo operativo com um motor BLDC de fase n e controlado com base pelo menos em parte em absorção de corrente monitorada do motor BLDC.
[00013] Em algumas modalidades, o sistema de ensaio de diagnóstico inclui um mecanismo de acionamento de válvula acoplado de modo operativo com um motor BLDC de fase n com base pelo menos em parte em um sinal de voltagem fornecido por sensores de tensão n do BLDC sem o uso de qualquer hardware codificador ou sensores de posição.
[00014] Em algumas modalidades, o sistema de ensaio de diagnóstico inclui um sonotrodo engatável com um cartucho de ensaio para a lise de material biológico dentro do cartucho de ensaio e acoplado de modo operativo com um controlador configurado para controlar a sonicação com base pelo menos em parte em uma frequência que fornece uma amplitude de saída mais alta como uma frequência ressonante.
[00015] Em algumas modalidades, o sistema de ensaio de diagnóstico inclui um dispositivo de controle térmico tendo um primeiro resfriador termoelétrico termicamente engatável com um vaso de reação (também ocasionalmente aludido como um “tubo de reação”) do cartucho de ensaio e pelo menos um outro dispositivo de manipulação térmica termicamente acoplado com o primeiro resfriador termoelétrico e controlado de modo a aumentar a eficiência do primeiro resfriador termoelétrico para facilitar a rápida ciclização térmica do vaso de reação entre uma primeira e segunda temperaturas com o primeiro resfriador termoelétrico.
[00016] Em algumas modalidades, o sistema de ensaio de diagnóstico inclui um bloco de excitação/detecção óptica montável em relação ao vaso de reação de modo a emitir energia de excitação em uma amostra de fluido dentro do vaso de reação em um ângulo substancialmente ortogonal a partir do qual a excitação é detectada através de um ou mais bordas (face menor) e/ou uma face principal do vaso de reação.
[00017] Em algumas modalidades, o sistema de ensaio de diagnóstico inclui uma unidade de comunicações configurada para comunicar de modo sem fio com um dispositivo móvel de um usuário de modo a receber uma entrada do usuário relacionada com a funcionalidade do sistema com respeito a um cartucho de ensaio recebido no mesmo e retransmitir um resultado de diagnóstico relacionado com o cartucho de ensaio para o dispositivo móvel.
[00018] Algumas modalidades da invenção se referem a um sistema de abertura de porta para um sistema de ensaio de diagnóstico. O sistema pode incluir um chassi do sistema de ensaio de diagnóstico. Um motor DC (BLDC) sem escovas pode ser acoplado ao chassi do sistema de ensaio de diagnóstico. Uma transmissão reversível pode ser operável pelo motor BLDC. Uma porta pode ser móvel em relação ao chassi do sistema de ensaio de diagnóstico a partir de uma posição fechada para uma posição aberta (e de uma posição aberta para uma posição fechada). O motor BLDC pode ser configurado para operar a transmissão reversível com base nas medições de corrente do motor BLDC, as medições de corrente estando associadas com eventos de acionamento reverso contra a transmissão reversível.
[00019] Algumas modalidades da invenção se referem a um método para operar um sistema de abertura/fechamento de porta para um sistema de ensaio de diagnóstico. No método, um comando pode ser recebido para abrir uma porta de recebimento de cartucho do sistema de ensaio de diagnóstico. Um motor DC (BLDC) sem escovas acoplado a uma transmissão reversível pode ser operada para abrir a porta a partir de uma posição fechada (e vice- versa), a transmissão reversível sendo operacionalmente acoplada à porta e um mecanismo de carregamento de cartucho. Um primeiro evento de acionamento reverso ocorrendo contra a transmissão reversível pode ser detectado, com base no monitoramento da corrente. Com base na detecção do primeiro evento de acionamento reverso, a operação do motor BLDC para colocar a porta em uma posição aberta pode ser cessada, e um aspecto do mecanismo de carregamento de cartucho pode ser colocado em posição para aceitar um cartucho de ensaio.
[00020] Algumas modalidades da invenção se referem a um sistema para operar uma seringa para um sistema de ensaio de diagnóstico. O sistema pode incluir um chassi de um sistema de ensaio de diagnóstico. Um motor DC (BLDC) sem escovas pode ser acoplado ao chassi do sistema de ensaio de diagnóstico. Um parafuso de avanço reversível pode ser operável pelo motor BLDC. Uma haste de êmbolo pode ser operável pelo parafuso de avanço para engatar uma ponta de êmbolo em uma passagem de seringa do cartucho de ensaio. O motor BLDC pode ser configurado para operar o parafuso de avanço com base em absorção de corrente monitorada do motor BLDC, a corrente estando associadas com mudanças de pressão dentro do cartucho de ensaio removível.
[00021] Algumas modalidades da invenção se referem a um método para operar uma seringa para um sistema de ensaio de diagnóstico. Um comando para alimentar um motor DC (BLDC) sem escovas pode ser recebido. O motor BLDC pode ser operável para girar um parafuso de avanço reversível. Uma haste de êmbolo pode ser acoplada ao e móvel pelo parafuso de avanço. Potência para o motor BLDC pode ser aplicada para mover a haste de êmbolo para engatar um ponta de êmbolo dentro de uma passagem de seringa de um cartucho de ensaio. Pelo menos uma corrente associada com a operação do motor BLDC pode ser monitorada para determinar uma qualidade do cartucho de ensaio removível. Uma mudança na corrente do motor BLDC pode ser detectada. A operação do motor BLDC pode ser alterada dentro do cartucho de ensaio removível com base na detecção da mudança na corrente.
[00022] Algumas modalidades da invenção se referem a um montagem de sonotrodo tendo um sonotrodo ultrassónico e um alojamento de sonotrodo que engata com o cartucho de ensaio descartável através de um mecanismo móvel que move o sonotrodo ultrassónico entre uma posição desengatada ou retraída para facilitar o carregamento e ejeção do cartucho de ensaio do módulo de dispositivo de diagnóstico e uma posição engatada ou avançada para engatar de modo pressionável o sonotrodo contra uma câmara de sonicação do cartucho de ensaio para facilitar a lise de células biológicas dentro da câmara como parte de um ensaio de diagnóstico, que pode incluir mas não é limitado a uma análise de reação da cadeia da polimerase. Em algumas modalidades, o mecanismo móvel inclui uma mola ou mecanismo de inclinação e um carne que engata uma superfície em cunha do alojamento de sonotrodo para efetuar movimento do sonotrodo entre as posições abaixada e elevada. Em algumas modalidades, o movimento da montagem de sonotrodo é efetuada por um atuador comum para outros componentes móveis, tal como um braço de carregamento/ejeção e uma porta do módulo de cartucho de modo a fornecer movimentos coordenados eficientes de componentes dentro do módulo de dispositivo de diagnóstico.
[00023] Algumas modalidades da invenção se referem a um sonotrodo tendo um sonotrodo ultrassónico e pelo menos um atuador(es) piezoelétrico(s) controlado(s) sob retroalimentação de laço fechado. Em algumas modalidades, o sonotrodo compreende um circuito de controle que utiliza controle sinusoidal e correspondência de fase para o controle de frequência ressonante. Estas características garantem vibração em fase entre o(s) atuador(es) piezoelétrico(s) de modo a fornecer liberação consistente, robusta de energia ultrassónica com um sonotrodo ultrassónico tendo tamanho reduzido e exigências de potência do que seria viável.
[00024] Algumas modalidades da invenção se referem a um método para operar um mecanismo de acionamento de válvula. Um comando pode ser recebido para alimentar um motor DC (BLDC) sem escovas acoplado ao chassi para mover um acionamento de válvula para uma posição particular. O acionamento de válvula pode ser configurado para girar posições de um corpo de válvula de um cartucho de ensaio removível. Uma transmissão pode ser acoplada entre o motor BLDC e o acionamento de válvula. O motor BLDC não inclui quaisquer sensores posicionais ou hardware codificador, mas pode incluir uma pluralidade de sensores de efeito de Hall. O motor BLDC pode ser alimentado para girar um eixo do motor BLDC um número particular de voltas para mover o acionamento de válvula para a posição particular com base em um sinal sinusoidal gerado pelos sensores de efeito de Hall.
[00025] Algumas modalidades se referem a um sistema para operar um mecanismo de acionamento de válvula. O sistema pode incluir um chassi de mecanismo de acionamento de válvula. Um motor DC (BLDC) sem escovas pode ser acoplado ao chassi. O motor BLDC não inclui qualquer hardware posicionai ou codificador, mas pode incluir uma pluralidade de sensores de efeito de Hall. Uma transmissão pode ser acoplada ao motor BLDC. Um acionamento de válvula pode ser acoplado à transmissão. O acionamento de válvula pode ser configurado para girar posições de um corpo de válvula de um cartucho de ensaio removível. A posição de saída de acionamento de válvula pode ser determinada com base na análise de um sinal sinusoidal gerado pelos sensores de efeito de Hall.
[00026] Algumas modalidades da invenção se referem a um dispositivo de diagnóstico que pode incluir uma Submontagem Termo-Optica (“TOS”) que compreende um componente de dispositivo de controle térmico e um componente de excitação/detecção ópticas. Em algumas modalidades, o dispositivo de controle térmico inclui um componente resfriador termoelétrico (“TEC”) que realiza a ciclagem térmica de um vaso de reação. O componente de excitação/componente de detecção ópticos realizam a excitação e detecção ópticas para um análito alvo com controle, rapidez e eficiência melhorados. Em algumas modalidades, a TOS inclui componentes de montagem para interfacear o dispositivo de controle térmico com o componente óptico e define uma cavidade para receber um vaso de reação tendo uma amostra de fluido preparada para realizar um ensaio para um análito alvo. Em algumas modalidades, os componentes de montagem fornecem o dispositivo de controle térmico e componente óptico em proximidade ao vaso de reação de modo a realizar a ciclagem térmica para amplificação, excitação e detecção óptica do análito alvo simultaneamente ou em sucessão rápida. Em algumas modalidades, o vaso de reação compreende um microarranjo ou uma pluralidade de poços de reação separados e/ou uma câmara de pré- amplificação dentro do vaso de reação. Em algumas modalidades, a TOS inclui um ou mais mecanismos que movem o dispositivo de controle térmico de modo a engatar de modo pressionável pelo menos uma superfície do vaso de reação quando posicionado dentro do dispositivo de diagnóstico de modo a melhorar a eficiência de ciclagem térmica. Em algumas modalidades, a TOS é integrada com uma ou mais placas de circuito impresso (PCB), processadores e controladores de modo a coordenar a ciclagem térmica e a excitação/detecção ópticas de acordo com um ensaio particular. Em algumas modalidades, a TOS inclui um sensor para detectar proximidade de um vaso de reação ou cartucho de ensaio de amostra associado para facilitar o posicionamento do dispositivo de controle térmico e/ou componente óptico em relação ao vaso de reação ou sua operação.
[00027] Algumas modalidades da invenção se referem a um dispositivo de controle térmico que pode incluir um primeiro TEC tendo uma face ativa e uma face de referência; um segundo TEC tendo uma face ativa e uma face de referência; e um capacitor térmico ou intercalador térmico disposto entre o primeiro e segundo TECs tal que a face de referência do primeiro TEC seja termicamente acoplada com a face ativa do segundo TEC através do capacitor térmico. Em algumas modalidades um intercalador térmico é posicionado entre o primeiro e segundo Dispositivos TEC. Em algumas modalidades, o intercalador térmico atua como um capacitor térmico. Em algumas modalidades, o dispositivo de controle térmico inclui um controlador acoplado de modo operativo a cada um do primeiro e segundo TECs, o controlador configurado para operar o segundo TEC concorrente com o primeiro TEC de modo a aumentar a velocidade e eficiência na operação do primeiro TEC conforme uma temperatura da face ativa do primeiro TEC muda de uma temperatura inicial para uma temperatura alvo desejada.
[00028] Algumas modalidades da invenção se referem a um componente óptico que pode incluir um bloco de excitação óptica e um bloco de detecção óptica posicionados em uma montagem óptica que é configurada para receber um vaso de reação. Em algumas modalidades, o vaso de reação compreende duas paredes planares maiores que se opõem espaçadas separadamente uma da outra pelas paredes planares menores, em que pelo menos duas das paredes planares menores são deslocadas uma da outra em cerca de 90 graus. Em algumas modalidades, o bloco de excitação óptica é posicionado para transmitir energia de excitação no vaso de reação através de uma das paredes menores, e o bloco de detecção óptica é posicionado para a detecção ao longo de uma superfície planar maior do vaso de reação. Em algumas modalidades, a excitação e detecção ocorrem através de paredes menores que se opõem do vaso de reação. Em algumas modalidades, os componentes de excitação óptica e detecção óptica são ortogonais entre si. Os componentes ópticos são adaptados com um orifício numérico relativamente baixo (por exemplo divergência angular baixa) quando comparados com sistemas convencionais. Uma tal configuração fornece um volume de detecção maior com ângulos numéricos mais baixos, fornecendo deste modo sensibilidade óptica melhorada e facilitando o alinhamento óptico.
[00029] Em um outro aspecto, a TOS inclui um sensor para detectar proximidade e/ou localização assim como a identidade de um cartucho de ensaio ou vaso de reação em relação à TOS. Em algumas modalidades, o sensor é um sensor de comunicação de campo próximo adaptado para detectar quando um cartucho de ensaio foi carregado no dispositivo de diagnóstico (também ocasionalmente aludido como um “módulo de diagnóstico”) do sistema de ensaio de diagnóstico, identificar o ensaio, e ligar o cartucho a um identificador de amostra. Em algumas modalidades, a TOS inclui um controlador para coordenar a operação do dispositivo de controle térmico e o módulo óptico em resposta ao sensor.
[00030] Algumas modalidades da invenção se referem a um método de controlar um sistema de ensaio de diagnóstico com um dispositivo móvel. Em um dispositivo móvel, a entrada do usuário pode ser recebida para controlar a funcionalidade de um dispositivo de diagnóstico. Em resposta ao recebimento da entrada do usuário, com o dispositivo móvel, informação de controle pode ser enviada para o dispositivo de ensaio de diagnóstico. No dispositivo móvel, dados (por exemplo, dados médicos) podem ser recebidos do dispositivo de ensaio de diagnóstico. Os dados podem ser retransmitidos para um servidor sem armazenar ou descriptografar os dados.
[00031] Algumas modalidades da invenção se referem a um dispositivo de ensaio de diagnóstico tendo um subsistema de comunicações. O sistema pode incluir um componente de diagnóstico. Um processador comunicativamente pode ser acoplado com o subsistema de comunicações e o componente de diagnóstico. O processador pode ser configurado para fazer com que o dispositivo de ensaio de diagnóstico receba pelo modo sem fio, usando o subsistema de comunicações, um comando de dispositivo de um dispositivo móvel. O processador também pode ser configurado para enviar pelo modo sem fio, usando o subsistema de comunicações, uma resposta de comando do dispositivo para o dispositivo móvel. O processador também pode ser configurado para conduzir um teste usando o componente de diagnóstico. O processador também pode ser configurado para enviar pelo modo sem fio, usando o subsistema de comunicações, informação de diagnóstico codificada (por exemplo, informação médica), indicativa de um resultado do teste, para um servidor remoto.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[00032] A FIG. IA é uma vista em perspectiva de um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00033] A FIG. 1B é uma vista explodida de um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00034] As FIGS. 2A-2C são vistas em perspectiva de um motor DC (BLDC) sem escovas, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00035] A FIG. 2D é um gráfico de um padrão de saída de tensão variável sinusoidal de um motor BLDC, com marcas distintivas adicionais para ilustrar um processo para codificar a posição angular mecânica do rotor do motor de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00036] A FIG. 2E é um diagrama de circuito para controlar um motor BLDC, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00037] As FIGS. 3A-3C são diagramas de modelos para determinar saída de torque de um motor BLDC, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00038] A FIG. 4A é uma vista em perspectiva de um mecanismo de abertura de porta, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00039] As FIGS. 4B-4E são vistas de seção transversal de um sistema de ensaio de diagnóstico em uso, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00040] A FIG. 5A é uma vista em seção transversal de um sistema de ensaio de diagnóstico em uso, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00041] As FIGS. 5B e 5C são diagramas de fluxo de um método para operar aspectos de um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00042] As FIGS. 6A e 6B são vistas em perspectiva de um mecanismo de acionamento de válvula, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00043] A FIG. 6C é um gráfico relatando um sinal de saída para posição de acionamento de válvula, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00044] As FIGS. 7A-B ilustram uma montagem de sonotrodo ultrassónico para o uso em sistema de ensaio de diagnóstico de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00045] As FIGS. 8A-D ilustram vistas de componente de montagem de sonotrodo ultrassónico de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00046] As FIGS. 9A-B ilustram vistas de seção transversal de um sistema de ensaio de diagnóstico durante e depois de carregamento de um cartucho de ensaio de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00047] A FIG. 10A ilustra vista de seção transversal de um cartucho de ensaio e a FIG. 10B ilustra uma vista em corte de um cartucho de ensaio carregado em um sistema de ensaio de diagnóstico com uma montagem de sonotrodo ultrassónico de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00048] As FIGS. l lAl-2 a 11B1-2 ilustram vistas laterais e de seção transversal de uma montagem de sonotrodo em uma posição desacoplada e uma posição acoplada, respectivamente, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00049] A FIG. 12A ilustram um sonotrodo ultrassónico exemplar e a FIG. 12B ilustra um diagrama de controle para a operação de um sonotrodo ultrassónico de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00050] A FIG. 13 ilustra uma função de transferência para controle de uma montagem de sonotrodo de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00051] A FIG. 14 ilustra um esquemático de controle de uma montagem de sonotrodo de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00052] As FIGs. 15-17 ilustram diagramas de controle para uma montagem de sonotrodo de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00053] A FIG. 18 ilustra uma submontagem TOS exemplar antes da inserção no módulo de ensaio de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00054] As FIGS. 19A-19B ilustram vistas frontal e traseira de uma submontagem TOS exemplar de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00055] As FIGS. 20A-20B ilustram vistas explodidas de uma TOS exemplar de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00056] As FIGS. 21A-B ilustram componentes ópticos e PCBs associadas de uma TOS exemplar de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00057] As FIGS. 22A-B ilustram componentes de dispositivo de controle térmico exemplar e PCB associada com uma conexão flexível rígida em um exemplo TOS de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00058] As FIGS. 23A-B ilustram um componente de dispositivo de controle térmico exemplar configurado para interfacear com uma montagem óptica de um exemplo de TOS de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00059] As FIGS. 24A-B ilustram um componente de dispositivo de controle térmico exemplar de modo móvel acoplado a uma montagem óptica em uma configuração aberta e uma configuração fixada, respectivamente, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00060] A FIG. 25 ilustra um componente de dispositivo de controle térmico exemplar de modo móvel acoplado a uma montagem óptica e uma base deslizante de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00061] As FIGS. 26A-B ilustram um componente de dispositivo de controle térmico exemplar de modo móvel acoplado com uma base deslizante atuada por um cavalete de porta do módulo de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00062] A FIG. 27 ilustra um diagrama de controle de bloco exemplar de componentes da TOS de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00063] A FIG. 28 ilustra um esquemático exemplar de componentes de controle óptico e térmico da TOS de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00064] A FIG. 29 ilustra uma TOS exemplar para o uso em um sistema de ensaio de diagnóstico de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00065] As FIGS. 30A-B ilustram duas configurações de componente óptico exemplares para o uso com um vaso de reação em um dispositivo de diagnóstico de acordo com algumas modalidades da invenção e a FIG. 30C ilustra um esquemático detalhado de uma configuração de componente óptico exemplar de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00066] A FIG. 31 ilustra vistas detalhadas exemplares do bloco de excitação 310 e do bloco de detecção 320 de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00067] As FIGS. 32 ilustram detecção de fluorescência com os componentes de excitação e detecção de um componente óptico exemplar de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00068] A FIG. 33A ilustra um esquemático de um dispositivo de controle térmico de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00069] As FIGS. 33B-C ilustram modelos de um dispositivo de controle térmico exemplar de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00070] A FIG. 34 mostra um ciclo térmico sob controle de laço fechado de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00071] A FIG. 35 mostra dez ciclos térmicos sucessivos em uma faixa completa de termociclagem de PCR de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00072] A FIG. 36A mostra desempenho de termociclagem para cinco ciclos no começo da ciclagem térmica e depois de dois dias de ciclagem térmica contínua.
[00073] A FIG. 36B mostra um diagrama de controle de valores alvos usados em laços de controle de acordo com algumas modalidades da invenção
[00074] A FIG. 37 mostra um diagrama de valores alvos usados em laços de controle de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00075] A FIG. 38 é uma ilustração exemplar da arquitetura de um sistema de ensaio de diagnóstico de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00076] A FIG. 39 fornece uma vista lógica de software executado pelo dispositivo de diagnóstico, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00077] A FIG. 40 é um diagrama de bloco do sistema de ensaio de diagnóstico (Epsilon Instrument Core Architecture), de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00078] As FIGS. 41-1 até 41-4 mostram um diagrama ilustrando vários estados do componente Hierarchical System Machine (HSM), de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00079] A FIG. 42 é um diagrama ilustrando componentes internos de núcleo do instrumento e interfaces, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00080] A FIG. 43 é um diagrama de bloco ilustrando componentes de software executados em um dispositivo móvel, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00081] A FIG. 44 é um diagrama de bloco ilustrando componentes de software executado por um serviço de relatório de diagnósticos remoto, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00082] A FIG. 45 é um diagrama de fluxo de dados ilustrando fluxo de dados de alto nível em um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00083] A FIG. 46 é um diagrama de fluxo de dados ilustrando uma modalidade de um fluxo de dados mais detalhado do que a FIG. 45, em que componentes do dispositivo móvel são separadamente retratados.
[00084] A FIG. 47 é um diagrama de fluxo de dados ilustrando o processo para uma configuração local de um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00085] A FIG. 48 é um diagrama de fluxo de dados ilustrando o processo para fornecer atualizações operacionais a um dispositivo móvel em um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00086] A FIG. 49 é um diagrama de fluxo de dados ilustrando o processo para fornecer atualizações operacionais para um dispositivo de diagnóstico em um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00087] A FIG. 50 é um diagrama de fluxo de dados de um tal processo em um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00088] A FIG. 51 é um diagrama de fluxo de dados ilustrando o processo para fornecer comandos de dispositivo de diagnóstico em um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00089] A FIG. 52 é um diagrama de fluxo de dados ilustrando o processo para fornecer dispositivo de registro de diagnóstico médico em uma rede de um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com algumas modalidades da invenção.
[00090] A FIG. 53 é uma ilustração de um sistema computadorizado, de acordo com algumas modalidades da invenção, que pode ser incorporado, pelo menos em parte, nos dispositivos e componentes do sistema de ensaio de diagnóstico aqui descritos.
[00091] A FIG. 54 é um diagrama de fluxo de um método de controlar um sistema de ensaio de diagnóstico com um dispositivo móvel, de acordo com algumas modalidades da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO I. Vista Geral do Sistema
[00092] A FIG. 1A mostra uma vista em perspectiva de um sistema 10 para testar uma amostra biológica, de acordo com modalidades da invenção. O fator de forma compacto do sistema 10 fornece um dispositivo de testar amostra portátil que pode comunicar pelo modo sem fio ou diretamente (com fio) com um computador local ou rede com base em nuvem. Como tal, o sistema 10 pode ser vantajosamente usado para aplicações em ponto de cuidado incluindo centros de diagnóstico móvel, em países emergentes, e em laboratórios de consultório médico.
[00093] O sistema 10 é utilizável com um cartucho de ensaio descartável, que é configurado para aceitar uma amostra biológica e adaptado para realizar um ensaio particular. O sistema e cartuchos são altamente flexíveis e podem ser usados para detectar uma variedade de análitos, incluindo ácido nucléico e proteína. Os análitos exemplares não limitantes que podem ser detectados usando o sistema e cartuchos de ensaio incluem, bactérias, vírus, e marcadores específicos de doença para uma variedade de estados de doença patogênicos incluindo Infecções Associadas com a Saúde (MRSA, C. Difficile, enterococos resistente à Vancomicina (VRE), Norovirus), Doenças Infecciosas Críticas (MTB/R1F, Flu, RSV, EV), Saúde Sexual (CT/NG, GBS), oncologia (por exemplo, câncer de mama e bexiga) e Genétic (FII/FV). Em algumas modalidades, o sistema 10 pode identificar o tipo de cartucho via capacidade de comunicação de campo quase integrada (por exemplo RFID, varredura a laser), e assim aplicar a rotina de ensaio apropriada ao cartucho. Em algumas modalidades, a identificação de cartucho usa a tecnologia Bluetooth, caracteres RFID, código de barras, rótulos QR, e similares.
[00094] Uma vez que um cartucho de ensaio é fisicamente inserido dentro e inicializado pelo sistema 10, o sistema realizará as funções de processamento de espécime, que pode em algumas modalidades incluir preparação de amostra, amplificação de ácido nucléico, e um processo de detecção de análito. Os resultados do processo de detecção podem ser transmitidos pelo modo sem fio ou diretamente pelo fio a um computador local ou rede com base em nuvem. Vantajosamente, o computador local pode ser um dispositivo de comunicação sem fio, tal como um tablete ou telefone celular, tendo um aplicativo de software especificamente projetado para controlar o sistema e comunicar com uma rede.
[00095] O sistema 10 pode ser alimentado por uma fonte de energia externa, mas pode retratar um suprimento de energia ininterrupto (por exemplo baterias) no caso de interrupção de energia ou uso no campo. O suprimento de energia ininterrupto (UPS) possibilita o uso no campo do sistema, e em algumas modalidades pode fornecer energia para o sistema durante pelo menos um dia, preferivelmente até dois dias. Em algumas modalidades, a UPS permite até quatro horas de operação contínua. Como mostrado nesta vista externa, o sistema 10 pode incluir uma cobertura externa 12 e uma porta 14 para aceitar um cartucho de ensaio (não mostrado). Estilos diferentes da cobertura externa 12 podem ser configurados como necessário por um usuário particular. Tipicamente, a cobertura externa 12 é formada de um material substancialmente rígido de modo a proteger e sustentar os componentes dentro, por exemplo, uma construção de polímero endurecido ou metal. Embora não mostrado aqui, em algumas modalidades a cobertura externa 12 pode ser pesadamente reforçada (blindada) para o uso no campo, ou como mostrado aqui feito decorativo para uso em consultório médico.
[00096] A FIG. IB mostra uma vista explodida do sistema 10 (sem a cobertura externa) e com os subsistemas principais representados de modo visível. Uma vista geral dos subsistemas é fornecida abaixo. Detalhes adicionais de cada subsistema são descritos nas seções seguintes.
[00097] Vários subsistemas são divulgados que fazem uso de motores DC (BLDC) sem escovas. Geralmente, cada motor pode ter uma montagem de estator que é montada em um substrato de placa de circuito impresso (PCB), e pode incluir um mecanismo de transmissão reversível, tal como um parafuso de avanço. Em algumas modalidades, tais motores BLDC fazem uso de sensores analógicos (por exemplo, sensores de Hall) para determinar posicionamento angular e monitoramento de corrente com base em força como uma ferramenta desencadeante. Tais motores BLDC podem incluir um rotor com imãs múltiplos dispostos sobre ele e montados em um estator em um substrato com pelo menos tantos sensores quanto fases do motor. Os três sensores são posicionados tal que o deslocamento do rotor possa ser controlado com base nas porções lineares de medições dos sensores, fornecendo deste modo resolução e granularidade melhorados sem requerer o uso de quaisquer sensores ou hardware codificador com base em posição. Assim, os motores BLDC aqui descritos não requerem uso de hardware codificador e seus trens de acionamento associados não requerem o uso de sensores de posição. Por exemplo, o sistema pode incluir um mecanismo de acionamento de seringa 16 que inclui um motor BLDC sem escovas tendo um eixo de saída que é unido a um parafuso de avanço reversível. O parafuso de avanço aciona uma haste de êmbolo que pode interfacear com uma ponta de êmbolo de um cartucho de ensaio removível. Um tal mecanismo de acionamento de seringa 16 pode compartilhar uma PCB 30 com uma mecanismo de acionamento de porta 18. O mecanismo de acionamento de porta também inclui um motor BLDC tendo um eixo de saída que é unido a um parafuso de avanço reversível. Os motores do mecanismo de acionamento de seringa 16 e mecanismo de acionamento de porta 18 são mostrados diretamente montados aos lados opostos de uma placa de PCB, entretanto, isto não é crítico e ambos os motores podem ser montados no mesmo lado. Em algumas modalidades, cada motor pode ser montado na sua própria. É vantajoso utilizar tais motores BLDC visto que a resolução e granularidade melhorados permite a precisão e eficiência melhoradas, e permite ainda miniaturização adicional de mecanismos acionados para tais motores. É avaliado, entretanto, que o uso de tais motores BLDC não é requerido e que qualquer um dos mecanismos aqui descritos também seria acionado por motores do tipo convencional se desejado, mas sensores e/ou conjunto de circuitos adicionais podem ser requeridos para algumas modalidades.
[00098] Como mencionado acima, o motor BLDC é único em que inclui uma pluralidade de sensores de efeito de Hall, mas não inclui qualquer hardware codificador tradicional. Em algumas modalidades, o mecanismo de acionamento de seringa e mecanismo de acionamento de porta, e subsistemas associados, não incluem sensores de posição. Em algumas modalidades, a posição angular do rotor e eixo de saída do BLDC pode ser unicamente derivado da entrada de onda sinusoidal dos sensores analógicos e o conjunto de circuitos na PCB. Assim, sensores de posição tradicionais (por exemplo codificadores, sensores ópticos, etc.) não são requeridos para o uso em conjunção com os motores BLDC como usados na presente invenção. A fim de que o motor BLDC forneça produção de torque suave, técnicas de controle de motor tais como comutação de onda sinoidal podem ser implementadas. Além disso, implementação de modulação de largura de pulso pode ser usada para centralizar as tensões de acionamento para obter alta velocidade de operação.
[00099] Além disso, porque os parafusos de avanço dos mecanismos são reversíveis, com detecção de fim de curso, com base na força podem ser usados para determinar os pontos de início e parada para o acionamento dos mecanismos. A detecção de fim de curso com base na força pode ser derivada monitorando-se a corrente dos motores BLDC, por exemplo, a corrente de um circuito de ponte, que desviará (aumentará ou diminuirá) de uma norma quando um evento com base em força ocorre. Consequentemente, este desvio pode ser usado como um evento deflagrador para iniciar, parar, reverter, diminuir a velocidade, e/ou acelerar um motor BLDC. Por exemplo, no caso do mecanismo de acionamento de seringa 16, o sentir da corrente pode estar correlacionado com a pressão, e assim ser usado para liberar uma pressão compatível ou intencionalmente variável para a haste de êmbolo ajustando-se o RPM do motor BLDC associado. Isto alivia a necessidade para um sensor de pressão em linha para monitorar a pressão do cartucho.
[000100] O mecanismo de acionamento de válvula 20 pode fazer uso similar do mesmo tipo de motor BLDC. Em algumas modalidades, o mecanismo de acionamento de válvula 20 pode incluir um trem de engrenagem de acionamento helicoidal, que por fim sai para um acionamento de válvula tipo mesa giratória para girar a válvula de um cartucho de ensaio removível. Em algumas modalidades, o mecanismo de acionamento helicoidal não é reversível como no acionamento de seringa anteriormente mencionado e mecanismo de acionamento de portas. Entretanto, o mesmo tipo de determinação da posição pelo efeito de Hall e deflagração com base na força (monitoramento de corrente) pode ser usada para o mecanismo de acionamento de válvula. Por exemplo, se girar o acionamento de válvula inesperadamente requer substancialmente menos ou mais corrente, então um tal evento pode ser indicativo de uma interferência ou falha de um cartucho de ensaio. Aqui, a deflagração com base na força pode ser usada para sentir uma má função da integridade do cartucho.
[000101] O mecanismo de sonotrodo 22 é parcialmente integrado com o mecanismo de acionamento de válvula 20. O mecanismo de sonotrodo 22 pode aplicar uma potência de sonicação programável para uma duração programável para o cartucho, por exemplo, de modo a lisar uma amostra alvo dentro do cartucho. Em algumas modalidades, o mecanismo de sonotrodo 22 pode utilizar um atuador piezoelétrico ressonante para aplicar a vibração em uma frequência de cerca de 30 kHz ou maior, cerca de 40 kHz ou maior, tal como cerca de 50 kHz (por exemplo 50,5 kHz). O mecanismo de sonotrodo 22 inclui um circuito de controle que usa a fase de corrente medida em relação à excitação de tensão para determinar a frequência ressonante. A frequência pode ser ajustada pelo circuito de controle para manter uma relação de fase pré-ajustada. Em algumas modalidades, a amplitude da excitação de tensão pode ser continuamente ajustada para manter o nível de potência exigido. Com base nestas funções, o circuito de controle pode maximizar a saída de potência do sonotrodo.
[000102] O sistema 10 também inclui um sistema de porta acionamento e carregamento de cartucho 24 que é alimentado pelo mecanismo de acionamento de porta 18. O parafuso de avanço do mecanismo de acionamento de porta 18 produz energia para o sistema de porta acionamento e carregamento de cartucho 24 tanto para abrir quanto para fechar a porta 14 assim como engatar e admitir um cartucho de ensaio 32.
[000103] Uma porção de chassi traseiro 26 e uma porção de chassi frontal 28 fornecem sustento estrutural para o sistema 10, assim como provisões de montagem para os outros subsistemas. As porções de chassi são geralmente alongadas para fornecer uma pagada global menor para o sistema 10, e permitir a portabilidade do sistema 10. Em algumas modalidades, o sistema pode ter uma pegada de: 9,1” x 3,0” x 4,2”, e um peso aproximado de 2,2 libras (998 g). A placa de circuito alongada ou PCB 30 geralmente se adapta à pegada das porções de chassi. A PCB 30 inclui a maior parte ou todos dos processadores, subprocessadores, memória, e circuitos de controle requeridos para controlar o sistema 10. Entretanto, os motores BLDC anteriormente mencionados podem ser integrados com as suas próprias respectivas placas de circuito impresso que têm circuitos de controle que se conectam separadamente à PCB 30. A PCB 30 também inclui aspectos de circuito de comunicação (por exemplo circuitos de comunicação de campo próximo, USB, sem fio) assim como um circuito de fornecimento de energia.
[000104] O sistema 10 é compatível com vários tipos de cartuchos de ensaio 32, que são geralmente configurados para receber e reter uma amostra de material, tal como um fluido corporal (por exemplo, sangue, urina, saliva) ou sólido (por exemplo, solo, esporos, resíduo químico) que seja solúvel em líquido. O cartucho de ensaio 32 pode ser uma estrutura de parede tendo um ou mais canais fluídicos e orifícios de conexão. O cartucho de ensaio 32 pode ser relativamente pequeno, tal que o mesmo possa ser facilmente segurado em uma mão, portátil e/ou descartável. Os exemplos de tais cartuchos (utilizáveis com o sistema 10) são divulgados na Pat. U.S. No. 6.660.228, Pub. Int. No. WO 2014052671 Al, Pat. U.S. No. 6,374,684, que são, cada uma, aqui incorporadas por referência para todos os propósitos.
[000105] O cartucho de ensaio 32 pode incluir um vaso de reação 33 que se estende para fora da traseira, que se conecta por meio de interface com um módulo de ciclagem térmica e detecção 34. O módulo 34 inclui um ou mais aparelhos configurados para liberar energia para, e também remover energia de, um aspecto do cartucho de ensaio 32. Um tal aparelho pode incluir um resfriador termoelétrico duplo. O módulo 34 também inclui um ou mais aspectos de detecção, como debatido em mais detalhes abaixo.
II. Arquitetura do Motor DC (BLDC) Sem Escovas
[000106] A FIG. 2A é um diagrama de vista plana ilustrando elementos de um motor DC (BLDC) sem escovas 100, para o uso com algumas modalidades da invenção. Outros detalhes do motor BLDC podem ser encontrados no pedido Provisório U.S. de propriedade comum No. 62/195449, depositado em 22 de julho de 2015, e intitulado “Simple Centroid Implementation of Commutation and Encoding for DC Motor,” que é por meio deste incorporado por referência para todos os propósitos.
[000107] Em um aspecto, o motor BLDC inclui um rotor e estator configurados para produzir uma tensão de efeito de Hall suavemente variável sem qualquer necessidade quanto a filtração ou redução de ruído. Em algumas modalidades, esta característica é fornecida pelo uso de imãs permanentes dentro do rotor que se estende uma distância além do núcleo magnético do estator. Em algumas modalidades, o motor BLDC inclui tantos sensores de efeito de Hall quanto fases do motor, que são posicionados tal que o motor possa ser controlado com base em substancialmente apenas a porção linear dos padrões de tensão medidos recebidos dos sensores. Em algumas modalidades, isto inclui espaçar os sensores radialmente em torno do estator tal que as porções lineares das formas de onda de tensão medidas se intersectem. Por exemplo, um BLDC de três fases pode incluir três sensores de efeito de Hall espaçados 40 graus radialmente uma da outra, permitindo deste modo que o sistema controlasse uma posição do sensor dentro de um incremento de 40 graus.
[000108] Em algumas modalidades, o motor compreende uma montagem de estator interna 101 tendo nove dentes de polo que se estendem radialmente a partir do centro, cada dente de polo terminando em um contato de polo 103, e cada dente de polo tendo uma espiral que fornece uma bobina eletromagnética 102. O motor compreende ainda um rotor externo 104 tendo uma saia cilíndrica externa 105 e doze imãs permanentes 106 dispostos com polaridade alternada em torno da periferia interna da saia 105. Os imãs permanentes são formados para fornecer uma superfície interna cilíndrica para o rotor com proximidade imediata com as superfícies curvas externas dos contatos de polo. O motor BLDC neste exemplo é um motor trifásico, de doze polos. Os controles fornecidos, mas não mostrados na FIG. 2A, troca a corrente nas bobinas 102 que fornecem interação eletromagnética com os imãs permanentes 106 para acionar o rotor, como é bem conhecido na técnica.
[000109] Deve ser mencionado que o número de dentes de polo e polos, e de fato a divulgação de um estator interno e um rotor externo são exemplares, e não limitantes na invenção, que é operável com motores de uma variedade de projetos diferentes.
[000110] A FIG. 2B é uma vista de elevação lateral, parcialmente na seção, do motor da FIG. 2A, em corte para mostrar um dente de polo e a bobina dos nove, terminando no contato de polo 103 em proximidade imediata a um dos doze imãs permanentes 106 dispostos em torno da periferia interna da saia cilíndrica 105 do rotor externo 104. Os dentes de polo e contatos de polo da montagem de estator 101 são uma parte do núcleo, e definem uma extremidade distal do núcleo na altura da linha 204. A montagem de estator 101 é sustentada nesta implementação sobre um substrato 201, que em algumas modalidades é uma placa de circuito impresso (PCB), PCB esta que pode compreender controles e trilhas para controlar a comutação da corrente elétrica para as bobinas 102, que fornecem campos eletromagnéticos interagindo com os campos de imãs permanentes 106 para o acionamento do rotor. A PCB como substrato também pode compreender conjunto de circuitos de controle para codificação e comutação. O rotor 104 engata fisicamente com o estator 101 pelo acionamento do eixo 107, que engata uma montagem de mancai no estator para guiar o rotor com precisão na rotação. O eixo de acionamento 107 nesta implementação passa através de uma abertura para o propósito na PCB 107, e pode ser engatado aos dispositivos mecânicos de acionamento.
[000111] Três sensores lineares de efeito de Hall 202a, 202b, e 202c são ilustrados na FIG. 2B, sustentados pelo substrato 201, e posicionados estrategicamente de acordo com algumas modalidades da invenção para produzir um padrão de tensão variável que pode ser usado em um processo para codificar a posição angular do rotor e fornecer comutação para o motor 100. Na FIG. 2B a altura global da saia 105 do rotor 104 é representada pela dimensão D. A dimensão dl representa a extensão da extremidade distai dos imãs do rotor abaixo da extremidade distal do núcleo na linha 204. Nos motores convencionais não há nenhuma razão ou motivação para prolongar esta borda abaixo da extremidade do núcleo, particularmente visto que isto pode aumentar a altura do motor e requerer folga aumentada entre o rotor e o substrato. De fato, o técnico habilitado limitaria a dimensão D de modo que não haja nenhuma de tal extensão, visto que a dimensão adicional apenas adicionaria custo e volume desnecessários a um motor convencional. Além disso, nos motores convencionais na extremidade distal do rotor, na altura da ou acima da extremidade distal do núcleo, a comutação de corrente nas bobinas 102 cria um efeito de campo considerável, e um sinal detectado por um sensor de efeito de Hall colocado para sentir imãs permanentes nesta posição não produziria uma tensão de efeito de Hall suavemente variável. Ao invés, o efeito em um motor convencional é substancialmente ruído corrompido. O método convencional para este dilema é introduzir filtração de ruído, ou mais habitualmente utilizar um codificador.
[000112] Prolongar os imãs do rotor abaixo da extremidade distal do núcleo de ferro evita o efeito corrompido da troca de campos das bobinas do estator sobre o sinal detectado pelos sensores de efeito de Hall. A extensão particular dl dependerá de vários fatores específicos para o arranjo de motor particular, e em algumas modalidades será de 1 mm ou mais (por exemplo 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, ou maior), embora em algumas modalidades a extensão será menor do que 1 mm. Em algumas modalidades, a distância é uma função do tamanho dos imãs permanentes e/ou da força do campo magnético. Em algumas modalidades, como aqui detalhado, 1 mm de extensão é suficiente para produzir um sinal sinusoidal de tensão variável sem ruído ou saturação. A colocação dos sensores de efeito de Hall em uma separação cl2 para produzir uma tensão de efeito de Hall produz uma tensão suavemente variável, destituída de ruído. Em algumas modalidades, os sensores de efeito de Hall produzem uma tensão DC suavemente variável na faixa de cerca de 2 volts a cerca de 5 volts destituída de ruído ou saturação. A dimensão d2 pode variar dependendo da escolha do sensor, projeto de um rotor, força dos imãs permanentes no rotor, e outros fatores que são bem conhecidos pelas pessoas de habilidade na técnica. Uma separação trabalhável é facilmente descoberta para qualquer circunstância particular, para evitar saturação do sensor e para produzir uma tensão DC suavemente variável substancialmente destituída de ruído.
[000113] A Fig. 2C é um diagrama de plano de uma porção de substrato 201 tomada na direção da seta 3 da Fig. 2B, mostrando a colocação de sensores de efeito de Hall 202a, 202b, e 202c em relação á borda distal do rotor 104, que pode ser observado na FIG. 2B se prolongar abaixo da borda distal do núcleo pela dimensão dl. Na FIG. 2C a trilha de rotação do rotor 104 incluindo os doze imãs permanentes 106 é mostrado na linha pontilhada 302. O rotor gira em cada direção 303 dependendo dos detalhes da comutação.
[000114] Como ilustrado nesta modalidade exemplar não limitante, cada um dos sensores de efeito de Hall 202a, 202b, e 202c é posicionado radialmente por detrás da borda distai dos imãs do rotor, exatamente voltado para o lado de dentro da trilha central dos imãs rotativos. O sensor de efeito de Hall 202b está localizado no arco de quarenta graus a partir do sensor de efeito de Hall 202a ao longo da trilha de rotação dos imãs do rotor. Similarmente, o sensor de efeito de Hall 202c está localizado uns quarenta graus adicionais em torno da trilha do rotor a partir do sensor de efeito de Hall 202b.
[000115] A Fig. 2D ilustra três padrões de tensão 401, 501 e 601 produzidos pela passagem de imãs permanentes 106 do rotor 104 sobre os sensores de efeito de Hall 202a, 202b, e 202c em um motor BLDC trifásico. Um padrão de tensão variável sinusoidal 401 produzido pela passagem de imãs permanentes 106 do rotor 104 sobre o sensor de efeito de Hall 202a. O ponto de partida de 0 grau é arbitrariamente ajustado para estar em um ponto de tensão máxima. Três formas de onda senoidais completas são produzidas em uma revolução de 360 graus completa do rotor. O padrão de tensão 501 produzido pela passagem de imãs permanentes 106 do rotor 104 sobre o sensor de efeito de Hall 202b. Além disso, um padrão de tensão variável sinusoidal substancialmente livre de ruído 501 produzido pela passagem de imãs permanentes 106 do rotor 104 sobre o sensor de efeito de Hall 202b. Visto que o sensor de efeito de Hall 202b é posicionado em um comprimento de arco de 40 graus da posição do sensor de efeito de Hall 202a, o padrão sinusoidal 501 é trocado de fase em 120 graus daquela do padrão sinusoidal 401. Além disso ainda, um padrão de tensão variável sinusoidal substancialmente livre de ruído 601 produzido pela passagem de imãs permanentes 106 do rotor 104 sobre o sensor de efeito de Hall 202c. Visto que o sensor de efeito de Hall 202c é posicionado em um comprimento de arco de 40 graus da posição do sensor de efeito de Hall 202b, o padrão sinusoidal 601 é trocado de fase em 120 graus daquela do padrão sinusoidal 501. Os padrões se repetem a cada rotação de 360 graus do rotor.
[000116] Os três padrões de tensão 401, 501 e 601 cada um tem substancialmente os mesmos picos max e min, visto que os sensores de efeito de Hall são idênticos, e estão sentindo os mesmos campos magnéticos periféricos nas mesmas distâncias. Além disso, os padrões 401, 501 e 601 intersectam em pontos múltiplos, os pontos 402, 502, e 602 sendo exemplos. Notavelmente, os segmentos padrão entre os pontos de intersecção são substancialmente linhas retas, e podem ser observados fornecer uma sequência sem fim, contínua de segmentos de linha reta conectados. Além disso, os pontos de cruzamento zero para cada segmento de linha reta, e os picos de max e min para cada padrão podem ser sentidos e registrados.
[000117] A Fig. 2D ilustra ainda dois segmentos de linha reta entre os pontos de cruzamento 402, 502, e 602. Como um exemplo não limitante, o segmento entre os pontos de cruzamento 402 e 502 é mostrado dividido em 20 segmentos de comprimento igual, que pode convenientemente ser feito sensoriando-se a tensão nos pontos de cruzamento 402 e 502, e divisão simples. Porque a rotação física do rotor, neste exemplo, de uma intersecção padrão para outra é vinte graus de rotação do motor, cada mudança de tensão pela quantidade calculada então representa 20/20, isto é, 1,00 grau de rotação do rotor. Este é um exemplo relativamente grosseiro para meramente ilustrar o método. Em algumas modalidades da invenção, o conjunto de circuitos na PCB 201 sente os pontos de cruzamento e divide por um conversor de analógico para digital de 11 bits (ADC) entre as intersecções. Isto fornece 2048 contagem. Nesta implementação a translação rotacional mecânica do rotor 205 para cada contagem é de cerca de 0,0098 grau. A resolução do sistema pode ser aumentada (ou diminuída) usando-se um ADC com uma resolução de bit mais alta (ou mais baixa). Por exemplo, usando um ADC de 8 bits resolveria cada contagem para cerca de 0,078 grau, um ADC de 16 bits resolveria cada contagem para 0,00031 graus, e usando um ADC de 20 bits resolveria cada contagem para cerca de 0,00002 grau. Alternativamente, aumentar ou diminuir o número de polos correspondentemente aumentará ou diminuirá a resolução do sistema.
[000118] Em algumas modalidades, a invenção fornece um alto grau de exatidão e precisão para os mecanismos acionados pelo motor 100. No exemplo não limitante descrito acima usando um ADC de 11 bits, a posição do motor pode ser controlada para 0,0098 grau mecânico. Acoplado com redução de engrenagem controle extremamente fino de translação e rotação de mecanismos pode ser atingida. Em algumas modalidades, o motor 100 é acoplado com um acionamento de translação para uma unidade de bomba de seringa para admitir e expelir fluido nos processos de diagnóstico.
[000119] A FIG. 2E é um diagrama representando o conjunto de circuitos em algumas modalidades da invenção para controlar o motor 100 usando a saída dos sensores de efeito de Hall e o único método de analisar apenas as porções lineares de curvas separadas por fase produzidas pelos sensores, as porções lineares divididas em segmentos iguais divididas como descrito acima. A saída dos sensores de efeito de Hall 202a, 202b, e 202c é fornecida para um conjunto de circuitos de controle de movimento proporcional-integral-derivada (PID) para propósitos de comutação, e as formas de onda produzidas pela interação dos imãs do rotor com os sensores de efeito de Hall são fornecidas para conjunto de circuitos multiplexador como mostrado na FIG. 2E. Como descrito acima nas modalidades exemplares não limitantes, um ADC é usado para produzir a divisão das porções retas das formas de onda separadas por fase e o motor 100, que pode ser acionado, por exemplo, por um circuito acionador de motor DRV8313 da Texas Instruments. A pessoa habilitada entenderá que o conjunto de circuitos não é necessariamente único, e entenderá ainda que haverão outros arranjos de conjunto de circuitos que poderiam ser usados enquanto ainda se situando dentro do escopo da presente invenção. Em algumas modalidades o conjunto de circuitos e instruções codificadas para sentir os sensores de efeito de Hall e fornecer codificação para o motor podem ser implementados em um sistema programável em um chip (PSoC) na PCB. O conjunto de circuitos também pode incluir um circuito de estimativa de torque, que pode ser fornecido para estimar valores de torque gerados pelo motor com base nas medições de corrente e tensão tomadas no PSoC, evitando assim a necessidade quanto a sensores de força adicionais por todo o sistema principal.
III. Estimativa do Torque do Motor
[000120] Em algumas modalidades, aspectos do motor BLDC 100 e circuitos de controle podem ser usados para detectar torque sem a necessidade quanto a sensores externos. Isto pode ser realizado em diferentes modos, por exemplo estimando-se o torque com base no princípio de que a energia elétrica produzida no motor BLDC é igual à energia mecânica extraída do motor além da energia elétrica dissipada pelo motor (isto é perda de cobre), como ilustrado pelo modelo mostrado na FIG. 3A. Este principal é quantificado pela seguinte equação:
Figure img0001
*■ interno 1 externe 1 CÃ
[000121] Onde energia dissipada é calculada de:
Figure img0002
[000122] Referindo-se à equação de equilíbrio de energia acima, a mesma logicamente segue que:
Figure img0003
[000123] A substituição das variáveis de potência resulta na seguinte equação balanceada:
Figure img0004
[000124] Consequentemente, resolvendo para o torque de motor Tm, a seguinte equação resulta:
Figure img0005
[000125] Segue que aqui existem duas soluções calculadas possíveis para o torque de motor, que são as soluções de torque mais positivas e mais negativas geradas pela equação precedente, usando corrente de ponte hi, como mostrado abaixo:
Figure img0006
[000126] Dado que o torque é calculável a partir da constante do motor e outras variáveis, o torque de motor também pode ser calculado usando a constante de motor Kt, como representada nos modelos de motor como mostrados nas FIGS. 3B e 3C.
Figure img0007
, onde VEME=KTWM
[000127] Assim, a solução calculada ou rm2 que é mais próxima ao cálculo para (usando ^e) é assumida ser a solução correta. A tabela seguinte define as variáveis acima.
Figure img0008
Figure img0009
[000128]Os princípios acima podem ser confiados para estimar valores de torque com base nas medições de corrente e tensão facilmente disponíveis, que são obteníveis usando um circuito integrado de Sistema em Chip Programável de baixo custo, tal como a linha PSoC® de circuitos disponíveis da Cyprus Semiconduziror Corp. As variáveis adicionais tais como atrito podem ser consideradas, assim como efeitos dentados que surgem dos torques de perturbação harmônica usando-se um filtro de Kalman por exemplo. Como uma pessoa de habilidade comum na técnica entenderia, a vantagem de usar um circuito integrado de baixo custo e simples para a estimativa de torque fornece uma enorme vantagem em relação aos dispositivos anteriores que contam com sensores (sensores de pressão, codificadores, etc.) para fornecer retroalimentação do dispositivo, reduzindo assim o número de partes requeridas e custo do sistema como um todo. Esta vantagem é enormemente realizada quando o sensoriamento do torque é usado para deflagrar comandos, como representados nos subsistemas de Abertura de Porta e Carregamento de Cartucho, Acionamento de Seringa, e Acionamento de Válvula descritos abaixo.
IV. Subsistemas de Abertura de Porta e Carregamento de Cartucho
[000129] Em um outro aspecto, a invenção fornece um subsistema de abertura/fechamento de porta e carregamento de cartucho que é acionado por um mecanismo retroacionável de modo a facilitar no carregamento e descarregamento manual de um cartucho de ensaio do sistema de ensaio de diagnóstico. Em algumas modalidades, o mecanismo de abertura/fechamento de porta e sistema de carregamento de cartucho são integrados de modo a fornecer movimento coordenado tal que o carregamento manual do cartucho em um compartimento aberto do sistema inicia o fechamento da porta do compartimento, tipicamente na detecção de recuo do mecanismo conforme o usuário manualmente empurra o cartucho para dentro do sistema. E avaliado que tais mecanismos podem ser acionados por um motor BLDC, como aqui descrito, e utilizam estimativa do Torque do Motor, ou utilizam vários motores e métodos convencionais como seria conhecido por uma pessoa habilitada na técnica. Os exemplos de tais configurações são detalhados abaixo.
[000130] A FIG. 4A mostra uma vista em perspectiva de um subsistema de abertura de porta e carregamento de cartucho. O sistema inclui um motor DC (BLDC) sem escovas 100, como descrito acima, montado em um PCB 30’. O motor BLDC 100 inclui um eixo de saída (não mostrado) ao qual um parafuso de avanço 109 é preso. O parafuso de avanço 109 é aspecto reversível de uma transmissão que opera para abrir e fechar a porta 14 assim como alimentar um mecanismo de carregamento de cartucho.
[000131] O parafuso de avanço 109 é engatado de modo rosqueado com uma porca de uma ponte 108, consequentemente, quando o parafuso de avanço 109 gira, a ponte 108 se move para cima ou para baixo (conforme o dispositivo é orientado na FIG. 4A) dependendo da direção que o parafuso de avanço 109 gira. Uma primeira porção de cavalete 110 e uma segunda porção de cavalete 112 são fixadas na ponte 108. Ambas as porções de cavalete são alongadas para incluir um cavalete 114 e um caminho de carne 116, que forma uma trilha tipo “L”.
[000132] Um par de engrenagens de pinhão 118 são entrosados com os cavaletes 114. O movimento para cima e para baixo dos cavaletes 114 é causado pelo movimento da ponte 108 e o parafuso de avanço 109, que faz com que os pinhões 118 girem consequentemente. As engrenagens de pinhão 118 são conectadas entre si por um eixo compartilhado 120 que é sustentado por uma subarmação 122, que é fixa a uma porção principal do sistema 10, tal como a porção de chassi traseiro 26. Cada engrenagem de pinhão 118 inclui um dedo 124 para interromper a rotação da engrenagem de pinhão 118 em certas interfaces.
[000133] Cada engrenagem de pinhão 118 é integrada com uma engrenagem de porta maior 126. Consequentemente, as engrenagens de pinhão 118 e as engrenagens de porta 126 giram no mesmo RPM. A engrenagens de porta 126 interfaceia com os cavaletes de porta 128 da porta 14. Consequentemente, quando as engrenagens de porta 126 giram, os cavaletes de porta 128 e a porta 14 se movem para cima ou para baixo de acordo com a direção que as engrenagens de porta 126 são giradas.
[000134] As FIGS. 4B-4E graficamente representam um método de carregamento de um cartucho de ensaio. Na FIG. 4B, um comando é enviado para o motor BLDC 100 para abrir a porta 14 para colocar o sistema em posição para aceitar a inserção do cartucho 32. Quando o comando é recebido, o sistema 100 opera o motor BLDC 100 para girar o parafuso de avanço 109. Esta ação faz com que a ponte 108 e as porções de cavalete fixas 110/112 se movam para cima, e consequentemente iniciem o giro das engrenagens de pinhão 118 e engrenagens de porta 126. Este movimento fará com que a porta 14 se mova para cima conforme as engrenagens de porta 126 giram contra os cavaletes de porta 128.
[000135] Depois que a porta 14 é completamente aberta, as engrenagens de pinhão 118 desengrenam dos cavaletes 114 da primeira e segunda porções de cavaletes 110/112, que continua a se mover para cima. O movimento para cima da primeira e segunda porções de cavalete 110/112 também fazem com que os braços de carregamento de cartucho 130 sejam atuados pelos pinos 132 que são impelidos a se mover ao longo dos caminhos de came 116 da primeira e segunda porções de cavalete 110/112. Os braços de carregamento de cartucho 130 são forçados por este movimento a girar em torno dos eixos 134, que coloca as porções de braço primário 136 em uma posição para cima.
[000136] A primeira e segunda porções de cavalete 110/112 mover-se- ão para cima, até que um evento com base em força ocorra que retroceda os acionamentos do parafuso de avanço 109. Um tal evento pode ser, por exemplo, a ponte 108 encontrando uma lingueta ou a primeira e segunda porções de cavalete 110/112 puxando contra os braços de carregamento de cartucho 130. O evento de recuo pode ser detectado em um circuito de ponte do motor BLDC como uma mudança na corrente. Com base no evento de recuo, o motor BLDC é comandado para parar o giro e repousar na posição mostrada. Vantajosamente, esta etapa é realizada sem a ajuda de quaisquer sensores de posição.
[000137] Na FIG. 4C, o cartucho de ensaio 32 é inserido no sistema 10 até que uma porção do cartucho de ensaio 32 seja levada em contato com as primeiras porções de braço 136. Movimento leve contra as primeiras porções de braço 136 resulta em um outro evento de recuo no parafuso de avanço 109 que é detectável no circuito de ponte do motor BLDC como uma mudança na corrente. Este evento serve como um comando para o motor BLDC inverter a direção da etapa de abertura de porta anterior de modo a capturar o cartucho e fechar a porta.
[000138] Como mostrado na FIG. 4D, o movimento para cima da primeira e segunda porções de cavalete 110/112 faz com que os pinos 132 sejam guiados em torno do comprimento dos caminhos de carne, que por sua vez faz com que os braços de carregamento de cartucho 130 girem em uma direção horária. Isto faz com que as segundas porções de braço 138 dos braços de carregamento de cartucho 130 empurrem o cartucho para dentro em uma posição interna. Além disso, a primeira e segunda porções de cavalete 110/112 são elevadas até que os dedos 124 das engrenagens de pinhão 118 sejam girados pelos entalhes 140 da primeira e segunda porções de cavalete 110/112, que inicia o movimento das engrenagens de pinhão 118 contra o cavalete 114, assim como as engrenagens de porta 120 contra o cavalete de porta 128. Desta maneira, a porta 14 é feita mover-se para baixo na direção de uma posição fechada.
[000139] Como mostrado na FIG. 4E, a porta 14 é feita mover-se para baixo pelo movimento contínuo do parafuso de avanço 109 para fechar completamente a porta. O motor BLDC é alimentado para assim fazê-lo até que um evento com base em força ocorra que acione para trás contra o parafuso de avanço 109. Um tal evento pode ser, por exemplo, a ponte 108 encontrando uma lingueta ou a primeira e segunda porções de cavalete 110/112 empurrando contra os braços de carregamento de cartucho 130. O evento de recuo pode ser detectado no circuito de ponte do motor BLDC como uma mudança na corrente. Com base na detecção do evento de recuo, o motor BLDC é comandado para a lingueta girar e repousar na posição mostrada. Vantajosamente, esta etapa é realizada sem a ajuda de quaisquer sensores de posição.
V. Subsistema de Acionamento de Seringa
[000140] Como descrito acima, as modalidades da invenção podem incluir aspectos do mecanismo de acionamento de seringa 16. Como mostrado na FIG. 5A, o mecanismo de acionamento de seringa 16 inclui um motor BLDC 200 como descrito acima. O motor BLDC 200 inclui um eixo de saída que é conectado a um parafuso de avanço reversível 209.
[000141] Um braço que se estende lateralmente 206 inclui uma porca que é rosqueada ao parafuso de avanço 209. O braço que se estende lateralmente 206 também é fixado a uma haste de êmbolo 208. O braço que se estende lateralmente 206 e a haste de êmbolo 208 podem ser acionados para baixo e para cima controlando-se o motor BLDC 200 para girar o parafuso de avanço 209 em uma direção apropriada.
[000142] Depois que o cartucho de ensaio 32 é preso e a porta 14 é fechada, o mecanismo de acionamento de seringa 16 pode ser utilizado para interfacear com o cartucho de ensaio 32. O cartucho de ensaio inclui uma passagem de seringa 210 para reter uma ponta de êmbolo 212. O movimento descendente da haste de êmbolo 208 na passagem de seringa 210, que faz com que a ponta da haste de êmbolo 208 engate na ponta de êmbolo 212. Desta maneira, a ponta de êmbolo combinada 212 e a haste de êmbolo 208, juntas com a passagem de seringa, funcionam como uma seringa para pressurizar/despressurizar o cartucho de ensaio 32. O bombeamento programado do cartucho de ensaio 32 faz com que o fluido flua dentro e fora de várias câmaras do cartucho de ensaio 32 para afetar um ensaio.
[000143] Depois do engate com a ponta de êmbolo 212, a haste de êmbolo 208 pode ser atuada pelo motor BLDC 200 para qualquer posição desejada dentro da passagem de seringa 210, incluindo a representação de vários algoritmos de bombeamento de seringa. As correntes do motor BLDC 200 pode ser continuamente monitorada para liberar uma pressão compatível para a haste de êmbolo, assim, aliviando a necessidade para um sensor de pressão em linha para monitorar a pressão do cartucho.
[000144] Consequentemente, porque o parafuso de avanço 209 pode ser retro acionado, uma pressão diminui dentro do cartucho de ensaio 32 pode causar uma haste de êmbolo estacionária 208 a ser empurrada para baixo. A diminuição da pressão pode ser detectada monitorando-se a corrente medida do motor BLDC 200, detectando-se uma mudança relativa, e depois mudando a saída do motor BLDC 200 consequentemente. Similarmente, uma diminuição de pressão dentro do cartucho de ensaio 32 pode fazer com que uma haste de êmbolo estacionária 210 seja empurrada para cima. O aumento de pressão pode ser detectado monitorando-se a corrente medida do motor BLDC 200, detectando-se uma mudança relativa, e depois mudando a saída do motor BLDC 200 consequentemente. Vantajosamente, isto pode ser realizado sem a ajuda de quaisquer sensores de pressão.
[000145] Em um outro exemplo, a corrente associada com uma haste de êmbolo móvel 208 pode ser monitorada quanto às mudanças que indicam aumento ou diminuição na taxa de pressão. Consequentemente, depois de detectar uma mudança relativa, a saída do motor BLDC 200 pode ser mudada para aumentar ou diminuir a taxa de pressão que é aplicada pela haste de êmbolo móvel 208. Vantajosamente, isto pode ser realizado sem a ajuda de quaisquer sensores de pressão.
[000146] Um exemplo de um método 220, usando os princípios anteriormente mencionados de monitoramento de corrente BLDC, para determinar carregamento apropriado de um cartucho de ensaio e testar a integridade deste cartucho é representado na FIG. 5B. É assumido que o cartucho de ensaio 32 já foi fisicamente carregado como mostrado na FIG. 5 A.
[000147] Na operação 222, um comando é enviado para começar o procedimento de carregamento. Como um resultado, uma sobre força limite é ajustada na operação 224. A sobre força limite é a força máxima que o motor BLDC 200 pode exercer sobre a haste de êmbolo 208 para os propósitos desta operação, que é associada com a haste de êmbolo 208 que comprime a ponta de êmbolo 212 contra o fundo da passagem de seringa 210. Na operação 226, o motor BLDC 200 é operado para mover a haste de êmbolo 208 na passagem de seringa 210, que faz com que a ponta da haste de êmbolo 208 engate a ponta de êmbolo 212. Na operação 228 o torque do motor BLDC 200 é continuamente monitorado, usando o circuito de estimativa de torque da FIG. 2E e a metodologia das FIGS. 3A-3C, para determinar se a haste de êmbolo 208 se moveu até o fundo da passagem de seringa 210. Se a sobre força limite não é excedida então é determinado que o procedimento de carregamento falhou na operação 230. Ocasionalmente, a ponta de êmbolo 212 pode ser perdida devido a um erro de fabricação ou fisicamente deficiente. Em cada caso, a haste de êmbolo 208 atingirá o fim do seu percurso possível com a passagem de seringa 210 sem apropriadamente atingir o fundo contra uma ponta de êmbolo 212, e consequentemente, a sobre força limite não será excedida.
[000148] Se a sobre força limite é excedida então é determinado que a haste de êmbolo 208 empurrou a ponta de êmbolo 212 até o fundo da passagem de seringa 210, e o método 220 se move para a operação 232, onde uma sub força limite é ajustada. A sub força limite é a força máxima que o motor BLDC 200 pode exercer na haste de êmbolo 210 para o propósito desta operação, que está relacionada com a descompressão da ponta de êmbolo 212. Na operação 234 o motor BLDC 200 é operado para mover a haste de êmbolo 210 para cima dentro da passagem de seringa 210. Na operação 236 o torque do motor BLDC 200 é continuamente monitorado para determinar se o sublimite foi excedido. Como um resultado da operação 228, a ponta de êmbolo 212 será altamente comprimida. O sublimite é a quantidade de força requerida para descomprimir a ponta de êmbolo e deste modo zerar a posição da ponta de êmbolo 212 para operação posterior. Uma vez que o sublimite é excedido, o motor BLDC 200 cessará a operação e o método mover-se-á para a operação 238, onde é determinado se a seringa puxou um vácuo. Nesta operação, o sistema de válvula do cartucho de ensaio 32 é operado para selar a passagem de seringa 210 para a atmosfera, que não foi o caso nas etapas precedentes. Depois que isto está completo, o motor BLDC 200 é operado para puxar a haste de êmbolo 208 para cima contra o vácuo dentro da passagem de seringa 210. Se a haste de êmbolo 208 não se mover livremente e força é detectada, então na operação 240 é determinado que vácuo foi estabelecido e assim a integridade do cartucho de ensaio 32 não é compreendida. Se a haste de êmbolo 208 se move livremente sem detecção de força, então na operação 242 é determinado que nenhum vácuo foi estabelecido e assim a integridade do cartucho de ensaio 32 está comprometida.
[000149] Um outro exemplo de um método 248, usando os princípios anteriormente mencionados de monitoramento de corrente de BLDC, para determinar a inicialização da seringa do cartucho de ensaio (isto é, haste de êmbolo 208, passagem de seringa 210, e ponta de êmbolo 212) é representado na FIG. 5C. É assumido que o cartucho de ensaio 32 já foi fisicamente carregado como mostrado na FIG. 5A, e o cartucho foi carregado apropriadamente como mostrado na FIG. 5B.
[000150] Na operação 250, um comando é enviado para começar o procedimento de carregamento. Como um resultado, uma sobre força limite é ajustada na operação 252. A sobre força limite é a força máxima que o motor BLDC 200 pode exercer sobre a haste de êmbolo 208 para o propósito desta operação, que está associada com a colocação da ponta de êmbolo 212 em uma posição para cima apropriada (em relação à orientação do dispositivo como mostrado na FIG 5 A) no topo da passagem de seringa 210.
[000151] Na operação 254, o motor BLDC 200 é operado para mover a haste de êmbolo 208 para cima dentro da passagem de seringa 210, que faz com que a ponta de êmbolo 212 chegue no topo em uma posição dentro da passagem de seringa 210. Na operação 256 o torque do motor BLDC 200 é continuamente monitorado, usando o circuito de estimativa de torque da FIG. 2E e a metodologia das FIGS. 3A-3C.
[000152] Uma vez que a sobre força limite é excedida então é determinado que a ponta de êmbolo 212 atingiu o topo, e o método 248 se move para a operação 258, onde uma força limite mais baixa é ajustada. A força limite mais baixa é a força máxima que o motor BLDC 200 pode exercer sobre a haste de êmbolo 210 para o propósito desta operação, que está relacionada com a colocação da ponta de êmbolo 212 contra o fundo da passagem de seringa 210, mas sem compressão excessiva da ponta de êmbolo 212. Na operação 260 o motor BLDC 200 é operado para mover a haste de êmbolo 210 para baixo dentro da passagem de seringa 210. Na operação 262, o torque do motor BLDC 200 é continuamente monitorado para determinar se a força limite mais baixa ajustada na operação 258 foi excedida. Uma vez que o limite mais baixo é excedido, o motor BLDC 200 cessará a operação, e é assumido que a ponta de êmbolo 212 foi colocada no fundo da passagem de seringa 210. Depois disto, o método 248 mover-se-á para a operação 238, onde é determinado se a seringa se moveu uma quantidade predeterminada de distância (por exemplo 60 mm). Isto é realizado usando-se os sensores de efeito de Hall do motor BLDC 200 para contar as revoluções do parafuso de avanço 209 e relatando que a contagem para uma quantidade de percurso linear da haste de seringa 208. Em alguns casos as forças limites mais alta e mais baixa serão deflagradas pelas obstruções ou atrito excessivo dentro da passagem de seringa 210. Consequentemente, a etapa de checagem de percurso é realizada para garantir que a haste de seringa 208 moveu-se livremente sem obstrução. Se a haste de seringa 208 se moveu pelo menos a quantidade predeterminada de percurso, então é determinado que a inicialização é bem-sucedida na operação 266. Entretanto, se a haste de seringa 208 não foi movida pelo menos a quantidade predeterminada de percurso, então é determinado que a inicialização não é bem-sucedida na operação 268.
[0002] VI. Subsistema de Acionamento de Válvula
[000153] Como descrito acima, as modalidades da invenção podem incluir aspectos do mecanismo de acionamento de válvula 20. Como mostrado nas FIGS. 6A e 6B, o mecanismo de acionamento de válvula 20 inclui um motor BLDC 300 como descrito acima.
[000154] O motor BLDC 300 é montado em um chassi 304 tendo uma pluralidade de nervuras de reforço 306 que contribuem para a rigidez do chassi 304. O chassi 304 inclui uma primeira porção alongada 307 que serve como uma montagem para um estator 308 do motor BLDC 300. Um eixo alongado 310 se estende do motor BLDC 300 e segura uma primeira rosca sem fim 312. A primeira rosca sem fim 312 coopera com e gira uma primeira engrenagem helicoidal 314, que gira sobre um eixo 316 compartilhado com uma segunda rosca sem fim 318.
[000155] A segunda rosca sem fim 318 coopera com e gira uma segunda engrenagem helicoidal 320. A segunda engrenagem helicoidal 320 é integrada com um acionamento de válvula tipo mesa giratória 322, que é configurado para cooperar com um mecanismo de válvula giratória do cartucho de ensaio 32. O acionamento de válvula 322 é montado em uma porção secundária alongada 324 do chassi 304. A porção secundária alongada 324 inclui uma passagem 325 para a cooperação com o mecanismo de sonotrodo 22.
[000156] Em uso, o motor BLDC 300 é alimentado para girar e deste modo gira o acionamento de válvula 322 por intermédio do acionamento da rosca sem fim descrito acima. O acionamento de válvula 322 é substancialmente orientado para baixo, que permite maior precisão quando do posicionamento do acionamento de válvula 322. O mecanismo de acionamento de seringa 16 não inclui quaisquer sensores de posição, porque a posição angular do estator 308 pode ser unicamente derivado da entrada de onda sinusoidal dos sensores de efeito de Hall, e através desta posição do acionamento de válvula pelo conhecimento da relação de engrenagens do acionamento final.
[000157] Os acionamentos de rosca sem fim não são reversíveis como no acionamento de seringa e mecanismos de acionamento de porta anteriormente mencionados. Entretanto, o mesmo tipo de derivação e deflagração posicionais do efeito de Hall com base na força pode ser usado para o mecanismo de acionamento de válvula. Aqui, a deflagração com base na força pode ser indicativa de uma má função da integridade do cartucho. Por exemplo, se girar o acionamento de válvula inesperadamente requer substancialmente menos ou mais potência, então um tal evento pode ser indicativo de uma interferência ou falha de um cartucho de ensaio. Embora cada um do acionamento de seringa, mecanismos de acionamento de porta e mecanismos de acionamento de válvula sejam descritos como utilizando o motor BLDC melhorado aqui descrito, é avaliado que qualquer um ou todos dos acionamentos e mecanismos também poderiam utilizar um motor BLDC tipo convencional, um servo motor ou outro motor adequado, como seria entendido por uma pessoa habilitada na técnica, entretanto algumas características podem requerer sensores ou conjunto de circuitos adicionais.
[000158] Além disso, o motor BLDC é configurado para iniciar e centralizar posição da saída de acionamento de válvula realizando-se um protocolo de centralização com base no sinal sinusoidal gerado pelos sensores de efeito de Hall. Isto pode compensar quanto à folga entre engrenagens e desgaste das engrenagens com o tempo. Isto é ilustrado pelo sinal de tensão de Hall para o gráfico da posição de acionamento de válvula mostrado na FIG. 6C. Como mostrado, uma dada posição do acionamento de válvula 322 pode variar de acordo com a folga e desgaste entre engrenagens.
VII. Submontagem de Sonotrodo
[000159] Em algumas modalidades, uma submontagem de sonotrodo ultrassónico é fornecida para o uso em um sistema de ensaio de diagnóstico como aqui descrito. Em algumas modalidades, a montagem de sonotrodo ultrassónico inclui um sonotrodo ultrassónico, um alojamento de sonotrodo, uma mola, um chassi e conjunto de circuitos de controle configurado para a operação do sonotrodo. O alojamento de sonotrodo é adaptado para sustentar e proteger o sonotrodo ultrassónico e inclui uma seção para reter uma mola helicoidal para facilitar movimento entre uma posição de sonotrodo desengatada e engatada e uma cunha para interfacear com um mecanismo de came do sistema para atuar movimento do sonotrodo entre as posições desengatada (abaixada) e engatada (elevada). Embora uma mola helicoidal seja aqui descrita, é avaliado que vários outros tipos de molas ou mecanismos de inclinação podem ser usados. Na posição desengatada, a ponta do sonotrodo ultrassónico é reta ou abaixo de uma superfície base na qual o cartucho de ensaio assenta para facilitar o carregamento e remoção do cartucho de ensaio do sistema. Na posição engatada, a ponta do sonotrodo ultrassónico se estende acima da superfície base de modo a engatar uma porção convexa de uma câmara de sonicação do cartucho de ensaio para facilitar a sonicação de material biológico em uma amostra de fluido contida dentro da câmara de sonicação durante a preparação e/ou processamente da análise da amostra. Em algumas modalidades, o movimento do sonotrodo é efetuado por um mecanismo atuador comum a um ou mais outros componentes móveis do sistema, tais como uma porta do sistema. A montagem de sonotrodo também inclui conjunto de circuitos, tal como uma placa de circuito impresso, com interfaces adaptadas para conexão elétrica com o conjunto de circuitos correspondente dentro do sistema para facilitar a operação do sonotrodo ultrassónico pelo sistema.
[000160] Em algumas modalidades, o sistema de ensaio de diagnóstico é colocado na horizontal durante o desempenho de um ensaio (como mostrado nas FIGS. 9A-B) tal que o sonotrodo se mova entre a posição desengatada (abaixado abaixo do cartucho) e a posição engatada (elevada na direção do cartucho) de modo a engatar e contatar a câmara de sonicação do cartucho. E avaliado que em algumas modalidades, o projeto seria diferente tal que nas posições desengatadas e posições engatadas o sonotrodo estaria em várias outras orientações e/ou locais em relação ao cartucho dependendo do projeto do cartucho e do sistema de ensaio de diagnóstico.
VIL A. Projeto e Montagem da Submontagem de Sonotrodo
[000161] A FIG. 7 A ilustra uma submontagem de sonotrodo ultrassónico 700 configurada para o uso em um sistema de ensaio de diagnóstico de acordo com algumas modalidades da invenção. A FIG. 7B representa uma vista explodida da montagem de sonotrodo da FIG. 7A. Nesta modalidade, a submontagem de sonotrodo inclui um sonotrodo ultrassónico 710, alojamento de sonotrodo 720, mola helicoidal 730, conjuntos de circuitos de controle 740, e chassi 750. A submontagem de sonotrodo pode ser testada como uma submontagem autônoma antes da inserção no sistema e também pode ser removida ou recolocada como necessário.
[000162] As FIGS. 8A-E ilustram os componentes da montagem de sonotrodo durante vários estágios de montagem. Como mostrado na FIG. 8A, o sonotrodo ultrassónico 710 encaixa no alojamento de sonotrodo 720 (mostrado em corte para mostrar o sonotrodo residindo dentro). O alojamento pode ser projetado tal que o encaixe do sonotrodo no alojamento assenta ou cronometra o sonotrodo dentro de uma orientação e posição pré-determinadas em relação ao alojamento. Por exemplo, o sonotrodo ultrassónico pode ser de um projeto que inclua características que não são perfeitamente axis simétricas em torno de um eixo longitudinal do sonotrodo tal que características ou superfícies correspondentes em uma porção interna do engate do alojamento para prender o sonotrodo em posição dentro do alojamento e iniciar a rotação do sonotrodo nele. A característica não axissimétrica pode incluir, mas não é limitada a, uma porção plana em um ou ambos os lados do sonotrodo ou uma protrusão ou aba que se estenda de modo visível do sonotrodo ou um contato através do qual o sonotrodo é eletricamente conectado.
[000163] Em algumas modalidades, o sonotrodo 720 é incorporado na submontagem e controlado com o conjunto de circuitos de controle para fornecer uma saída adequada para a lise dos materiais biológicos como necessário para um ensaio particular.
[000164] Como pode ser observado na FIG. 8A, a superfície externa do alojamento de sonotrodo 720 inclui uma porção de mola retenção 722 para reter uma mola helicoidal 730 para efetuar movimento do alojamento 720 entre as posições desengatada e engatada. A porção de retenção inclui uma superfície de retenção superior 722a e uma superfície de retenção mais baixa 722b que engata a mola quando em um estado não comprimida. O alojamento 720 também pode incluir um ou mais detalhes de retenção inicial 723 para prender e/ou guiar os cabos condutores eletricamente conectados ao sonotrodo 710 durante o movimento do sonotrodo entre as posições desengatada/engatada. O alojamento de sonotrodo 720 inclui uma porção de cunha 721 para interfacear com um came do sistema.
[000165] Como mostrado na FIG. 8C, a montagem de sonotrodo parcialmente montada pode ser encaixada em um chassi de sonotrodo 750. O chassi inclui uma característica de localização 751 que engata uma característica correspondente do alojamento 720 de modo a prender a posição e orientação do alojamento quando encaixado no lugar. O chassi também inclui uma ou mais características para proteger a montagem de sonotrodo inteira 700 dentro do sistema de ensaio de diagnóstico, por exemplo, o chassi pode incluir uma porção de base com um ou mais furos através do qual o chassi pode ser montado ao módulo. Em algumas modalidades, o chassi é formado de um material polimérico pela moldagem por injeção, embora seja avaliado que o mesmo possa ser formado de vários outros materiais (por exemplo polímero, cerâmica, metal) por vários outros processos de fabricação (por exemplo prensagem, usinagem, etc.). Depois da colocação da montagem de sonotrodo dentro do chassi, um componente de conjunto de circuitos 740 é preso ao chassi. O chassi pode incluir uma ou mais características de montagem 752a através das quais o componente de conjunto de circuitos (por exemplo PCB) pode ser preso por um ou mais prendedores ou parafusos 752b. O componente de conjunto de circuitos pode ser eletricamente conectado ao sonotrodo antes ou depois do seu acoplamento ao chassi. A montagem de sonotrodo 700 completada pode ser depois testada e fornecida a um usuário separadamente ou dentro de um sistema de ensaio de diagnóstico.
VIL B. Interface de Posicionamento de Sonotrodo
[000166] Em alguns aspectos, o sonotrodo ultrassónico é montado em um mecanismo móvel pelo qual o sonotrodo ultrassónico é posicionado em relação a uma câmara de sonicação de um cartucho de ensaio disposto dentro de um sistema de ensaio de diagnóstico. Em algumas modalidades, o cartucho de ensaio inclui uma câmara de sonicação posicionada no fundo do cartucho (como orientado na FIG. 10A) com uma cúpula voltada para baixo (a superfície externa da cúpula sendo de forma convexa com respeito ao cartucho de ensaio), como mostrado no exemplo da FIG. 10A, que corresponde a uma ponta arredondada 711A da porção de saída convexa 711 do sonotrodo ultrassónico. Embora a ponta seja redonda nesta modalidade, é avaliado que a ponta da porção de cúpula pode ser formada em uma variedade de formas, incluindo, mas não limitada a plana, pontuda, côncava, convexa, arredondada, ou convexa, como desejado. A porção na forma de cúpula da câmara de sonicação e a ponta de sonotrodo arredondada focalizam a energia ultrassónica transmitida do sonotrodo de modo a eficientemente atingir os níveis ultrassónicos desejados requeridos para lisar material celular (por exemplo célula reforçada, esporos, etc.) e liberar DNA na amostra de fluido com potência ultrassónica do sonotrodo e exigências de tamanho mínimas. E preferível que a ponta arredondada 711a da porção de saída convexa 711 do sonotrodo ultrassónico seja prensada contra a cúpula 1211 da câmara de sonicação 1210 com força suficiente para garantir que contato seja mantido entre a ponta do sonotrodo e a superfície de forma convexa da câmara de sonicação durante a liberação da energia ultrassónica. Em algumas modalidades, o mecanismo móvel é configurado para mover o sonotrodo ultrassónico para cima (na direção de engate) para engatar de modo pressionável as cúpulas da câmara de sonicação e o sonotrodo ultrassónico junto com pelo menos 0,5 lb-F (0,23 kgF). Em algumas modalidades, a força aplicada para garantir que a ponta arredondada do sonotrodo e a porção de cúpula da câmara de sonicação esteja entre cerca de 1 lb-F a cerca de 2 lb-F (0,45 a 0,9 kgF). Em algumas modalidades, a força aplicada é de cerca de 1,4 lb-F (0,64 kgF). Embora um carne de interfaceamento e cunha sejam aqui descritos, é avaliado que vários outros mecanismos podem ser usados com ou sem um membro oblíquo para facilitar o movimento do sonotrodo entre as posições desengatada e engatada. Por exemplo, em algumas modalidades, tais mecanismos podem incluir um parafuso de avanço, cabo e similares.
[000167] Em algumas modalidades, o mecanismo móvel pelo qual o sonotrodo ultrassónico é posicionado para prensar contra a câmara de sonicação é integrado dentro de uma rede interconectora de atuadores que efetuam movimento de vários outros componentes do sistema de ensaio de diagnóstico, tal como abertura e fechamento de uma porta do sistema, carregamento e ejeção do cartucho de ensaio do sistema, movimento de uma válvula montagem e uma montagem de seringa dentro do sistema. E avaliado que o mecanismo móvel pode ser integrado com atuadores de um ou mais outros componentes ou o mecanismo móvel pode ser totalmente independente de outros mecanismos e atuadores.
[000168] As FIGS. 9A-9B ilustram vistas de seção transversal de um sistema de ensaio de diagnóstico durante e depois do carregamento de um cartucho de ensaio no sistema demonstrando um mecanismo que posicione o sonotrodo ultrassónico em coordenação com o fechamento de uma porta do sistema e carregamento do cartucho de ensaio. A FIG. 9A representa um cartucho de ensaio 32 parcialmente inserido em que uma porção de faceamento distai de uma base do cartucho de ensaio começa a engatar um dente de ejeção de um carne de ejeção/carregamento 1120. Nesta posição do came 1120, a superfície externa do carne engata uma superfície superior 721 da porção de cunha 721 do alojamento de sonotrodo, como pode ser observado em mais detalhes na vista lateral e seção transversal das FIG. 11A- 1 e 11A-2.
[000169] Conforme o cartucho de ensaio 32 é mais completamente inserido, o cartucho de ensaio pressiona contra o dente de ejeção e o carne de ejeção/carregamento 1120 gira no sentido horário de modo que então um dente de carregamento do came engata uma superfície por de baixo do cartucho de ensaio puxando o cartucho para dentro para uma posição totalmente carregada. Conforme o carne de ejeção/carregamento 120 gira a superfície externa 1121 do carne desliza ao longo da ponta da cunha 721a da porção em cunha 721 de deslizamento do alojamento de sonotrodo, que pressiona o alojamento de sonotrodo para longe do cartucho para a posição desengatada, que parcialmente comprime a mola helicoidal 730. Conforme o cartucho de ensaio é totalmente inserido, a ponta de cunha 721a é recebida dentro de uma porção curvada para dentro 1121a da porção arredondada do carne 1120 que permite que o alojamento de sonotrodo 720 se mova para cima uma distância curta permite que a espiral pelo menos parcialmente não comprima tal que a ponta arredondada 711a do sonotrodo ultrassónico se projete acima da superfície ao longo da qual o cartucho de ensaio foi carregado e com pressão engata a porção na forma de cúpula da câmara de sonicação. Esta posição pode ser observada em maiores detalhes na vista lateral e seção transversal da FIG. 11B-1 e FIG. 11B-2, respectivamente. Como pode ser observado nas FIGS. 9A e 9B, a rotação do carne 120 é atuada por um movimento de fechamento da primeira porção de cavalete 110 do mecanismo de cavalete da porta, que nesta modalidade é o movimento descendente (na direção da seta). Através de uma rede de engrenagens interrelacionadas, este movimento de fechamento da porta também simultaneamente atua no fechamento da porta 100 do sistema 1000 de uma posição aberta na FIG. 9A para facilitar a inserção e carregamento do cartucho de ensaio 32 para uma posição fechada, como mostrado na FIG. 9B, depois do carregamento do cartucho. O movimento do mecanismo de cavalete da porta pode ser efetuado por um ou mais motores, tais como qualquer um daqueles aqui descritos.
[000170] A FIG. 10A ilustra uma vista de seção transversal de um cartucho de ensaio para o uso em um sistema de ensaio de diagnóstico de acordo com algumas modalidades da invenção. A porção na forma de cúpula 1211 da câmara de sonicação 1210, descrito acima, é posicionado na superfície de fundo do cartucho de ensaio. A câmara de sonicação 1210 está em comunicação fluida com uma rede de canais no cartucho de ensaio, através da qual fluido é transportado pelo movimento de uma válvula e seringa para efetuar mudanças de pressão durante o procedimento de ensaio. Depois que a amostra é preparada e/ou processada, a amostra de fluido preparada é transportada em uma câmara do vaso de reação 33, enquanto um meio de excitação e um meio de detecção óptica são usados para sentir opticamente a presença ou ausência de um análito alvo (por exemplo um ácido nucléico) de interesse (por exemplo, uma bactéria, um vírus, um patógeno, uma toxina, ou outro análito alvo). É avaliado que um tal vaso de reação poderia incluir várias câmaras diferentes, conduítes, arranjos de micropoço para o uso na detecção do análito alvo. Um uso exemplar de um tal vaso de reação para analisar uma amostra de fluido é descrito na Patente U.S. de titularidade compartilhada No. 6.818.185, intitulada “Cartridge for Conducting a Chemical Reaction,” depositado em 30 de maio de 2000, os conteúdos totais dos quais são aqui incorporados por referência para todos os propósitos.
VII C. Controle de Sonotrodo
[000171] Em algumas modalidades, a operação do sonotrodo ultrassónico é realizada pelo uso de um circuito de controle de sonotrodo configurado para controlar a amplitude de corrente e a estimativa de fase em uma maneira para otimizar a excitação e fornecer liberação robusta compatível de potência ultrassónica, que é proporcional à corrente na tensão fixada, como necessário para um ensaio particular. Em algumas modalidades, o sistema fornece controle totalmente digital da liberação da potência de sonicação. Em algumas modalidades, o sistema fornece operação do sonotrodo ultrassónico sem transformador convencional e conjunto de circuitos analógicos de retificação de onda completa, permitindo deste modo o uso de potência diminuída, tamanho de montagem de sonotrodo reduzido e uma redução global no tamanho do sistema. Em algumas modalidades, a liberação e controle de potência é realizada de modo a potência real de controle (que é a potência total) no sonotrodo ultrassónico (como oposto à potência reativa). O circuito de controle é configurado para aplicar uma potência de sonicação programável para uma duração programável ao cartucho de ensaio para lisar as células alvo como necessário para um ensaio particular.
[000172] Em algumas modalidades, (por exemplo com referência à FIG. 12A), um sonotrodo ultrassónico inclui uma massa 713 (tipicamente um núcleo sólido de metal) adjacente a um ou mais atuadores piezoelétricos 714 que vibram quando conectados a um fornecimento de energia 716 através de contatos elétricos 715. A massa sólida inclui uma porção afunilada 712’ levando a uma porção alongada 712 que focaliza a onda ultrassónica e termina em uma porção de saída convexa 711 que focaliza ainda as ondas ultrassónicas para a saída na ponta 711a da porção de saída convexa 711. Tipicamente, atuadores piezoelétricos múltiplos podem ser usados para fornecer maior saída ultrassónica com exigências relativas mais baixas (quando comparado com um atuador adaptado para liberar energias ultrassónicas mais altas).
[000173] Em algumas modalidades, a montagem de sonotrodo pode utilizar um sonotrodo imediatamente disponível com um circuito de controle de sonotrodo que opera o sonotrodo com um laço fechado ou controle de retroalimentação que forneça energia ultrassónica consistente, robusta em níveis desejados com exigências de potência relativa mais baixa do que de outro modo seria possível com o sonotrodo. Por exemplo, um tal sonotrodo imediatamente disponível tendo atuadores piezoelétricos múltiplos quando operada para liberar níveis de energia ultrassónica adequados para a lise de células em um ensaio de diagnóstico pode não operar de modo compatível aplicando-se meramente um ajuste do nível de corrente devido aos atuadores que operam fora de fase. Os atuadores piezoelétricos se expandem para fora quando a corrente é aplicada e se esta expansão para fora ocorre até mesmo em tempos levemente diferentes (fora de fase), então o resultado é a ligação de baixa frequência na vibração que impede o sonotrodo de liberar níveis adequados de energia ultrassónica. Por esta razão, tais sonotrodos podem operar adequadamente apenas em níveis ultrassónicos mais baixos ou podem não ser dependentes de fornecer liberação compatível de energia durante a duração necessária em um ensaio de diagnóstico particular.
[000174] Em algumas modalidades, o sistema se aplica a um esquema de controle melhorado que permite a liberação compatível de níveis de energia ultrassónica adequados para a lise de células em um ensaio de diagnóstico durante uma duração específica usando um tal sonotrodo como descrito acima. Em algumas modalidades, a montagem de sonotrodo é configurada para utilizar atuadores piezoelétricos ressonantes para aplicar vibração em uma frequência de cerca de 50,5 kHz. Em algumas modalidades a montagem de sonotrodo é configurada para aplicar frequência de vibração em uma faixa de cerca de 20 kHz a cerca de 50 kHz. Por exemplo, a frequência de vibração pode ser de cerca de 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, ou cerca de 50 kHz. Em algumas modalidades, a frequência de vibração é maior do que 50 kHz. Em algumas modalidades, o sistema utiliza um sistema de controle de laço fechado para fornecer excitação do piezoelétrico que é mantido em fase com cada outro pela duração requerida para a sonicação de material biológico.
[000175] Em algumas modalidades, o sistema aplica corrente e/ou tensão aos atuadores piezoelétricos pela elevação da potência aplicada aos níveis desejados para minimizar ocorrências de excitação fora de fase. Um exemplo deste esquema é mostrado na FIG. 10B. Em algumas modalidades, a liberação e controle de potência são realizados de modo a controlar a potência real (que é a potência total) no sonotrodo ultrassónico (como oposto à potência reativa). Mantendo-se substancialmente uma relação de fase específica entre tensão e corrente, permite que a potência reativa seja substancialmente eliminada. A potência reativa é quando os piezo atuadores não estão na fase trancada e o sonotrodo meramente vibra. Elevando-se a potência, como oposto a apenas ligando a potência, a elevação permite que o sistema mantenha a relação de fase entre corrente e tensão e impede a vibração para permitir que o sonotrodo libere os níveis desejados de energia ultrassónica requerida.
[000176] A FIG. 12B ilustra uma função de transferência de potência de sonotrodo simulada demonstrando a relação de fase entre a corrente de excitação e a tensão na ressonância de energia.
[000177] Em algumas modalidades, o circuito de controle do sonotrodo usa laços de controle fechadas para operar o sonotrodo. Em um laço de controle interna, a frequência é ajustada para manter a relação de fase presente. Em um laço externo, a amplitude da excitação de tensão é continuamente ajustada para manter o nível de energia exigido. Um exemplo destes laços de controle interno e externo é ilustrado na FIG. 14.
[000178] A FIG. 13 ilustra um esquemático de controle da montagem do sonotrodo de acordo com algumas modalidades da invenção. A interface de sonicação é configurada em potência (Watts) e duração (segundos) como necessário para um ensaio particular. Os níveis de potência típicos de 5 a 10 Watts são aplicados entre 15 e 30 segundos para lisar suficientemente células de esporo típicas e liberar ~ 50% de DNA ligado ao esporo dentro da solução dentro da câmara de amostra 1210, como mostrado na FIG. 10B. E avaliado entretanto, que a potência, duração e eficiência de sonicação requeridos variam por ensaio e podem ser maiores ou menores do que os níveis descritos dependendo das necessidades do ensaio, projeto e o tipo de células ou material que são sonicados. Em algumas modalidades, o PSoC DAC gera uma onda senoidal de 0 a 4 V. A saída DAC vai através de um amplificador de áudio TI. O amplificador TI multiplica o sinal por 20 db. O sinal amplificado em TI vai através de um transformador elevador antes de ser liberada ao sonotrodo. A potência é estimada pela tensão (tensão DAC amplificada através de TI e do transformador) e a corrente lida pelo sensor (P = v*I cos(d))) (potência real). Assim, a potência liberada para o sonotrodo é controlada via controle da tensão DAC. Um laço de controle conduz a tensão de entrada para manter a potência no nível desejado. Ver por exemplo a FIG. 15.
[000179] Em algumas modalidades, o circuito de controle do sonotrodo é configurado de modo que uma frequência que dê a amplitude de potência real mais alta de uma varredura de frequência é estabelecida como a frequência de ressonância. A fase entre a tensão de entrada e a tensão de saída é medida na frequência de ressonância. Durante a sonicação, um laço de controle tranca a fase medida entre as tensões de entrada e saída ajustando-se a frequência de entrada. A amplitude de corrente é um produto do fator de sensor e o amplificado de PSoC que amplifica o sinal antes da leitura. Uma relação exemplar entre a potência vs tensão de entrada pode ser observada na FIG. 16. Uma relação exemplar entre a amplitude de corrente do sonotrodo e a fase versus frequência pode ser observada na FIG. 17.
[000180] Em algumas modalidades, o circuito de controle do sonotrodo utiliza um controle sinusoidal que controla a entrada de amplitude para o acionador do sonotrodo. O circuito pode utilizar o emparelhamento de fase para o controle da frequência ressonante para garantir que a tensão e a corrente mantenham uma relação de fase especificada, que pode ser usada por exemplo para eliminar a potência reativa. Em algumas modalidades, o circuito utiliza a varredura de frequência com uma resolução de 1 Hz, entretanto, é avaliado que esta configuração pode fornecer resolução de frequência eficazmente ilimitada. Tal configuração permite a liberação consistente e robusta de níveis de energia ultrassónica com um sonotrodo ultrassónico tendo exigências de potência e tamanho reduzidas do que seria de outro modo possível com um tal dispositivo.
VIII . Submontagem Termo-Optica
[000181] Em algumas modalidades, a invenção fornece uma Submontagem Termo-Optica (TOS) para o uso em um sistema de ensaio de diagnóstico. Em algumas modalidades, a TOS inclui um componente de dispositivo de controle térmico e um componente de excitação/detecção ópticas. A TOS pode interfacear com outros componentes do sistema de ensaio de diagnóstico, incluindo o sonotrodo ultrassónico, a porta, seringa e válvula. Em algumas modalidades, a TOS inclui um instrumento de dispositivo de controle térmico e um instrumento de componente óptico tendo um meio de excitação e um meio de detecção óptica. A unidade de TOS é construída de modo a definir uma cavidade em que um vaso de reação pode ser inserido para realizar a amplificação de ácido nucléico e/ou detecção de um análito alvo usando o componente de controle térmico e interrogação óptica do análito alvo usando o instrumento de componente óptico. A TOS é utilizada em um sistema com uma ou mais placas de circuito (por exemplo placa mãe) que controla a operação e coordenação entre os vários componentes do sistema de ensaio. Em algumas modalidades, um Núcleo de Célula pega carona na placa mãe. Em algumas modalidades, cada submontagem de hardware carrega seu próprio processador PSoC dedicado e eletrônicos associados. Em algumas modalidades, o sistema de ensaio de diagnóstico inclui um meio de comunicação (por exemplo sem fio, NFC, USB) que permite a modificação e/ou atualização do software de controle ou parâmetros de controle utilizados pelo sistema. A TOS pode também incluir um ou mais sensores (por exemplo leitora NFC) para determinar um local ou presença de um cartucho de ensaio ou uma posição do componente de válvula de modo a coordenar a operação de múltiplos componentes do sistema. Em algumas modalidades, a TOS compreende um sensor de posição do cartucho (por exemplo leitora NFC) localizada fisicamente na TOS para permitir que a mesma esteja fisicamente em proximidade imediata ao cartucho de ensaio quando inserido dentro do sistema de ensaio de diagnóstico. Em algumas modalidades, a TOS pode estar conectada em série a outros subsistemas eletrônicos via USB e/ou interfaces sem fio como NFC ou bluetooth.
[0003] VIII. A. Projeto TOS
[000182] É avaliado que o dispositivo do instrumento de controle térmico e o dispositivo de detecção óptica pode ser definida em várias configurações, como desejado. Nas modalidades aqui descritas, o dispositivo de controle térmico e detecção óptica é configurado para o uso com um vaso de reação tendo duas faces maiores que se opõem e duas bordas (faces menores). O dispositivo de controle térmico pode ser configurado para aquecer um lado de uma face principal do vaso de reação, ou aquecer dois lados de ambas as faces maiores. Nas modalidades aqui descritas, o dispositivo de controle térmico é configurado para ser posicionado adjacente a uma face principal do vaso de reação em um ou ambos os lados. Igualmente, o dispositivo de detecção óptica pode ser configurado de acordo com várias configurações, tais como detecção óptica de uma face principal do vaso de reação ou de uma ou mais bordas (face(s) menor(es)) do vaso de reação. Tipicamente, a configuração de detecção óptica corresponde a uma configuração do dispositivo de controle térmico, por exemplo, o dispositivo de detecção óptica é posicionado para detectar óptica através de uma parte do vaso de reação não coberta pelo dispositivo de controle térmico. Em algumas modalidades, onde aquecimento de um lado é usado, a face principal oposta não aquecida pode ser coberta com um material isolante transparente de modo a controlar a transferência térmica enquanto ainda permite a detecção óptica através do material isolante. Em algumas modalidades, o sistema utiliza um dispositivo de controle térmico configurado para aquecer um lado e um dispositivo de detecção óptica configurado para excitação/detecção de uma face principal e/ou uma ou mais bordas (face menor) do vaso de reação. Em outras modalidades, o sistema utiliza um dispositivo de controle térmico configurado para aquecer dois lados com um dispositivo de detecção óptica configurado para a excitação/detecção óptica de uma ou mais bordas do vaso de reação. As configurações exemplares são fornecidas abaixo.
[000183] A FIG. 18 mostra um sistema de ensaio de diagnóstico exemplar 1000 para realizar a detecção de um análito alvo em uma amostra de fluido preparada dentro de um cartucho de ensaio descartável (não mostrado) quando inserido dentro do sistema. O sistema de ensaio de diagnóstico 1000 inclui componentes e submontagens múltiplos, como aqui descritos, um dos quais que é a submontagem TOS 1100. Como mostrado na FIG. 18, a submontagem TOS 1100 pode estar localizada na frente do sistema. A TOS pode ser inserida nos pinhões ou alojamento do sistema 1000 com a porta 14 aberta e presa com um ou mais parafusos (não mostrados) de modo que a placa frontal 1110 faceie no receptáculo do sistema que recebe o cartucho de ensaio. A placa frontal 1110 define uma abertura ou fenda de cavidade 1111 através da qual um vaso de reação de um cartucho de ensaio planar pode ser inserido. Em algumas modalidades, a TOS pode ser testada como uma submontagem autônoma antes da inserção no sistema de ensaio de diagnóstico. Em algumas modalidades, a TOS pode ser removida ou recolocada como necessário.
[000184] Em algumas modalidades, o sistema de ensaio de diagnóstico usa um cartucho de ensaio descartável. Um cartucho de ensaio exemplar adequado para o uso com o sistema como aqui descrito é descrito na Patente U.S. No. 6.818.185, intitulado “Cartridge for Conducting a Chemical Reaction,” depositado em 30 de maio de 2000, os conteúdos inteiros da qual são aqui incorporados por referência para todos os propósitos.
[000185] Em algumas modalidades, a fenda de TOS 1111 e a cavidade são dimensionadas de modo a acomodar o vaso de reação (tipicamente dentro de +/- 0,020” (5 mm)) e a montagem óptica e componentes associados são adaptados para estabelecer os componentes ópticos em relação ao vaso de reação para facilitar a excitação e detecção ópticas para o análito alvo. Em algumas modalidades, a TOS é espacialmente configurada para estabelecer um dispositivo de controle térmico, tal como um dispositivo TEC dual, em relação ao vaso de reação para controlar e facilitar a ciclagem térmica da amostra de fluido dentro do vaso de reação do cartucho de ensaio. Em algumas modalidades, a TOS move o dispositivo de controle térmico, por exemplo, recolhendo o TEC dual antes da inserção do vaso de reação e depois engata e prende o TEC dual contra o vaso de reação quando o vaso de reação está no lugar.
[000186] As FIGS. 19A-B ilustram as vistas frontal e traseira de uma submontagem TOS exemplar 1100 de acordo com algumas modalidades da invenção. Na FIG. 19A, um vaso de reação exemplar 33 é mostrado inserido na abertura da cavidade 1111 da placa frontal 1110 e a montagem de controle térmico/dissipador de calor 820 pode ser observada, assim como um ventilador de resfriamento 822 (ver a Fig. 20B). Na FIG. 19B, uma configuração de PCB flex rígida e mecanismo de contato térmico 840 permitindo movimento lateral do dispositivo de controle térmico antes do encaixe de fixação do vaso de reação 33 pode ser observada. As PCBs 830 e 831 através das quais o dispositivo de controle térmico 800 e o componente óptico 900 são alimentados e controlados podem ser acopladas através de uma conexão flex rígida 832 que permite movimento lateral. O mecanismo de contato térmico 840 inclui um componente deslizável que traduz movimento entre uma configuração aberta (ver a FIG. 24B) e uma configuração fixa (ver a FIG. 24A) em que uma face TEC 810 do dispositivo de controle térmico é engatada contra a lateral de um vaso de reação 33. Em algumas modalidades, o mecanismo de contato térmico 840 inclui um suporte móvel e/ou ajustável 842 que pode deslizar para cima e para baixo ao longo de uma montagem que se estende verticalmente 844 para garantir alinhamento apropriado com o componente óptico 900 e o vaso de reação, e é móvel lateralmente na direção do dispositivo de controle térmico para garantir contato térmico adequado com o vaso de reação 33 para facilitar a ciclagem térmica eficiente. Em algumas modalidades, o mecanismo de contato térmico 840 inclui um suporte ou guia de fundo 846 para facilitar a inserção do vaso de reação dentro do mecanismo de contato térmico 840. Em algumas modalidades, este movimento é efetuado pelo movimento axial do cavalete de acionamento da porta 110 como mostrado nas FIGS. 26A-B.
[000187] As FIGS. 20A-B ilustram vistas explodidas de um exemplo de TOS de acordo com algumas modalidades da invenção. Como pode ser observado, a montagem de TOS inclui uma montagem óptica 930 tendo janelas através das quais o componente de excitação 910 e o componente de detecção óptica 920 podem operar quando montada. A montagem óptica é presa à placa frontal 1110 através de um suporte 1113 e pelo menos parcialmente circunda a flange 1112 em torno da abertura do vaso de reação 1111. O dispositivo de controle térmico 800 é acoplado à montagem óptica 930 por dois pinos 834 que se estendem através do mecanismo de contato térmico 840 e dois furos através da montagem óptica 930. A montagem pode também incluir um sensor para detectar uma localização de proximidade, ou identidade do cartucho dentro do sistema. Em algumas modalidades, o sensor é um sensor de comunicação de campo próximo (NFC) 1190, embora seja avaliado que vários outros sensores possam ser usados. É avaliado que, em algumas modalidades, a NFC pode ser adaptada para detectar várias coisas diferentes, incluindo, mas não limitadas: à localização/presença de um cartucho, o tipo de cartucho, o ensaio particular, os procedimentos microfluídicos que são únicos para um ensaio particular, a presença de um dispositivo móvel (por exemplo PDA) e vários outros parâmetros específicos de lote. Em algumas modalidades, a NFC permite um fluxo de trabalho associado com um sistema/cartucho particulares, removendo deste modo a necessidade quanto a uma base de dados separada na nuvem que o sistema de ensaio de diagnóstico de outro modo teria que acessar. Esta característica é particularmente útil em um cenário de recursos limitados onde a internet pode não estar facilmente disponível.
[000188] As FIGS. 21A-B ilustram componentes ópticos e PCB associada de uma TOS exemplar de acordo com algumas modalidades da invenção. Os componentes ópticos incluem um componente de excitação 910, um componente de detecção óptica 920 e componentes de PCB associados 830, 831 e conjunto de circuitos elétricos 833. Em algumas modalidades, as PCBs são conectadas através de uma conexão flex rígida 832 que permite movimento lateral do dispositivo de controle térmico contra o vaso de reação. As FIGS. 22A-B ilustram os componentes de dispositivo de controle térmico e PCB associada com uma conexão flex rígida em um TOS exemplar. As FIGS. 23A-B ilustram um dispositivo de controle térmico 800 antes de ser preso à montagem óptica 930 de um TOS exemplar. Em algumas modalidades, a montagem óptica 930 inclui uma característica de alinhamento 931 para garantir o alinhamento apropriado entre o componente óptico 900 e uma porção da câmara de reação do vaso de reação 33. A característica de alinhamento pode incluir uma ou mais características que casam com as características correspondentes do vaso de reação, por exemplo, um furo que recebe um pino distalmente prolongado do tubo de reação, uma protuberância ou nervura que engata um recesso correspondente do vaso de reação, um par de imãs, ou quaisquer características adequadas para facilitar o alinhamento entre o vaso de reação e o componente óptico 900.
[000189] As FIGS. 24A-24B e 25 ilustram um componente de dispositivo de controle térmico de forma móvel acoplado a uma montagem óptica e uma base deslizante de acordo com algumas modalidades da invenção. Em algumas modalidades, o mecanismo de controle térmico 840 engata sob pressão contra o vaso de reação de um cartucho de ensaio. Em algumas modalidades, a força aplicada para engatar o dispositivo de controle térmico contra o vaso de reação é de pelo menos 1 libra-F (0,45 kgf). Em algumas modalidades a quantidade de força usada está entre 1 e 3 lb-F (0,45 a 1,4 kgf), tipicamente de cerca de 1,3 libras-F (0,6 kgf) de aperto, para garantir que a face do TEC permaneça paralelo a e em contato suficiente com uma face principal do vaso de reação 33. As FIGS. 26A-B ilustram a operação do cavalete da porta 110 efetuando movimento lateral do dispositivo de controle térmico entre as posições fixa e aberta (ver as FIGs. 24A-B, respectivamente).
[000190] A FIG. 28 ilustra um esquemático da montagem do módulo óptico e módulo térmico 810 da TOS de acordo com algumas modalidades da invenção. O módulo óptico inclui um chip de bloco de detecção ou componente de detecção 920 e um chip de bloqueio de excitação ou componente de excitação 910 dispostos sobre um carregador de PCB. A FIG. 28 ilustra uma TOS exemplar para o uso em um sistema de ensaio de diagnóstico como aqui divulgado.
[0004] VIII. B. Componente óptico
[000191] A FIG. 30A ilustra uma configuração de componente óptico exemplar para o uso com um sistema de ensaio de diagnóstico como aqui divulgado e a FIG. 30B ilustra um esquemático detalhado de uma configuração de componente óptico exemplar de acordo com algumas modalidades da invenção. Em algumas modalidades, os meios ópticos de excitação e detecção operam através de uma face menor (borda) de um vaso de reação de um cartucho de ensaio enquanto que o dispositivo de controle térmico engata contra um ou mais faces maiores opostas do vaso de reação. Em algumas modalidades, o componente de dispositivo de controle térmico termicamente engata uma face principal do vaso de reação em um lado. Em algumas modalidades, o componente de dispositivo de controle térmico termicamente engata uma face principal do vaso de reação em ambos os lados. Esta última configuração pode ser particularmente útil para aquecimento e resfriamento de volumes maiores de amostra de fluido. Tais configurações podem usar aquecedores de placa de cerâmica para meios de aquecimento e resfriamento passivo (por exemplo ar ambiente soprado através de aquecedores cerâmicos) para se obter a termociclagem do fluido no vaso de reação ou pode incluir qualquer uma das configurações TEC aqui descritas.
[000192] De acordo com algumas modalidades da invenção, um chip de excitação de LED miniaturizado que pode excitar a amostra de fluido através de uma borda menor do vaso de reação, enquanto que um chip de detecção miniaturizado coleta a fluorescência através de uma face principal do vaso de reação 33, como na configuração mostrada na FIG. 30B. Além disso, o projeto TEC dual fornece aquecimento e resfriamento controlados através da face oposta, que fornece controle de temperatura melhorado quando comparada com resfriamento passivo como usado em alguns dispositivos de termociclagem. Em alguns vasos de reação, tais como a configuração na FIG. 30A, as vigias de borda são estreitas (cerca de 1,0 mm x 4,5 mm) e o tamanho pequeno torna o efeito de lente tradicional difícil. Coletar fluorescência de uma face principal do vaso de reação, como na FIG. 30B, fornece uma janela de detecção maior que permite que mais sinal seja coletado enquanto ainda permite que a excitação e detecção sejam ortogonais entre si. Em algumas modalidades, o chip de detecção óptica é dimensionado para ser igual à dimensão do vaso de reação. A FIG. 30C ilustra vista detalhada de cada um de um bloco de excitação e um bloco de detecção exemplares de acordo com algumas modalidades da invenção. Como mostrado, o bloco de excitação 910 inclui fontes de luz de LED 911 que direcionam luz através de filtros e lentes 912 e depois lentes de haste 913 de modo a emitir os comprimentos de onda desejados de luz para as localizações desejadas do vaso de reação 33. O bloco de detecção óptica 920 inclui detectores de fotodiodo 921 que detectam a luz emitida do vaso de reação 33, a luz emitida passando através de lentes de haste 923, e filtros e lentes 922 antes de ser recebida pelos detectores de fotodiodo 921 de modo a garantir a detecção de comprimentos de onda particulares que possam indicar uma reação que corresponde à presença do análito alvo dentro do vaso de reação 33.
[000193] Em algumas modalidades, o componente óptico 900 inclui um componente de excitação óptica 910 e um componente de detecção óptica 920 posicionados em uma montagem óptica adaptada para receber um vaso de reação planar 33. O componente de excitação óptica 910 é posicionado para emitir energia de excitação através de uma borda (face menor) de uma superfície planar do vaso de reação 33 e o componente de detecção óptica 920 é posicionado ao longo de uma superfície planar maior do vaso de reação. Em um aspecto, os componentes de excitação óptica e detecção óptica são ortogonais em relação um ao outro. Em algumas modalidades, os componentes ópticos são configurados para utilizar lentes com um orifício numérico alto. Em algumas modalidades, os componentes ópticos são configurados para operação em orifícios numéricos baixos sem requerer uso de lentes. Em tais modalidades, a trajetória da luz pode viajar da fonte, através de um filtro e para o componente de detecção sem requerer uso de lentes para focalizar a luz produzida pela excitação. Tais modalidades podem ser configuradas tal que as trajetórias de luz de excitação e detecção sejam espacialmente dispostas em relação uma à outra para melhorar a detecção da luz produzida pela excitação em orifícios numéricos baixos sem requerer uso de lentes. Tal uso de discriminação espacial na detecção de luz excitada permite a detecção de luz sem lentes, que possibilita um sistema de tamanho reduzido.
[000194] Nos sistemas de detecção fluorescentes, a luz de excitação tipicamente excede a quantidade do sinal de luz fluorescente emitido. De modo a detectar eficientemente o sinal emitido é importante coletar tanta luz emitida quanto possível. Assim, a maioria dos sistemas convencionais utilizam um orifício numérico alto nos seus sistemas ópticos de detecção. Um orifício numérico alto permite a coleta de mais luz, que por sua vez fornece maior resolução, enquanto que um orifício numérico baixo tipicamente resulta na coleta de menos luz resultando em uma resolução mais baixa. Os sistemas de detecção óptica fluorescentes mais convencionais usam uma configuração envolvendo uma lente e um filtro de passagem de banda na trajetória da luz entre a fonte de luz e o detector. O filtro é tipicamente colocado entre a lente e o detector tal que a lente forneça luz colimada passando através do filtro. Na ausência de uma lente (e luz colimada) o filtro se torna muito menos eficiente visto que a luz de ângulos de alta incidência que colidem com o filtro de passagem de banda meramente passa através sem ser filtrada. A lente elimina este problema visto que a mesma colima (reduz os feixes de ângulo de incidência alto) resultando em filtragem mais eficiente dos comprimentos de onda de excitação.
[000195] Em algumas modalidades da presente invenção, o sistema óptico não inclui uma lente. Na ausência de uma lente, uma configuração de orifício numérico baixo é usado com a trajetória da luz consistindo apenas da fonte de luz, um filtro de passagem de banda e o detector. Usando um orifício numérico baixo com esta configuração reduz os ângulos de luz incidente alto (sem usar uma lente) melhorando assim a eficiência da filtração que por sua vez resulta em um sinal forte de luz emitida com a maior parte dos comprimentos de onda de excitação filtrados.
[000196] Em algumas modalidades, o módulo óptico inclui LEDs UV, azul, verde, amarelo e vermelho, filtros ópticos relevantes, elementos ópticos de ligação e vidro protetivo. Em algumas modalidades, o dispositivo óptico é totalmente encapsulado em epóxi, que fornece proteção de choque e protege contra a incursão de poeira e umidade. Em algumas modalidades, os chips de excitação e detecção ópticas são de tamanho reduzido, tal como menores do que 10 mm em cada dimensão, tipicamente de cerca de 5 mm (comprimento) x 4 mm (largura) x 3 mm (altura).
[000197] A FIG. 31 ilustra vistas detalhadas do bloco de excitação 910 e do bloco de detecção 920 com uma indicação da área relativa do vaso de reação adjacente através do qual a luz é emitida do bloco de excitação e coletada pelo bloco de detecção.
[000198] A FIG. 32 ilustra a detecção de fluorescência com os componentes de excitação e detecção do componente óptico de acordo com algumas modalidades da invenção. Como pode ser observado, a configuração na FIG. 32 se adapta ao padrão de arranjo para os blocos de excitação e detecção no que diz respeito ao uso do orifício numérico baixo, de acordo com algumas modalidades.
VIII. C. Dispositivo de controle térmico [0005] VIII. C. 1. Vista geral
[000199] A FIG. 27 ilustra um diagrama de bloco de controle de um dispositivo de controle térmico 800 em uma placa TOS de acordo com algumas modalidades da invenção. Em algumas modalidades, o dispositivo de controle térmico inclui resfriadores termoelétricos duais (TEC) com um capacitor térmico disposto entre eles. Em algumas modalidades, o dispositivo de controle térmico utiliza controle de laço fechado utilizando dois termistores para controlar a operação de cada TEC de modo a otimizar o aquecimento e resfriamento da superfície ativa engatada com o vaso de reação ou vaso. Esta configuração fornece ruído mais baixo, estabilidade de temperatura melhorada, alto ganho e largura de banda alta, quando comparada com os controles do dispositivo de controle de temperatura convencionais. Em algumas modalidades, um dispositivo de controle térmico é usado para aquecer/resfriar uma amostra de fluido através de uma face principal de um vaso de reação. Em algumas modalidades, uma amostra de fluido é aquecida/resfriada através tano das faces principais de um vaso de reação, usando um dispositivo de controle térmico com cada face principal do vaso de reação.
[000200] Em qualquer uma das modalidades descritas que incluem primeiro e segundo resfriadores termoelétricos, o segundo resfriador termoelétrico pode ser recolocado com um dispositivo de manipulação térmica. Tal dispositivo de manipulação térmica inclui qualquer um de um aquecedor (por exemplo, um aquecedor termorresistivo), um resfriador ou quaisquer meios adequados para ajustar uma temperatura. Em algumas modalidades, o dispositivo de manipulação térmica é incluído em um microambiente comum ao primeiro resfriador termoelétrico tal que a operação do dispositivo de manipulação térmica mude a temperatura do microambiente em relação a uma temperatura ambiente. Neste aspecto, o dispositivo muda os arredores do ambiente para permitir que o primeiro resfriador termoelétrico cicie entre uma primeira temperatura (por exemplo uma temperatura de amplificação entre 60 e 70°C) e uma segunda temperatura mais alta (por exemplo uma temperatura de desnaturação de cerca de 95°C), ciciando entre estas temperaturas tão rapidamente quanto possível. Se tanto a primeira quanto a segunda temperaturas estiverem acima da temperatura ambiente verdadeira, é mais eficiente para uma segunda fonte térmica (por exemplo resfriador ou aquecedor termoelétricos) dentro de um microambiente elevar a temperatura dentro do microambiente acima da temperatura ambiente. Altemativamente, se a temperatura ambiente excede a segunda, temperatura mais alta, o dispositivo de manipulação térmica resfriaria o microambiente até uma temperatura ideal para permitir a ciclagem rápida entre a primeira e segunda temperaturas mais eficazmente.
[000201] Em algumas modalidades, o dispositivo de controle térmico inclui um primeiro resfriador termoelétrico tendo uma face ativa e uma face de referência, um dispositivo de manipulação térmica, e um controlador acoplado de modo operativo a cada um do primeiro resfriador termoelétrico e do dispositivo de manipulação térmica. O controlador pode ser configurado para operar o primeiro resfriador termoelétrico em coordenação com o dispositivo de manipulação térmica de modo a aumentar a eficiência do primeiro resfriador termoelétrico conforme uma temperatura da face ativa do primeiro resfriador termoelétrico muda de uma temperatura inicial para uma temperatura alvo desejada. Os dispositivos de manipulação térmica podem incluir um elemento de aquecimento termorresistivo ou um segundo resfriador termoelétrico ou quaisquer meios adequados para ajustar a temperatura.
[000202] Em algumas modalidades, o dispositivo de controle térmico inclui ainda um ou mais sensores de temperatura acoplados com o controlador e dispostos ao longo de ou próximos ao primeiro resfriador termoelétrico, o dispositivo de manipulação térmica e/ou um microambiente comum ao primeiro resfriador termoelétrico e ao dispositivo de manipulação térmica. O dispositivo de manipulação térmica pode ser termicamente acoplado com o primeiro resfriador termoelétrico através de um microambiente definido dentro de um sistema de ensaio de diagnóstico em que o dispositivo de manipulação térmica está disposto tal que uma temperatura do microambiente possa ser controlada e ajustada de uma temperatura ambiente fora do sistema.
[000203] Em algumas modalidades, o dispositivo de controle térmico inclui um controlador acoplado com cada um do resfriador termoelétrico e do dispositivo de manipulação térmica que é configurado para controlar a temperatura de modo a controlar uma temperatura dentro de uma câmara de um vaso de reação em comunicação térmica com o dispositivo de controle térmico. Em algumas modalidades, o controlador é configurado para operar o primeiro resfriador termoelétrico com base na modelagem térmica de uma temperatura da câmara de reação in situ dentro do vaso de reação. A modelagem térmica pode ser realizada em tempo real e pode utilizar a filtração de Kalman dependendo da exatidão do modelo.
[000204] Em algumas modalidades, o dispositivo de controle térmico está disposto dentro de um sistema de ensaio de diagnóstico do dispositivo e posicionado para estar em comunicação térmica com um vaso de reação de um cartucho de ensaio disposto dentro do sistema. O controlador pode ser configurado para realizar a ciclagem térmica em um processo de reação da cadeia da polimerase dentro de uma câmara do vaso de reação.
[000205] Em algumas modalidades, o dispositivo de controle térmico inclui um primeiro resfriador termoelétrico tendo uma face ativa e uma face de referência, um dispositivo de manipulação térmica, um intercalador térmico disposto entre o primeiro resfriador termoelétrico e o dispositivo de manipulação térmica tal que a face de referência do primeiro resfriador termoelétrico esteja termicamente acoplada com o dispositivo de manipulação térmica através do intercalador térmico (que pode ser um capacitor térmico como aqui divulgado), e um primeiro sensor de temperatura adaptado para sentir a temperatura da face ativa do primeiro resfriador termoelétrico. O dispositivo pode incluir ainda um controlador acoplado de modo operativo a cada um do primeiro resfriador termoelétrico e o dispositivo de manipulação térmica. O controlador pode ser configurado para operar o dispositivo de manipulação térmica em coordenação com o primeiro resfriador termoelétrico para aumentar a velocidade e eficiência do primeiro resfriador termoelétrico conforme uma temperatura da face ativa do primeiro resfriador termoelétrico é mudada de uma temperatura inicial para uma temperatura alvo desejada. Em algumas modalidades, o controlador é configurado com um laço de controle fechado tendo uma entrada de retroalimentação de uma temperatura prognosticada com base em um modelo térmico que inclui uma entrada do primeiro sensor de temperatura.
[000206] Vários aspectos de um tal dispositivo de controle térmico são descritos em detalhes no Pedido Não Provisório U.S. concorrentemente depositado No. [Certificado do Representante #: 85430-1017353- 011410US] intitulado, “Thermal Control Device and Methods of Use,” depositado em, os conteúdos inteiros dos quais são aqui incorporados por referência para todos os propósitos. É avaliado que um dispositivo de controle térmico usado em um sistema TOS de acordo com algumas modalidades da invenção podem incluir qualquer combinação de elementos como aí descrito.
VIII. C. 2. Projeto de TEC
[000207] Em algumas modalidades, o dispositivo de controle térmico inclui um primeiro TEC tendo uma face ativa e uma face de referência; um segundo TEC tendo uma face ativa e uma face de referência; e um intercalador térmico disposto entre o primeiro e segundo TECs tal que a face de referência do primeiro TEC esteja termicamente acoplada com a face ativa do segundo TEC através do intercalador térmico. Em algumas modalidades, o intercalador térmico atua como um capacitor térmico. Em algumas modalidades, o dispositivo de controle térmico inclui um controlador acoplado de modo operativo a cada um do primeiro e segundo TECs, o controlador configurado para operar o segundo TEC concorrente com o primeiro TEC de modo a aumentar a velocidade e eficiência na operação do primeiro TEC conforme uma temperatura da face ativa do primeiro TEC muda de uma temperatura inicial para uma temperatura alvo desejada. Em algumas modalidades, o primeiro e segundo resfriadores termoelétricos são termicamente acoplados através de um capacitor térmico com condutividade térmica suficiente e massa para transferir e armazenar energia térmica de modo a reduzir o tempo quando da comutação entre aquecimento e resfriamento, fornecendo deste modo ciclagem térmica mais rápida e mais eficiente. Em algumas modalidades, o dispositivo utiliza um termopar dentro do primeiro dispositivo resfriador termoelétrico e um outro termopar dentro da camada de capacitor térmico e opera usando o primeiro e segundo laços de controle fechados com base na temperatura do primeiro e segundo termopar, respectivamente. De modo a utilizar a energia térmica armazenada na camada de capacitor térmico, o segundo laço de controle pode ser configurado para avançar ou atrasar o primeiro laço de controle. Usando-se um ou mais destes aspectos aqui descritos, as modalidades da presente invenção fornecem um dispositivo de controle térmico mais rápido, mais robusto para realizar a ciclização térmica rápida, preferivelmente em cerca de duas horas ou menos, mesmo em ambientes com temperatura alta problemática descritos acima.
[000208] Em algumas modalidades, o dispositivo de controle térmico inclui um capacitor térmico formado de um material termicamente condutivo de massa suficiente para armazenar energia térmica suficientemente para facilitar a velocidade aumentada na comutação entre ciclos térmicos e eficiência no aquecimento e resfriamento de um TEC. Em algumas modalidades, o capacitor térmico inclui um material tendo massa térmica mais alta do que aquela das faces ativa e de referência do primeiro e segundo TECs, que podem ser formadas de um material cerâmico. Em algumas modalidades, o capacitor térmico é formado de uma camada de cobre com uma espessura de cerca de 10 mm ou menos, (por exemplo, de cerca de 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, ou 1 mm, ou menos). Esta configuração permite um dispositivo de controle térmico de uma construção relativamente fina, planar de modo a ser adequada para o uso com um vaso de reação em um dispositivo de analise de ácido nucléico de tamanho reduzido.
[000209] Em algumas modalidades, o dispositivo de controle térmico inclui um primeiro sensor de temperatura adaptado para sentir a temperatura da face ativa do primeiro TEC; e um segundo sensor de temperatura adaptado para sentir uma temperatura do capacitor térmico. Em algumas modalidades, o primeiro e segundo sensores de temperatura são acoplados com o controlador tal que a operação do primeiro e segundo TECs esteja fundamentada, pelo menos em parte, em uma entrada do primeiro e segundo sensores de temperatura para o controlador, respectivamente. Em algumas modalidades, o segundo sensor de temperatura é embutido ou pelo menos em contato térmico com o material termicamente condutivo do capacitor térmico. É avaliado que em qualquer uma das modalidades aqui descritas o sensor de temperatura pode estar disposto em várias outras localizações contanto que o sensor esteja em contato térmico com a respectiva camada suficientemente para sentir a temperatura da camada.
[000210] Em algumas modalidades, o dispositivo de controle térmico inclui um controlador configurado com um laço de controle primário no qual a entrada do primeiro sensor de temperatura é fornecida, e um laço de controle secundário no qual a entrada do segundo sensor de temperatura é fornecida. O controlador pode ser configurado tal que uma resposta de largura de banda do laço de controle primário seja mais rápida no tempo (ou mais lenta) do que uma resposta de largura de banda do laço de controle secundário. Tipicamente, tanto o laço de controle primário quanto o secundário são de laço fechado. Em algumas modalidades, o controlador é configurado para ciciar entre um ciclo de aquecimento em que a face ativa do primeiro TEC é aquecida até uma temperatura alvo elevada e um ciclo de resfriamento em que a face ativa do primeiro TEC é resfriada para uma temperatura alvo reduzida. O controlador pode ser configurado tal que o laço de controle secundário troca o segundo TEC entre os modos de aquecimento e resfriamento antes que o laço de controle primário seja trocado entre aquecimento e resfriamento de modo a carregar termicamente o capacitor térmico. Em algumas modalidades, o laço de controle secundário mantém uma temperatura do capacitor térmico dentro de cerca de 40°C da temperatura da face ativa do primeiro TEC. Em algumas modalidades, o laço de controle secundário mantém uma temperatura do capacitor térmico dentro de cerca de 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, ou 50 graus C da temperatura da face ativa do primeiro TEC. O controlador pode ser configurado tal que eficiência do primeiro TEC seja mantida pela operação do segundo TEC tal que o aquecimento e resfriamento com a face ativa do primeiro TEC ocorra em uma taxa de elevação de cerca de 10°C por segundo. As taxas de elevação exemplares não limitantes que podem ser obtidas com a presente invenção incluem 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, ou 1°C por segundo. Em algumas modalidades, a temperatura alvo elevada é de cerca de 90°C ou maior e a temperatura alvo reduzida é de cerca de 40°C ou menos. Em algumas modalidades, a temperatura elevada é de cerca de 95°C e a temperatura alvo reduzida está em uma faixa de cerca de 60°C a cerca de 75°C, incluindo todas as temperaturas entre as extremidades da faixa.
[000211] Em algumas modalidades, o dispositivo de controle térmico inclui ainda um dissipador térmico acoplado com a face de referência do segundo TEC para prevenir avalanche térmica durante a ciclagem. O dispositivo de controle térmico pode ser construído em uma configuração geralmente planar e dimensionado para corresponder a uma porção de câmara de reação planar de um vaso de reação de um cartucho de ensaio. Em algumas modalidades, a dimensão planar tem um comprimento de cerca de 45 mm ou menos e uma largura de cerca de 20 mm ou menos, ou um comprimento de cerca de 40 mm por cerca de 12,5 mm, tal como cerca de 11 mm durante 13 mm, de modo a ser adequada para o uso com um vaso de reação em um dispositivo de analise de PCR em miniatura. A configuração geralmente planar pode ser configurada e dimensionada para ter uma espessura de uma face ativa do primeiro TEC para um lado de face oposta do dissipador térmico de cerca de 20 mm ou menos. Vantajosamente, em algumas modalidades, o dispositivo de controle térmico pode ser adaptado para engatar com um vaso de reação para a ciclagem térmica do vaso de reação em um único lado do mesmo para permitir a detecção óptica de um análito alvo de um lado oposto do vaso de reação durante a ciclagem térmica.
[000212] Em algumas modalidades, métodos de controlar a temperatura são aqui fornecidos. Tais métodos incluem etapas de: operar um primeiro TEC tendo uma face ativa e uma face de referência para aquecer e/ou resfriar a face ativa de uma temperatura inicial até uma temperatura alvo; e operando um segundo TEC tendo uma face ativa e uma face de referência de modo a aumentar a eficiência do primeiro TEC conforme a temperatura da face ativa do primeiro TEC muda da temperatura inicial para a temperatura alvo desejada, a face ativa do segundo TEC sendo termicamente acoplada à face de referência do primeiro TEC através de um capacitor térmico. Tais métodos podem incluir ainda etapas de: operar o primeiro TEC compreende operar um laço de controle primário tendo uma entrada de temperatura de um sensor de temperatura na face ativa do primeiro TEC, e operando o segundo TEC compreende operar um laço de controle secundário tendo uma entrada de temperatura de um sensor de temperatura dentro do capacitor térmico. Em algumas modalidades, o método inclui ainda: ciciar entre um modo de aquecimento em que a face ativa do primeiro dispositivo termoelétrico aquece até uma temperatura alvo elevada e um modo de resfriamento em que a face ativa é resfriada até uma temperatura alvo reduzida; e armazenar energia térmica das flutuações térmicas entre os modos de aquecimento e resfriamento no capacitor térmico, o capacitor térmico compreendendo uma camada tendo condutividade térmica aumentada quando comparada com as faces ativa e de referência do primeiro e segundo dispositivos de resfriamento termoelétrico, respectivamente.
[000213] Em algumas modalidades, os métodos de controlar a temperatura na ciclagem térmica incluem: ciciar entre um modo de aquecimento e um modo de resfriamento do segundo dispositivo termoelétrico concorrente com a ciclagem entre os modos de aquecimento e resfriamento do primeiro dispositivo termoelétrico mantendo deste modo a eficiência do primeiro dispositivo termoelétrico durante a ciclagem. Em algumas modalidades, o controlador é configurado tal que uma resposta de largura de banda do laço de controle primário é mais rápida que uma resposta de largura de banda do laço de controle secundário. O controlador pode ser configurado ainda tal que a ciclagem seja cronometrada pelo controlador para trocar o segundo dispositivo termoelétrico entre os modos antes de trocar o primeiro dispositivo termoelétrico entre os modos de modo a carregar termicamente o capacitor térmico. Em algumas modalidades, a temperatura alvo elevada é de cerca de 95 °C ou maior e a temperatura alvo reduzida é de cerca de 50°C ou menos.
[000214] Em algumas modalidades, métodos de controlar a temperatura incluem ainda: manter uma temperatura do capacitor térmico dentro de cerca de 40°C da temperatura da face ativa do primeiro TEC controlando-se a operação do segundo TEC durante a ciclagem do primeiro TEC de modo a manter uma eficiência do primeiro TEC durante a ciclagem. Em algumas modalidades, a eficiência do primeiro TEC é mantida pela operação do segundo TEC tal que o aquecimento e/ou resfriamento com a face ativa do primeiro TEC ocorra em uma taxa de elevação em torno de 10°C por segundo ou menos. Tais métodos podem incluir ainda: operar um dissipador térmico acoplado com a face de referência do segundo TEC durante a ciclagem com o primeiro e segundo TECs de modo a prevenir a avalanche térmica.
[000215] Em algumas modalidades, métodos de ciclagem térmica em um processo de reação da cadeia da polimerase são aqui fornecidos. Tais métodos podem incluir as etapas de: engatar um dispositivo de controle térmico com um vaso de reação tendo uma amostra de fluido nele para realizar uma reação da cadeia da polimerase para amplificar um polinucleotídeo alvo tal que a face ativa do primeiro TEC termicamente engata o vaso de reação; e a ciclagem térmica do dispositivo de controle térmico de acordo com um protocolo particular para amplificar o polinucleotídeo alvo contido na amostra de fluido. Em algumas modalidades, engatar o dispositivo de controle térmico com o vaso de reação compreende engatar a face ativa do primeiro TEC contra um lado do vaso de reação tal que um lado oposto permaneça descoberto pelo dispositivo térmico para permitir a detecção óptica do lado oposto. Em algumas modalidades, cada um do modo de aquecimento e modo de resfriamento usa um ou mais parâmetros operativos, em que o um ou mais parâmetros operativos são assimétricos entre os modos de aquecimento e resfriamento. Por exemplo, cada um do modo de aquecimento e modo de resfriamento tem uma largura de banda e um ganho de laço, em que a largura de banda e os ganhos de laço do modo de aquecimento e modo de resfriamento são diferentes.
[000216] Em algumas modalidades, métodos de controlar a temperatura com um dispositivo de controle térmico são fornecidos. Tais métodos incluem as etapas de: fornecer um dispositivo de controle térmico um primeiro e segundo TEC com um capacitor térmico entre eles, em que cada um do primeiro e segundo TECs têm uma face ativa e uma face de referência; aquecer a face ativa; resfriar a face ativa; aquecer a face de referência; e resfriar a face de referência. Em algumas modalidades, cada um de aquecer a face ativa e resfriar a face ativa é controlado por um ou mais parâmetros operativos. Em algumas modalidades, uma magnitude do um ou mais parâmetros operativos é diferente durante o aquecimento da face ativa quando comparado com o resfriamento da face ativa.
[000217] Em algumas modalidades, métodos incluem testar a confiança entre dispositivos de controle térmico múltiplos pelo uso de um acessório alternativo. Tais métodos incluem as etapas de: alternar a ciclagem térmica entre o dispositivo de controle térmico e um segundo ou mais dispositivos de controle térmico, para efetuar a ciclagem térmica de um segundo ou mais vasos de reação pela operação de um acessório que alterna posições do dispositivo de controle térmico e do segundo ou mais dispositivos de controle térmico em um local ativo no qual a ciclagem térmica do respectivo vaso de reação é realizada. Em algumas modalidades, o acessório é um eixo rotativo com o dispositivo de controle térmico e os dois ou mais dispositivos de controle térmico distribuídos circunferencialmente em torno do lado externo do eixo tal que a operação do acessório compreende girar o eixo.
VIII. C. 2. a. Configurações de Projeto de TEC de Exemplo
[000218] A FIG. 33A mostra um dispositivo de controle térmico exemplar que inclui um primeiro TEC 811 (TEC primário) e um segundo dispositivo de manipulação térmica tal como TEC secundário 812 ou elemento termorresistivo) termicamente acoplado através de um capacitor térmico 813, também aludido como um intercalador térmico. Os TECs são configurados tal que uma face ativa 811a do primeiro TEC 811 está termicamente acoplada com um vaso de reação 33 para facilitar o controle da ciclagem térmica no mesmo. O dispositivo pode opcionalmente incluir um acessório de acoplamento 819 para montar o dispositivo no tubo. Em algumas modalidades, o dispositivo pode ser preso a um acessório que posiciona o dispositivo adjacente ao tubo. A face de referência oposta 811b do primeiro TEC é termicamente acoplada com uma face ativa 812a do segundo TEC 812 através da camada do capacitor térmico. Esta configuração também pode ser descrita como a face de referência 811b estando em contato térmico direto com um lado da camada do capacitor térmico 813 e a face ativa 812a estando em contato térmico direto com o lado oposto da camada do capacitor térmico 813. Em algumas modalidades, a face de referência 812b do segundo TEC é termicamente acoplada com um dissipador térmico 817 e/ou um ventilador de resfriamento 818, tal como mostrado na modalidade da FIG. 33B. Nesta modalidade, o dispositivo de controle térmico 800 é configurado tal que o mesmo esteja termicamente acoplado ao longo de um lado de uma porção planar do vaso de reação 33 de modo a permitir a excitação óptica de uma outra direção (por exemplo um lado do tubo) com um meio de excitação óptica 910, tal como um laser, e detecção óptica de uma outra direção (por exemplo um lado oposto do tubo) com um meio de detecção óptica 920.
[000219] Um termopar 816 é incluído no primeiro TEC 811 na ou próximo da face ativa 81 la para permitir o controle preciso da temperatura do vaso de reação. A saída de temperatura deste termopar é usada em um laço de controle primário 814 que controla aquecimento e resfriamento com a face ativa 11a. Um segundo termopar 816’ é incluído dentro ou próximo da camada do capacitor térmico e uma saída de temperatura associada é usada em um segundo laço de controle 814’ que controla o aquecimento e resfriamento com a face ativa 812a do segundo TEC. Em um aspecto, o primeiro laço de controle é mais rápido do que o segundo laço de controle (por exemplo o segundo laço de controle fica atrás do primeiro), que se responsabiliza pela energia térmica transferida e armazenada dentro da camada de capacitor térmico. Pelo uso destes dois laços de controle, a temperatura diferencial entre a face ativa 811a e a face de referência 811b do primeiro TEC 811 pode ser controlada de modo a otimizar e melhorar a eficiência do primeiro TEC, que permite aquecimento e resfriamento mais rápido e mais consistente com o primeiro TEC, enquanto que o capacitor térmico permite troca mais rápida entre aquecimento e resfriamento, como aqui descrito e demonstrado nos resultados experimentais apresentados abaixo.
[000220] Ao invés de ligar um dissipador de calor padrão à placa cerâmica oposta ao vaso de reação, um outro TEC (secundário) é usado para manter uma temperatura dentro de cerca de 40°C da face ativa do TEC primário. Em algumas modalidades, dois laços de controle PID (ganho Proporcional Integral Derivativo) são usadas para manter esta operação. Em algumas modalidades, laços de controle não PID são usadas para manter a temperatura da face ativa do TEC primário. Tipicamente, um laço de controle PID rápido aciona o TEC primário a um ponto de ajuste de temperatura predeterminado, monitorado por um termistor montado por debaixo da placa de cerâmica em contato com o vaso de reação. Este laço opera com velocidade máxima para garantir que a temperatura de controle possa ser rápida e acuradamente atingida. Em algumas modalidades, um segundo, laço de controle PID mais lento mantém a temperatura para a face de fundo da TEC primária para maximizar a eficiência térmica (experimentalmente determinada estar dentro de ~ 40°C da temperatura da face ativa). Como debatido acima, laços de controle não PID também podem ser usadas para manter a temperatura do TEC para maximizar a eficiência térmica. Em algumas modalidades, é vantajoso moderar a interação entre os dois laços de controle para eliminar um laço de controlar o outro. E vantajoso ainda amortecer e armazenar energia térmica do primeiro e/ou segundo TEC pelo uso da camada de capacitor térmico para facilitar a troca rápida entre aquecimento e resfriamento.
[000221] Dois modos não limitantes exemplares para se obter a troca rápida e eficiente entre aquecimento e resfriamento como usado em algumas modalidades da invenção são aqui detalhados. Primeiro, a resposta da largura de banda para o laço de controle secundário é intencionalmente limitado para ser muito mais baixo do que o laço primário rápido, um chamado “laço preguiçoso”. Segundo, um capacitor térmico é intercalado entre dois TECs. Embora seja desejável para o dispositivo de controle térmico inteiro ser relativamente fino para permitir o uso do dispositivo em uma porção da câmara de reação de um vaso de reação, é avaliado que a camada de capacitor térmico pode ser mais espessa contanto que a mesma forneça massa e condutividade suficientes para a função como um capacitor térmico para os TECs em cada lado. Em algumas modalidades, a camada do capacitor térmico é uma placa de cobre fina de cerca de 1 mm de espessura ou menos. O cobre é vantajoso por causa da sua condutividade térmica extremamente alta, embora a espessura de 1 mm seja experimentalmente determinada para amortecer suficientemente as duas TECs enquanto fornece massa suficiente para a camada fina para armazenar energia térmica de modo a atuar como um capacitor térmico. Embora o cobre seja particularmente útil devido à sua condutividade térmica e massa alta, é avaliado que vários outros metais ou materiais tendo propriedades de condutividade térmica e massa alta similares podem ser usados, preferivelmente materiais que sejam termicamente condutíveis (mesmo se menos do que cada TEC) e com uma massa a mesma ou mais alta do que cada TEC para permitir que a camada opere como um capacitor térmico na armazenagem da energia térmica. Em um outro aspecto, a camada de capacitor térmico pode conter um segundo termistor que é usado para monitorar a temperatura “traseira” (por exemplo face de referência) usada pelo laço de controle PID secundário. Ambos os laços de controle podem ser digitalmente implementados dentro de um único chip PSoC (Sistema Programável no Chip) que envia sinais de controle para dois estoques de corrente de Peltier bipolares. Será avaliado pelo técnico habilitado que em algumas modalidades, chips não PSOC podem ser usados para controlar, por exemplo, matrizes de portas de campo programáveis (FPGAs) e similares são adequados para o uso com a presente invenção. Em algumas modalidades, o módulo TEC dual inclui um dissipador de calor para prevenir avalanche térmica, que pode ser ligado à traseira do TEC secundário usando, por exemplo, prata epóxi termicamente condutiva. Os métodos de ligação alternativos e materiais adequados para o uso com a invenção são bem conhecidos pelas pessoas de habilidade na técnica.
[000222] A FIG. 33B mostra um esquemático de projeto TEC dual. A temperatura do vaso de reação PCR (medido por um termistor, (16) (elipse) é controlado pelo TEC primário e controlado por um laço no firmware PSoC. A eficiência térmica ideal do TEC primário é mantida por um segundo termistor (816’) (elipse) em contato térmico com uma camada de cobre, que alimenta em um laço PsoC secundário, controlando um segundo TEC.
VIII. C. 2. b. Fabricação de TEC Dual Inicial
[000223] A FIG. 33C mostra um módulo de exemplo aquecimento/ resfriamento TEC dual com um dispositivo de controle térmico 800 termicamente engatado contra uma face principal do vaso de reação, um bloco de excitação óptica adjacente a uma face menor (por exemplo borda) do vaso de reação, e um bloco de detecção óptica 920 contra uma face principal oposta do vaso de reação 33. Em algumas modalidades, Tanto a TEC Primária quanto a Secundária (Laird, OptoTEC HOT20.65.F2A.1312, folha de dados abaixo) medem 13 (w) x 13 (I) x 2,2 (t) mm, e têm uma eficiência térmica máxima = 60%. Em algumas modalidades, a área planar afetada pelo módulo TEC é combinada com o vaso de reação GX. Em algumas modalidades, a mesma é configurada para acomodar os vasos de reação variando de 25 pl a 100 pl.
[000224] A FIG. 33B mostra um módulo TEC dual exemplar para aquecimento e resfriamento de lado único de um vaso de reação em um sistema de análise química. E avaliado que este projeto poderia ser modificado para fornecer o TEC dual em ambos os lados para o aquecimento de lado duplo em algumas modalidades. Como pode ser observado, o dissipador de calor inclui um mini ventilador para fluxar calor e manter a eficiência de TEC. A temperatura dos ciclos de TEC primário (topo) no vaso de reação, monitorada por um termistor montado no lado de baixo da cerâmica em contato com o tubo. O TEC “traseiro” mantém a temperatura de uma camada de cobre intersticial (pelo uso de um termistor) para garantir eficiência térmica ideal do TEC primário. Um dissipador de calor com mini ventilador integrado mantém o módulo inteiro em equilíbrio térmico.
[000225] Em algumas modalidades, um termistor pequeno com +/- 0,1 °C de tolerância de temperatura é ligado no lado de baixo da face de topo do TEC primário usando prata epóxi. Este termistor sonda a temperatura aplicada ao vaso de reação e é uma entrada para o laço de controle primário no PSoC, que controla a corrente de acionamento para o TEC primário. A superfície de fundo do TEC primário é ligada a uma placa de cobre de 1 mm de espessura com prata epóxi. A placa de cobre tem uma fenda contendo um segundo termistor TR136-170, envolvido com prata epóxi para monitorar a “temperatura traseira,” a entrada de sinal para o laço de controle secundário no PSoC. O TEC secundário, controlado pelo laço de controle secundário, é depois intercalado entre a placa de cobre e um dissipador de calor de alumínio. O dissipador de calor é usinado até uma pressão global = 6,5 mm, mantendo o pacote inteiro <13 mm de espessura, e um tamanho planar = 40,0 (comprimento) x 12,5 (largura) mm, necessitado pelas restrições de espaço dentro de um instrumento de tamanho reduzido. Um Mini Ventilador Sunon Mighty de 12 x 12 mm (folha de dados abaixo) é colado dentro de uma inserção usinada no dissipador de calor onde o TECs interage com o dissipador de calor. Observe que o mini ventilador não precisa resfriar diretamente o dissipador de calor; um motor silencioso, durável, barato, de baixa tensão (3,3 V máx.) sem escovas é suficiente para manter o desempenho do dissipador de calor pela remoção do ar quente superficial da interface alumínio/ar usando fluxo de cisalhamento, como oposto ao resfriamento de ar direto (como em alguns dispositivos de análise convencionais).
[000226] O teste de unidades de protótipo pode ser usado para determinar se a velocidade de aquecimento/resfriamento, estabilidade térmica, robustez com temperatura ambiente aumentada, e confiabilidade de sistema global são suficientes para atingir as especificações de exigência de engenharia. O desempenho térmico foi mostrado aceitável tal que as metas de projeto são atingidas para um sistema de tamanho reduzido exemplar: tamanho menor, robusto, e barato (menos partes necessárias do que com aquecimento/resfriamento de dois lados). Além disso, o aquecimento/ resfriamento de lado único possibilita a detecção óptica more eficiente através do lado do vaso de reação.
[000227] A FIG. 33C mostra um desenho CAD do módulo de aquecimento/resfriamento de TEC dual, assim como os blocos de Excitação e Detecção de LED, e o vaso de reação dentro de um sistema exemplar. O vaso de reação é de ciclagem térmica de um lado (primeira face principal do vaso de reação) e a fluorescência detectada através do lado oposto (segunda face principal do vaso de reação). A iluminação com LED permanece através da borda (face menor) do vaso de reação.
VIII. C. 2. c. Desempenho de Aquecimento/Resfriamento Inicial
[000228] O desempenho de aquecimento e resfriamento da montagem de TEC exemplar foi medida usando um acessório adaptado que de forma segura prende a montagem TEC contra uma superfície de um vaso de reação. Cuidado foi tomado para isolar termicamente a montagem TEC do acessório fabricando-o de Delrin termicamente isolante. Para imitar uma carga térmica de uma PCR, o vaso de reação foi enchido com uma amostra de fluido que foi em contato seguro com um bloco de detecção fluorescente na superfície do tubo oposta à montagem de TEC. Deve ser mencionado que a temperatura na superfície de topo de TEC que contata o tubo nesta geometria foi independentemente medida ser igual ou mais alta do que a temperatura medida no termistor de TEC primário. Portanto, é razoável usar a temperatura lida do termistor de TEC primário para inicialmente caracterizar o desempenho térmico do sistema de aquecimento/resfriamento de TEC dual. Qualquer divergência entre a temperatura do termistor e a do vaso de reação pode ser caracterizada e ajustada usando laços de retroalimentação entre o termistor de TEC primário e a temperatura da amostra de fluido no vaso de reação.Em algumas modalidades, um acessório fixação é usado para prender o dispositivo de controle térmico a um vaso de reação para a caracterização térmica. Em um exemplo, um vaso de reação pode ser cheio com uma amostra de fluido e preso para fazer contato térmico entre o módulo de aquecimento/resfriamento e uma face do vaso de reação. A outra face do tubo pode ser presa contra um bloco de detecção fluorescente. Um bloco de excitação de LED ilumina a solução através da borda do tubo. Em algumas modalidades tanto a excitação quanto a detecção são feitos através de faces menores do tubo.
[000230] Em algumas modalidades, uma placa de controle de PSoC utiliza controle PID para manter um ponto de ajuste de temperatura do termistor de TEC primário e para fornecer corrente de acionamento de polaridade dual para os dispositivos TEC (tensão positiva quando aquecimento, tensão negativa quando resfriamento), e para alimentar o mini ventilador. Este laço PID foi sintonizado para maximizar o desempenho do TEC primário. Um roteiro foi escrito para ciciar o ponto de ajuste do tube entre extremos de temperatura altos e baixos característicos da termociclagem da PCR. Especificamente, o ponto de ajuste de temperatura baixa = 50°C, com um tempo de residência de 12 segundos, começando uma vez que a temperatura medida estiver dentro de +/- 0,1 °C para um 1 segundo. Similarmente, o ponto de ajuste da temperatura alta = 95°C durante 12 segundos, começando uma vez que a temperatura for mantida +/- 0,1 °C do ponto de ajuste durante 1 segundo. O roteiro ciciado entre 50°C e 95°C ad infinitum.O laço de controle secundário também foi mantido dentro do mesmo chip de PSoC, lendo a temperatura do termistor secundário em contato térmico com a camada de amortecedor de cobre/capacitor térmico (ver a FIG. 33A) e atuando no TEC secundário. Um conjunto diferente de parâmetros de sintonia PID foi encontrado para manter apropriadamente o desempenho térmico do sistema pelo controle da temperatura desta camada de cobre, chamada de temperatura “traseira”. Este laço de controle teve uma largura de banda significantemente mais baixa do que o laço de controle da TEC primária, como esperado. O PSoC e programa associado também permite pontos de ajuste múltiplos de temperatura traseira, que são úteis no desempenho da taxa de elevação de maximização mantendo-se o TEC primário operando sob condições térmicas otimamente eficientes.A FIG. 34 mostra um ciclo térmico exemplar de uma temperatura de vaso de reação, os traços medidos para um ciclo térmico de 50°C 95°C 50°C (traço primário) sob controle de laço fechado. As taxas de aquecimento e resfriamento de laço fechado são de ~7°C/segundo. A primária de controle é o ponto de ajuste de temperatura desejado do ciclo térmico (a função quadrada do tempo decorrido entre 0 segundo e 20 segundos) e o traço primário é a temperatura medida do tubo. Como pode ser observado, o ciclo térmico real retarda o ciclo térmico desejado indicado pela função primária de controle. Foi determinado que a eficiência térmica do TEC primário fosse mais alta com um diferencial de temperatura entre o tubo e o traseiro de não mais alto do que 30°C, assim a temperatura traseira foi controlada para ser de 65°C quando do aquecimento até a temperatura máxima (tubo 95°C) e 45°C quando do resfriamento do tubo para 50°C (traço traseiro). Uma vez que o TEC primário se elevou até a temperatura mais alta, a temperatura traseira seria lenta e controladamente acionada para uma temperatura mais baixa em antecipação do ciclo térmico seguinte mostrado começando em cerca de 37 segundos de tempo decorrido). Este esquema é analógico ao que usa o TEC traseiro para carregar apropriadamente uma “fonte termal” atuando no TEC primário, e é aplicável para o uso com sistemas de PCR, porque o perfil térmico a ser aplicado para um ensaio de PCR particular é conhecido a priori por um designer de ensaio. Observe que a taxa de elevação de laço fechado para o aquecimento e resfriamento estáveis e repetitíveis é de ~ 6,5 segundos para a faixa de 45°C, como mostrado para dez ciclos térmicos sucessivos, como mostrado na FIG. 35, correspondendo a uma taxa de elevação de laço fechado verdadeiro de ~7°C/segundo tanto para aquecimento quanto para resfriamento. O desempenho é mantido por todos os ciclos múltiplos em relação á faixa de termociclagem de PCR completa.VIII. C. 2. d. Experimentos de Confiabilidade Inicial e a Curto Prazo
[000234] Um ensaio de PCR típico tem cerca de 40 ciclos térmicos da temperatura de recozimento (~ 65°C) até a temperatura de desnaturação do DNA (~95°C) e de volta para a temperatura de recozimento. Para avaliar a confiabilidade, um módulo de controle térmico exemplar foi ciciado entre 50°C (aproximadamente as temperaturas mínimas usadas para experimentos de PCR) e 95°C, com um tempo de espera de 10 segundos em cada temperatura para permitir o equilíbrio térmico do sistema.
[000235] A FIG. 36A mostra uma comparação do primeiro e 5 ciclos finais de um teste de 5.000 ciclos. Observe que o eixo temporal do traço na direita é de uma faixa de amostragem de dados pequena; 5.000 ciclos levaram aproximadamente 2 dias. Este módulo foi desde então ciciado mais de 10.000 vezes com desempenho mantido. Como pode ser observado, o desempenho da termociclagem para os ciclos 1 a 5 (esquerda) permanece constante depois de 5.000 ciclos (ciclos 4.995 a 5.000 à direita) e não há nenhuma mudança no desempenho térmico entre os ciclos inicial e final. Isto é encorajador por duas razões. Primeiro, os parâmetros de laço fechado para aquecimento/ resfriamento rápidos são bastante estáveis com ciclagem térmica repetida. A instabilidade térmica mesmo pequena leva a tendências nas curvas de temperatura medidas para os TECs tanto primário quanto traseiro, rapidamente escalando para a avalanche térmica (que induziria uma falha de paralização por corrente excessiva no firmware). Sistemas apropriadamente ajustados não demonstram este comportamento, demonstrando a robustez do sistema. Segundo, a eficiência térmica do módulo é estável acima dos 5.000 ciclos. De fato, esta unidade foi subsequentemente ciciada >10.000 vezes sem erosão catastrófica ou gradual de desempenho. A FIG. 36B mostra desempenho de termociclagem para cinco ciclos no começo da ciclagem térmica e depois de dois dias de ciclagem térmica contínua.
VIII. D. Método de Modelagem Térmica para Controlar a Ciclagem Térmica
[000236] Em um outro aspecto, o dispositivo de controle térmico pode ser configurado para controlar a temperatura com base na modelagem térmica. Este aspecto pode ser usado em dispositivo de controle térmico configurado para aquecer aquecimento de um lado ou de dois lados. Em algumas modalidades, tais dispositivos incluem um primeiro resfriador termoelétrico e um outro dispositivo de manipulação térmica, cada um sendo acoplado a um controlador que controla o primeiro resfriador termoelétrico em coordenação com o dispositivo de manipulação térmica para melhorar controle, velocidade e eficiência me aquecimento e/ou resfriamento com o primeiro resfriador termoelétrico. E avaliado, entretanto, que este aspecto de modelagem térmica pode ser incorporado nos controles de qualquer uma das configurações aqui descritas.
[000237] Um exemplo de um tal método é ilustrado no diagrama modelo de estado mostrado na FIG. 37. Esta figura ilustra um modelo de sete estados para o uso com uma versão de lado único do dispositivo de controle térmico. Este modelo aplica teorias elétricas para modelar o sistema térmico do mundo real da temperatura que incluem as temperaturas das faces termoelétricas do resfriador, o vaso de reação ou vaso, e a amostra de fluido dentro do vaso de reação. O diagrama mostra os sete estados do modelo e os três estados medidos usados no algoritmo de Kalman para chegar em uma estimativa ideal dos conteúdos do vaso de reação assumindo que o mesmo é água.
[000238] No modelo de circuito da FIG. 37, capacitores representam a capacitância térmica do material, os resistores representam a condutividade térmica do material, a tensão em cada capacitor e fonte representa temperatura, e a fonte de corrente representa entrada de energia térmica do resfriador termoelétrico (TEC) do lado frontal, adjacente à face de tubo. Nesta modalidade, as entradas para o modelo são a temperatura do TEC traseiro que pode ser prognosticada a partir do modelo T1-T7, a entrada de calor do resfriador termoelétrico do lado frontal (Watts), e a temperatura do “Bloco” que reside adjacente ao vaso oposto ou face de tubo. Isto completa a porção modelo do algoritmo. Como anteriormente mencionado, os algoritmos de Kalman tipicamente usam um modelo em conjunção com sinal/sinais de sensor medidos que também são parte das saídas modelo. Aqui, os sinais de termistor medidos convertidos para temperatura são usados para o resfriador termoelétrico do lado frontal, e também para o resfriador termoelétrico traseiro. Para o caso da temperatura traseiro medida, a mesma não é uma saída do modelo, mas é assumido que elas são as mesmas. Uma razão para esta hipótese é que o Rl é negligenciável em termos de condutância térmica global.
VIII. C. 2. e. Projetos de TEC Alternativos
[000239] A variabilidade na construção do módulo pode causar leves diferenças no desempenho do dispositivo. Por exemplo, os módulos correntes são manualmente montados, com dissipadores de calor usinados e camadas intersticiais de cobre, e todos os componentes são unidos entre si manualmente usando epóxi condutivo. A variação na espessura do epóxi ou a criação de ângulos pequenos entre os componentes dentro da construção em sanduíche do módulo causa desempenho térmico diferente. Mais significantemente, os termistores também são presos à cerâmica usando epóxi térmico. Intervalos pequenos entre o termistor e a cerâmica leva a erros entre as temperaturas de controle e medidas. Finalmente, é muito demorado soldar os fios pequenos para fazer contatos elétricos para os dois TECs, dois termistores, e os cabos de potência do ventilador.
[000240] Em algumas modalidades, o dispositivo térmico inclui uma superfície de aquecimento e resfriamento (por exemplo dispositivo TEC como aqui descrito) em cada face principal (lados opostos) do vaso de reação. Em tais modalidades, a detecção óptica pode ser realizada ao longo da face menor (por exemplo bordas). Em algumas modalidades, a detecção óptica é realizada ao longo de uma primeira face menor e a excitação óptica é realizada ao longo de uma segunda face menor que é ortogonal à primeira face menor. Tais modalidades podem ser particularmente úteis onde o aquecimento e resfriamento de grandes volumes são necessários (100 a 500 jul de amostra de fluidos).
[000241] Em algumas modalidades, os módulos de dispositivo de controle térmico usam um dispositivo de Peltier adaptado que contém um termistor montado na superfície integrado montado no lado de baixo da placa de cerâmica em contato com o vaso de reação. Um termistor de pacote minúsculo 0201 (0,60 (comprimento) x 0,30 (largura) x 0,23 (espessura) mm) pode ser usado para minimizar a convecção dentro do dispositivo de Peltier levando à variação de temperatura pela limitação da espessura da parte. Também, porque o contato térmico e a posição dos termistores montados na superfície podem ser precisamente controlados, estas partes terão diferenças muito consistentes, caracterizáveis entre a temperatura da cerâmica medida e a real.
[000242] Em algumas modalidades, o dispositivo de controle térmico pode incluir Peltiers adaptados projetados para estarem totalmente integrados em um módulo de aquecimento/resfriamento usando técnicas de produção de massa semicondutora máquinas de (máquinas de “apanhar e colocar” e soldagem por refluxo). O substrato de cobre intersticial pode ser substituído por uma placa de PC de interface térmica Bergquist (substrato de cobre na espessura de 1 mm), que precisamente controlou a espessura do cobre e dimensões do painel. Os substratos Bergquist também forneceram cabos de ligação para o termistor traseiro e todas as conexões elétricas dentro e fora do módulo. O Peltier traseiro ficará um dispositivo similar ao que é correntemente usado. Finalmente, a montagem de TEC inteira pode ser encapsulada em silicone para torná-la resistente à água. Em algumas modalidades, um suporte de montagem de alumínio também pode duplicar como um dissipador de calor.
IX. Plataforma de Diagnóstico
[000243] A FIG. 38 é um diagrama de bloco simplificado ilustrando uma vista geral arquitetural de um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com algumas modalidades da invenção. Como com todas as FIGS aqui mostradas, várias modalidades podem diferir dos exemplos mostrados. Por exemplo, algumas modalidades podem combinar, separar, adicionar a, e/ou omitir componentes mostrados na FIG. 38. Além disso, a funcionalidade de cada um dos componentes pode ser fornecida por um ou mais dispositivos (por exemplo, dispositivos de computação) dispostos em um ou mais locais geográficos.
[000244] Embora as figuras possam se referir a um “Instrumento Épsilon,” “Plataforma De Mão Épsilon,” e serviços remotos específicos, várias modalidades que caem dentro do escopo da invenção não são assim limitadas. As técnicas aqui descritas são descritas mais geralmente, e podem ser utilizadas por qualquer variedade de dispositivos médicos, móveis ou outros dispositivos de computação, e servidores remotos. Além disso, os componentes específicos de software e funcionalidade aqui descritos podem ser recolocados com um software que funcione de maneira similar de vários tipos. Aquele de habilidade comum na técnica reconhecerá algumas variações às modalidades aqui ilustradas e descritas abaixo.
[000245] Como ilustrado na FIG. 38, o sistema de ensaio de diagnóstico pode geralmente incluir três tipos de componentes: um dispositivo de diagnóstico (o “Epsilon Instrument Hardware,” também aqui aludido e nas figuras como um “instrumento” ou “módulo de dispositivo de diagnóstico” ou “dispositivo de diagnóstico”), um dispositivo móvel (a “Plataforma De Mão Épsilon”), e serviços remotos (se referindo aos “Remote Xpert System” e “Remote Xpert+ System” coletivos ilustrados). As descrições detalhadas destes componentes são fornecidas abaixo. O dispositivo de diagnóstico e o dispositivo móvel podem estar colocalizados em um ponto de cuidado, tal como uma clínica de saúde, hospital, ou outra instalação, enquanto os serviços remotos podem estar localizados em um ou mais locais remotos. Dependendo da funcionalidade desejada, e como indicado acima, as modalidades podem utilizar múltiplos dispositivos de diagnóstico, dispositivos móveis, e/ou serviços remotos.
[000246] Os dispositivos de diagnóstico ilustrados na FIG. 38 compreendem o Epsilon Instrument Hardware ilustrado e os vários componentes de software neste ilustrados, incluindo o Epsilon Instrument Core Software, Epsilon XpertReporter Software, Epsilon Instrument Interface Software, e Ensaio distributive!. Estes componentes podem se comunicar uns com os outros usando várias interfaces e interfaces de programação de aplicativos (APIs) como ilustrado. Como mencionado anteriormente, o dispositivo de diagnóstico pode compreender um sistema de ensaio de diagnóstico tendo uma combinação de teste e componentes computacionais configurados para conduzir os ensaios de diagnóstico e fornecer dados resultantes aos serviços remotos por intermédio do dispositivo móvel. Em algumas modalidades, o dispositivo de diagnóstico pode adicionalmente processar e/ou armazenar os dados de ensaio de um ou mais resultados de ensaio. Os componentes podem ser implementados, pelo menos em parte, usando uma combinação de software e hardware, que podem ser incorporados em um sistema computadorizado (tal como aqueles descritos em relação à FIG. 53).
[000247] Em algumas modalidades, o dispositivo de diagnóstico pode permitir o processamento sem interferência de amostras do paciente (espécime) e fornecer resultados tantos resumidos quanto detalhados dos dados de teste aos serviços remotos. O software de interface (mostrado como o “Epsilon Instrument Interface Software”) pode permitir que o dispositivo de diagnóstico se comunique com o software do dispositivo móvel (mostrado como o “Epsilon Handheld Software”) executado no dispositivo móvel. A comunicação pode ser feita pelo modo sem fio usando qualquer um de uma variedade de tecnologias sem fio, tal como comunicação de campo próximo (NFC), Bluetooth®, Wi-Fi, e similares.
[000248] Estabelecendo-se esta comunicação com o dispositivo móvel, o software de interface pode deste modo permitir que um usuário do dispositivo móvel controle várias características do dispositivo de diagnóstico. Por exemplo, usando uma interface gráfica de usuário (GUI) fornecida em uma tela do dispositivo móvel, o usuário pode ser capaz de controlar as configurações de dispositivo do dispositivo de diagnóstico; iniciar, pausar, ou cancelar testes conduzidos pelo dispositivo de diagnóstico; especificar os serviços remotos aos quais o dispositivo de diagnóstico envia dados; especificar o tipo, conteúdo, e/ou formato dos dados; e similares. De acordo com algumas modalidades, o dispositivo móvel pode adicionalmente permitir que um usuário acesse dados médicos e/ou outros dados armazenados no dispositivo de diagnóstico. Em algumas modalidades, entretanto, os dados acessados podem não estar armazenados no dispositivo móvel, ajudando deste modo a garantir que a segurança dos dados não seja comprometida se o dispositivo móvel for perdido ou roubado. Esta característica é vantajosa, ajudando o sistema a satisfazer e cumprir as várias leis, regulamentações e outros padrões de privacidade.
[000249] O nível de controle fornecido a um usuário pelo software de interface por intermédio do dispositivo móvel, pode ser dependente de um nível de autorização fornecido pelo usuário e/ou dispositivo móvel. Um usuário com um nível mais alto de autorização pode, por exemplo, acessar as características do dispositivo de diagnóstico ao qual um usuário com um nível de autorização mais baixo não tem acesso. O software de interface pode fornecer a autorização e/ou autenticação do usuário e/ou do dispositivo móvel antes e/ou durante a comunicação por requerimento, por exemplo, informação de login ou dados únicos similares para ajudar a garantir a segurança do sistema.
[000250] O dispositivo de diagnóstico pode se comunicar com uma pluralidade de dispositivos móveis, e pode fazer isso ao mesmo tempo (ou substancialmente ao mesmo tempo). Como tal, este pode permitir que múltiplos usuários controlem o dispositivo de diagnóstico. Para assim fazê-lo, o software de interface pode fornecer a autorização e/ou autenticação para cada um da pluralidade de dispositivos móveis. Em algumas modalidades, onde um dispositivo de diagnóstico está em comunicação ativa com uma pluralidade de dispositivos móveis, um dos dispositivos móveis pode ser projetado como o dispositivo móvel primário através do qual todos os dados são enviados aos serviços remotos. Em outras palavras, em algumas modalidades, embora um dispositivo de diagnóstico possa ser controlado por uma pluralidade de dispositivos móveis, o dispositivo de diagnóstico também pode ser conectado a dispositivo móvel primário único através do qual o dispositivo de diagnóstico direciona os dados aos serviços remotos.
[000251] O dispositivo móvel pode compreender um dispositivo eletrônico móvel, tal como um smartphone, computador tablet, laptop e similares. O software do dispositivo móvel pode ser executado com um aplicativo no dispositivo móvel, e também pode ser agnóstico do sistema operacional (OS) do dispositivo móvel. Como tal, qualquer um de uma ampla variedade de dispositivos móveis pode ser capaz de funcionar como o dispositivo móvel descrito nas modalidades aqui contidas, uma vez que o software do dispositivo móvel está instalado no dispositivo móvel e uma autenticação apropriada é fornecida. Como ilustrado na FIG. 38, o dispositivo móvel também pode ser conectado com um dispositivo de impressão, tal como uma impressora térmica padrão.
[000252] Em algumas modalidades, o software do dispositivo móvel pode permitir a autorização e/ou autenticação do dispositivo móvel com uma pluralidade de dispositivos de diagnóstico, tal que um usuário possa controlar uma pluralidade de dispositivos de diagnóstico de uma vez com um dispositivo móvel único. Além de fornecer o controle do dispositivo de diagnóstico por intermédio do software do dispositivo móvel, o dispositivo móvel também pode permitir que o dispositivo de diagnóstico se comunique com os serviços remotos (por exemplo, fornecer dados aos serviços remotos) por intermédio de uma característica de conexão que permita que os dados se comuniquem do dispositivo de diagnóstico para o dispositivo móvel (por exemplo, por intermédio de NFC, Bluetooth, Wi-Fi, etc.) para serem retransmitidos para os serviços remotos usando a conectividade do dispositivo móvel a uma rede de área ampla (WAN), que pode utilizar um celular (por exemplo, terceira geração (3G), evolução de longo prazo (ETE), etc.), satélite, e/ou outras tecnologias sem fio.
[000253] Mais geralmente, as técnicas aqui descritas podem fornecer um sistema de ensaio de diagnóstico em que um ou mais ensaios de diagnóstico podem ser controlados com um dispositivo móvel usando uma funcionalidade com base em área de rede local (FAN) em uma base de pares. Este mesmo protocolo pode ser utilizado para a comunicação WAN para serviços remotos discretamente no dispositivo móvel. Assim, para esta última funcionalidade, o dispositivo móvel pode se tornar um roteador autônomo. Embora as modalidades aqui descritas descrevam o uso de um dispositivo móvel ou “portátil”, outras modalidades podem utilizar sistemas computacionais que podem ser não considerados móveis ou portáteis, tais como um computador pessoal. As características do dispositivo móvel e outros dispositivos de computação aqui descritos são descritos em maiores detalhes abaixo em referência à FIG. 53.
[000254] De acordo com algumas modalidades, a característica de conexão pode fornecer conectividade entre o dispositivo de diagnóstico e os serviços remotos sem quaisquer dados persistentes sendo armazenados no dispositivo móvel. Em outras palavras, o dispositivo móvel pode não saber nada sobre os dados que estão sendo transferidos. Em algumas modalidades, por exemplo, o dispositivo móvel pode receber dados encriptados sensíveis, tais como dados do paciente, do dispositivo de diagnóstico que são simplesmente passados ao longo do sistema de relatório remoto sem ser armazenado ou decifrado pelo dispositivo móvel. Em tais modalidades, a segurança dos dados, portanto, não será comprometida se o dispositivo móvel for perdido ou roubado, adicionando deste modo outra camada de proteção de privacidade ao sistema que pode ajudar o sistema a cumprir as leis, regulamentações e outros padrões de privacidade do governo. Além disso, a funcionalidade do sistema de ensaio de diagnóstico pode ser restaurada de uma maneira relativamente simples substituindo o dispositivo móvel perdido ou roubado. Com tal funcionalidade, as técnicas aqui descritas podem ser utilizadas não somente em um laboratório, mas também no campo (por exemplo, uma clínica de Ebola em uma região remota na África) onde um dispositivo móvel pode ser mais suscetível à perda ou roubo.
[000255] Novamente se referindo à FIG. 38, os serviços remotos podem ser executados na “nuvem” por um ou mais servidores, que podem estar localizados em um ou mais locais remotos do dispositivo móvel e/ou dispositivo de diagnóstico. Os serviços remotos podem obter dados de um ou mais dispositivos de diagnóstico, sintetizar os dados, e armazenar os dados em um banco de dados. Os serviços remotos podem obter dados não apenas de um ou mais dispositivos de diagnóstico em um local simples (por exemplo, comunicando por intermédio de um dispositivo móvel particular), mas também obter informação mais amplamente dos dispositivos de diagnóstico em várias instalações em vários locais geográficos diferentes, sendo capaz deste modo de fornecer dados epidemiológicos de grande escala e determinar outras informações de saúde e doença de valor entre uma ou mais populações.
[000256] Adicional ou alternativamente, os serviços remotos podem agregar e processar os dados e fornecer uma entidade de visualização (tal como uma agência governamental) um portal seguro (acessível, por exemplo, pela Internet) através do qual os dados processados possam ser avaliados de várias formas (por exemplo, listas, gráficos, mapas geográficos, e similares). A forma através da qual os dados processados são visualizados está de acordo com o nível de autorização da entidade de visualização. Novamente, os dados enviados aos e processados pelos serviços remotos podem ser criptografados (ou de outro modo transferidos com segurança) e/ou manipulados de uma maneira que seja concordante com as leis, regulamentações, padrões, e/ou outros requerimentos governamentais aplicáveis.
[000257] Será entendido que os componentes ilustrados na FIG. 38 podem se comunicar uns com os outros usando as tecnologias sem fio mencionadas acima diretamente ou como parte de uma ou mais redes de comunicação de dados mais amplas, tais como a LAN e/ou WAN descritas nas modalidades acima. A(s) rede(s) de comunicação de dados pode(m) compreender qualquer combinação de uma variedade de sistemas de comunicação de dados, por exemplo, sistemas a cabo, satélite, sem fio/celular, ou de Internet, ou outros, utilizando várias tecnologias e/ou protocolos, tais como radio frequência (RF), óptica, satélite, cabo coaxial, Ethernet, celular, par trançado, outras tecnologias com fio e sem fio, e similares. A(s) rede(s) de comunicação de dados pode(m) compreender trocas tipo pacote e/ou circuito, e pode(m) incluir uma ou mais redes abertas, fechadas, públicas, e/ou privadas, incluindo a Internet, dependendo da funcionalidade, custo, segurança, e outros fatores desejados. A descrição e figuras restantes ilustram os vários aspectos da modalidade do sistema de ensaio de diagnóstico ilustrado na FIG. 38. Embora os componentes de hardware e software particulares sejam descritos com relação à modalidade divulgada, aquele de habilidade comum na técnica reconhecerá que, em algumas modalidades, alguns de tais componentes podem ser substituídos, recolocados, omitidos, e/ou de outro modo alterados quando comparados com as outras modalidades. Por exemplo, Sistemas em Chip Programáveis (PSoC) podem ser recolocados com múltiplos componentes para fornecer substancialmente a mesma funcionalidade. Aquele de habilidade comum na técnica estará familiarizado com os vários microcontroladores de sinais misturados e/ou analógicos que são adequados para o uso com a invenção. As interfaces de Transferência de Estado Representacional (REST) podem ser recolocadas e/ou usadas em conjunção com outras estruturas e/ou protocolos de software onde apropriado, tal como Criar, Ler, Atualizar e Excluir (CRUD); Protocolo de Aplicação de Domínio (DAP); Hipermeio como o Motor de Estado de Aplicação (HATEOAS); Protocolos de Dados Abertos (OData); Linguagem de Modelagem RESTful API (RAML); Linguagem de Descrição do Serviço RESTful (RSDL); e similares.
IX. B. Epsilon Instrument Core Software
[000258] Como ilustrado na FIG. 38, em algumas modalidades o Epsilon Instrument Core Software (também aludido como software de sistema de ensaio de diagnóstico) pode incluir uma variedade de módulos de software. Os módulos adequados que podem ser incluídos no Instrument Core Software podem incluir um módulo operacional do sistema Cellcore, um módulo de máquina em estado de hardware (HSM), um módulo de software iCORE, um módulo de software de válvula, um módulo de software de seringa/porta, e/ou um módulo de software ultrassónico sonotrodo. Em algumas modalidades, o módulo operacional de sistema Cellcore é uma versão do linux e serviços auxiliares sendo operados no processador Cellcore. Em algumas modalidades, o módulo HSM pode incluir todo o software específico do dispositivo de diagnóstico sendo operado no processador Cellcore e fora de uma Máquina Virtual Java (JVM). Em algumas modalidades, o módulo de Software iCore inclui todos os softwares sendo operados no PsoC do iCore. Em algumas modalidades, o módulo de Software de Válvula inclui todos os softwares sendo operados no PsoC de Válvula. Em algumas modalidades, o módulo de Seringa/Porta inclui todos os softwares operando o PsoC de Seringa/Porta. Em algumas modalidades, o módulo de software sonotrodo inclui todos os softwares que operam no PSoC do sonotrodo.
[000259] Em algumas modalidades o Epsilon Instrument software de interface pode incluir um módulo de interface do Epsilon Instrument REST e um módulo do Epsilon Assay Runner Software.
[000260] Em algumas modalidades, o Epsilon Xpert Reporter Software opera como um cliente do Remote Xpert Software e opera no processador Cellcore do Epsilon Instrument Hardware no mesmo JVM que o Epsilon Instrument Software de interface.
[000261] O Epsilon Instrument Hardware pode ser o subsistema físico que realiza ensaios. Em algumas modalidades, este subsistema pode somente incluir o hardware do instrumento, com o software sendo operado no instrumento como um subsistema separado.
IX. C. Dispositivo móvel
[000262] Como ilustrado na FIG. 38, em algumas modalidades o dispositivo móvel pode incluir uma variedade de módulos de software. Por exemplo, as modalidades do Epsilon Handheld Software ilustrado podem compreender um aplicativo Android, executado pelo dispositivo móvel, especificamente projetado para sustentar o sistema ilustrado na FIG. 38 quando implantado no contexto de campo. Em algumas modalidades, um aplicativo para um outro sistema operacional pode ser utilizado. Em algumas modalidades, o software pode incluir todas as características necessárias para sustentar os ensaios de desempenho em pacientes no campo utilizando o dispositivo de diagnóstico, e/ou as características para facilitar que o Cepheid Service Department (ou um departamento de serviço de um outro fornecedor) sustente remotamente estes instrumentos.
[000263] Em algumas modalidades, o dispositivo móvel pode compreender uma plataforma alvo portátil Android padrão, selecionada para sustentar o contexto de campo.
IX. D. Sistema Remoto Xpert+
[000264] Em algumas modalidades, o Sistema Remoto Xpert+ ilustrado na FIG. 38 pode compreender uma coleção de aplicativos web expostos como serviços a serem usados pelo Sistema Remoto Xpert e o Epsilon Handheld Software. REST e/ou serviços similares (como previamente descritos) podem ser usados para a comunicação interna dentro do Remote Xpert+. Em algumas modalidades, um número limitado de serviços do Sistema Remoto Xpert+ pode ser exposto aos sistemas externos, tais como o Remote Xpert e Epsilon Handheld Software. De acordo com algumas modalidades, um papel primário do Remote Xpert+ pode ser permitir o gerenciamento central de usuários, instituições, comandos e kits.
IX. E. Sistema Remoto Xpert
[000265] Em algumas modalidades, o Sistema Remoto Xpert ilustrado na FIG. 38 pode compreender uma coleção de aplicativos web usada pelas instituições para gerenciar seus instrumentos e dados clínicos. Tais instituições podem incluir, por exemplo, agências nacionais ou internacionais (por exemplo, a Organização Mundial de Saúde), organizações de resposta de emergência, universidades, hospitais e similares. Em algumas modalidades, o software Remote Xpert também pode incluir um software de análise para analisar os dados de entrada e/ou saída.
IX. F. Ensaio Distributivo
[000266] Em algumas modalidades, os componentes de uma modalidade do ensaio distributivo do dispositivo de diagnóstico ilustrado na FIG. 38 podem incluir um cabeçalho de ensaio (informação resumida usada para gerenciar o ensaio), uma definição de ensaio (que pode ser, por exemplo, um arquivo recebido), e/ou adaptação UI de ensaio (que define o UI específico de ensaio tal como a preparação específica das instruções de apresentação da amostra. Tal adaptação pode ser limitada às áreas identificadas pelo projeto de UI, tal como as etapas de preparação de amostra e/ou triagens de ajuda de ensaio específico). Em algumas modalidades, o ensaio distributivo pode opcionalmente incluir o software de ensaio específico, que pode permitir a incorporação de novos algoritmos como necessário para futuros ensaios. Isto pode requerer que o software que executa os ensaios suporte este tipo de extensão. Adicionalmente, em algumas modalidades, o ensaio distributivo pode incluir fontes de ensaio portáteis localizadas, como necessário. Isto pode incluir várias fontes usadas para implementar o UI para um ensaio específico. Os exemplos incluem sequências localizadas para linguagens suportadas, novas fontes gráficas tais como ícones se houver, e/ou quaisquer arquivos de ajuda requeridos (por exemplo, Formato de Documento Portátil (PDF) do inserto de embalagem ou vídeos de treinamento). Também pode ser mencionado que, em algumas modalidades, as fontes localizadas podem precisar ser separadas em um “pacote de linguagem de ensaio” ou kit devido às restrições de tamanho (por exemplo, vídeos de treinamento localizados) e variações regionais.
IX. G. Interfaces Externas - Dispositivo de diagnóstico
[000267] Em algumas modalidades, o dispositivo de diagnóstico ilustrado na FIG. 38 pode incluir uma ou mais interfaces externas. Por exemplo, o Epsilon Handheld App GUI pode ser uma interface de usuário no dispositivo móvel que também age como a interface de usuário do dispositivo de diagnóstico. O Remote Xpert GUI pode ser uma interface de usuário com base na web fornecida pelo Remote Xpert. O Remote Xpert+ GUI pode ser uma interface de usuário com base na web fornecida pelo Remote Xpert+. Em algumas modalidades, este GUI pode ser acessível apenas pela entidade que fornece e/ou mantém o Remote Xpert+. De maneira adicional ou alternativa, as interfaces externas podem incluir mensagens de SMS, que podem ser usadas para reportar os resultados a uma câmara de compensação institucional, e podem ser fornecidas pelo carregador por intermédio do sistema operacional do dispositivo móvel. O dispositivo de diagnóstico pode incluir uma interface de transmissão de dados (o GX Streaming Data interface ilustrado na FIG. 38) que permite que um computador pessoal (PC) ou outro dispositivo computacional forneça uma visualização dos dados, que possa auxiliar no desenvolvimento e depuração. Como tal, esta interface pode não ser usada quando implantada no campo, em algumas modalidades.
IX. H. Interfaces Internas - Dispositivo de diagnóstico
[000268] Em algumas modalidades, o dispositivo de diagnóstico ilustrado na FIG. 38 pode incluir uma ou mais interfaces internas. Por exemplo, a interface Epsilon Instrument Hardware/Software pode compreender uma interface entre o hardware do instrumento e o Epsilon Instrument Core Software. A interface GXIP+ pode compreender uma interface fornecida pelo Epsilon Instrument Core Software e usada por alguns softwares tanto no contexto de acompanhamento clínico quanto no uso no contexto de campo. A Assay Runner Interface pode ser fornecida pelo Epsilon Instrument Software de interface e usado pelo Epsilon Assay Runner Software ou software de ensaio similar. O Instrumento Persistence API pode compreender uma interface fornecida pelo Epsilon Instrument Software de interface e usada pelo Epsilon Xpert Reporter Software.
IX. I. Dispositivo de Interfaces Móveis
[000269] Em algumas modalidades, o dispositivo móvel pode incluir uma variedade de interfaces. Por exemplo, a interface Epsilon Instrument Services pode compreender a interface primária fornecida pela interface Epsilon Instrument Software. Para uso no contexto de campo, esta pode ser a interface usada pelo Epsilon Handheld Software para realizar testes, obter atualizações do status do instrumento, e outras operações normais.
[000270] A Interface de Impressão Térmica pode compreender uma interface fornecida pela impressora térmica opcional, que pode ser um modelo padrão com uma conexão de rede Wi-Fi. Isto pode permitir que Epsilon Handheld Software imprima os resultados de teste na impressora automaticamente ou na solicitação de um usuário depois que um resultado de teste está disponível. Em algumas modalidades, as impressoras que utilizam outras tecnologias (por exemplo, tinta, jato de tinta, etc.) podem ser usadas. A Plataforma Android API pode compreender interfaces fornecidas pelo Sistema Operacional Android usado para acessar serviços do hardware de dispositivo móvel e a rede. Como previamente indicado, modalidades alternativas podem incluir componentes equivalentes ou similares para sistemas operacionais alternativos.
[000271] A interface de coordenação, que é ilustrada na modalidade da FIG. 38, fornece a coordenação entre os dispositivos móveis quando múltiplos dispositivos móveis estão simultaneamente ativos em um local particular, que pode ocorrer em sítios ocupados quando mais do que um usuário está trabalhando ou quando há um dispositivo móvel de reserva que está ativo. A interface de coordenação pode ser implementada para a conexão cruzada de todos os módulos para a camada de controle funcional da interface de usuário no dispositivo móvel. Os propósitos e funções permitem que instrumentos múltiplos sejam controlados e monitorados por intermédio do dispositivo móvel como unidades autônomas, e fornecem uma coordenação do fluxo de trabalho entre os dispositivos para que o operador use os instrumentos corretos para operar um dado diagnóstico. Instrumentos de usuário para usuário controlados por Wi-Fi podem ter um controle específico garantido por dispositivo e mantêm a cadeia de custódia e parâmetros críticos de identificação do paciente. A funcionalidade resultante permite uma razão de X:Y dos dispositivos móveis para dispositivos de diagnóstico, onde X é qualquer número de dispositivos móveis, e Y é qualquer número de dispositivos de diagnóstico. Em algumas modalidades, X e Y podem ser o mesmo número.
IX. J. Interfaces de Serviço Remoto
[000272] Como mostrado na FIG. 38, os serviços remotos podem incluir várias interfaces, em algumas modalidades. Por exemplo, a Interface Epsilon Xpert Reporter pode compreender uma coleção dos serviços REST que expõe as seguintes capacidades: envio de dados clínicos e/ou sincronização de instrumentos. A Interface Remote Xpert+ Services pode compreender a coleção doOs serviços REST que expõe as seguintes capacidades: gerenciamento de kit, gerenciamento de usuário, gerenciamento de instituição e local, comandos de serviço remotos, e/ou sincronização de instrumentos.
IX. K. Aplicativos Renunciados de Emendas Melhoradas de Laboratório Clínico (CLIA)
[000273] Em algumas modalidades, a interface de software de núcleo do dispositivo de diagnóstico da FIG. 38 pode ser utilizada em um Aplicativos Renunciados de Emendas Melhoradas de Laboratório Clínico (CLIA). Neste ponto, o dispositivo de diagnóstico pode fornecer informação ao software proprietário executado em um computador pessoal por intermédio de uma conexão Ethernet. As modalidades alternativas podem utilizar outros hardwares e softwares computacionais e/ou conexões físicas ou sem fio. Os detalhes adicionais com relação à interface GXIP+ são fornecidos abaixo.
IX. L. DISPOSITIVO DE DIAGNÓSTICO - COMPONENTES DE SOFTWARE
[000274] A FIG. 39 fornece uma visão lógica do software executado pelo dispositivo de diagnóstico, de acordo com uma modalidade. Como ilustrado, o software pode incluir drivers de baixo nível, incluindo a pilha de drivers de barramento em série universal (USB), Barramento SM I/F, e Wi-Fi, Bluetooth, e drivers USB dongle. A camada de aplicação inclui o sistema operacional, assim como outras aplicações. Estas aplicações podem incluir um JVM tendo componentes de Interface XpertReporter e Epsilon Rest, um JVM tendo um componente Epsilon Assay Runner, um aplicativo de porta tendo um componente de Porta DX, e/ou um aplicativo Epsilon Instrument Core tendo Gxlp+, Transmissão Gx, USB PSoC, Camada HSM, e Bateria I/F e componentes de gerenciamento de energia.
[000275] A FIG. 40 é um diagrama de bloco do Epsilon Instrument Core Architecture, de acordo com algumas modalidades. O diagrama de bloco ilustra a interação de vários subcomponentes do Epsilon Instrument Core Architecture incluindo a Interface NFC, Interface Gxlp+, HSM. PSoC I/F, interface de transmissão Gx, Interface Xpert Reporter/Epsilon REST, Epsilon Assay Runner, Porta Dx, e USB NB, como aqui descrito.
[000276] Em algumas modalidades, a interface Gxlp+ pode ser o componente primário suportando o protocolo Gxlp e pode implementar a lógica de serviço Dx requerida. A lógica de serviço pode ser adaptada do código legacy 683xx como uma base para a interface de instrumento “Northbound” para garantir a conformidade em como os ensaios e comandos são executados. Em algumas modalidades, a Interface Gxlp+ também pode conter a camada adaptativa conectando as interfaces de comando Gxlp “Northbound” Legacy e de comando “Southbound” Epsilon PSoC. Para o contexto HBDC, isto pode ser a interface Dx equivalente usada pelo Epsilon Instrument Software de interface para operar e monitorar os ensaios.
[000277] Em algumas modalidades, a interface de Porta pode ser o componente suportando o protocolo Gxlp ‘Discovery’. Uma vez que o discovery está completo, este componente pode agir como um roteador para o Gxlp remoto com componentes de base e a interface Gxlp+. Em algumas modalidades, a interface de Porta pode ser a interface discovery no Epsilon Instrument.
[000278] Em algumas modalidades, a interface de transmissão Gx pode ser o componente primário suportando a transmissão dos vetores de estado Epsilon Core a um cliente remoto. Durante o desenvolvimento, esta interface pode ser usada para suportar a Ferramenta de Visualização de Engendragem (VT) para monitorar e sintonizar o desempenho de PSoC, sonicação e equivalência fluorimétrica monitorando com relação ao sistema Legacy. Em algumas modalidades a interface de transmissão Gx permite a transmissão de dados de troca de estado ao dispositivo móvel.
[000279] A FIG. 41 é um diagrama ilustrando vários estados do componente HSM, de acordo com algumas modalidades. Como usado nesta divulgação, o HSM pode compreender o componente primário que gerencia o estado do instrumento de núcleo assim como os substratos compatíveis com o DX legacy. Adicionalmente, o HSM pode interagir com o componente Gxlp para permitir ou desabilitar os comandos Gxlp dependendo do estado de núcleo do instrumento corrente. Como ilustrado na FIG. 104, os estados de alto nível podem incluir, em algumas modalidades, POST - Power On Self Test (autoteste de inicialização), RECOVERY, IDLE, WAITING_FOR_CART, LOADING.CART, CARTRIDGE-LOADED, RUNNING-ASSAY, ABORTING, e CARTRIDGE-PRELOAD. Será entendido por aquele de habilidade comum na técnica que os nomes destes estados são fornecidos como exemplos não limitantes, e os nomes e funcionalidades de tais estados podem variar, dependendo da funcionalidade desejada.
[000280] A FIG. 42 é um diagrama ilustrando componentes e interfaces internos do núcleo do instrumento, de acordo com algumas modalidades. O USB PSoC, por exemplo, é uma interface interna que pode ser um componente primário suportando a interface “Southbound” aos Componentes PSoC (Sonotrodo, Porta, Seringa, Válvula e ICORE). O componente pode usar USB 2.0 para criar um ‘painel posterior de dados’ entre o Cell Core e cada PSoC. Em algumas modalidades, durante a inicialização, os PSoCs podem ser especificados como parâmetros carregáveis de inicialização, permitindo que novos firmwares sejam programados em cada PSoC. Em algumas modalidades, durante as operações normais, os PSoCs podem ser especificados como um parâmetro de comando e um parâmetro de Troca de Estado. Neste ponto, A Troca de Estado pode render a virtualização de dados de PSoC de alta velocidade no Cell Core, permitir a monitoração e/ou análise de dados de PSoC de alta velocidade no Cell Core, e/ou suportar o componente de Transmissão Gx no Cell Core.
[000281] Em algumas modalidades, as interfaces externas de PSoC do instrumento incluem a Comms_Task, que pode ser um componente de PSoC primário suportando a interface “Southbound” entre o PSoC e o Cell Core. Esta também pode ser um componente principal Pn do PSoC para criar um “painel posterior de dados” entre o Cell Core e cada PSoC. Adicional ou alternativamente, a Comms_Task pode ser comum a todos os PSoCs pode criar e gerenciar a Interface de Parâmetro de Comando e Troca de Estado USB.
[000282] Em algumas modalidades, a Analytics Task compreende uma outra interface externa de PSoC, que pode ser um componente de PSoC primário suportando a execução dos comandos PSoCs. Em algumas modalidades, a Analytics Task pode incluir a execução comum para os comandos comuns compartilhados por todas PSoCs.
[000283] As Interfaces Externas PSoC de Instrumento também podem incluir ISRs, de acordo com algumas modalidades da invenção. As ISRs podem permitir a execução comum por tempo nas PSoCs, e/ou processos de prioridade específica para suportar a trajetória de fundo.
IX. M. DISPOSITIVO MÓVEL - COMPONENTES DE SOFTWARE
[000284] A FIG. 43 é um diagrama de bloco ilustrando os componentes de software executados em um dispositivo móvel de acordo com algumas modalidades da invenção. Aqui, a Interface de usuário pode seguir os padrões de projeto de Android comuns (ou outro OS). As atividades podem ser os componentes que controlam o fluxo através da interface do usuário e cujas visualizações são visíveis a qualquer momento. As visualizações podem ser o conjunto de componentes que apresentam informação ao usuário. Em algumas modalidades, a maioria das lógicas de serviços podem estar contidas nos Componentes de Serviços mostrados na FIG. 43.
[000285] Em algumas modalidades, a Interface do usuário pode apresentar o fluxo de trabalho específico requerido para executar os diagnósticos com base em cartucho em módulo autônomo e garante a exatidão e granularidade dos dados do paciente correlacionados com um resultado de diagnóstico específico. Isto inclui a cadeia automatizada da custódia da amostra, registrando através de um cartucho e no banco de dados do instrumento.
[000286] De acordo com algumas modalidades, a Camada de Dados pode incluir um Gerenciador de Dados que fornece toda a persistência dos bancos de dados na aplicação. Em algumas modalidades, o Banco de Dados Móvel pode ser SQLite e pode ser criptografado usando SQLCipher. O banco de dados móvel pode incluir usuários autorizados, credenciais, e/ou informação de registro. Porque o dispositivo móvel pode agir como um roteador móvel autônomo para o transporte de dados para diagnóstico, os dados no banco de dados podem fornecer credenciais e autenticação para iniciar e terminar as conexões de transporte. As informações adicionais com relação ao estabelecimento destas conexões são fornecidas abaixo. Em algumas modalidades, a Camada de Dados também pode fornecer duas API’s ao resto do sistema: uma API de Dados para os objetos do banco de dados normal, e um API de Registro para eventos de chaves de registro. Estas APIs permitem que o dispositivo de diagnóstico móvel se conecte ao banco de dados remoto e mova de maneira transparente o diagnóstico e outros dados descritivos por intermédio do dispositivo móvel do dispositivo de diagnóstico para a instância da Internet contextualmente correta do RemoteXpert.
[000287] Como ilustrado na FIG. 43, as modalidades podem incluir um Gerenciador de Sítio, que gerencia o estado do sítio e pode manter uma lista de usuários conhecidos, dispositivos de diagnóstico conhecidos, dispositivos móveis conhecidos, ensaios conhecidos, e/ou impressoras conhecidas. Quando o dispositivo móvel é conectado à internet, o Gerenciador de Sítios pode coordenar com o Remote Xpert+ para gerenciar o comando de serviço remoto para cada sítio. O gerenciador de sítio também pode interagir com dispositivos móveis de pares como necessário para gerenciar o estado do sítio, e/ou controlar a autenticação do usuário.
[000288] Algumas modalidades também podem incluir Comunicações em Nuvem, que podem fornecer acesso ao Remote Xpert+ Services, e/ou um Gerenciador de Configuração, que gerencia a configuração atual do dispositivo móvel. Em outras palavras, o componente de Comunicações em Nuvem pode estabelecer e gerenciar uma ligação de comunicação bidirecional com um ou mais serviços remotos (por exemplo, o Remote Xpert+ como ilustrado na FIG. 38). As comunicações podem ser estabelecidas por intermédio de um ou mais APIs que podem analisar, interpretar, e transmitir dados (por exemplo, em um formato proprietário) em um formato legível padrão.
[000289] Como ainda ilustrado na FIG. 43, as modalidades podem incluir um Gerenciador de Instrumento, que gerencia a lista atual de instrumentos (dispositivos de diagnóstico médico), e monitora o estado de todos os instrumentos no sítio. O Gerenciador de Instrumentos também pode fornecer a capacidade de realizar operações no(s) dispositivo(s) de diagnóstico. Tais operações podem incluir, por exemplo, executar um teste usando um ensaio, instalar um ensaio, instalar uma atualização de software, realizar diagnósticos, e/ou sincronizar a referência de tempo. O Gerenciador de Instrumento também pode selecionar um instrumento quando solicitando um teste e/ou controlando os erros relatados por um instrumento. De acordo com algumas modalidades, As Comunicações de Instrumentos pode encapsular a comunicação com o API REST do dispositivo de diagnóstico médico.
[000290] Algumas modalidades também podem incluir um Gerenciador de Teste que pode gerenciar a lista de testes ativos, gerenciar o fluxo de trabalho da realização de um teste, reportar resultados do teste depois de estar completo, e/ou “arquivar” o teste quando não mais ativo. Em algumas modalidades, as comunicações de SMS podem encapsular o relatório de resultados via SMS a uma câmara de compensação institucional. Em algumas modalidades, as comunicações de impressora podem encapsular a capacidade de imprimir relatórios em uma impressora térmica local.
[000291] Geralmente falando, a funcionalidade do dispositivo móvel pode ser dependente dos kits de desenvolvimento de softwares disponíveis (SDKs) e APIs para várias plataformas. Por exemplo, para SDK e APIs de Android, a funcionalidade da aplicação é limitada pelas APIs públicas do SDK do Android. Ainda assim, as SDK e APIs do Android podem ser usadas para fornecer acesso à NFC, Câmera, GPS, Mensagens de SMS, e/ou a rede.
[000292] Algumas modalidades podem usar SQLite e SQLCipher, que são os bancos de dados padrão no Android. Por exemplo, SQLCipher é indicado pelo Open Web Application Security Project (OWASP) como a maneira preferida de proteger dados no telefone. Entretanto, modalidades alternativas podem utilizar outras plataformas, tais como iOS, Windows Mobile, e similares. Adicional ou alternativamente, outras estruturas de dados e/ou linguagens query podem ser utilizadas, tais como SQL, HTSQL, jOOQ e similares.
[000293] Algumas modalidades podem fornecer um aplicativo de suporte remoto de terceira parte que permite a visualização remota e, se disponível, o controle remoto do dispositivo móvel fornecido por um aplicativo de terceira parte. Em algumas modalidades, as versões do software do dispositivo móvel podem usar um SDK relacionado para fornecer o controle remoto da aplicação.
[000294] Entre outras coisas, a invenção fornece a consolidação do controle do(s) dispositivo(s) de diagnóstico, gerenciamento do(s) dispositivo(s), e funções de conectividade LAN e WAN (roteamento LAN a WAN, como previamente descritos) no dispositivo móvel, que não são utilizados por controles e comunicações da indústria de diagnóstico médico tradicional. A segmentação do controle local dos dispositivos (a camada LAN) e a comunicação com cada um dos instrumentos de diagnóstico pode ser feita em um nível de ponto-a-ponto (por exemplo, via Wi-Fi) e gerencia o fluxo de dados para cada instrumento - ambos para a interface funcional de controle de UI e depois a interface de caminho de dados encaminha o RemoteXpert na nuvem.
[000295] O uso de NFC no dispositivo móvel, o Adaptador NFC mostrado na FIG. 43, pode ser usado para controlar a cadeia de custódia para as amostras dos pacientes. Os dados médicos fornecidos para a reivindicação podem permitir a capacidade de rastreamento destas funções, que podem ser armazenados em um repositório em nuvem central. O NFC pode reter um cartucho contendo uma amostra do paciente simultaneamente a um sinal de NFC separado do dispositivo de diagnóstico para garantir o emparelhamento para a custódia e requerimentos de exatidão de relatório.
[000296] A FIG. 43 ainda ilustra o componente de comunicação de instrumentos, que pode estabelecer uma conexão Wi-Fi de ponto-a-ponto entre o dispositivo móvel e o dispositivo de diagnóstico. O componente de comunicação de instrumentos pode permitir que múltiplos dispositivos móveis se comuniquem uns com os outros. Em algumas modalidades, o Coordenador Portátil pode fornecer a coordenação entre múltiplos dispositivos móveis via Wi-Fi.
IX. N. SERVIÇO DE RELATÓRIO DE DIAGNÓSTICOS REMOTO - COMPONENTES DE SOFTWARE
[000297] A FIG. 44 é um diagrama de bloco ilustrando os componentes de software executados por um serviço de relatório de diagnósticos remoto para diagnósticos médicos e epidemiologia, de acordo com algumas modalidades da invenção. Os diagnósticos remotos que reportam o serviço compreendem, entre outras coisas, um servidor web, servidor de aplicação, servidor de banco de dados, e armazenamento de arquivos.
[000298] De acordo com algumas modalidades, os componentes lógicos dos diagnósticos remotos que reportam o serviço ilustrado na FIG. 44 podem ser descritos como segue. O Remote Xpert+ Services pode compreender serviços web REST a serem usados pelo dispositivo móvel e Remote Xpert. A aplicação GUI pode compreender um aplicativo web a ser usado por uma entidade que fornece serviço e suporte ao sistema de ensaio de diagnóstico. Os Serviços Privados podem compreender serviços web REST a serem usados pela aplicação GUI. Os Serviços Lógicos de Serviço de Núcleo podem compreendem serviços web REST contendo toda a lógica de serviço. O Serviço de Verificação e Registro pode compreender os serviços web REST contendo todas as capacidades de registro e verificação. Finalmente, o Serviço de Transferência de Arquivo pode compreender um serviço web REST para resumir a solução de armazenamento de arquivos.
[000299] Entre outros benefícios, os serviços de relatório de diagnósticos ilustrados na FIG. 44 permitem o relatório de diagnósticos remoto automatizado relatando de um dispositivo de diagnóstico médico Classe 2 ou Classe 3 em uma banco de dados remoto e camada de apresentação. Adicionalmente, a autenticação em camadas permite o controle remoto em tempo real para depuração e diagnósticos em um dispositivo de diagnóstico médico remoto Classe 2 ou Classe 3 através de uma conexão WAN. Este pode ser uma consolidação de serviço das funções discretas, incluindo diagnósticos em tempo real e dados em intervalos de tempo especificamente para a aplicação em um ambiente de diagnóstico com base em PCR.
IX. O. CONFIGURAÇÃO DE UM SISTEMA DE ENSAIO DE DIAGNÓSTICO - FLUXO DE TRABALHO
[000300] Um fluxo de trabalho exemplar para uma configuração de um sistema de ensaio de diagnóstico molecular tal como o sistema mostrado na FIG. 38 pode incluir os seguintes estágios. Será entendido que, embora as tecnologias sem fio específicas (por exemplo, GSM, CDMA, Wi-Fi, etc.) sejam mencionadas nas modalidades exemplares fornecidas abaixo, tecnologias adicionais ou alternativas podem ser usadas, dependendo da funcionalidade desejada.
[000301] Primeiro, os dispositivos móveis podem ser comissionados para trabalhar no sistema de ensaio de diagnóstico. Aqui, os dispositivos móveis utilizam uma conexão de internet (por exemplo, uma conexão celular, Wi-Fi, etc.). Para as conexões celulares (por exemplo, GSM, CDMA, etc.), os dispositivos móveis podem precisar ser aprovisionados por um carregador. Adicionalmente, os dispositivos móveis podem ser configurados por intermédio do Remote Xpert-i-, que pode requerer a descarga de um conjunto inicial de usuários, determinando um conjunto autorizado de ensaios, e sendo atribuído a um sítio.
[000302] Em segundo lugar, a Rede Wi-Fi pode ser configurada. Neste ponto, um dispositivo móvel pode ser selecionado para se tornar o ponto de acesso do Wi-Fi (por exemplo, a ponte entre as redes LAN e WAN), e outros dispositivos móveis podem conectar com o ponto de acesso Wi-Fi. Em algumas modalidades, todos os dispositivos de diagnósticos podem usar um dispositivo móvel único agindo como um ponto de acesso Wi-Fi para acessar o Remote Xpert diretamente. Adicional ou alternativamente, um ou mais dispositivos móveis adicionais podem conectar via Wi-Fi ao dispositivo móvel agindo como o ponto de acesso. Se o dispositivo móvel agindo como o ponto de acesso falha, fica sem energia, ou é perdido, um segundo dispositivo móvel pode ser usado no seu lugar.Em terceiro lugar, os dispositivos de diagnóstico podem ser configurados. Em algumas modalidades, este processo pode envolver compartilhar as informações de Wi-Fi (por exemplo, SSID e frase-senha) e/ou outras informações com o dispositivo móvel. O dispositivo móvel também pode obter informação de identificação do dispositivo de diagnósticos, tal como endereço MAC, número de série, etc. Tal compartilhamento de informações pode ser conduzido usando NFC de ponto- a-ponto. Os dispositivos de diagnóstico adicionais podem ser adicionados na maneira acima. Se a ordem física é importante, o UI do dispositivo móvel pode permitir que um usuário especifique onde o novo instrumento deve ser colocado.
IX. P. FLUXOS DE DADOS DO SISTEMA DE ENSAIO DE DIAGNÓSTICO
[000304] As FIGS. 45 a 46 são diagramas de fluxo de dados ilustrando diferentes aspectos de um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com algumas modalidades da invenção. Como com outras figuras aqui fornecidas, as FIGS. 45 a 46 são fornecidas como exemplos não limitantes. As modalidades alternativas podem incluir uma funcionalidade adicional àquela mostrada na figura, e/ou a funcionalidade mostrada na figura pode ser omitida, combinada, separada, e/ou realizada simultaneamente. Os meios para realizar a funcionalidade dos blocos podem incluir um ou mais componentes de hardware e/ou software, tais como aqueles mostrados nas FIGS. 38 e 53. Aquele de habilidade comum na técnica reconhecerá algumas variações.
IX. Q. Sistema de Ensaio de Diagnóstico Fluxo de Dados de Alto Nível
[000305] A FIG. 45 é um diagrama de fluxo de dados ilustrando o fluxo de dados de alto nível em um sistema de ensaio de diagnóstico, tal como aquele ilustrado na FIG. 38. Aqui, os componentes do sistema de ensaio de diagnóstico - serviços remotos, dispositivo móvel, e dispositivo de diagnóstico - são representados como círculos, e o fluxo de dados é representado como setas.
[000306] O fluxo de dados pode iniciar com o dispositivo móvel enviando aos serviços remotos uma solicitação da configuração de localização (1). A solicitação pode ser feita quando o dispositivo móvel está em um novo sítio onde o dispositivo de diagnóstico está localizado. Como indicado na FIG. 45, a solicitação pode somente precisar ser realizada uma vez por local.
[000307] Os serviços remotos então respondem à configuração de local (2), e os serviços remotos e dispositivo móvel trocam de descrição de configuração (3). Como previamente indicado, isto envolve a descarga de dados dos serviços remotos ao dispositivo móvel, um conjunto inicial de usuários, determinando um conjunto autorizado de ensaios, e mais. Os serviços remotos também podem fornecer atualizações operacionais (4) ao dispositivo móvel.
[000308] O dispositivo móvel pode depois dedicar-se a um processo de configuração com o dispositivo de diagnóstico. Neste processo, o dispositivo móvel fornece o registro do dispositivo de diagnóstico (5), uma atualização operacional (6) ao dispositivo de diagnóstico.
[000309] Uma vez configurado, o dispositivo de diagnóstico pode receber instruções operacionais do dispositivo móvel. O dispositivo móvel pode depois fornecer comandos do dispositivo (7) ao dispositivo de diagnóstico, que pode ter base na entrada do usuário. Como indicado previamente, tais comandos podem incluir, por exemplo, executar um teste usando um ensaio, instalar um ensaio, instalar uma atualização de software, realizar diagnósticos, e/ou sincronizar a referência de tempo. O dispositivo de diagnóstico pode fornecer respostas de comando (8), tais como validações, atualizações de status, e similares.
[000310] Onde os comandos do dispositivo (7) resultando na execução de diagnósticos médicos, o dispositivo de diagnóstico pode então fornecer resultados de diagnóstico médico criptografados (9) aos serviços remotos. Como previamente indicado, o dispositivo móvel pode fornecer um ponto de acesso através do qual o dispositivo de diagnóstico pode enviar os resultados de diagnósticos médicos criptografados (9). Entretanto, o dispositivo móvel pode não decodificar ou armazenar os dados. Como tal, de acordo com algumas modalidades, o dispositivo móvel age simplesmente como um conduite através do qual os resultados de diagnósticos médicos criptografados (9) podem ser relatados aos serviços remotos. Em algumas modalidades, os resultados de diagnósticos médicos criptografados (10) podem ser enviados ao dispositivo móvel e armazenados. (Como previamente debatido, em algumas modalidades, os dados podem não ser armazenados no dispositivo móvel. Em tais modalidades, o dispositivo móvel pode enviar os dados a um outro dispositivo - por exemplo, um dispositivo de armazenamento na LAN, um computador, etc - para o armazenamento.) Dependendo da funcionalidade desejada, os resultados de diagnósticos médicos criptografados (10) enviados ao dispositivo móvel podem ser os mesmos ou diferentes daqueles enviados aos serviços remotos.
IX. R. Dados de Fluxo Detalhados do Dispositivo Móvel
[000311] A FIG. 46 é um diagrama de fluxo de dados ilustrando um fluxo de dados mais detalhado em que os componentes do dispositivo móvel - componente de interface WAN, lógica de diagnóstico médico, e componente de interface LAN - são separadamente representados.
[000312] Similar ao fluxo da FIG. 45, o fluxo mostrado na FIG. 46 pode começar com um processo de configuração entre o dispositivo móvel e os serviços remotos. Aqui, a lógica de diagnóstico médico envia uma solicitação para a configuração local (1,1) para o componente de interface WAN, que então envia uma solicitação para configuração local (1,2) aos serviços remotos. Os serviços remotos respondem, através dos que fornece a configuração local (2,1) ao componente de interface WAN, que fornece a configuração local (2,2) à lógica de diagnóstico médico. A descrição de configuração é depois trocada entre os serviços remotos e componente de interface WAN (3,1), o componente de interface WAN e lógica de diagnóstico médico (3,2), lógica de diagnóstico médico e componente de interface LAN (3,3), e componente de interface LAN e dispositivo de diagnóstico médico (3,4). As atualizações operacionais são depois passadas dos serviços remotos para o componente de interface WAN (4,1) e do componente de interface WAN para a lógica de diagnóstico médico (4,2).
[000313] A configuração de dispositivo de diagnóstico pode incluir o dispositivo de registro de diagnóstico médico (5,1), (5,2), usando a lógica de diagnóstico médico, componente de interface LAN, e o dispositivo. Estes componentes também passam as atualizações operacionais (6,1), (6,2) da lógica de diagnóstico médico ao dispositivo de diagnóstico.
[000314] Os dispositivos de comandos (7,1), (7,2) podem ser depois enviados da lógica de diagnóstico médico ao dispositivo de diagnóstico, e respostas de comando (8,1), (8,2) podem ser enviadas novamente do dispositivo de diagnóstico para a lógica de diagnóstico médico.
[000315] Os resultados do dispositivo criptografados (9,1), (9,2) podem ser enviados do dispositivo de diagnóstico para o componente de interface LAN e depois direto para o componente de interface WAN sem passar através da lógica de diagnóstico médico. Os resultados de diagnósticos criptografados (9,3) podem ser depois enviados aos serviços remotos. Como previamente debatido, os resultados de diagnósticos criptografados (10,1), (10,2) podem ser separadamente enviados a uma lógica de diagnóstico médico, que pode depois enviá-los a um armazenamento de resultados de diagnósticos criptografados (10,3). Dependendo da funcionalidade desejada, este armazenamento pode ser separado do dispositivo móvel. Os resultados de diagnósticos criptografados (11,1), (11,2) também podem ser enviados a partir da lógica de diagnóstico médico dos serviços remotos, via o componente de interface WAN.
[000316] Em algumas modalidades, os serviços remotos podem solicitar um diagnóstico. Como ilustrado, os serviços remotos solicitam um diagnóstico (12,1), (12,2), (12,3), (12,4) que é retransmitido para o dispositivo de diagnóstico. Isto pode induzir uma resposta de diagnóstico (13,1), (13,2), (13,3), (13,4) que é retransmitida aos serviços remotos.
IX. S. FLUXOS DE TRABALHO DO SISTEMA DE ENSAIO DE DIAGNÓSTICO
[000317] As FIGS. 47 a 52 são mapas de fluxo ilustrando as funções de diferentes aspectos de um sistema de ensaio de diagnóstico, tal como aquele ilustrado na FIG. 38, de acordo com algumas modalidades da invenção. Como com outras figuras aqui fornecidas, as FIGS. 47 a 52 são fornecidas como exemplos não limitantes. As modalidades alternativas podem incluir funcionalidade adicional àquela mostrada na figura, e/ou a funcionalidade mostrada na figura pode ser omitida, combinada, separada, e/ou realizada simultaneamente. Os meios para realizar a funcionalidade dos blocos podem incluir um ou mais componentes de hardware e/ou software, tais como aqueles mostrados nas FIGs. 38 E 53. Aquele de habilidade na técnica reconhecerá algumas variações.
IX. T. Configuração de Local do Fluxo de Trabalho da Rede
[000318] A FIG. 47 é um diagrama de fluxo de dados ilustrando o processo para uma configuração local de um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com uma modalidade. Os meios para realizar um ou mais blocos ilustrados na FIG. 47 podem incluir os serviços remotos como aqui descritos.
[000319] O processo pode iniciar quando um dispositivo móvel solicita a configuração de local. Como previamente explicado, os fluxos de dados dos exemplos para tal solicitação são ilustrados nas FIGS. 45 e 46. Se a configuração local é disponível, esta é fornecida pelos serviços remotos. Se não, os serviços remotos retornam a um erro.
IX. U. Fluxo de Trabalho de Rede de Atualizações Operacionais - Dispositivo Móvel
[000320] A FIG. 48 é um diagrama de fluxo de dados ilustrando o processo para fornecer atualizações operacionais a um dispositivo móvel em um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com algumas modalidades da invenção. Os meios para realizar um ou mais blocos ilustrados na FIG. 48 podem incluir os serviços remotos e/ou dispositivo móveis como aqui descrito.
[000321] O processo pode iniciar quando um dispositivo móvel localmente configurado conecta aos serviços remotos. Os serviços remotos depois obtêm uma descrição da descrição operacional do dispositivo móvel. Se a descrição se adapta à configuração do dispositivo móvel requerido, o processo pode então terminar. De outro modo, os serviços remotos enviam ao dispositivo móvel uma atualização de configuração operacional.
IX. V. Fluxo de Trabalho de Rede de Atualizações Operacionais- Dispositivo de Diagnóstico
[000322] A FIG. 49 é um diagrama de fluxo de dados ilustrando o processo para fornecer atualizações operacionais a um dispositivo de diagnóstico em um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com algumas modalidades. Os meios para realizar um ou mais blocos ilustrados na FIG. 49 podem incluir o dispositivo móvel e/ou dispositivo de diagnóstico como aqui descrito.
[000323] O processo pode iniciar quando o dispositivo móvel obtém uma descrição da configuração de dispositivo de diagnóstico do dispositivo de diagnóstico. Se a configuração do dispositivo de diagnóstico está correta, o processo pode terminar. De outro modo, o dispositivo móvel pode enviar uma atualização de configuração operacional ao dispositivo de diagnóstico.
IX. W. Fluxo de Trabalho de Rede dos Diagnósticos Remotos
[000324] Como debatido acima em relação à FIG. 46, os serviços remotos podem solicitar a informação de diagnóstico remotamente. A FIG. 50 é um diagrama de fluxo de dados de um tal processo em um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com uma modalidade. Os meios para realizar um ou mais blocos ilustrados na FIG. 50 podem incluir os serviços remotos, dispositivo móvel, e/ou dispositivo de diagnóstico como aqui descritos.
[000325] O processo pode iniciar quando os serviços remotos solicitam informação de diagnóstico. O dispositivo móvel recebe a solicitação de informação de diagnóstico. Se a solicitação de diagnóstico é para o dispositivo móvel, o dispositivo móvel realizará o diagnóstico no dispositivo móvel solicitado e enviará a informação diagnóstico do dispositivo móvel aos serviços remotos. De outro modo, a solicitação do diagnóstico é enviada pelo dispositivo móvel ao dispositivo de diagnóstico especificado (que pode ser um de vários no sítio e/ou ligado comunicativamente com o dispositivo móvel). O dispositivo de diagnóstico depois realiza os diagnósticos solicitados, e envia a informação de diagnóstico ao dispositivo móvel. Finalmente, o dispositivo móvel envia do dispositivo de diagnóstico, informação de diagnóstico aos serviços remotos.
IX. X. Fluxo de Trabalho da Rede de Comandos do Dispositivo de Diagnóstico Médico
[000326] A FIG. 51 é um diagrama de fluxo de dados ilustrando o processo para fornecer comandos de dispositivo de diagnóstico em um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com algumas modalidades da invenção. Os meios para realizar um ou mais blocos ilustrados na FIG. 51 podem incluir o dispositivo móvel e/ou dispositivo de diagnóstico como aqui descritos.
[000327] O processo pode iniciar com o dispositivo móvel enviando um comando a um dispositivo de diagnóstico. O dispositivo de diagnóstico depois processa o comando recebido. Finalmente, o dispositivo de diagnóstico envia a resposta ao dispositivo móvel.
[0006] IX. Y. Fluxo de Trabalho da Rede de Registro do Dispositivo de Diagnóstico
[000328] A FIG. 52 é um diagrama de fluxo de dados ilustrando o processo para fornecer o registro do dispositivo de diagnóstico em uma rede de um sistema de ensaio de diagnóstico, de acordo com algumas modalidades da invenção. Os meios para realizar um ou mais blocos ilustrados na FIG. 52 podem incluir o dispositivo móvel e/ou o dispositivo de diagnóstico como aqui descrito.
[000329] O processo pode iniciar quando o dispositivo móvel inquire o dispositivo de diagnóstico quanto o identificador de rede físico do dispositivo, tal como um endereço MAC. O dispositivo móvel então fornece uma informação à rede ao dispositivo de diagnóstico como previamente aqui descrito. Tal informação pode incluir um SSID, nome de usuário, e similares. Em algumas modalidades, como previamente descrito, a comunicação entre o dispositivo móvel e dispositivo de diagnóstico neste ponto pode ser via NFC e/ou outras tecnologias sem fio. O dispositivo de diagnóstico depois conecta à rede, e o dispositivo móvel designa um identificador local para o dispositivo de diagnóstico.
IX. Z. SISTEMA COMPUTADORIZADO
[000330] A FIG. 53 é uma ilustração exemplar de um sistema computadorizado 5300, que pode ser incorporado, pelo menos em parte, nos dispositivos e componentes do sistema de ensaio de diagnóstico mostrados na FIG. 38, incluindo o dispositivo de diagnóstico (Instrument Epsilon), dispositivo móvel (Plataforma De Mão Epsilon), e/ou serviços remotos (Remote Xpert System e Remote Xpert+ System). A FIG. 53 fornece uma ilustração esquemática de um sistema computadorizado 5300 que pode realizar os métodos fornecidos por várias modalidades da invenção. Deve ser mencionado que a FIG. 53 é somente intencionada fornecer uma ilustração generalizada de vários componentes, qualquer um ou todos dos quais podem ser utilizados como apropriado.
[000331] O sistema computadorizado 5300 é mostrado compreender elementos de hardware que podem ser eletricamente acoplados via um barramento 5306 (ou pode estar em comunicação de outra maneira, como apropriado). Os elementos de hardware podem incluir uma unidade de processamento, tal como processador(es) 5310, que pode(m) incluir sem limitação, um ou mais processadores de propósito geral, um ou mais processadores de propósito especial (tais como chips de processamento de sinal digital, processadores de aceleração gráfica, e/ou semelhantes), e/ou outros meios de processamento; um ou mais dispositivos de entrada 5315, que podem incluir, sem limitação, um mouse, um teclado, uma câmera, um microfone, uma tela sensível ao toque, hardware de testes médicos e/ou componentes de diagnóstico, e/ou semelhantes; e uma ou mais saídas de dispositivo 5320, que podem incluir sem limitação, um dispositivo de tela, uma impressora, e/ou semelhantes.
[000332] O sistema computadorizado 5300 também pode incluir (e/ou estar em comunicação com) um ou mais dispositivos de armazenamento não transitório 5325, que podem compreender, sem limitação, armazenamento acessível local e/ou de rede, e/ou podem incluir, sem limitação, um acionamento de disco, um arranjo de acionamento, um dispositivo de armazenamento ótico, um dispositivo de armazenamento no estado sólido, tal como uma memória de acesso aleatório (“RAM”), e/ou uma memória somente de leitura (“ROM”), que pode ser programável, atualizável por flash, e/ou outros. Tais dispositivos de armazenamento podem ser configurados para implementar qualquer armazenamento de dados apropriado, incluindo sem limitação, vários sistemas de arquivo, banco de estruturas de dados, e/ou semelhantes.
[000333] Em algumas modalidades, o sistema computadorizado 5300 pode incluir um subsistema de comunicações 5330, que pode incluir sem limitação um modem, um cartão de rede (sem fio ou com fio), um dispositivo de comunicação infravermelho, um dispositivo de comunicação sem fio, e/ou um chipset (tal como um transmissor de NFC, um dispositivo de Bluetooth, um dispositivo 802,11, um dispositivo de Wi-Fi, um dispositivo de WiMax, receptor de comunicação celular, etc.), e/ou semelhantes. O subsistema de comunicações 5330 pode incluir uma ou mais interfaces de comunicação de entrada e/ou saída para permitir que os dados sejam trocados com uma rede, outros sistemas computadorizados (por exemplo, usando comunicação de ponto-a-ponto, como aqui descrito), e/ou qualquer outro dispositivo elétrico aqui descrito. Em algumas modalidades, o sistema computadorizado 5300 compreenderá uma memória de trabalho 5335, que pode incluir um dispositivo RAM ou ROM, como descrito acima.
[000334] O sistema computadorizado 5300 pode compreender elementos de software, mostrados como estando corretamente localizados dentro da memória de trabalho 5335, incluindo um sistema operacional 5340, drivers do dispositivo, bibliotecas executáveis, e/ou outro código, tais como um ou mais programas de aplicação 5345, que podem compreender programas de computador fornecidos por várias modalidades (por exemplo, o software do dispositivo móvel, software de interface, etc.), e/ou pode ser projetado para implementar métodos e/ou arquitetura de software, como aqui descritos. Apenas por via de exemplo, os métodos e/ou arquitetura fornecidos em outras figuras anexadas a estes, podem ser implementados como código e/ou instruções executáveis por um computador (e/ou uma unidade de processamento dentro de um computador); em um aspecto, então, tais códigos e/ou instruções podem ser usados para configurar e/ou adaptar um computador de propósito geral (ou outro dispositivo) para realizar uma ou mais operações de acordo com os métodos descritos.
[000335] Um conjunto destas instruções e/ou código pode ser armazenado em um meio de armazenamento legível em computador não transitório, tal como o(s) dispositivo(s) de armazenamento 5325 descrito(s) acima. Em algumas modalidades, o meio de armazenamento pode ser incorporado dentro de um sistema computadorizado, tal como sistema computadorizado 5300. Em algumas modalidades, o meio de armazenamento pode ser separado de um sistema computadorizado (por exemplo, um meio removível, tal como um disco óptico), e/ou fornecido em um pacote de instalação, tal que o meio de armazenamento possa ser usado para programar, configurar, e/ou adaptar um computador de propósito geral com as instruções/código armazenadas neste. Estas instruções podem tomar a forma de código executável, que é executável pelo sistema computadorizado 5300 e/ou pode tomar a forma da fonte e/ou código instalável, que, na compilação e/ou instalação no sistema computadorizado 5300 (por exemplo, usando qualquer um de uma variedade de compiladores geralmente disponíveis, programas de instalação, utilitários de compressão/descompressão, etc.), depois toma a forma de código executável.
[000336] Será evidente àqueles habilitados na técnica que as variações substanciais podem ser feitas de acordo com os requerimentos específicos. Por exemplo, hardware personalizado pode ser usado, e/ou elementos particulares podem ser implementados no hardware, software (incluindo software portátil, tais como applets, etc.), ou ambos. A conexão com outros dispositivos de computação tais como dispositivos de entrada/saída de rede pode ser utilizada.
[000337] Algumas modalidades podem utilizar um sistema computadorizado (tal como o sistema computadorizado 5300) para realizar os métodos de acordo com algumas modalidades da invenção. Em algumas modalidades, alguns de todos os procedimento de tais métodos são realizados pelo sistema computadorizado 5300 em resposta ao(s) processador(es) 5310 executando uma ou mais sequências de uma ou mais instruções (que podem ser incorporadas no sistema operacional 5340 e/ou outro código, tal como um programa de aplicação 5345) contido na memória de trabalho 5335. Tais instruções podem ser lidas na memória de trabalho 5335 a partir de um outro meio legível em computador, tal como um ou mais do(s) dispositivo(s) de armazenamento 5325. Apenas por via de exemplo, a execução das sequências de instruções contidas na memora de trabalho 5335 pode fazer com que o(s) processador(es) 5310 realizem um ou mais procedimentos dos métodos aqui descritos. Adicional ou alternativamente, as porções dos métodos aqui descritos podem ser executados através de um hardware especializado.
[000338] Os termos “meio de armazenamento legível em máquina” e “meio de armazenamento legível em computador,” como aqui usados, se referem a qualquer meio de armazenamento que participa no que fornece os dados que fazem com que uma máquina opere de uma maneira específica. Em algumas modalidades implementadas usando o sistema computadorizado 5300, vários meios legíveis em computador podem estar envolvidos no que fornece as instruções/código ao(s) processador(es) 5310 para a execução e/ou podem ser usados para armazenar e/ou carregar tais instruções/código. Em algumas modalidades, um meio de armazenamento legível em computador é um meio de armazenamento físico e/ou tangível. Tal meio pode tomar a forma de um meio não volátil ou meio volátil. Os exemplos não limitantes de meio não volátil podem incluir, discos óticos e/ou magnéticos, tais como o(s) dispositivo(s) de armazenamento(s) 5325. Os exemplos não limitantes de meios voláteis podem incluir, sem limitação, memória dinâmica, tal como a memória de trabalho 5335.
[000339] As formas comuns não limitantes de meios legíveis por computador físicos e/ou tangíveis podem incluir, por exemplo, um disquete, um disco flexível, disco rígido, fita magnética, ou qualquer outro meio magnético, um CD-ROM, qualquer outro meio óptico, uma RAM, uma PROM, EPROM, uma FLASH-EPROM, qualquer outro chip ou cartucho de memória, ou qualquer outro meio a partir do qual um computador pode ler instruções e/ou código.
[000340] Várias formas de meios legíveis por computador podem ser envolvidas no carregamento de uma ou mais sequências de uma ou mais instruções ao(s) processador(es) 5310 para a execução. Apenas por via de exemplo, as instruções podem ser inicialmente realizadas em um disco magnético e/ou disco ótico de um computador remoto. Um computador remoto pode carregar as instruções na sua memória dinâmica e enviar as instruções como sinais sobre um meio de transmissão a ser recebido e/ou executado pelo sistema computadorizado 5300.
[000341] Os subsistemas de comunicações 5330 (e/ou componentes destes) geralmente receberão sinais, e o barramento 5306 pode então carregar os sinais (e/ou os dados, instruções, etc. carregados pelos sinais) para a memória de trabalho 5335, a partir da qual o(s) processador(es) 110 recuperam e executam as instruções. As instruções recebidas pela memória de trabalho 5335 podem ser opcionalmente armazenadas em um dispositivo de armazenamento não-transitório 5325 antes ou depois da execução pelo(s) processador(es) 5310.
IX. AA. FLUXO DE PROCESSO DO GERENCIAMENTO DE UM SISTEMA DE ENSAIO DE DIAGNÓSTICO
[000342] A FIG. 54 é um diagrama de fluxo 5400 de um método de administrar um sistema de ensaio de diagnóstico com um dispositivo móvel, de acordo com algumas modalidades da invenção. Como com as outras figuras aqui fornecidas, a FIG. 54 é fornecida como um exemplo não limitante. Algumas modalidades podem incluir uma funcionalidade adicional àquela mostrada na figura, e/ou a funcionalidade mostrada em um ou mais dos blocos na figura pode ser omitida, combinada, separada, e/ou realizada simultaneamente (ou em proximidade temporal próxima). Os meios para realizar a funcionalidade dos blocos podem incluir um dispositivo móvel como aqui descrito, que pode implementar um ou mais componentes de hardware e/ou software, tais como aqueles mostrados na FIG. 53. Aquele de habilidade comum na técnica reconhecerá algumas variações que são adequadas para o uso com a invenção como aqui divulgado.
[000343] No bloco 5410, o dispositivo móvel recebe a entrada do usuário para controlar a funcionalidade de um dispositivo de diagnóstico. Como descritos anteriormente, o dispositivo móvel pode executar um aplicativo de software que fornece um GUI com o qual um usuário pode controlar várias funções do dispositivo de diagnóstico, tais como ajustes do dispositivo de gerenciamento do dispositivo de diagnóstico; iniciar, pausar, ou cancelar os testes médicos conduzidos pelo dispositivo de diagnóstico; especificar os serviços remotos aos quais o dispositivo de diagnóstico envia dados; especificar o tipo, conteúdo, e/ou formato dos dados; e similares. No bloco 5420, em resposta ao recebimento da entrada do usuário, o dispositivo móvel envia informação de controle ao dispositivo de diagnóstico. Se o dispositivo móvel está comunicativamente ligado com uma pluralidade de dispositivos de diagnóstico, o dispositivo móvel pode primeiro precisar selecionar ou identificar o dispositivo de diagnóstico de uma pluralidade de dispositivos de diagnóstico.
[000344] No bloco, o dispositivo móvel recebe dados do dispositivo de diagnóstico. Os dados recebidos podem corresponder ao tipo, conteúdo, e/ou formato dos dados especificados no bloco 5410 (se tais características foram especificadas). Entretanto, como indicado, o dispositivo móvel pode agir simplesmente como uma passagem do dispositivo através da qual o dispositivo de diagnóstico pode comunicar com um servidor remoto (por exemplo, um ou mais serviços remotos como mostrado na FIG. 101). Em outras palavras, o dispositivo móvel pode agir como uma ponte transparente, conectando uma LAN (que pode ser conectada ponto-a-ponto, como aqui descrito) a uma WAN. Mas, como especificado no bloco 5440, os dados recebidos podem ser retransmitidos para o servidor sem armazenar ou decifrar os dados, ajudando deste modo a garantir que os dados sensíveis do paciente não sejam comprometidos pelo dispositivo móvel.
[000345] Os métodos, sistemas, e dispositivos divulgados acima são exemplos. Várias configurações podem omitir, substituir, ou adicionar vários procedimentos ou componentes como apropriado. Por exemplo, em configurações alternativas, os métodos podem ser realizados em uma ordem diferente daquela descrita, e/ou vários estágios podem ser adicionados, omitidos e/ou combinados. Além disso, as características descritas com relação a algumas configurações podem ser combinadas em várias outras configurações. Os diferentes aspectos e elementos das configurações podem ser combinados de uma maneira similar. Além disso, a tecnologia envolve e comente alguns dos elementos como descritos são fornecidos como exemplos não limitantes e, deste modo, não limitam o escopo da divulgação ou reivindicações.
[000346] Os detalhes específicos são dados na descrição para fornecer um entendimento completo das configurações exemplares (incluindo as implementações). Entretanto, as configurações podem ser praticadas sem estes detalhes específicos. Por exemplo, os circuitos, processos, algoritmos, estruturas, e técnicas bem conhecidas podem ser mostradas sem detalhes desnecessários de modo a evitar o obscurecimentro das configurações. Esta descrição fornece configurações exemplares que não limitam o escopo, aplicabilidade, ou configurações das reivindicações. Ao invés disso, a descrição precedente das configurações proverá aqueles habilitados na técnica com uma descrição que permite implementar as técnicas descritas. Várias mudanças podem ser feitas nas função e arranjo dos elementos sem romper com o espírito ou escopo da divulgação.
[000347] Além disso, as configurações podem ser descritas como um processo que é representado como um diagrama de fluxo ou diagrama de bloco. Embora cada um possa descrever as operações como um processo sequencial, algumas das operações podem ser realizadas em paralelo ou concorrentemente. Além disso, os exemplos dos métodos podem ser implementados Poe hardware, software, firmware, middleware, microcódigo, linguagens de descrição de hardware, ou qualquer combinação destes. Quando implementado em software, firmware, middleware, ou microcódigo, o código do programa ou segmentos de código para realizar as tarefas necessárias podem ser armazenados em um meio legível por computador não transitório tal como um meio de armazenamento. Os processadores podem realizar as tarefas descritas.
[000348] Os termos “e” e “ou” como aqui usados, podem incluir uma variedade de significados que também são esperadas depender pelo menos em parte do contexto no qual tais termos são usados. Tipicamente, “ou” se usado para associar uma lista, tal como A, B, ou C, é intencionado significar A, B, e C, aqui usado no sentido inclusivo, assim como A, B, ou C, aqui usado no sentido exclusivo. Além disso, o termo “um ou mais” como aqui usado pode ser usado para descrever qualquer aspecto, estrutura, ou característica no singular ou pode ser usado para descrever algumas combinações de aspectos, estruturas ou características. Entretanto, deve ser mencionado que isto é meramente um exemplo e o assunto principal reivindicado não é limitado a este exemplo. Além disso, o termo “pelo menos um de” se usado para associar uma lista, tal como A, B, ou C, pode ser interpretado significar qualquer combinação de A, B, e/ou C, tal como A, AB, AA, AAB, AABBCCC, etc.
[000349] Tendo descrito várias configurações exemplares, várias modificações, construções alternativas, e equivalentes podem ser usadas sem romper com o espírito da invenção. Por exemplo, os elementos acima podem ser componentes de um sistema mais amplo, em que outras regras possam tomar precedência sobre ou de outro modo modificar a aplicação da invenção. Além disso, várias etapas podem ser realizadas antes, durante, ou depois dos elementos acima serem considerados. Consequentemente, a descrição acima não compromete o escopo das reivindicações. Todas as patentes, pedidos de patente, e outras publicações citadas neste pedido são incorporados por referência na sua totalidade para todos os propósitos.

Claims (25)

1. Sistema para ensaio de diagnóstico adaptado para receber um cartucho de ensaio, o sistema caracterizado pelo fato de que compreende um sistema de abertura/fechamento de porta e um sistema de carregamento de cartucho compreendendo: um motor DC sem escovas (BLDC) acoplado de modo operativo àquele; um mecanismo de abertura/fechamento de porta acoplado de modo cooperativo com um mecanismo de carregamento de cartucho e acionado por um mecanismo de transmissão reversível, um chassi do sistema para ensaio de diagnóstico; uma porta móvel em relação ao chassi do sistema para ensaio de diagnóstico entre uma posição fechada e uma posição aberta, em que a porta é acionável entre a posição aberta e fechada pelo motor BLDC através da transmissão reversível, em que a posição de deslocamento de extremidade de topo da transmissão reversível corresponde à posição aberta da porta e a posição de deslocamento de extremidade de base corresponde à posição fechada da porta; um mecanismo de carregamento de cartucho configurado para engatar e admitir um cartucho de amostra dentro do sistema para diagnóstico, em que o mecanismo de carregamento de cartucho é acoplado de modo operativo com o motor BLDC através da transmissão reversível; em que o motor BLDC é configurado para: operar a transmissão reversível com base em uma medição de corrente do motor BLDC, sendo que as medições de corrente são associadas a eventos de acionamento reverso contra a transmissão reversível nas posições de deslocamento de extremidade de topo e base; detectar um primeiro evento de acionamento reverso contra a transmissão reversível; e com base na detecção do primeiro evento de acionamento reverso, terminar a operação do motor BLDC para colocar a porta em uma posição aberta, e colocar o mecanismo de carregamento de cartucho em posição para engatar e admitir o cartucho de amostra dentro do sistema para diagnóstico.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a transmissão reversível compreende um parafuso de avanço acionado pelo motor BLDC, em que o parafuso de avanço é reversível.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que uma ponte é rosqueada ao parafuso de avanço.
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que uma primeira e uma segunda porção de cavalete alongada são conectadas à ponte, em que a primeira e a segunda porções de cavalete alongadas são, ambas, móveis entre as posições de deslocamento de extremidade de topo e de base.
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda porções de cavalete alongadas incluem respectivamente primeiro e segundo cavaletes.
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda porções de cavalete alongadas incluem respectivamente, de modo adicional, primeira e segunda trajetórias de carne, opcionalmente, a primeira e a segunda trajetórias de carne são acopladas de maneira móvel a seguidores de carne de primeiro e segundo braços de carregamento de cartucho.
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente primeiro e segundo pinhões diferenciais engatados respectivamente à primeira e segunda porções de cavalete, ainda compreendendo, opcionalmente: primeira e segunda engrenagens de porta acionadas respectivamente pelo primeiro e segundo pinhões, em que a porta inclui primeiro e segundo cavaletes de porta engatados respectivamente com a primeira e a segunda engrenagens.
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o motor BLDC não inclui qualquer hardware codificador e a transmissão reversível não inclui quaisquer sensores de posição.
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a transmissão reversível é acoplada a um mecanismo de carregamento de cartucho, e em que a força aplicada ao mecanismo de carregamento de cartucho por um cartucho inserido na porta reverte a transmissão reversível, sendo que a dita força é detectada como um torque aplicado à transmissão reversível.
10. Sistema, de acordo com a reinvindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um sistema para operar um acionamento de seringa para um sistema para ensaio de diagnóstico; um motor de DC sem escovas (BLDC) acoplado ao chassi do sistema para ensaio de diagnóstico; um parafuso de avanço reversível operável pelo motor BLDC; uma haste de êmbolo operável pelo parafuso de avanço para engatar um cartucho de ensaio removível, em que o motor BLDC é configurado para operar o parafuso de avanço com base em monitorar absorção de corrente do motor BLDC, sendo que a corrente é associada a mudanças de pressão dentro do cartucho de ensaio removível.
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de qualquer um de: o parafuso de avanço não está associado a qualquer sensor de posição; o motor BLDC não inclui qualquer hardware codificador; em que a haste de êmbolo é acoplada ao parafuso de avanço por um braço lateral, opcionalmente a haste de êmbolo é operável para engatar com uma ponta de êmbolo de um cartucho de ensaio removível; e o motor BLDC é configurado para alterar a operação para mudar a pressão dentro do cartucho de ensaio removível com base na detecção da mudança na corrente.
12. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um mecanismo de acionamento de válvula compreendendo: um chassi de mecanismo de acionamento de válvula; um motor de CC (BLDC) sem escovas acoplado ao chassi, em que o motor BLDC compreende uma pluralidade de sensores de efeito hall e não inclui qualquer hardware de codificador; uma transmissão acoplada ao motor BLDC; e um acionamento de válvula acoplado à transmissão, sendo que o acionamento de válvula é configurado para girar posições de um corpo de válvula de um cartucho de ensaio removível, em que a posição da saída de acionamento de válvula é determinada com base em análise de um sinal sinusoidal gerado pelos sensores de efeito hall.
13. Sistema, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de qualquer um de: a transmissão compreende uma primeira série de engrenagens helicoidais diretamente fixada a um eixo de saída do motor BLDC, e uma segunda série de engrenagens helicoidais acoplada entre a primeira série de engrenagens helicoidais e a saída de acionamento de válvula; o motor BLDC localizado em um lado inferior do chassi de acionamento de válvula e a saída de acionamento de válvula é localizada em um lado de topo do chassi de acionamento de válvula; acionamento de válvula que compreende uma mesa giratória; motor BLDC configurado para monitorar integridade de cartucho com base em medições de corrente de um circuito de ponte do motor BLDC, sendo que as medições de absorção de corrente são associadas com eventos que indicam perda de integridade do cartucho de ensaio removível; e o motor BLDC configurado para iniciar e centralizar posição da saída de acionamento de válvula realizando-se um protocolo de centralização com base no sinal sinusoidal gerado pelos sensores de efeito hall.
14. Método para operar um sistema para ensaio de diagnóstico que possui sistema de abertura/fechamento de porta e sistema de carregamento de cartucho, caracterizado pelo fato de que compreende: receber um comando para abrir uma porta de recebimento de cartucho do sistema para ensaio de diagnóstico para aceitar um cartucho de amostra; operar um motor DC sem escovas (BLDC) acoplado a uma transmissão reversível para abrir a porta a partir de uma posição fechada, sendo que a transmissão reversível é acoplada de modo operacional à porta e um mecanismo de carregamento de cartucho configurado para engatar e admitir o cartucho de amostra dentro do sistema para diagnóstico; detectar um primeiro evento de acionamento reverso que ocorre contra a transmissão reversível; com base na detecção do primeiro evento de acionamento reverso, terminar a operação do motor BLDC que coloca ou mantém a porta em uma posição aberta, e colocar o mecanismo de carregamento de cartucho em posição para engatar e admitir o cartucho de amostra dentro do sistema para diagnóstico.
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o motor BLDC não inclui qualquer hardware codificador e a transmissão reversível não inclui quaisquer sensores de posição.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o primeiro evento de acionamento reverso é detectado monitorando-se a entrada de corrente do motor BLDC.
17. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de qualquer um de: o primeiro evento de acionamento reverso compreende um aspecto da transmissão reversível que atinge um limite de deslocamento; a transmissão reversível compreende um parafuso de avanço; e compreende adicionalmente detectar um segundo evento de acionamento reverso que ocorre contra a transmissão reversível enquanto a porta está na posição aberta.
18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o segundo evento de acionamento reverso é causado por um corpo de cartucho que é empurrado contra o mecanismo de carregamento de cartucho.
19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente com base na detecção do segundo evento de acionamento reverso, operar o motor BLDC para colocar a porta de volta na posição fechada.
20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente qualquer um de: detectar um terceiro evento de acionamento reverso que ocorre contra a transmissão reversível; e com base na detecção do terceiro evento de acionamento reverso, terminar a operação do motor BLDC para colocar a porta em uma posição fechada.
21. Método, de acordo com a reivindicação 14, o método caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: receber um comando para alimentar um motor DC sem escovas (BLDC) de um acionador de seringa, o motor BLDC operável para girar um parafuso de avanço acionável de modo reverso, sendo que uma haste de êmbolo é acoplada a e móvel pelo parafuso de avanço; aplicar potência ao motor BLDC para mover a haste de êmbolo para engatar uma ponta de êmbolo dentro de uma passagem de seringa de um cartucho de ensaio removível; monitorar o movimento da haste de êmbolo dentro da passagem de seringa monitorando-se pelo menos uma corrente associada à operação do motor BLDC; detectar uma mudança na corrente do motor BLDC; e alterar a operação do motor BLDC para efetuar mudança no movimento da haste de êmbolo dentro do cartucho de ensaio removível com base na detecção da mudança na corrente do motor BLDC.
22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o monitoramento da pelo menos uma corrente do motor BLDC ocorre quando a haste de êmbolo está se movendo.
23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de qualquer um de: alterar a operação do motor BLDC compreende erguer a haste de êmbolo para diminuir a pressão dentro do cartucho de ensaio removível; alterar a operação do motor BLDC compreende abaixar a haste de êmbolo para aumentar a pressão dentro do cartucho de ensaio removível; alterar a operação do motor BLDC compreende desacelerar a haste de êmbolo para diminuir a taxa de mudança de pressão dentro do cartucho de ensaio removível; e alterar a operação do motor BLDC compreende acelerar a haste de êmbolo para aumentar a taxa de mudança de pressão dentro do cartucho de ensaio removível.
24. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente operar um mecanismo de acionamento de válvula através de: receber um comando para alimentar um motor de DC sem escovas (BLDC) acoplado ao chassi para mover um acionamento de válvula para uma posição particular, sendo que o acionamento de válvula é configurado para girar posições de um corpo de válvula de um cartucho de ensaio removível, em que uma transmissão acoplada entre o motor BLDC e o acionamento de válvula e em que o motor BLDC compreende uma pluralidade de sensores de efeito hall que não inclui qualquer hardware de codificador; e alimentar o motor BLDC em resposta a girar um eixo do motor BLDC um número particular de vezes para mover o acionamento de válvula para a posição particular com base em um sinal sinusoidal gerado pelos sensores de efeito hall.
25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de qualquer um de: a transmissão compreende uma primeira série de engrenagens helicoidais diretamente fixada a um eixo de saída do motor BLDC, e uma segunda série de engrenagens helicoidais acoplada entre à primeira série de engrenagens helicoidais e a saída de acionamento de válvula; o acionamento de válvula compreende uma mesa giratória; o motor BLDC é configurado para monitorar integridade de cartucho com base em medições de corrente de um circuito de ponte do motor BLDC, sendo que as medições de absorção de corrente são associadas a eventos que indicam perda de integridade do cartucho de ensaio removível; e o motor BLDC é configurado para a posição iniciar e centralizar da saída de acionamento de válvula realizando-se um protocolo de centralização com base no sinal sinusoidal gerado pelos sensores de efeito hall.
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