CN112749874A - 操作分析实验室的方法 - Google Patents

Abstract

本文公开的是操作分析实验室的方法，包括以下步骤：设置每个实验室仪器的负载限制为最大仪器容量；以不大于仪器负载限制的分派速率将生物样本分派到（一个或多个）实验室仪器；在标识了生物样本时，每个实验室仪器向实验室中间件发送测试命令查询；响应于测试命令查询，向对应于生物样本的实验室仪器传输测试命令；实验室中间件监视多个实验室仪器的查询速率，以便确定对应于每个实验室仪器的有效流速；如果第一实验室仪器的有效流速低于分派速率，则减少其负载限制；如果第一实验室仪器的有效流速大于或等于分派速率，则增加其负载限制。

Description

操作分析实验室的方法

技术领域

本申请涉及操作分析实验室、特别是体外诊断实验室的计算机实现方法。本申请进一步涉及被配置为执行所公开的方法的分析实验室。本申请进一步涉及一种包括指令的计算机程序产品，该指令当由分析实验室的实验室中间件执行时，使得其执行所公开的方法。

背景技术

体外诊断测试对临床决策具有重要影响，为医师提供关键信息。在分析实验室、特别是体外诊断实验室中，通过实验室仪器对生物样本执行大量分析，以便确定患者的生理和生物化学状态，所述状态可以指示疾病、营养习惯、药物效力、器官功能等。

根据复杂分析实验室中建立的实验室程序，多个仪器根据测试命令处理生物样本，每个测试命令定义要在生物样本上执行的一个或多个处理步骤。在生物样本已经被分析前实验室仪器接收和标识之后，实验室中间件检索对应的测试命令，并且根据（一个或多个）测试命令确定需要哪些仪器来处理生物样本。已经标识了所需的（一个或多个）仪器，实验室中间件根据（一个或多个）测试命令为每个样本确定样本工作流程。样本工作流程包括由一个或多个分析仪器执行一个或多个测试命令的顺序和/或定时。

在已知的分析实验室中，实验室中间件基于最大仪器容量，基于每个实验室仪器的负载限制来确定样本工作流程。EP2804002描述了这样的分析实验室，其中生物样本以等于每个仪器的处理容量的速率被分派到实验室仪器。

最大仪器容量由相应仪器的制造商/供应商设置，或基于反映仪器（平均/均值）性能的历史数据确定。负载限制、仪器容量以及仪器的流速被定义为相应仪器在给定时间帧中（例如每小时、每天等）能够处理的生物样本的数量。替代地，这被称为处理速率/频率或仪器吞吐量等。

然而，已经观察到实验室仪器的性能有时（显著）偏离最大仪器容量。这样的偏差具有各种原因，诸如仪器耗材的（不）可用性、仪器某些组件的退化/磨损；不利的环境条件；更频繁的校准/质量控制程序的必要性和/或以高于其当前容量的速率用生物样本使实验室仪器超载。

实验室仪器性能的退化、以及因此与假设仪器容量的偏差导致其中分析实验室使用错误的仪器容量的“假设”进行操作的情形，从而导致实验室仪器过载和/或实验室仪器之间的负载的不利平衡。即使在定期基础上修订每个实验室仪器的负载限制，在已知的分析实验室中，也可能无法以及时的方式对实验室仪器性能的偏差做出反应，这可能导致实验室仪器过载/未充分利用。

因此，对于分析实验室存在需要，相应地一种操作分析实验室的方法，其防止实验室仪器过载/未充分利用。

此外，已经观察到，即使人们将假设在分析实验室中的实验室仪器之间的理论上完美的负载分布，而没有对作为整体的分析实验室的“输入”的某种控制，也将仍然存在分析实验室将变得过载的风险，如果生物样本的流入高于总体处理容量的话。

因此，对于分析实验室存在进一步的需要，相应地一种操作分析实验室的方法，其中防止分析实验室过载。

在某一点上，超载的分析实验室无法接收附加的生物样本。这对于需要被紧急处理的生物样本（例如，来自急救护理或其他情形，例如，其中生命攸关的决定取决于对应测试结果的及时可用性）特别成问题。

因此，对于分析实验室存在更进一步的需要，相应地一种操作分析实验室的方法，其使能及时接收和处理紧急样本，而不考虑分析实验室的总体负载。

发明内容

本文公开的实施例解决了对于分析实验室的需要，相应地一种操作分析实验室的方法，该方法通过确定实验室仪器的有效流速并通过控制每个仪器的负载限制对有效流速的偏差做出动态反应来防止实验室仪器的过载/未充分利用。

所公开的操作分析实验室的计算机实现方法的实施例包括以下步骤，所述分析实验室包括通信地连接到被配置为处理生物样本的多个实验室仪器的实验室中间件：

-实验室中间件将每个实验室仪器的负载限制设置为等于相应实验室仪器的最大仪器容量的值。

-实验室中间件以不大于仪器负载限制的分派速率将生物样本分派到（一个或多个）实验室仪器。生物样本被分派到那些被配置为执行对应于相应生物样本的至少一个测试命令的（一个或多个）实验室仪器。

-通过实验室仪器接收和标识生物样本。

–在标识了生物样本时，每个实验室仪器向实验室中间件发送测试命令查询。（一个或多个）测试命令查询包括标识生物样本的数据。

-响应于测试命令查询，实验室中间件将测试命令传输到对应于在相应测试命令查询中被标识的生物样本的实验室仪器。

根据本文公开的实施例，实验室中间件基于标识生物样本的所述数据从数据存储单元检索对应于生物样本的测试命令。

-实验室中间件监视多个实验室仪器的查询速率，以便确定对应于每个实验室仪器的有效流速。

查询率被定义为在设定的时间段中，诸如每分钟、每小时等，从特定的实验室仪器接收的不同测试命令查询的数量。由于实验室仪器在它们准备处理（一个或多个）生物样本时发送测试查询，因此查询率是在那时相应实验室仪器有效处理容量的良好指示。

-如果第一实验室仪器的有效流速低于对第一实验室仪器的分派速率，则实验室中间件减少多个实验室仪器中的第一实验室仪器的负载限制。

减少负载限制，以确保没有积压的未处理样本累积在实验室仪器处，从而导致仪器更进一步过载。

-另一方面，如果第一实验室仪器的有效流速大于或等于对第一实验室仪器的分派速率，则实验室中间件增加第一实验室仪器的负载限制。

本文公开的实施例是有利的，因为作为对它们的有效流速的反应而调整实验室仪器的负载限制避免了过载、相应地未充分利用。此外，由实验室中间件基于从实验室仪器接收的测试命令查询来确定有效流速是有利的，因为它没有任何性能假设，并且可以甚至在没有对现有实验室仪器的任何改变的情况下被实现。

根据本文公开的另外实施例，实验室中间件使用连续调制控制、特别是比例-积分-微分PID、比例-积分PI、比例-微分PD、比例或积分控制算法增加、相应地减少第一实验室仪器的负载限制。这样的实施例是特别有利的，因为连续调制控制可以被配置为保容纳效流速尽可能接近最大仪器容量，快速对偏差进行反应而不进行反应过度。

除了控制（即，增加或减少）负载限制之外，本文公开的另外实施例通过在实验室仪器之间执行负载平衡和/或缓冲（一个或多个）生物样本来临时降低否则过载的仪器上的负载，从而对有效流速偏离分派速率进行反应。

本文公开的另外实施例解决了对于分析实验室的进一步需要，相应地一种操作分析实验室的方法，其中要防止整个分析实验室过载。如上面提及的，即使人们将假设分析实验室中实验室仪器之间的理论上是完美的负载分布，而对作为整体的分析实验室的输入没有一些控制，也将仍然存在分析实验室将变得过载的风险，如果生物样本的流入高于总体处理容量的话。因此，本文公开的解决该问题的实施例进一步包括掩蔽多个实验室仪器中的一个或多个的步骤，其中掩蔽包括防止多个实验室仪器中的一个或多个接收（一个或多个）生物样本，特别是具有第一实验室仪器被配置为执行的至少一个关联测试命令的（一个或多个）生物样本。根据本文公开的实施例，防止多个实验室仪器中的一个或多个接收（一个或多个）生物样本包括（物理地）防止甚至装载相应的（一个或多个）生物样本和/或自动卸载所述（一个或多个）生物样本，例如分为错误输出。这样的实施例是有利的，因为它们限制了生物样本流入分析实验室，从而防止总体分析实验室过载，包括实验室仪器的缓冲和归档容量。

本文公开的另外的实施例涉及确保分析实验室仍然可以接收和处理紧急生物样本，同时仍然控制分析实验室的总体负载。为了实现此，根据另外的实施例，相对于除了被保留用于接收高优先级的生物样本的一个或多个实验室仪器之外的所有实验室仪器执行对实验室仪器的掩蔽。

附图说明

所公开的方法/设备/***的另外的特性和优点将在下文中借助于描述以及通过对以下附图进行参考来被详细描述：

图1是所公开的分析实验室的实施例的高度示意性的框图；

图2是图示本文公开的操作分析实验室的方法的第一实施例的流程图；

图3A、图3B是图示仪器处理速率和负载限制的一组图解；

图4A是图示本文公开的方法的另外实施例的流程图的第一页；

图4B是图示本文公开的方法的另外实施例的步骤的流程图的第二页；

图4C是图示本文公开的方法的另外实施例的步骤的流程图的第三页；

图4D是图示本文公开的方法的另外实施例的步骤的流程图的第四页；

图5是图示本文公开的操作分析实验室的方法的实施例的概述的流程图；

图6是所公开的实验室***的分析前实验室仪器的实施例的高度示意性框图；

图7是所公开的实验室***的分析前实验室仪器的另外实施例的高度示意性框图；

图8是所公开的实验室***的分析实验室仪器的实施例的高度示意性框图；

图9是所公开的实验室***的后分析实验室仪器的实施例的高度示意性框图。

具体实施方式

本专利申请中将使用某些术语，其表达方式不应被解释为受所选特定术语限制，而是为了涉及该特定术语背后的一般概念。

术语“样本”、“患者样本”和“生物样本”是指可能潜在地包含感兴趣的分析物的（一个或多个）材料。患者样本可以得自任何生物来源，诸如生理液体，包括血液、唾液、晶状体液、脑脊液、汗液、尿液、粪便、***、乳汁、腹水、粘液、滑液、腹膜液、羊水、组织、培养细胞等。患者样本可以在使用前进行预处理，诸如从血液中制备血浆、稀释粘性液体、溶解等。处理方法可以牵涉到过滤、蒸馏、浓缩、干扰成分的灭活以及添加试剂。患者样本可以在从来源获得时被直接使用，或者在用以修改样本的特性的预处理之后被使用。在一些实施例中，最初为固体或半固体的生物材料可以通过利用合适的液体介质将其溶解或悬浮而变成液体。在一些实施例中，可以怀疑样本包含某种抗原或核酸。

术语“分析物”涉及待分析样本的成分，例如各种大小的分子、离子、蛋白质、代谢物等。收集的关于分析物的信息可以用于评估给药物在生物体上或在特定组织上应用的影响，或用于做出诊断。因此，“分析物”是关于物质的一般术语，针对所述物质预期关于存在、不存在和/或浓度的信息。分析物的示例是例如葡萄糖、凝结参数、内源性蛋白质（例如从心肌释放的蛋白质）、代谢物、核酸等。

如本文使用的术语“分析”或“分析测试”涵盖表征生物样本参数的实验室程序，其用于定性评估或定量测量分析物的存在或数量或其功能活性。

如本文使用的术语“试剂”是指对于执行分析物的分析所必需的材料，包括样本制备试剂、控制试剂、与分析物反应以获得可检测信号的试剂和/或检测分析物所必需的试剂。这样的试剂可以包括用于隔离分析物的试剂和/或用于处理样本的试剂和/或用于与分析物反应以获得可检测信号的试剂和/或洗涤试剂和/或稀释剂。

术语“样本容器”、“样本架”和“样本管”是指用于储存、运输和/或处理样本的任何单个容器。特别地，所述术语没有限制地指代一件实验室玻璃或塑料器皿，可选地在其上端包括盖。该容器包括用于将液体分配到器皿中，或相应地从器皿中抽吸液体的开口。开口可以由盖、易碎的密封件或类似的用于以液密的方式封闭开口合适装置封闭。样本管、例如用于收集血液的样本管经常包括对样本处理有影响的附加物质，诸如凝块活化剂或抗凝血物质。因此，不同的管类型通常适用于特定分析的分析前和分析要求，例如临床化学分析、血液学分析或凝结分析。样本管类型的混合可以使样本无法用于分析。为了防止样本收集和处理中的错误，许多管制造商的样本盖都根据固定和统一的配色方案进行编码。一些样本管类型附加地或替代地通过特定的管尺寸、盖尺寸和/或管颜色来被表征。管的尺寸包括例如其高度、其大小和/或另外的特性形状属性。样本容器使用附接到其的（一个或多个）标识标签进行标识。如本文使用的术语“标识标签”是指基于光学和/或射频的标识符，其允许标识符标签被对应的标识标签读取器唯一地标识。

“标识标签”应包括但不限于条形码、QR码或RFID标签。

如本文使用的术语“样本载体”是指任何种类的支架，其被配置为接收一个或多个样本管，并且被配置为用于运输（一个或多个）样本管。样本载体可以具有两种主要类型、单支架和样本机架。

“单支架”是一种类型的样本载体，其被配置为接收和运输单个样本管。典型地，单支架被提供为圆盘，即具有用于接收和保持单个样本管的开口的扁圆柱形物体。

“样本机架”是一种类型的样本载体，其典型地由塑料和/或金属制成，适于接收、容纳和运输多个样本管，例如5个或更多个样本管，例如以一行或多行布置。可以存在孔、窗或狭缝，使能视觉或光学检查或读取样本管或样本管中的样本或样本机架中容纳的样本管上存在的标签、诸如条形码。

如本文使用的术语“实验室仪器”涵盖可操作以对一个或多个生物样本和/或一个或多个试剂执行一个或多个处理步骤/工作流程步骤的任何装置或装置部件。表述“处理步骤”因此是指物理执行的处理步骤，诸如离心、等分（aliquotation）、样本分析等。术语“仪器”覆盖分析前仪器、分析后仪器以及还有分析仪器。

如本文使用的术语“分析仪”/“分析仪器”涵盖被配置为获得测量值的任何装置或装置部件。分析仪可操作以经由各种化学、生物、物理、光学或其他技术程序确定样本或其成分的参数值。分析仪可以可操作以测量样本或至少一种分析物的所述参数，并返回获得的测量值。分析仪返回的可能分析结果列表在没有限制的情况下包括样本中分析物的浓度、指示样本中分析物存在的数字（是或否）结果（对应于在检测水平以上的浓度）、光学参数、DNA或RNA序列、从蛋白质或代谢物的质谱获得的数据以及各种类型的物理或化学参数。分析仪器可以包括协助样本和/或试剂的移液、配量和混合的单元。分析仪可以包括用于容纳试剂以执行试验的试剂容纳单元。试剂可以例如以包含单个试剂或试剂组的容器或盒子的形式布置，放置在储料室或输送机内的适当容器或位置中。它可以包括消耗品馈送单元。分析仪可以包括过程和检测***，其工作流程针对特定类型的分析进行了优化。此类分析仪的示例是临床化学分析仪、凝结化学分析仪、免疫化学分析仪、尿液分析仪、核酸分析仪，用于检测化学或生物反应的结果或监视化学或生物反应的进展。

如本文使用的术语“分析前仪器”涵盖被配置为执行一个或多个分析前处理步骤/工作流程步骤的任何装置或装置部件，所述步骤包括但不限于离心、再悬浮（例如通过混合或涡旋）、加盖、去盖、重新加盖（recapping）、分类、管类型标识、样本质量确定和/或等分步骤。所述处理步骤还可以包括向样本添加化学物或缓冲剂、浓缩样本、培育样本等。

如本文使用的术语“后分析仪器”涵盖被配置为执行一个或多个后分析处理步骤/工作流程步骤的任何装置或装置部件，所述步骤包括但不限于样本卸载、运输、重新加盖、去盖、临时储存/缓冲、归档（冷藏或不冷藏）、检索和/或处置。

如本文使用的术语“样本运输***”涵盖被配置为在实验室仪器之间运输样本载体（每个样本载体容纳一个或多个样本容器）的任何装置或装置部件。特别地，样本运输***是基于一维传送带的***、二维运输***（诸如磁性样本载体运输***）或其组合。

如本文使用的术语“实验室中间件”涵盖任何物理或虚拟处理设备，其可配置为以（一个或多个）工作流程和（一个或多个）工作流程步骤由实验室仪器/***进行的方式控制实验室仪器/或包括一个或多个实验室仪器的***。实验室中间件可以例如指示实验室仪器/***进行（一个或多个）分析前、分析后和分析工作流程/（一个或多个）工作流程步骤。实验室中间件可以从数据管理单元接收关于需要对某一样本执行哪些步骤的信息。在一些实施例中，实验室中间件可以与数据管理单元集成，可以由服务器计算机组成和/或作为一个实验室仪器的部分，或者甚至跨分析实验室的多个仪器之上分布。例如，实验室中间件可以体现为运行计算机可读程序的可编程逻辑控制器，该计算机可读程序被设有用于执行操作的指令。

“数据存储单元”或“数据库”是用于存储和管理数据的计算单元，诸如存储器、硬盘或云存储装置。这可能牵涉到与将由自动化***处理的（一个或多个）生物样本相关的数据。数据管理单元可以连接到LIS（实验室信息***）和/或HIS（医院信息***）。数据管理单元可以是实验室仪器内的单元，或者与实验室仪器位于同一位置。它可能是实验室中间件的部分。替代地，数据库可以是远程定位的单元。例如，它可以体现在经由通信网络连接的计算机中。

如本文使用的术语“通信网络”涵盖任何类型的无线网络，诸如WiFi™、GSM™、UMTS或其他无线数字网络或基于线缆的网络，诸如Ethernet™等。特别地，通信网络可以实现因特网协议（IP）。例如，通信网络包括基于线缆的网络和无线网络的组合。

如本文使用的“分析实验室”包括可操作地耦合到一个或多个分析、分析前和分析后实验室仪器的实验室中间件，其中实验室中间件可操作来控制仪器。此外，实验室中间件可以可操作用于评估和/或处理收集的分析数据，控制样本向和/或从分析仪中的任何一个的装载、存储和/或卸载，初始化用于准备用于所述分析的样本、样本管或试剂等的分析***的分析或硬件或软件操作。特别地，分析实验室的仪器和实验室中间件通过通信网络互连。

如本文使用的“测试命令”涵盖任何数据对象、计算机可加载数据结构、表示这样的数据的调制数据，所述调制数据指示将在特定生物样本上执行的一个或多个处理步骤。例如，测试命令可以是数据库中的文件或条目。测试命令可以指示分析测试，例如，如果测试命令包括要在特定样本上执行的分析测试的标识符或者与所述标识符相关联地存储的话。

“STAT样本”/“紧急样本”是需要非常紧急地处理和分析的样本，因为分析结果可能对于患者而言具有生命攸关的重要性。通过存储在附接到容纳生物样本的样本容器的标识符标签上的数据和/或通过测试命令所包括和/或与测试命令相关联的、指示相应测试命令的紧急/优先级别的数据来标识STAT或紧急样本。测试命令的紧急/优先级别可以指示为二进制选项（例如，紧急，相应地正常）和/或刻度（例如，10非常紧急、7正常、5最不紧急的测试命令）。附加地或替代地，可以通过特定类型的样本容器、特定类型的样本容器盖、特定颜色的样本容器盖和/或附接到样本容器的特定类型/颜色/格式的标识符标签来标识STAT/紧急样本。

图1示出所公开的分析实验室1的实施例的高度示意性框图。如图1的框图上所示，所公开的用于处理（一个或多个）生物样本的分析实验室1的实施例包括通过通信网络可通信地连接的多个实验室仪器10AI、10PRE、10POST和实验室中间件20。多个实验室仪器10AI、10PRE、10POST被配置为根据来自实验室中间件20的指令对生物样本执行处理步骤。所有实验室仪器10AI、10PRE、10POST将共同地使用参考数字10来提及。

分析实验室1所包括的分析前仪器10PRE可以是来自包括以下各项的列表中的一个或多个：用于样本离心的仪器、加盖、去盖或重新加盖仪器、等分器、用于临时储存生物样本或其等分的缓冲器。

分析实验室1包括的后分析仪器10POST可以是来自包括以下各项的列表中的一个或多个：重新加盖器、用于从分析***卸载样本和/或将样本运输到存储单元或用于收集生物废物的单元的卸载器。

根据所公开的分析实验室1的各种实施例，多个实验室仪器10AI、10PRE、10POST可以是相同或不同的仪器，诸如临床与免疫化学分析仪、凝结化学分析仪、免疫化学分析仪、尿液分析仪、核酸分析仪、血液学仪器等。

实验室中间件20被配置为控制分析实验室1来执行本文公开的方法中的一个或多个的步骤，并且可通信地连接到数据存储单元22。

如图1上所示，分析实验室1进一步包括将多个实验室仪器10AI、10PRE、10POST互连的样本运输***10TRS。根据本文公开的实施例，样本运输***10TRS是基于一维传送带的***。根据所公开的另外实施例（但未被图示），样本运输***10TRS是二维运输***（诸如磁性样本载体运输***）。分析实验室1被配置为执行根据本文公开的实施例的方法。

现在转向图2至图5，将参照各图描述所公开的操作分析实验室的方法的实施例。

如图2上所示，在第一准备步骤100中，为每个实验室仪器10设置负载限制。负载限制最初被设置为等于相应实验室仪器10的最大仪器容量的值。根据本文公开的实施例，可选地考虑安全裕量，由供应商、制造商和/或操作员设置最大仪器容量。最大仪器容量以及负载限制可以表述为实验室仪器10在给定时间帧中可以处理的生物样本的数量，诸如每小时/每天的样本等。实现实验室仪器10的有效处理速率尽可能接近最大仪器容量是实验室中间件20优化的目标。

一旦设置了负载限制，在步骤102中，实验室中间件20就以不大于仪器负载限制的分派速率将生物样本分派给（一个或多个）实验室仪器10。如果分析实验室1中总体上需要由相应实验室仪器10处理的（一个或多个）生物样本的数量低于负载限制，则实验室中间件20当然将以低于负载限制的速率分派（一个或多个）生物样本。生物样本被分派到被配置为执行对应于相应生物样本的至少一个测试命令的那个（那些）实验室仪器10。此外，根据本文公开的实施例，实验室中间件20检查相应的实验室仪器10是否具有所有可用的资源（诸如消耗品、试剂、质量控制）并且准备好根据对应的测试命令处理生物样本。

此后，为了清楚起见，未在图2的流程图上图示，实验室仪器10接收并且标识被分派到那里的（一个或多个）生物样本。在标识了生物样本时，每个实验室仪器10向实验室中间件20发送测试命令查询，该测试命令查询包括标识生物样本的数据。换言之，实验室仪器10询问实验室中间件对接收的（一个或多个）生物样本执行什么测试。响应于测试命令查询，实验室中间件20向实验室仪器10发送对应于在相应测试命令查询中标识的生物样本的测试命令。测试命令包括指示将在生物样本上执行的一个或多个处理步骤的数据。根据本文公开的实施例，从数据存储装置22中检索测试命令，数据存储装置22诸如是实验室中间件20内部的或通信地连接到实验室中间件20的数据库。

然后，实验室仪器10根据实验室中间件20发送给它们的测试命令处理（一个或多个）生物样本。

在分析实验室1中重复实验室仪器10接收/标识生物样本；查询实验室中间件20、实验室中间件20利用测试命令进行回复和实验室仪器10处理生物样本的顺序。

与此并行，在步骤104中，实验室中间件20监视多个实验室仪器10向实验室中间件20查询测试命令所用的速率（此后称为查询速率）。由于实验室仪器10不能在没有测试命令的情况下处理生物样本，因此查询速率是实验室仪器10在给定时间处理生物样本所用的速率的直接和可靠的指示。因此，通过监视查询速率，在步骤106中，实验室中间件20确定对应于每个实验室仪器10的有效流速，该有效流速指示实验室仪器10处理生物样本所用的速率。

然后，实验室中间件20将每个实验室仪器10的有效流速与生物样本向该实验室仪器10（此后称为第一实验室仪器10）的分派速率进行比较。如果第一实验室仪器10的有效流速低于对第一实验室仪器10的分派速率，则在步骤109中，实验室中间件20减少其（第一实验室仪器10的）负载限制。换言之，如果实验室中间件20确定第一实验室仪器10不能处理其工作负载（分派的样本），则它降低其负载限制以避免使仪器过载。

另一方面，如果第一实验室仪器10的有效流速大于或等于对第一实验室仪器10的分派速率，则在步骤108中，实验室中间件20增加第一实验室仪器10的负载限制。

本文公开的方法、相应地***是有利的，因为调整实验室仪器10的负载限制作为对其有效流速的反应避免了过载、相应地未充分利用。此外，由实验室中间件基于从实验室仪器10接收的测试命令查询来确定有效流速是有利的，因为它没有任何性能假设，并且可以甚至在没有对现有实验室仪器10的任何改变的情况下被实现。

将参照图3A至图3B的顺序描述中间件20如何确定负载限制增加/减少的量的特定实施例。

图3A示出在一个特定场景中当前现有技术性能的模拟，其中实验室仪器在相当大量的时间内以其最大仪器容量处理生物样本。蓝色线图示向实验室仪器的分派速率。橙色线图示实验室仪器的有效流速。

水平线对应于这样的实验室仪器的理论和物理限制。利用当前现有技术的实验室中间件，性能输出（有效流速）将随着时间推移而变得降级，因为实验室仪器有时不能以这样恒定的分派速率处理生物样本。当需要暂时停止实验室仪器（例如用于更换试剂盒）时，这种情形变得甚至更关键，因为生物样本将累积并且将出现积压，这可能使实验室仪器过载。

图3B示出所公开的方法的效果，该方法包括增加、相应地减少实验室仪器10的负载限制，作为对其有效流速的反应。如该图中所图示的，主动减少仪器的负载限制防止了过载，从而允许仪器返回更接近其最大容量。另一方面，一旦仪器再次能够以分派它们的速率处理样本，增加负载限制就防止仪器的未充分利用。

根据本文公开的实施例，实验室中间件20使用连续调制控制、特别是比例-积分-微分PID、比例-积分PI、比例-微分PD、比例或积分控制算法，增加、相应地减少第一实验室仪器10的负载限制。连续调制控制连续地（或准连续地）计算误差值e(t)，作为在期望的设置点（SP）和测量的过程变量（PV）之间的差值，并且基于比例项、积分项和微分项（分别表示为P、I和D）应用校正。实验室中间件20将误差值e计算为有效流速与最大仪器容量之间的差值。根据误差值e随时间的变化，确定误差曲线e(t)。

为了将实验室仪器的有效流速带到尽可能接近其最大仪器容量，实验室中间件20通过校正值增加/减少负载限制，该校正值被确定为以下各项的加权和：

-比例项P

比例项P被计算为与误差值e的比例，并且指示误差值e的大小。比例响应可以通过将误差乘以比例增益来调整。

-积分项I

积分项I被计算为误差曲线e(t)在一段时间t内的积分，并且指示误差值e的大小和持续时间。换言之，来自积分项I的贡献与误差值e的大小和误差值e的持续时间二者成比例。在PID控制器中的积分是随时间的瞬时误差的和，并且给出应该先前校正的累积偏移。累积误差然后乘以积分增益，并且添加到控制器输出。

积分项I的优点是，它加快了过程性能（有效流速）朝向其目标（最大仪器容量）的返回，并且消除了利用纯比例控制器出现的残余稳态误差。

-微分项D

微分项D被计算为误差曲线e(t)在一段时间t内的微分，并且指示误差值e的改变率。过程误差的微分是通过确定误差随时间的斜率并且将该改变率乘以微分增益来计算的。微分项D对总体控制动作的贡献大小称为微分增益。微分动作预测***行为以及从而改进***的稳定时间（settling time）和稳定性。

应当注意，根据特定实施例，比例增益、积分增益和/或微分增益中的一个或多个也可以为零。根据本文公开的另外实施例，比例增益、积分增益和/或微分增益中的一个或多个鉴于***的响应、即作为对负载限制改变的响应的有效流速的改变来被细化。

现在转向图4A至图4D，将描述所公开方法的另外实施例。

图4A示出多页流程图的第一页，其示出步骤100至109（如上所述）和页外连接器A至C，每个页外连接器与实验室中间件20响应于（一个或多个）实验室仪器10的有效流速偏离它们相应的负载限制（第一实验室仪器10的有效流速）低于对应的分派速率而采取的动作的特定实施例相关。

图4B示出多页流程图的第二页，其图示来自页外连接器A的步骤。为了在实验室仪器10之间（重新）分配工作量（负载平衡-步骤110），实验室中间件20确定多个实验室仪器10中的第二实验室仪器10（不同于第一实验室仪器10），其被配置为执行与第一实验室仪器10相同的对应于相应生物样本的测试命令。已经确定了用于处理（一个或多个）生物样本的替代仪器，在步骤110a中，实验室中间件20通过在第一实验室仪器10的有效流速与分派速率之间的差值来增加第二实验室仪器10的负载限制。为了防止第二实验室仪器10过载，实验室中间件20将第二实验室仪器10的负载限制增加直至不大于其最大仪器容量的值。附加地或替换地，在步骤110b中，实验室中间件20调整实验室中间件20的（一个或多个）负载平衡规则，以便减少被分派到第一实验室仪器10的生物样本的比例，并且增加被分派到第二实验室仪器10的生物样本的比例。负载平衡规则定义了发送到每个实验室仪器10PRE、10AI、10POST的生物样本的比例，所述每个实验室仪器10PRE、10AI、10POST被配置为执行特定的测试命令。此后，在步骤110c中，实验室中间件20以等于在第一实验室仪器10的有效流速与分派速率之间的差值的速率将样本从第一实验室仪器10重定向到第二实验室仪器10。附加地或替代地，实验室中间件20根据负载平衡规则（如在步骤110b中调整）将生物样本分派给第一实验室仪器10和/或第二实验室仪器10。

根据本文公开的实施例，在重定向生物样本（负载平衡）中，实验室中间件20还考虑（一个或多个）生物样本到样本被重定向到的实验室仪器10的运输时间。运输时间是将（一个或多个）生物样本从第一实验室仪器10手动和/或借助于自动化样本运输***10TRS运输到第二实验室仪器10所需（估计）的时间。运输时间的计算/估计基于指示样本运输***10TRS的布局的数据和/或指示样本运输***10TRS的有效运输能量/可用性或样本运输***10TRS从第一至第二实验室仪器的特定运输路线的数据。总体来说，在优化（一个或多个）生物样本的处理中，实验室中间件20类似于其他实验室仪器10，监视和控制样本运输***10TRS的负载，即监视其有效流速并调整其负载限制（在这种情况下为运输容量），以避免样本运输***10TRS的过载和/或未充分利用。以这种方式，通过确保尽可能高效地将（一个或多个）生物样本运输到实验室仪器10，可以显著改进相应（一个或多个）生物样本的总体周转时间TAT。

图4C示出多页流程图的第三页，其图示从页外连接器B开始的步骤。如该图上图示的，对于负载平衡（步骤110）替代地或附加地，如果第一实验室仪器10的有效流速低于对应的分派速率，则实验室中间件20缓冲生物样本以暂时减少实验室仪器10的工作负载。在第一步骤中，实验室中间件20确定任何实验室仪器10（此后称为第三实验室仪器）是否具有可用的缓冲容量。缓冲可以由专用于临时存储生物样本的实验室仪器和/或由具有满足样本缓冲要求（温度、湿度）的用于（一个或多个）生物样本可用临时存储空间的实验室仪器10来提供。如果存在可用的缓冲容量，则在步骤112a中，实验室中间件20将生物样本分派给具有可用缓冲容量的第三实验室仪器10。在分派（一个或多个）生物样本用于缓冲之后，实验室中间件20保持监视第一实验室仪器10的有效流速，并且在步骤112b中，一旦第一实验室仪器10的有效流速等于或大于对应的分派速率，就将生物样本从第三实验室仪器10分派到第一实验室仪器10。这样，只要需要，（一个或多个）生物样本就被保持在缓冲器中。

类似于负载平衡，实验室中间件20还考虑（一个或多个）生物样本到第三实验室仪器10以进行缓冲的运输时间。这样，可以避免（一个或多个）生物样本被分派用于缓冲（临时存储）的时间段潜在地短于样本运输***10TRS运输样本以进行缓冲所花费的时间。这样的实施例是有利的，因为防止了缓冲和运输容量二者的浪费。

图4D示出多页流程图的第四页，其图示来自页外连接器C的步骤。图4D图示称为仪器掩蔽的过程的各种方法。仪器掩蔽通常指代如下过程：将特定的实验室仪器10对其他仪器隐藏，好像它将不可用、将离线和/或将不存在一样。

根据本文公开的实施例，仪器掩蔽可以被排序为两个主要类别：目的地掩蔽和输入特定掩蔽。

目的地掩蔽是指防止多个实验室仪器10中的一个或多个向第一实验室仪器10（目的地）发送（一个或多个）生物样本的过程。根据目的地掩蔽的第一实施例（步骤114a），其被称为总体目的地特定的掩蔽，掩蔽包括防止多个实验室仪器10中的一个或多个向第一实验室仪器10发送任何（一个或多个）生物样本。

在目的地掩蔽的另外实施例（称为测试特定的目的地掩蔽步骤，114b）中，掩蔽第一实验室仪器10包括防止多个实验室仪器10中的一个或多个发送具有第一实验室仪器10被配置为执行的至少一个关联测试命令的任何（一个或多个）生物样本。

仪器掩蔽解决了对分析实验室1、相应地一种操作分析实验室1的方法的需要，其中要防止整个分析实验室1的过载。根据本文公开的实施例，防止多个实验室仪器10中的一个或多个接收（一个或多个）生物样本包括防止（物理地）甚至装载相应的（一个或多个）生物样本和/或自动卸载所述（一个或多个）生物样本，例如分为错误输出。这样的实施例是有利的，因为它们限制了生物样本流入分析实验室1，从而防止总体分析实验室1过载，包括实验室仪器10的缓冲和归档容量。

第二类别的仪器掩蔽、输入特定的掩蔽涉及确保分析实验室1仍然可以接收和处理紧急生物样本，同时仍然控制分析实验室1的总体负载。为了实现此，根据另外的实施例，相对于除了被保留用于接收高优先级的生物样本的一个或多个实验室仪器10之外的所有实验室仪器10执行对实验室仪器10的掩蔽。可以通过将生物样本标记为紧急（STAT样本）的数据来将生物样本标识为紧急的，所述数据是从附接到样本载体的标识标签读取的；和/或从数据存储单元22，特别是作为相应测试命令的部分读取。替代地或附加地，特定的样本管可以将其中包含的（一个或多个）生物样本标识为紧急。替代地或附加地，装载到特定实验室仪器中的任何（一个或多个）生物样本可以被指定为紧急，在这种情况下，相应的实验室仪器保留以仅用于紧急样本。

在输入特定的掩蔽内，可以区分两个实施例：

总体输入特定的掩蔽114c，其中防止多个实验室仪器10中除了第一实验室仪器10之外、除了以及保留用于接收高优先级的生物样本的一个或多个实验室仪器10之外的一个或多个接收任何（一个或多个）生物样本。

测试和输入特定的掩蔽114d，其中防止多个实验室仪器10中除了第一实验室仪器10之外、以及除了被保留用于接收高优先级的生物样本的一个或多个实验室仪器10之外的一个或多个接收具有第一实验室仪器10被配置为执行的至少一个关联测试命令的（一个或多个）生物样本。

为了提供通过实验室中间件20管理分析实验室1的工作负载和资源的各种实施例的概述，图5示出图示负载限制控制、负载平衡、样本缓冲以及仪器掩蔽过程的流程图。

现在转到图6至图9，描述了实验室仪器10PRE、10POST、10AI的特定实施例。

图6示出分析前实验室仪器10PRE，其包括样本容器分类单元14，该样本容器分类单元14被配置为将容纳生物样本的样本容器30分类到样本机架40中，每个样本机架40借助于附接到样本机架40的机架标签42的机架标识符来标识，分析前实验室仪器10PRE进一步被配置为向实验室中间件传输信号，所述信号将分类的样本容器30的（一个或多个）样本标识符与对应（一个或多个）样本机架40的（一个或多个）样本机架标识符相关联。对于其中分析前实验室仪器10PRE将样本容器30分类到样本机架40中的实施例，一个或多个分析实验室仪器进一步被配置为从机架标签42读取机架标识符Rack-ID，并且将所述机架标识符Rack-ID与测试查询一起传输到实验室中间件。

图7示出分析前实验室仪器10PRE的另外实施例，包括等分单元16，该等分单元16被配置为从（一个或多个）样本容器30制备（一个或多个）生物样本的等分，并且借助于标识符标签写入器60在标识符标签32上向所述等分中的每个提供样本标识符ID。

图8示出分析实验室仪器10AI的实施例，其包括分析单元18，分析单元18被配置为执行分析测试以测量生物样本中至少一个分析物的存在、不存在和/或浓度。分析实验室仪器10AI响应于（一个或多个）测试命令执行生物样本的（一个或多个）分析测试。

图9示出包括样本存储单元19的后分析实验室仪器10POST的实施例。后分析实验室仪器10AI被配置为将样本容器30存储到样本存储单元19中、相应地从样本存储单元19中检索样本容器30。（一个或多个）后分析实验室仪器10POST向实验室中间件的针对处理命令的查询包括用于存储到样本存储单元19中、相应地从样本存储单元19检索的容器。相应地，当被后分析实验室仪器10POST查询时，实验室中间件传输指示要从样本存储单元19检索的样本容器30的数据。响应于指示要被存储、相应地检索的样本容器30的数据，后分析实验室仪器10POST存储、相应地从样本存储单元19检索样本容器30。

进一步公开的是一种包括指令的计算机程序产品，所述指令当由分析实验室1的实验室中间件20执行时，使得分析实验室1执行本文公开方法的任何一种的步骤。因此，具体而言，如本文公开方法步骤中的一个、多于一个或者甚至所有可以通过使用计算机或计算机网络（诸如云计算服务）或者任何合适的数据处理装备来执行。如本文使用的，计算机程序产品将程序称为可交易产品。产品通常可以以任何格式、诸如以可下载文件的形式存在于本地的（premise）或位于远程位置（云）上的计算机可读数据载体上。计算机程序产品可以存储在非暂时性计算机可读数据载体上；服务器计算机上；以及在暂时计算机可读数据载体（诸如数据载体信号）上。具体地，计算机程序产品可以分布在数据网络上。此外，不仅计算机程序产品、而且还有执行硬件也可以位于本地，或者远程定位、诸如在云环境中。

进一步公开和提出的是一种包括指令的非暂时性计算机可读存储介质，所述指令当由分析实验室1的实验室中间件20执行时，使得分析实验室1执行本文公开方法中的任何一种的步骤。

进一步公开和提出的是一种包括指令的调制数据信号，所述指令当由分析实验室1的实验室中间件20执行时，使得分析实验室1执行本文公开方法中的任何一种的步骤。

参考列表：

分析实验室 1

实验室仪器 10

分析前实验室仪器 10PRE

分析实验室仪器 10AI

分析后实验室仪器 10POST

样本运输*** 10TRS

标识符标签读取器 12

样本容器分类单元 14

等分单元 16

分析单元 18

样本存储单元 19

数据存储单元 22

样本容器 30

标识符标签 32

样本机架 40

机架标签 42

设置仪器负载限制为最大容量 步骤100

将试管分派到仪器 步骤102

监视查询速率 步骤104

基于查询速率确定有效流速 步骤106

增加负载限制 步骤108

减少负载限制 步骤109

负载平衡 步骤110

样本缓冲 步骤112

仪器掩蔽 步骤114。

Claims (15)

1.一种操作分析实验室（1）的计算机实现的方法，所述分析实验室（1）包括通信地连接到被配置为处理生物样本的多个实验室仪器（10）的实验室中间件（20），所述方法包括以下步骤：

-实验室中间件（20）将每个实验室仪器（10）的负载限制设置为等于相应实验室仪器（10）的最大仪器容量的值；

-实验室中间件（20）以不大于仪器负载限制的分派速率将生物样本分派到（一个或多个）实验室仪器（10），其中生物样本被分派到被配置为执行对应于相应生物样本的至少一个测试命令的（一个或多个）实验室仪器（10）；

-通过实验室仪器（10）接收和标识生物样本；

-在标识了生物样本时，每个实验室仪器（10）向实验室中间件（20）发送测试命令查询，所述测试命令查询包括标识生物样本的数据；

-响应于测试命令查询，实验室中间件（20）将测试命令传输到对应于在相应测试命令查询中被标识的生物样本的实验室仪器（10）；

-实验室中间件（20）监视所述多个实验室仪器（10）的查询速率，以便确定对应于每个实验室仪器（10）的有效流速；

-如果第一实验室仪器（10）的有效流速低于对第一实验室仪器（10）的分派速率，则实验室中间件（20）减少所述多个实验室仪器（10）中的第一实验室仪器（10）的负载限制；

-如果第一实验室仪器（10）的有效流速大于或等于对第一实验室仪器（10）的分派速率，则实验室中间件（20）增加第一实验室仪器（10）的负载限制。

2.根据权利要求1所述的操作分析实验室（1）的方法，其中实验室中间件（20）使用连续调制控制、特别是比例-积分-微分PID、比例-积分PI、比例-微分PD、比例或积分控制算法，增加、相应地减少第一实验室仪器（10）的负载限制。

3.根据权利要求2所述的操作分析实验室（1）的方法，其中实验室中间件（20）增加、相应地减少第一实验室仪器（10）的负载限制包括：

-计算误差值e作为有效流速与最大仪器容量之间的差值；

-确定误差值e的误差曲线e(t)，所述误差曲线反映了误差值随时间的变化；

-通过校正值增加/减少负载限制，校正值被确定为以下各项的加权和：

-作为与误差值e成比例计算的比例项P，指示误差值e的大小；

-作为误差曲线e(t)的积分计算的积分项I，指示误差值e的大小和持续时间；

-作为误差曲线e(t)的微分计算的微分项D，指示误差值e的改变率。

4.根据前述权利要求中的一项所述的操作分析实验室（1）的方法，进一步包括，如果第一实验室仪器（10）的有效流速低于对应的分派速率，则：

-实验室中间件（20）确定所述多个实验室仪器（10）中除了第一实验室仪器（10）之外的第二实验室仪器（10），第二实验室仪器（10）被配置为执行与第一实验室仪器（10）相同的对应于相应生物样本的测试命令；

-通过第一实验室仪器（10）的有效流速与分派速率之间的差值增加第二实验室仪器（10）的负载限制，直至不大于第二实验室仪器（10）的最大仪器容量的值；

-以等于第一实验室仪器（10）的有效流速与分派速率之间的差值的速率，将生物样本从第一实验室仪器（10）重定向到第二实验室仪器（10）。

5.根据权利要求4所述的操作分析实验室（1）的方法，进一步包括以下步骤：

-调整实验室中间件（20）的负载平衡规则，以便减少被分派到第一实验室仪器（10）的生物样本的比例，并且增加被分派到第二实验室仪器（10）的生物样本的比例；

-实验室中间件（20）根据负载平衡规则将生物样本分派到第一实验室仪器（10）和/或到第二实验室仪器（10）。

6.根据前述权利要求中的一项所述的操作分析实验室（1）的方法，进一步包括，如果第一实验室仪器（10）的有效流速低于对应的分派速率，则实验室中间件（20）将生物样本分派到具有可用缓冲容量的第三实验室仪器（10）。

7.根据权利要求6所述的操作分析实验室（1）的方法，进一步包括，一旦第一实验室仪器（10）的有效流速等于或大于对应的分派速率，实验室中间件（20）就将生物样本从第三实验室仪器（10）分派到第一实验室仪器（10）。

8.根据前述权利要求中的一项所述的操作分析实验室（1）的方法，进一步包括，如果第一实验室仪器（10）的有效流速低于对应的分派速率，则相对于所述多个实验室仪器（10）中的除了第一实验室仪器（10）之外的一个或多个实验室仪器（10）来掩蔽第一实验室仪器（10）。

9.根据权利要求8所述的操作分析实验室（1）的方法，其中掩蔽第一实验室仪器（10）包括防止所述多个实验室仪器（10）中的除了第一实验室仪器（10）之外的一个或多个实验室仪器（10）向第一实验室仪器（10）发送（一个或多个）生物样本。

10.根据权利要求8或9所述的操作分析实验室（1）的方法，其中掩蔽第一实验室仪器（10）包括防止所述多个实验室仪器（10）中的除了第一实验室仪器（10）之外的一个或多个实验室仪器（10）接收（一个或多个）生物样本，特别是具有第一实验室仪器（10）被配置为执行的至少一个关联测试命令的（一个或多个）生物样本。

11.根据权利要求8至10中的一项所述的操作分析实验室（1）的方法，其中第一实验室仪器（10）相对于所述多个实验室仪器（10）中除了第一实验室仪器（10）之外以及除了被保留用于接收高优先级的生物样本的一个或多个实验室仪器（10）之外的一个或多个实验室仪器（10）被掩蔽。

12.一种分析实验室（1），包括实验室中间件（20），实验室中间件（20）通信地连接到被配置为处理生物样本的多个实验室仪器（10），分析实验室（1）被配置为执行根据权利要求1至11中的一项所述的方法。

13.根据权利要求12所述的分析实验室（1），其中所述多个实验室仪器（10）包括以下各项中的一个或多个：

-分析前实验室仪器（10PRE），其配置为接收和标识（一个或多个）生物样本；

-分析实验室仪器（10AI），其被配置为处理（一个或多个）生物样本，以诸如确定（一个或多个）生物样本内分析物的存在/不存在和/或浓度；

-分析后实验室仪器（10POST），其被配置为卸载、运输、重新加盖、去盖、临时储存/缓冲归档、检索和/或处置（一个或多个）生物样本；

-样本运输***（10TRS），其被配置为在实验室仪器（10）之间运输（一个或多个）生物样本。

14.一种包括指令的计算机程序产品，所述指令当由分析实验室（1）的实验室中间件（20）执行时，使得分析实验室（1）执行根据权利要求1至11所述的方法中的任一项的步骤。

15.一种包括指令的非暂时性计算机可读存储介质，所述指令当由分析实验室（1）的实验室中间件（20）执行时，使得分析实验室（1）执行根据权利要求1至11所述的方法中的任一项的步骤。

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