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Problemstellung:
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Beispielsweise in der genetischen Forschung, insbesondere in der Tier- und Pflanzenforschung, wird mit einer großen Anzahl von Versuchsobjekten gearbeitet. Versuchstiere in der Tierforschung werden in offener Haltung in entsprechenden Regalen oder Racks, in deren Fächern Käfige angeordnet werden können, spezifiziert pathogenfrei in z. B. einzeln belüfteten Käfigen (IVCs) oder in Isolatoren gehalten. In separaten Wechselstationen erfolgt beispielsweise ein Umsetzen bzw. Verlegen der Versuchstiere in andere Käfige. Käfige mit einer eindeutigen Käfigkartennummer in Racks und Rackslots (Lokation) entsprechen allerdings nicht den auf der Käfigkarte gedruckten und in der Datenbank vermerkten Lokationen, wenn Käfigbenutzer die Käfige falsch platzieren. In der Pflanzenforschung herrschen vergleichbare Verhältnisse.
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Eine besondere Randbedingung stellt die Tatsache dar, dass Racks von Zeit zu Zeit chemisch und/oder thermisch sterilisiert, beispielsweise autoklaviert (132 Grad Celsius, 1h) werden müssen, somit eine Lösung auf der Basis von elektronischen Komponenten, z.B. RFID-Leser für jeden Rackslot, nicht sinnvoll erscheint. Da Racks bis zu 120 Slots für Käfige enthalten können, würden auch die Kosten einer solchen Lösung im Verhältnis zu dem angestrebten Ziel unverhältnismäßig hoch sein. Bei mechanischen Lösungen entstehen ebenfalls ein hoher Kostenaufwand und das Problem der Datenübertragung zum Computer. Rackschablonen sind kostenaufwändig und müssen unterschiedliche Racktypen abdecken.
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In einer unveröffentlichten Voranmeldung des Anmelders (
DE 10 2012 109 320 ) wird ein System und ein Verfahren mit einer funkbasierten und/oder optischen Erfassungseinrichtung vorgeschlagen, die die Käfiganordnung insgesamt und Orte (Slots) einzelner Käfige darin erfasst, mit einer Umwandlungseinheit, die die erfassten Daten in elektronisch verarbeitbare Daten umwandelt, mit einer Datenschnittstelle zur Weiterleitung der Daten an eine Rechnereinheit, mit einer Vergleichs- bzw. Analyseeinheit, in der die Daten mit hinterlegten Daten verglichen bzw. analysiert werden können. Die Erfassungseinrichtung kann Käfigkarten auf herkömmlichem oder elektronischem Papier und die darauf wiedergegebenen Daten erfassen und so einzelne Käfige an ihrem Standort identifizieren.
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Vergleichbare Verhältnisse liegen in der Pflanzenforschung in Pflanzenlaboreinrichtungen vor, in denen ebenfalls Behälter mit Probenmaterial in Regalen vorgehalten werden.
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Aufgabe – Lösung:
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Die Erfindung schildert ein System, welches die Daten von Käfigen und die physischen Lokationen der Käfige im Rack und deren Slotpositionen im Rack über z.B. eine eindeutige Käfigidentifikationsnummer als optischer Kodierung (z.B. Datamatrixcode, QR-code, ...) ohne das Erfordernis einer Käfigkarte (sei sie aus klassischem oder elektronischem Papier), welche die Position explizit anzeigt, erkennt. Dazu wirdeine eindeutige Käfigidentifikationsnummer auf einem Adapter zwischen Käfig/ Käfigdeckel und elektronischer Käfigkarte (vgl. Bild L) oder einem Adapter zwischen Käfig/ Käfigdeckel und einem Käfigkartenhalter oder auf dem Käfigkartenhalter, dem Käfig oder dem Käfigdeckel (vgl. Bild A) selbst aufgebracht
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Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass Wissenschaftler wie bei den o.g. die Käfigpositionen nun bei der Planung von Tiertransaktionen (z.B. Verpaarungen) die Käfige explizit angeben können und damit Fehler bei der Auswahl der Tiere aufgrund der bisher üblichen reinen textuellen Information (z.B. Stamm, Alter, Geschlecht) vermieden werden können. Der Tierpfleger wird dadurch in seiner Verantwortung wesentlich entlastet. Auch bei Verfahren, die die Käfigposition im Rack (SmartRack) bereits berücksichtigen (siehe
WO 2011/124 209 ) kann nicht sichergestellt werden, dass sich der Käfig tatsächlich in der vorgesehenen Position befindet. Dies kann zwar durch die Anzeige einer Käfigposition auf einer elektronischen Käfigkarte in Verbindung mit ihrer optischen und/oder funkbasierten Erfassung (vgl. die unveröffentlichten Voranmeldung (
DE 10 2012 109 320 )) sichergestellt werden. Vor allem aber kann mit der vorliegenden Erfindung der kostenintensive Einsatz von elektronischem Papier zur Darstellung des Käfigidentifikationskodes vermieden werden und die komplette Anzeigefläche steht für Tierdaten zur Verfügung. Darduch ergibt sich auch eine erhebliche Kostenersparnis. Das auf E-Ink (elektronischer Tinte) basierende große Pricer-Label (vgl. Bild D) kostet ca. 60,-- Euro. Das kleinere Label (vgl. Bild K) kostet ca. 15,-- Euro und erfüllt seinen Zweck wie das große Label. Ein weiterer Punkt sind die Reflexionen die auf einem elektronischen Label am Außenglas entstehen können, wenn das Licht ungünstig fällt. Durch die Aufbringung des Codes z.B. auf dem Adapter kann dieses Problem durch die Auswahl eines geeigneten Hintergrunds zum Aufdruck des Codes oder durch ein geeignetes Haftetikett vollständig vermieden werden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Käfigidentifikationsnummer auch mit herkömmlichen Barcode- oder Datamatrixcodelesern bzw. mit Smartphones an der Wechselstation oder am Rack gelesen und in Arbeitsprozessen verwendet werden kann.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass SmartLabels mit einem NFC-(Near Field Communication)-Chip ausgestattet sind. In diesem Fall kann der Code im NFC-Chip, der einen Identifikationscode für den Käfig enthalten kann, für das Lesen der Käfige an der Wechselstation verwendet werden. In diesem Fall kann sich die Ausstattung des Chips mit einem LF, HF oder UHF Chip erübrigen. Die Ausstattung mit einem LF- oder HF- oder UHF-Transponder ist deshalb unter Umständen erforderlich, damit das Smartrack beim Lesen des Tags an der Wechselstation sofort reagiert. Die marktüblichen Wakeups von Smartlabels betragen bei über Infrarot kommunizierenden Labels in der Regel 1 Sekunde, bei über UHF kommunizierenden Labels ab 8 Sekunden. Diese Zeitspanne ist für flüssiges Arbeiten an der Wechselstation in der Regel zu lang.
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Mit Hilfe des NFC-Codes können weiterführende Auskünfte, bei webbasierten Systemen auch auf Webseiten, über die im Käfig sitzenden Tiere auf einem Wiedergaberegät mit einem NFC-Reader abgerufen werden. Dafür können separate Wiedergabegeräte mit einem NFC-Reader zur Verfügung gestellt oder beispielsweise Smartphones verwendet werden. Die meisten Smartphones besitzen heute eine NFC-Reader. Vorteilhafterweise werden der LF- oder HF- oder UHF-Transponder oder auch ein eigener NFC-Chip auf dem Adapter oder im Adapter oder hinter dem Datamatrix code angebracht. Denn dort kann er am besten gelesen werden, weil keine Elektronik im Weg ist. Damit lassen sich die Adapter mit den Codes vorher fertigen und dann lediglich die Endgeräte (Käfig und Smartlabel) verbinden. Smartlabels und Käfige können dann im Originalzustand belassen werden.
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Prozess:
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Idealerweise wird bereits beim Ziehen des Käfigs aus dem Rack der entsprechende Slot in der Käfig-/Tierverwaltungs-Software markiert und geöffnet und beim Zurückstellen die physische Position des Käfigs im Rack in der Software (SmartRack) dargestellt. Durch das das Scannen des optischen Codes, zum Beispiel eines Datamatrixcodes oder QR-Codes, eines Strichcodes, eines Punktemusters oder eines chaotischen Musters, welcher z.B. die Inventarnummer (Käfigidentifikationsnummer) des Käfigs repräsentiert, kann die Position des Käfigs im Rack über Bildanalyse und ein mathematisches Verfahren ermittelt, an eine Software zur Weiterverarbeitung weitergegeben und regelmäßig mit der in der Datenbank vermerkten Rack- und Slotposition jeweils verprobt werden.
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Realisierung:
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Die Lösung stützt sich auf ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und eine Wechselstation zur Prozessverfolgung, wie sie in der
WO 2011/124 209 des Anmelders beschrieben sind. Sie basiert auf der Überlegung, dass der Zustand eines Racks mit seinen gefüllten und ggf. leeren Slots jederzeit optisch, beispielsweise mit einer schwenkbaren Webcam oder Kamera, erfasst und durch Daten- bzw. Bildverarbeitung analysiert werden kann, nachdem das Rack entweder durch die Auswahl in der Software (Rackpositionen im Raum sind hinterlegt) oder durch Lesen des Käfigs an der Wechselstation mit einer optischen Erfassungseinrichtung, z.B. der Kamera, angefahren wurde oder das die Aufzeichnung durch einen Bewegungssensor der auf das Rack gerichteteten Kamera gestartet wurde.
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Die Bildanalyse und das mathematische Verfahren zur Ermittlung der Slot-Koordinaten kann dabei entweder direkt integriert auf der Erkennungseinheit (z.B. Rasberry PI kombiniert mit Webcam oder Kamera) erfolgen und die Daten (Käfigidentifikationsnummer und Positionsnummmer) werden direkt an ein weiterverarbeitendes System (z.B.
WO 2011/124 209 oder anderes Tierinformationssystem) übertragen oder die Bildanalyse erfolgt remote auf einem anderen Rechner oder die Bildanalyse erfolgt direkt in einem Browser (
www.tagsrepublic.com) und wird anschließend z.B. durch Webservices zur Verfügung gestellt.
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Bei sogenannten Rack-Bibiliothekssystemen, die zur Einsparung von Platz eingesetzt werden, bei denen die Racks zum Herausziehen der Käfige erst auseinander geschoben werden müssen, kann die Kamera jeweils in dem gegenüberliegenden Rack, aus dem der Käfig entnommen wird, integriert sein. Die Daten- bzw. Bildanalyse kann sowohl nach dem Ziehen des Käfigs leere Slotpositionen in einem Rack feststellen, weil sich die Pixelschar von einem gezogenen Käfig und einem eingeschobenem Käfig im Rack im Rahmen der Bildanalyse deutlich unterscheidet, als auch die nach dem Zurückstellen des Käfigs auf dem Adapter oder dem Käfigdeckel oder der Käfigwanne auf der Frontseite angebrachte Inventarnummer mit Hilfe der entsprechenden Analysetools das Bild analysieren und die Übereinstimmung der Käfigposition im Rack mit den in der Datenbank hinterlegten Angaben überprüfen bzw. aktiv die Positionen der Käfige in der Datenbank verändern..
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Der Datamatrixcode kann vorzugsweise auf einen Adapter mit entsprechend nicht reflektierendem Hintergrund aufgebracht werden. Er kann aber auch auf dem Käfigkartenhalter oder auf den Käfig selbst gedruckt oder eingelasert werden. Hier kann die Lesbarkeit zusätzlich verbessert werden, indem der Code mit einer luminiszierenden Substanz (Nanopartikel/-pigmente, vgl. z.B.
EP 1736914 A2 ) aufgebracht wird. In diesem Fall werden zum Beispiel die Pigmente, die den Code darstellen, auf einer Wellenlänge angeregt, reflektieren aber den Code auf einer anderen Wellenlänge.
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Figurenbeschreibung
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Fig. 1: Auswählen des Racks
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Zwei Racks 1, 2, die jeweils 16 Käfige A1, A2...D3, D4 aufnehmen, sind in einem Arbeitsraum positioniert. Jeder Käfig trägt auf seinem Deckel in einem vorderen Bereich einen eingravierten Code mit Inventurdaten zum Käfig. Der Code ist maschinenlesbar. Die Käfigidentifikationsnummer sind in einer Datenbank des Cage Explorers mit Daten zum Inhalt des Käfigs verknüpft oder verknüpfbar. Zusätzlich trägt jeder Käfig einen Kartenhalter bzw. eine Käfigkarte mit denselben und ggf. weiteren Daten zum Käfig und zu seinem Inhalt. Die Daten sind herkömmlich und zusätzlich maschinell auf kurze Distanz z.B. per RFID-Technik (LF, HF, NCF, gedämpfte UHF Antennen) oder optischer Erkennung lesbar.
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Die beiden Racks 1, 2 sind samt ihren Positionen A, B in einer auf einem Computer 3 installierten und Datenbank-basierten Software erfasst, dem Cage Explorer bzw. SmartRack©. Im Arbeitsraum ist eine Webcam 4 installiert, die die beiden Racks 1, 2 insgesamt und jeden einzelnen Käfig A1, A2...D3, D4 im Rack 1, 2 erfassen kann. Die Webcam 4 erlaubt das Hinterlegen von Positionen A, B bzw. das Anfahren von bestimmten Positionen A oder B im Arbeitsraum durch eine Software-API (Application Programming Interface bzw. Programmierschnittstelle).
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a) Auswahl im Cage Explorer
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Ein Benutzer will die Käfige B2, D3 und D4 aus dem Rack 1 an einer Wechselstation 5 bearbeiten. Dazu wählt er per Cage Explorer das Rack 1 aus Die Software übergibt die Position A des Racks 1 im Raum unmittelbar an die Webcam 4 kabelgebunden oder via WLAN, und die Webcam 4 fährt die Position A an und macht ein Bild des Racks. Der Benutzer entnimmt die Käfige B2, D3 und D4 aus dem Rack 1. Die Webcam macht weitere Bilder und erfasst das Rack 1 insgesamt sowie jeden Ort bzw. Slot jedes einzelnen Käfigs A1, A2...D3, D4. Das Bildanalyseprogramm analysiert, dass die Slots der Käfige B2, D3 und D4 leer sind (vgl. 2), und leitet diese Information an den Cage Explorer weiter. Der Cage Explorer „öffnet“ die Käfige B2, D3 und D4 auf der Software-Ebene.
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Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber der folgenden Variante b) ist, dass der Benutzer die Käfige B2, D3 und D4 im Cage Explorer bereits geöffnet vorfindet, wenn er mit den Käfigen B2, D3 und D4 an der Wechselstation 5 ankommt. Dort kann er sie zusätzlich mittels der RFID auf dem Käfigkartenhalter oder der Käfigkarte selbst verproben, indem die Informationen der Webcam 4 über die leeren Orte der Käfige B2, D3 und D4 im Rack 1 mit den Daten aus der RFID-Erfassung der Käfige B2, D3 und D4 an der Wechselstation 5 abgeglichen werden. Statt RFID ist auch ein Verfahren mit Barcode möglich.
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Damit ist ein zweistufiges Verfahren möglich, nämlich das manuelle Markieren im Computer 3 einerseits und die Gegenprobe bezüglich der korrekten Auswahl der Käfige B2, D3 und D4 beim Eintreffen an der Wechselstation 5 mittels RFID und der in der Datenbank gespeicherten Information andererseits.
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b) Auswahl durch ausschließliches Lesen der RFID oder des Barcodes des Käfigs an der Wechselstation
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Ein Benutzer will die Käfige B2, D3 und D4 aus dem Rack 1 an einer Wechselstation 5 bearbeiten. Dazu entnimmt er die Käfige B2, D3 und D4 aus dem Rack 1, in diesem Fall aber ohne vorherige Eingabe am Computer 3. Er kommt mit den Käfigen B2, D3 und D4 an der Wechselstation 5 an. Hier werden die RFID-/Barcodedaten der Käfige B2, D3 und D4 erfasst. Die Positionierung der Webcam 4 und die Bildanalyse ihrer Aufnahmen finden erst statt, wenn die RFID-Daten der Käfige B2, D3 und D4 an der Wechselstation 5 gelesen wurden. Die Daten werden daraufhin mit den Aufnahmen der Webcam 4 abgeglichen.
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Fig. 2: Ziehen der Käfige
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Die Aufzeichnung durch die Webcam 4 startet, wenn sie nicht softwaregesteuert stattfindet z.B. durch Auswahl des Racks in der Software, sobald sich der Benutzer vor dem Rack 1 bewegt, und endet, wenn keine Bewegungen mehr stattfinden. Das letzte Bild der Webcam 4 wird auf offene Slots hin analysiert. Die offenen Slotpositionen werden in Form von Koordinaten an das SmartRack© übergeben. Das SmartRack© öffnet den jeweiligen Käfig B2, D3 und D4. Durch Lesen der RFID oder des Barcodes an der Wechselstation 5 wird die Position zusätzlich verprobt, indem die Daten der RFID oder des Barcodes mit den hinterlegten Daten des Cage Explorer verglichen werden.
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Fig. 3: Zurückstellen der Käfige
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Nachdem die Tiertransaktionen auf der Wechselstation 5 durchgeführt wurden, werden nach der Veränderung der Inhalte der Käfige B2, D3 und D4 die Käfigkarten inklusive ihrer Positionen neu ausgedruckt. Unter Umstände werden am SmartRack© für die gezogenen Käfige B2, D3 und D4 auch veränderte Käfigpositionen am SmartRack© erfasst. Der Benutzer bringt die Käfige B2, D3 und D4 an die auf den Käfigkarten ausgedruckten Positionen zurück.
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Die Aufzeichnung durch die Webcam 4 startet, wenn sie nicht softwaregesteuert stattfindet, z.B. durch Auswahl des Racks, in der Software, sobald sich der Benutzer vor dem Rack 1 bewegt und endet, wenn keine Bewegungen mehr stattfinden. Durch die Erfassung des tatsächlichen Orts des zurückgestellten Käfigs und seines Codes und dem Vergleich mit den entsprechenden Daten der Datenbank des Cage wird jeder Käfig B2, D3 und D4 visuell verprobt.
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Bei falscher Positionierung eines der Käfige B2, D3 oder D4 im Rack 1 wird ein Warnhinweis am Computer 3 ausgeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012109320 [0003, 0006]
- WO 2011124209 [0006]
- WO 2011/124209 [0011, 0012]
- EP 1736914 A2 [0014]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- www.tagsrepublic.com [0012]