ES2333697T3 - Metodo para la gestion de sistemas de celula de trabajo basado en un sistema de gestion de la automatizacion. - Google Patents
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Abstract
Método para la gestión de Sistemas de Célula de Trabajo (WS) usando un Sistema de Gestión de Automatización (AMS) para controlar una pluralidad de Recursos (R1-Rn) designados para manipular una serie de Muestras (S1) a lo largo de dichos Sistemas de Célula de Trabajo (WS) a fin de realizar operaciones sobre dichas Muestras (S1), comprendiendo los siguientes pasos: asociar un Protocolo de Muestra (SP1) a cada Muestra (S1), asociar a cada Recurso (R1-Rn) un Excitador de Recurso (D1-Dn), capaz de excitar dicho Recurso (R1-Rn), controlar cada uno de dichos Excitadores de Recurso (D1-Dn) mediante un Controlador de Procesos (PC), el cual se comunica con los otros Excitadores de Recurso (D1-Dn) por medio de unas variables (RLS, RPS) asociadas a cada Recurso (R1-Rn), definiendo y modificando dichas variables (RLS, RPS) el estado de dichos Recursos (R1-Rn), ejecutar dichos Protocolos de Muestra (SP1) por dicho Controlador de Proceso (PC) de una manera concurrente para lograr multienfilado, evitación de cuellos de botella, asignación dinámica de Recursos (R1-Rn) en exclusión mutua, manipulación prioritaria de muestras, equilibrio de carga de Recursos y recuperación de errores automática, caracterizado por modificar automáticamente dichos Protocolos de Muestra (SP1) reprogramando tareas automáticas en diferentes Recursos (R1-Rn) según los resultados de la etapa de ejecución de dichos Protocolos de Muestra (SP1) y el estado de dichos Recursos (R1-Rn), indicado por un estado de dichas variables (RLS, RPS).
Description
Método para la gestión de sistemas de célula de
trabajo basado en un sistema de gestión de la automatización.
La presente invención se refiere a un método
para la gestión de Sistemas de Célula de Trabajo capaces de
controlar procesos concurrentes que usan piezas de equipos,
denominados en el presente documento Recursos, que interactúan
entre sí según las necesidades y los cambios que no se han previsto
por adelantado en sus ciclos de proceso, por medio de una
reprogramación en tiempo real continua de tareas automáticas.
Además, la invención se refiere a un Sistema de Gestión de
Automatización.
Ocurre a menudo que se emplean sistemas de
robótica para aumentar la productividad, reducir costes de
producción, eliminar errores humanos, retirar Operadores humanos de
un ambiente peligroso o simplemente encargarse de tareas aburridas
y frustrantes.
Este es el caso de la automatización de procesos
de producción industriales en donde se ha explotado el uso de
dispositivos electromecánicos para la ejecución de tareas
repetitivas y, en ocasiones, complejas. El concepto de
automatización se ha limitado a ciclos que podrían interrumpirse al
esperar la coincidencia con otras tareas, pero nunca con una
reprogramación continua de tareas dependiendo de circunstancias que
ni se prevean ni se puedan prever por adelantado.
Además, el concepto de automatización se ha
limitado, hasta ahora, a procesos de producción en los que se
dedican ciertas piezas de equipos a tareas específicas, con
independencia de si estaban saturadas o no, y sin intentar usarlas
para realizar procesos concurrentes o tomar cualquier decisión
automática, basada en reglas de sistema experto, para volver a
hacer etapas de procesos o para programar nuevos procesos según
reglas aplicadas a los resultados logrados por el Sistema y/o ante
peticiones inesperadas del Operador.
De esta manera, no pueden aplicarse conceptos de
automatización de la técnica anterior a ambientes en los que pueden
cambiarse tareas muy a menudo como, por ejemplo, las de Laboratorios
de Investigación y Medicina de Laboratorio, que se distinguen por:
un ambiente impredecible, uso de instrumentos de propósito general
que pueden usarse para ensayos diferentes, automatización a pequeña
escala, necesidad de una automatización flexible, necesidad de
recargarse de equipos complejos y caros que se usan para protocolos
diferentes que necesitan ejecutarse casi al mismo tiempo, necesidad
de dar al sistema automatizado la posibilidad de modificar
automáticamente los protocolos de muestra ante una petición de
Usuario y/o reglas de un sistema experto basadas en los resultados
del proceso de ensayo.
La solicitud de patente EP 596 205 describe un
sistema analítico que comprende un sistema Supervisor de Banco, que
es responsable de coordinar las operaciones de diversos instrumentos
de hardware al ejecutar un método de banco o una secuencia de
banco, lo cual requiere la intervención del usuario para verificar
si todas las entradas están fijadas correctamente antes de que se
ejecute la secuencia y programar la secuencia; para suspender y
reprogramar una secuencia en curso; y para abortar una
secuencia.
La solicitud de patente WO 01/09618 describe un
sistema de software de laboratorio clínico integrado para ensayar
un espécimen. Se proporciona un módulo de procesamiento de espécimen
para realizar ensayos predeterminados particulares sobre el
espécimen. Una programación de automatización de flujo de trabajo
integrada se comunica con cualquiera de la pluralidad de módulos de
procesamiento de especímenes. Los módulos de procesamiento de
especímenes pueden incluir hardware de instrumentos y software de
control de procesos embutidos. La programación de automatización de
flujo de trabajo incluye una programación de procesamiento de
peticiones para procesar una petición de usuario para cualquier de
las pruebas que estén disponibles para su ejecución por los módulos
de procesamiento de espécimen y también incluye una programación de
control funcional que proporciona control funcional de uno
cualquiera de entre la pluralidad de módulos de procesamiento de
especímenes para realizar cualquiera de las pruebas, y la cual
además incluye una programación de gestión de datos de resultado que
proporciona un procesamiento de datos de resultado de prueba de
cualquiera de las pruebas. Una programación de interfaz de usuario
integrada se comunica con la programación de automatización de flujo
de trabajo para permitir que un usuario controle y vigile todos los
aspectos del funcionamiento del sistema de ordenador, incluyendo
tareas preanalíticas, analíticas y postanalíticas.
Es un objeto de la presente invención superar la
limitación anteriormente citada y hacer posible la ejecución
contemporánea de procesos concurrentes que hagan uso de piezas de
equipos comunes con el fin de obtener su mejor saturación y dar la
posibilidad de automatizar procesos con entrada dinámica de datos
dinámica y/o recepción de peticiones continuas.
Según la presente invención, se logran estos y
otros objetos por medio de un Método para la gestión de Sistemas de
Célula de Trabajo según la reivindicación 1.
Se considera que una Muestra es un espécimen de
material en una forma que permite su tratamiento o ensayo en los
Recursos adecuados, y un Protocolo de Muestra es una colección de
datos que indican las tareas que han de ser ejecutadas en la
Muestra asociada en dicho Sistema de Célula de Trabajo.
Por tales razones la invención se ha dedicado a
la automatización de Protocolos de Laboratorio, pero que puedan
aplicarse a automatización industrial, en el momento en el que la
complejidad de procesos industriales alcance el mismo nivel de
complejidad que los entornos de Laboratorio.
Las características y ventajas de la presente
invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción
detallada de realizaciones de la misma, ilustradas como ejemplos no
limitativos en los dibujos anexos, en los que:
La figura 1 muestra una estructura general de un
Sistema de Célula de Trabajo diseñado según la presente
invención;
La figura 2 muestra una disposición de un
Sistema de Célula de Trabajo de Automatización de Laboratorio de
Diagnóstico In Vitro;
La figura 3 muestra la disposición de un Sistema
de Célula de Trabajo de Automatización de Laboratorio de Cribado de
Alto Rendimiento o de Ácido Nucleico; y
La figura 4 muestra la disposición de un Sistema
de Célula de Trabajo de Biorrepositorio.
Haciendo ahora referencia a la figura 1, en
donde se representa una estructura general de un Sistema de Célula
de Trabajo, R1, R2,...Rn representan los diversos Recursos, D1,
D2,...Dn los Excitadores de Recursos asociado, S1 una Muestra
genérica y SP1 el Protocolo de Muestra asociado, PC represente el
Controlador de Procesos, DM el Gestor de Datos, LIS el Sistema de
Información de Laboratorio, LD el Excitador del Sistema de
Información de Laboratorio, U el Usuario u Operador humano, GUI la
Interfaz Gráfica de Usuario, AMS el Sistema de Gestión de
Automatización y WS el propio Sistema de Célula de Trabajo.
El funcionamiento del Sistema de Célula de
Trabajo de la figura 1 se explicará en las siguientes realizaciones
ejemplificantes.
Se muestra en la figura 2 un ejemplo de Sistema
de Célula de Trabajo de Automatización de Laboratorio de Diagnóstico
In Vitro (IVD LAWS), que integra como Recipientes de
Muestra: tubos de muestra que contienen un fluido biológico (por
ejemplo, sangre o cualquier otro material), soportes para muestras
que portan, por ejemplo, 12, 20 0 48 tubos de muestra cada uno de
ellos, y las siguientes piezas de equipo como Recursos: Dispositivos
Portamuestras: un Módulo de Transporte y Posicionamiento Inpeco
(TPM) 1, es decir, un sistema transportador por correa que
transporta Palets (es decir, portamuestras individuales) conteniendo
Tubos de Muestra (cada Palet es identificado por un transpondedor
de radiofrecuencia, leído adecuadamente de vez en cuando por
dispositivos de radiofrecuencia integrados en un Sistema de Lectura
de Etiquetas de Transpondedor), un robot polar 2 de Módulo de
Entrada/Salida (IOM) montado sobre una pista de cojinete neumático
Inpeco para mover muestras desde/hasta el área de Entrada/Salida
hasta/desde el TPM, un robot polar 3 de Módulo Centrífugo (CM) para
mover muestras desde/hasta el área Centrífuga hacia/desde el TPM,
uno o más sistemas robóticos 4 para interconectar el Analizador de
Dispositivo de Ensayo de Muestra con el TPM.
El mismo ejemplo integra como Dispositivos de
Manipulación de Recipiente de Muestra: dos lectores de código de
barras Datalogic 5 para identificación de Recipiente de Muestra, un
área de Entrada/Salida 6 equipada con sensores y accionadores para
detectar y bloquear soportes de muestra, un Sistema de Visión 7 para
reconocer soportes de muestra y tubos de muestra, dos Dispositivos
de Detección de Recipiente de Muestra 8 para identificar altura y
diámetro de tubo de muestra, un Sistema de Descoronación 9 para
retirar cierras (tapas) de muestra de tubos de muestra según sea
necesario, Dispositivos de Tratamiento de Muestra: una
Centrifugadora Hettich Rotanta 10 para centrifugación de muestra y
como Dispositivos de Ensayo de Muestra: hasta 10 diferentes
Analizadores de Diagnóstico 11 Quimico-Clínico,
Inmunoquímico u otros, y un Platillo de Balanza 12 Sartorious BP6100
para medir pesos de muestra.
El estado de la técnica se ocupa de sistemas que
realizan análisis de Diagnóstico de Laboratorio, prevé la ejecución
manual de tareas preanalíticas (es decir, identificación de muestra,
centrifugación, descoronación, carga de muestras en los
Analizadores) y de tareas postanalíticas (es decir, descarga de
muestras de los analizadores, clasificación de muestras,
reejecución de ensayo en caso de errores, nuevas peticiones de
análisis debido a reglas particulares), o la ejecución automática
de sólo la fase preanalítica, pero de un modo secuencial, sin la
manipulaciones de prioridades y concurrencia.
Por el contrario, gracias a la presente
invención, el Sistema de Célula de Trabajo de Automatización de
Laboratorio de Diagnóstico In Vitro que usa el Sistema de
Gestión de Automatización de Laboratorio, automatiza todas las
fases preanalítica, analítica y postanalítica del ensayo de Muestra
de un modo homogéneo, concurrente, reactivo, dinámico y basado en
reglas de sistema experto.
Las únicas tareas manuales que se han de
realizar por el Operador son la carga y la descarga de Soportes de
Muestra, que contienen tubos de muestra etiquetados con códigos de
barras, que llegan desde el área de extracción de sangre del
Hospital o desde otras localizaciones clínicas. Después de que el
Operador carga los soportes en el área 6 de Entrada/Salida LAWS, el
sistema de Célula de Trabajo percibe automáticamente y bloquea los
soportes y el Robot IOM toma una fotografía de cada soporte con un
cámara digital 7, identificando los tubos de muestra contenidos en
el soporte y el ID de soporte (y, en consecuencia, el área en donde
la muestra fue recogida o finalmente el flebotomista que realizó la
recogida).
A continuación, el robot 2 IOM recoge
automáticamente los tubos de los soportes y los pone en el TPM 1, en
donde el Lector 5 de Código de Barras y el Dispositivo de Detección
de Recipiente de Muestra 8 detecta el ID del Recipiente de Muestra
y su dimensión (altura y diámetro). El ID del Recipiente de Muestra
está asociado con el Protocolo de Muestra adecuado (es decir, las
órdenes de ensayo) descargado por el Sistema de Información de
Laboratorio (o insertado manualmente por el operador usando la
Interfaz Gráfica de Usuario según sea necesario) y el ID de palet
adecuado con el fin de seguir el Recipiente de Muestra a lo largo
del TPM 1. Dependiendo del Protocolo de Muestra, la Muestra se
centrifuga según sea necesario (en esta fase, la cantidad de muestra
se mide con el Platillo de Balanza 12 con el fin de conocer si la
muestra es suficiente para realizar los análisis, y para cargar los
Recipientes de Muestra en la Centrifugadora 10 de una manera
equilibrada: se usa un algoritmo de equilibrio a este respecto), y
se descorona según sea necesario por el Sistema Descoronador 9 (es
decir, el cierre del Recipiente de Muestra se retira - también es
posible cargar Recipientes de Muestra centrifugados previamente o
descoronados previamente en localizaciones de Entrada particulares,
y estos tubos se tratarán en consecuencia por el Sistema).
Posteriormente, los Recipientes de Muestra se
encaminan automáticamente hacia los Analizadores apropiados 11, en
donde se realizan los ensayos apropiados. Cada Analizador 11 es
manipulado por dos Excitadores de Recurso, gestionando el primero
de ellos la comunicación de datos del Sistema de Información de
Laboratorio (LIS), es decir, la transmisión de las órdenes de
ensayo y la recepción de resultados de muestra y/o de errores
analíticos después de realizados los ensayos, gestionando el
segundo la comunicación del Sistema de Automatización de
Laboratorio (LAS), es decir, la gestión de las órdenes de
automatización robóticas que cargan realmente la Muestra en el
Analizador.
Después de haber realizado todos los análisis,
el Recipiente de Muestra se mueve hacia el soporte de clasificación
adecuado (dependiendo de la petición de ensayo que se ha de ejecutar
finalmente en otros Analizadores fuera de línea) y, cuando se
reciben todos los resultados de prueba (y finalmente se calculan
matemáticamente algunos resultados derivados), el Controlador de
Procesos LAWS (el coordinador de excitadores de Recursos) toma una
decisión, dependiendo de los resultados y las reglas configuradas
del sistema experto, para liberar los resultados al Sistema de
Información de Laboratorio o para pedir al Operador una intervención
para validar los resultados. Finalmente, el Gestor de Datos (el
manipulador de la base de datos del Protocolo de Muestra) puede
pedir automáticamente que se añadan nuevas órdenes de prueba al
Protocolo de Muestra, o que se vuelvan a ejecutar automáticamente
algunas pruebas y/o se añadan algunas nuevas pruebas (denominadas
pruebas reflejas) al Protocolo de Prueba para una investigación
analítica posterior (en estos casos, el Recipiente de Muestra se
recoge automáticamente de nuevo por el Robot 2 IOM y se encamina,
en consecuencia, hacia los Analizadores adecuados 11 - siempre que
la cantidad de Muestra se estime suficiente para finalizar los
análisis recientemente solicitados).
Gracias a la presente invención es posible
coordinar todos los Recursos del Sistema de un modo
multitarea/
multienfilado y, por tanto, permitir que cada Recipiente de Muestra tenga un tratamiento diferente basado en una prioridad de Protocolo de Muestra, características de Muestra y Recipiente de Muestra (es decir, si la muestra debe o no centrifugarse, o si el recipiente de muestra tiene o no el cierre, o la altura, diámetro y peso del recipiente de muestra), en ensayos del Protocolo de Muestra que se han de ejecutar (pueden ejecutarse ensayos en Analizadores diferentes y pueden clasificarse Recipientes de Muestra en diferentes soportes de salida según los ensayos que se dejan a Analizadores que están situados fuera del Sistema de Célula de Trabajo de Automatización de Laboratorio), y en resultados de ensayo que puedan provocar nuevas peticiones de ensayo.
multienfilado y, por tanto, permitir que cada Recipiente de Muestra tenga un tratamiento diferente basado en una prioridad de Protocolo de Muestra, características de Muestra y Recipiente de Muestra (es decir, si la muestra debe o no centrifugarse, o si el recipiente de muestra tiene o no el cierre, o la altura, diámetro y peso del recipiente de muestra), en ensayos del Protocolo de Muestra que se han de ejecutar (pueden ejecutarse ensayos en Analizadores diferentes y pueden clasificarse Recipientes de Muestra en diferentes soportes de salida según los ensayos que se dejan a Analizadores que están situados fuera del Sistema de Célula de Trabajo de Automatización de Laboratorio), y en resultados de ensayo que puedan provocar nuevas peticiones de ensayo.
Algunos recursos críticos, como el área 6 de
Entrada/Salida, la Centrifugadora 10, o algunas zonas intermedias
de Analizador 11 (es decir, que en colas esperan Palets conteniendo
Muestras a ensayar en esos Analizadores), que pueden provocar
cuellos de botella en el sistema, son manejados con reglas basadas
en un sistema experto configurables por el Usuario, que permiten
que el Controlador de Proceso tenga un control inteligente del
flujo de equilibrio de carga de trabajo, adoptando las decisiones
adecuadas sobre el encaminamiento del Recipiente de Muestra.
Por ejemplo, el sistema estima automáticamente
el tiempo antes de la finalización de cada ensayo de Muestra, y
posteriormente el sistema distribuye Recipientes de Muestra a lo
largo del Sistema con el fin de optimizar el flujo de trabajo,
evitando colas y cuellos de botella. Asimismo, si un Recurso está
fuera de línea u ocupado (por ejemplo, un Analizador), algunas
tareas que estaban programadas para ese Recurso se reprograman
automáticamente para un recurso diferente (por ejemplo, otro
Analizador equivalente), maximizando la eficiencia y rendimiento.
Asimismo, dependiendo de una petición de Usuario o de algoritmos de
reprogramación accionados por eventos, el proceso de ensayo es
distribuido a lo largo de los Analizadores equivalentes con el fin
de minimizar la división de peticiones de prueba (es decir, la
carga de Muestras en Analizadores equivalentes diferentes), o para
obtener resultados más rápidos (disminuyendo así el tiempo medio de
vuelta de resultados), o para minimizar instrumentos (por ejemplo,
durante el período nocturno, en donde únicamente deben ejecutarse
unas pocas muestras) o para obtener el mejor ajuste de ensayo en
Analizadores (con el fin de tener el mejor rendimiento), o según
otras reglas.
El Usuario puede acceder a la interfaz Gráfica
de Usuario para modificar los parámetros de configuración y las
reglas para manipular la reejecución de ensayo automática, la
experimentación refleja y el cálculo matemático de resultados
derivados o para ver resultados de ensayo y finalmente validar o
programar una reejecución de las pruebas que el sistema experto del
Gestor de Datos LAWS interno no manipula automáticamente o por
motivos de diagnóstico o resolución de problemas.
La comunicación entre el Controlador de Procesos
y cada Excitador de Recurso se logra mediante un conjunto de
variables denominadas RLS (Estado Lógico de Recurso) y RPS (Estado
Físico de Recurso).
La variable RLS indica el estado de la ejecución
de tarea actual del Recurso relevante, es decir, puede ser Listo si
el Recurso está listo para ejecutar nuevas tareas, Ocupado si el
recurso está ocupado ejecutando una tarea y, por tanto, no puede
actualmente recibir nuevas órdenes, Error si está en un estado de
error, Fin de Tarea si ha terminado su tarea actual y está
esperando que el Controlador de Proceso actualice las variables
RPS, etc.
Las variables RPS indican que el estado físico
de un Recurso, por ejemplo, para un Analizador, el RPS es un
conjunto de variables que indican el menú actual del Analizador
mismo (es decir, la lista de todas los reactivos calibrados
disponibles para realizar las pruebas), los consumibles disponibles
(es decir, puntas, alícuotas, tubos, etc.) y la carga de trabajo
actual del Analizador (es decir, el número de ensayos que se están
ejecutando actualmente, el tiempo medio estimado para la
finalización, el número de pruebas programadas que se han de
ejecutar, etc.)
El Controlador de Procesos, dependiendo de las
variables RLS y RPS de los diversos Recursos y de los Protocolos de
Muestra de las Muestras que actualmente están en proceso en el
Sistema de Célula de Trabajo, decide automáticamente, paso a paso,
dónde y cuándo ejecutar un tratamiento de muestra (por ejemplo,
centrifugar), manipular un recipiente de muestra (por ejemplo,
descoronar) y ensayar una muestra (es decir, ejecutar algunas de
todas las pruebas en las muestras relevantes).
Un ejemplo de Sistema de Célula de Trabajo de
Automatización de Laboratorio de Cribado de Alto Rendimiento (HTS
LAWS) o un Sistema de Célula de Trabajo de Automatización de
Laboratorio de Tecnología de Ácido Nucleico (NAT LAWS), que usa el
Método de la presente invención, mostrado en la figura 3, integra
como Recipientes de Muestra: Placas de Microvaloración (placas que
contienen un número múltiple de Muestras, situadas en porciones de
la Placa denominadas pocillos), Soportes de Punta (recipientes de
puntas, que se usan por algunos Recursos para mover parte de un
Muestra hacia y desde el Recipiente de Muestra y Tubos de Muestra) y
las siguientes piezas de equipo como Recursos: Dispositivos
Portamuestras: robot articulado 13 CRS Robotics A255 montado sobre
una pista de cojinete neumático Inpeco TR-10/4 (un
doble par de pinzas está diseñado para transferir placas de
Microvaloración y Soportes de Punta y Tubos de Muestra hacia y desde
todos los Recursos en el LAWS), y un plato giratorio 14 (para giro
de placa).
El mismo ejemplo integra Dispositivos de
Manipulación de Recipiente de Muestra: un lector 16 de código de
barras MicroScan Raster para identificación de Recipiente de
Muestra, dos Carruseles de Almacenamiento de Placa 16 que puedan
cada una acomodar 144 Placas de Microvaloración, un Carrusel de
Almacenamiento 17 de Soporte de Punta, que pueda acomodar 72
soportes de punta o placas de pocillo profundo, un Sellador 18 de
Placa Sagian, dos Patines 19 de Placa para eliminación de placas de
desechos y soportes de punta, como Dispositivos de Tratamiento de
Muestra: tres Dispensadores 20 de 8 Canales LabSystems Multidrop, un
Robot 21 de Manipulación de Líquido Beckman Biomek 2000, un
Dispensador 22 de 96 canales Beckman Multimek, un Agitador 23 de
Placa de 20 posiciones verticales Inpeco, una Incubadora 24 Heraeus
BB 6220 M3 con una puerta trasera deslizante, una Centrifugadora 25
de Placa Beckman GS 6R modificada por Inpeco para carga automática,
un Lavaplacas 26 SLT Columbus, y como Dispositivos de Ensayo de
Muestra: un Contador de Centelleo 27 Wallac TRilux
1450-025 con opción ParaLux, un Detector
Multietiqueta 28 Wallac Victor2, un Lector 29 de Placa
Colorirmétrico SLT SpectraIII.
En el estado de la técnica, existen sistemas de
cribado de robot múltiple o de módulos múltiples en los que
Recipientes de Muestras podrían manipularse fácilmente a una
velocidad de 1 placa por minuto. Sin embargo, leer las placas, por
ejemplo mediante conteo radiométrico o fluorescente, lleva
típicamente de 8-12 minutos por placa. En
consecuencia, esta clase de sistemas tienen serios problemas de
cuello de botella y las placas se cuentan normalmente (es decir, se
ensayan) fuera de línea. Realmente, el conteo de placas es parte del
protocolo mismo y su capacidad debe considerarse e incluirse al
definir el rendimiento de un programa de cribado.
No sólo la lectura de placas, sino también otros
pasos pueden provocar cuellos de botella en un sistema, aunque en
menor medida. Además, pueden acontecer pequeños problemas técnicos
que pueden bajar temporalmente la velocidad o detener el sistema.
Si no se pueden evitar cuellos de botella en un protocolo, podría
ser posible usar un agente de bloqueo para detener, por ejemplo, un
ensayo de enzima. De esta manera, el cronometraje del resto del
protocolo ya no es crítico y la placa puede leerse después de la
finalización de los pasos que tienen limitaciones temporales o que
finalmente son puestos fuera de línea.
Por tanto, para aumentar el rendimiento de un
cierto formato de cribado y para impedir cuellos de botella más
allá de un cierto límite, será necesario usar robots múltiples y, en
algunos casos, instrumentos o piezas de equipo (por ejemplo, 2 o 3
contadores de centelleos) y/o pasos de procesamiento fuera de
línea.
La ejecución de una gran operación de cribado
con decenas de millones de muestras al año en placas puede
justificar fácilmente la inversión en una serie de sistemas de
cribado, cada uno de los cuales puede especializarse para realizar
un tipo particular de ensayo, tales como celular (radiométrico o
fluorescente), enzimático (que incluye también colorimétrico) u
otros. Los instrumentos o equipos que son parte de cada sistema no
necesitan ser particularmente diferentes entre sí, dado que
normalmente se realiza rutinariamente el mismo tipo de experimento.
Por este motivo, la capacidad de incubadoras, apiladoras,
dispensadores, lavadoras e incluso lectores puede ajustarse al tipo
particular de cribado, lo cual debe permitir un gran nivel de
optimización. alternativamente, varios sistemas de cribado podrían
realizar esencialmente el mismo tipo de trabajo que un sistema de
filtrado especializado de este tipo.
El caso se hace algo diferente cuando ha de
ejecutarse un proceso de cribado menor, quizás no para decenas de
millones de muestras por año, sino para 5-10
millones de muestras, con un componentes significativo de curvas de
concentración-respuesta para optimización de
aciertos y fallos. Esto puede convertirse ahora en un asunto de
inversión el tener varios robots de pipetado, carruseles de placa
incubadora y más lectores de placa costosos para un rendimiento
relativamente bajo por célula de trabajo de Laboratorio, al tiempo
que se mantiene la flexibilidad para responder a las necesidades
variables de los objetivos y los formatos de ensayo
correspondientes. En este caso una sola célula de trabajo de cribado
robótica, pero relativamente completa, equipada para una amplia
gama de tipos de ensayo, que pueda conmutarse fácilmente entre uno y
otro tipo de ensayo, puede ser una buena solución. Dado que todas
las piezas de equipo y operaciones (excluyendo quizá el cultivo de
células en placas y la preparación de placas de compuestos, que a
menudo se ejecutan mejor y más fácilmente en laboratorios
especializados independientes) forman parte de la célula de trabajo,
el ensayo mismo debe ejecutarse sin intervención humana hasta el
transporte de placa a los recipientes de desechos.
Dado que cada tarea robótica puede llevar hasta
un minuto, resulta claro que ensayos sencillos tienen un rendimiento
más alto de estado estable que ensayos complejos. El tiempo de
robot real puede variar de 2 a 7 minutos en la mayoría de ensayos
de cribado típicos, lo cual permite un rendimiento teórico de 8 a 30
placas por hora usando un sistema de robot único flexible. Si el
sistema se opera 8 horas al día, 4 días a la semana, 40 semanas al
año, esto permite capacidades de cribado de 1,0 a 3,9 millones de
muestras por año usando placas de 96 pocillos e incluso de 4 a 15
millones de muestras usando el formato de 384 pocillos.
La programación estática de protocolos de
cribado proporciona una historia de muestra idéntica a todas las
placas, aunque la optimización apropiada del rendimiento y la manera
en la que los protocolos son ejecutados (el orden de operaciones)
están basadas en el conocimiento y la experiencia del científico.
Unos sistemas de programación dinámicos tienen varias ventajas
interesantes, como la posibilidad de añadir placas u otros
protocolos una vez que la célula de trabajo ya ha comenzado la
ejecución, o la posibilidad de reanudar la ejecución original de
manera automática después de una intervención del Usuario u otras
clases de interrupciones. Los sistemas de programación dinámica
usualmente no son capaces de mantener el cronometraje solicitado y,
por ello, únicamente son útiles para protocolos con limitaciones de
cronometraje relajados.
Gracias a la presente invención, es posible
proporcionar un Sistema de Célula de Trabajo de Automatización de
Laboratorio particularmente interesante para situaciones de
rendimiento medio/alto en donde se requieren una flexibilidad y
adaptabilidad muy altas. En particular, la reactividad del sistema
otorga la posibilidad de soportar muchos formatos de ensayo
diferentes de manera secuencial o en paralelo y una adaptabilidad
inmediata para programar cambios y circunstancias no previstas
alrededor y durante la ejecución de un programa.
Además, el Sistema de Célula de Trabajo de
Automatización de Laboratorio según la presente invención, es
flexible y, por tanto, capaz de soportar cualquier clase de
Protocolo; la implementación del ensayo es fácil y rápida de
realizar; los resultados de Muestra son accesibles inmediata y
fácilmente en un formato estándar; y es rigurosamente modular, de
modo que cualquier subsistema podría sustituirse siempre que se
requiera por un módulo modernizado o completamente nuevo.
El proceso de programación permite al Usuario
del Sistema de Célula de Trabajo de Automatización de Laboratorio
definir un conjunto de pasos de operaciones usando los Recursos del
sistema, establecer el número de Placas de Muestras que se han de
ensayar, generar un programa factible para procesar todas las
Muestras y ejecutar el programa.
El Sistema de Gestión de Célula de Trabajo de
Laboratorio incluye una Interfaz Gráfica de Usuario (GUI), capaz de
crear los Protocolos que se han de almacenar en la Base de Datos de
Protocolo y un Módulo de Diagnóstico para solucionar problemas
finales. El Controlador de Proceso adquiere programas que se han de
ejecutar y controla el cronometraje con la base de datos interna
que mantiene la historia y el estado de cada placa procesada a
través del sistema. Éste se comunica con los Excitadores de
Recursos, al tiempo que crea un fichero de registro y unos archivos
de exportación de datos para el Sistema de Información de
Laboratorio. Finalmente, los Excitadores de Recursos se comunican
con los Recursos de una manera modular y concurrente.
Cada placa tiene una copia local de su Protocolo
de Muestra con su estado de ejecución asociado almacenado en la
Base de Datos de Protocolo. Esto permite ejecutar de una manera
sencilla múltiples Protocolos de Muestra bien secuencialmente o en
competición.
Gracias a las variables RLS y RPS, el
Controlador de Proceso conoce el estado de cada Recurso en cualquier
momento. Así, cada Recurso puede funcionar como un módulo
independiente de un modo paralelo (multienfilado) con respecto a
los otros Recursos del Sistema. Por tanto, se definen una serie de
estados lógicos y físicos mediante los cuales el Controlador de
Proceso pueda controlar el sistema por medio de dichos Recursos.
El RLS tiene un número finito de valores lógicos
que permiten la comunicación entre cada Excitador de Recurso y el
Controlador de Proceso. El Controlador de Proceso inicia actividades
específicas únicamente cuando lee ciertos valores del RLS y puede
establecer otros valores a comunicar al Excitador. El Excitador
puede leer y escribir valores diferentes y actuar sobre los mismos
en consecuencia. Usando el RLS como un medio de comunicación, el
Controlador de Proceso y los Excitadores conjuntamente pueden
ejecutar Protocolos de Muestra.
Pueden considerarse como un ejemplo los
siguientes valores del RLS.
Apagado: el Controlador de Proceso comprueba si
es necesario el Recurso para unos Protocolos que se hayan previsto
y, en ese caso, lanza la rutina de inicialización y establece el RLS
como Ocupado.
Listo: el Controlador de Proceso, dependiendo
del Estado Físico de Recurso (RPS), explicado en el presente
documento a continuación, puede lanzar una orden para ejecución y
establecer el RLS como Ocupado, o descargar la placa del equipo y
ajustar el RLS a Transporte.
Transporte: en este caso, es el Excitador de
Recurso, en comunicación con el Excitador de Dispositivo
Portamuestras, el que descarga la placa y establece el RLS como
Listo.
Ocupado: también en este caso el Controlador de
Proceso no reacciona mientras el Excitador de Recurso, junto con el
Excitador de Dispositivo Portamuestras, está cargando la placa y
activando la orden ejecutable solicitada para ese Recurso. Una vez
que el Excitador de Recurso indica la finalización de la tarea, el
Excitador de Recurso ajusta el RLS a Fin de Tarea. En el caso de
que el Excitador de Recurso indique un error que no pueda
recuperarse automáticamente por el Excitador de Recurso mismo, éste
ajustará el RLS a Error. Un caso particular tiene lugar en un
ensayo multiplaca, en el que más de una placa necesita cargarse en
un Recurso antes de que pueda ejecutar su propio protocolo. En este
caso, después de la llegada de una placa, el Excitador de Recurso,
en sincronía con el Excitador de Dispositivo Portamuestras, pone
inmediatamente su RLS en Listo para permitir la carga de una placa
siguiente.
Fin de Tarea: este valor del RLS induce al
Controlador de Proceso a actualizar el protocolo de la placa
analizada y a ejecutar la gestión de los datos producidos por el
lector de placa. Después de esto, ajusta el Excitador de Recurso a
Listo.
Error: el valor de error del RLS se indica al
Operador cuando el Excitador de Recurso no es capaz de resolver un
mensaje de error, enviando la orden apropiada a la Interfaz Gráfica
de Usuario (GUI). El Operador tiene que introducir el Módulo de
Diagnóstico y, sobre la base del código de error específico, tiene
que decidir entre volver a ejecutar la tarea (quizá después de una
intervención manual o de software a bajo nivel) o considerarla
finalizada y proseguir con la siguiente tarea. En el caso de un
error irrecuperable, el Operador puede decidir finalmente abortar
el programa. El Módulo de Diagnóstico mismo ejecutará entonces la
orden adecuada, ajustará los valores de RLS y/o RPS apropiados y
devolverá el control al Controlador de Proceso para continuar o
abortar el guión del protocolo relevante.
El Excitador de Dispositivo Portamuestras y el
Controlador de Proceso necesitan los parámetros de Estado Físico de
Recurso (RPS) para definir un protocolo de transferencia de placa
fiable entre el Dispositivo Portamuestras (es decir, el robot, en
este caso) y el Recurso adecuado. En particular, los Recursos que
necesitan abrir o cerrar una puerta o hacer girar un carrusel de
placa antes de que puedan ser cargados, descargados u ordenados que
ejecuten un protocolo, necesitan parámetros adicionales para
permitir una comunicación inequívoca. Estos parámetros son Espacio
Libre, Lleno, Abierto, Cerrado, Descarga y Carga, dependiendo del
hecho de que dicho Recurso tenga espacio libre para placas nuevas o
esté lleno, o esté en su estado abierto, cerrado, de descarga o de
carga, respectivamente. El proceso que necesita ser controlado en
detalle es siempre la descarga de un Recurso de origen y la carga
de un Recurso de destino. Esto ocurre con la siguiente
secuencia.
Descarga: el Controlador de Proceso, sobre la
base del protocolo de placa y el RLS de Recurso, necesita mover una
placa. Este comprobará si el Recurso RLS de destino está Listo y el
RPS tiene Espacio Libre y si el Recurso de origen de RLS está Listo
y el RPS tiene Espacio Libre (para capacidad multiplaca) o Lleno
(para capacidad de una sola placa). Si estas condiciones son
satisfechas, el Controlador de Proceso envía sus órdenes al
Excitador de Recurso de Destino y al Excitador de Dispositivo
Portamuestras, al tiempo que ajusta el RLS de ambos Excitadores a
Ocupado. El Excitador de Dispositivo Portamuestras ajusta el RPS del
Excitador de Recurso de origen a Descarga, de lo cual se acusa
recibo por el Controlador de Proceso al cambiar el RLS a Transporte.
En este punto, el Excitador de Recurso, encontrándose lógicamente
en Transporte y físicamente en Descarga establecerá el Recurso en
la condición de recibir un placa haciendo girar el carrusel de
placa, abriendo la puerta de acceso y ajustando el RPS a Abierto.
El robot puede ahora tomar la placa después de lo cual el Excitador
de Dispositivo Portamuestras ajusta el RPS a Cerrado. La operación
de descarga concluye ahora.
Transporte: Si una placa se mueve por primera
vez, el código de barras aún no es conocido y se leerá en primer
lugar. La placa también girará según sea necesario, mirando el lado
corto o largo hacia la posición derecha del Recurso de destino.
Carga: el Excitador de Dispositivo Portamuestras
ajusta ahora el RPS del Recurso de Destino a Carga de modo que
pueda ejecutar la tarea para preparar el Recurso para recepción y
para ajustar el RPS a Abierto. El robot puede poner ahora la placa
en su lugar y después de Excitador de Dispositivo Portamuestras
ajustará el RPS a Cerrado.
Esta manera de gestionar el transporte de placas
permite la posibilidad de usar los Recursos de la mejor manera
posible. Por ejemplo, a una puerta de incubadora de placa, que debe
permanecer cerrada tanto como sea posible, se le dará la orden de
abrir su puerta únicamente cuando el robot ya tenga la placa que se
ha de cargar en sus pinzas. Además, este mecanismo permite una
gestión muy sencilla de ciertos errores. De hecho, cada una de las
modificaciones de RPS o RLS sólo sucede cuando la tarea anterior se
ha finalizado exitosamente, impidiendo la posibilidad de que el
brazo de robot golpee una puerta cerrada o ponga una placa en una
posición en la que no esté lista para recibirle.
Una vez que el Controlador de Proceso conoce los
estados lógico y físico de cada Recurso, es posible ejecutar un
protocolo. Sin embargo, dado que pueden tener lugar en paralelo
muchas tareas y que más de una placa estará normal y
simultáneamente en el espacio de trabajo del Laboratorio, es muy
probable que dos o más tareas exijan servicio de robot al mismo
tiempo y que el Controlador de Proceso tanga que decidir qué acción
ejecutar. La ejecución en tiempo real de tareas basándose en una
ejecución inmediata de interrupciones procedentes de Recursos
múltiples es, por tanto, un objetivo poco realista, dado que serían
necesarios un robot independiente y una capacidad ilimitada en cada
paso.
En este punto, se define un conjunto de
heurística, reglas y parámetros para establecer la prioridad de cada
placa en cualquier momento en cualquier tipo de protocolo. Estas
reglas de prioridad dependen en gran medida del protocolo mismo y
siguen en su mayor parte la lógica de los requisitos biológicos que
el experimento plantea en el sistema. Por tanto, los estados
lógicos y las reglas de prioridad permiten que el Controlador de
Proceso y el Excitador de Dispositivo Portamuestras funcionen
continuamente sobre la base de un protocolo sin un programa
preplanificado.
En primer lugar, el sistema debe seguir el
principio de que el primero que entra es el primero que sale para
impedir que una placa invada otra en un Recurso multiplaca
(típicamente incubadoras) o en un protocolo multiplaca. Una
consecuencia particular de esta regla es que también placas que
hayan avanzado adicionalmente en el protocolo tienen prioridad
sobre placas que acaben de comenzar su protocolo. Esta regla
favorece la descarga de Recurso sobre la carga y ayuda a impedir
colas y a liberar posiciones del sistema.
Puede introducirse por el usuario un parámetro
de Espera por medio de la GUI y asociarse a cualquier Recurso que
no tenga comunicación bidireccional para indicar el final de su
proceso (como agitadores de múltiples placas e incubadoras
virtuales, es decir, placas que esperan a temperatura ambiente el
siguiente paso de procesamiento). El Controlador de Proceso no
moverá placas antes de que haya transcurrido el periodo de Espera.
El parámetro de Espera también permite enlazar dos pasos no
consecutivos. Si una placa necesita ser leída 10 minutos antes de
la adición de un reactivo, pero aún existe un paso de agitación y un
paso de sellado entremedias, es posible colocar la placa en un
carrusel después del paso de sellado y especificar un periodo de
incubación de 10 minutos con respecto al paso de adición de
reactivo. Esto permite un control muy preciso de una reacción y
puede impedir el uso de reactivos de detención.
Un parámetro de Cronometraje Crítico (un
retardo) puede ser introducido por el Usuario por medio de la GUI y
asociarse a cualquier Recurso. Este es puramente un parámetro
impulsado por biología. Si, por ejemplo, un periodo de incubación
de células o membranas en una incubadora de CO2 debe llevar 45
minutos, pero no más de 50 minutos, el robot debe finalizar su
actividad actual y descargar la placa de la incubadora dentro de
los 50 minutos. Al final del periodo de 50 minutos esta operación
debe tener prioridad absoluta y el robot deberá abandonar cualquier
otra actividad para permitir la operación de Descarga antes de
continuar el programa. El Cronometraje Crítico puede imponerse a
cada paso de incubación, incluyendo incubaciones virtuales definidas
por el parámetro Esperar.
Estas tres reglas por sí mismas son suficientes
para definir prioridades entre placas. Realmente, éstas se usan
para definir una puntuación de prioridad única, basada en tiempos de
Espera expirados y el Cronometraje Crítico de cada placa en cada
movimiento de placa, el cual se usa como una herramienta sencilla
para establecer la prioridad de cada placa en cualquier momento en
el Sistema de Célula de Trabajo de Automatización de
Laboratorio.
Existen casos en los que existe un paso lento en
el protocolo con capacidad limitada, por ejemplo lectura de las
placas con un betacontador, lo cual puede necesitar en ocasiones de
10-15 minutos por placa. El Controlador de Procesos
siempre tenderá a maximizar el rendimiento del sistema y a iniciar
la ejecución de una nueva placa si no hay otras actividades con una
prioridad más alta y el robot está libre. Como el tiempo de robot
total de un protocolo es a menudo sólo de 5 a 7 minutos, esto
provocará una sobrecarga y una lista de espera creciente justo
antes del betacontador relativamente lento.
Existen dos enfoques radicalmente diferentes de
este problema. El primero es tener fuera de línea las placas para
contarlas o, si el cronometraje no es importante, dejar las placas
sobre el LAWS para contarlas cuando el betacontador esté libre. El
segundo es crear algún mecanismo de realimentación para
contrarrestar la sobrecarga del LAWS. Se introduce un nuevo
concepto, el Cuello de Botella variable, para afrontar los problemas
de tráfico. El Cuello de Botella es causado por un Recurso lento
(como el betacontador de nuestro ejemplo), pero más generalmente
representa el tiempo mínimo que se necesita entre el procesamiento
de una placa y la siguiente sin causar un atasco de tráfico. El
valor de Cuello de Botella se convierte, por tanto, en un parámetro
crucial que permite el control del tráfico de placas en un LAWS. Su
valor inicial puede fijarse (en la GUI) según la longitud de un
paso lento conocido (derivado durante la optimización del ensayo) o
tomando sencillamente 30-60 segundos para cada paso
de protocolo, dado que este el tiempo de robot mínimo requerido en
estado estable para procesar cada placa única. Pueden distinguirse
tres casos para controlar totalmente el rendimiento.
Los Recursos solicitan tareas de robot de
transporte aproximadamente en el mismo momento y se acumulan algunos
retardos, sin provocar una violación de los parámetros de Retardo
Crítico. Esencialmente, esto significa que el robot de transporte
no tiene suficiente tiempo libre para dar servicio a todas las
peticiones. Sobre la base del retardo acumulado, el valor de Cuello
de Botella puede aumentarse gradualmente hasta que no se acumulen
retardos significativos. El único efecto sobre el LAWS es que entren
nuevas placas con una frecuencia inferior y que decaerán
gradualmente los retardos.
En caso de violación de los parámetros de
Retardo Crítico, el sistema está en un estado de sobrecarga incluso
si éste no se reconoce inmediatamente de manera normal como tal. En
este punto, un simple aumento del parámetro de Cuello de Botella no
es suficiente y se bloquea una nueva entrada de placa hasta que se
haya gestionado la violación del Retardo Crítico. En este punto, el
Cuello de Botella se recalculará como en el caso anterior y las
placas que esperan su admisión al LAWS se reprogramarán en
consecuencia.
El tercer caso consiste en la ausencia absoluta
de retardos y en que el robot de transporte no tenga realmente
tiempo desocupado. En este caso, el cuello de Botella puede
acortarse gradualmente, basándose en el nivel de tiempo desocupado
del robot mismo.
El sistema resultante provee realmente un bucle
de realimentación negativa y positiva que puede optimizar
efectivamente el rendimiento de la placa en el LAWS. Al dar al
Cuello de Botella un valor de arranque cercano al valor
experimental real, el Controlador de Proceso puede arrancar cerca
del rendimiento óptimo y únicamente son necesarias correcciones
menores. El resultado será un proceso muy regular, sin ningún
problema que sea consecuencia de tener operando al robot de
transporte a la capacidad máxima, con independencia de los cuellos
de botella del protocolo.
Se puede comprender intuitivamente que al
constreñir el Sistema de Célula de Trabajo de Laboratorio a un
cronometraje muy preciso en múltiples pasos de un Protocolo se
inducirá al sistema a reducir la frecuencia con la que placas
nuevas arrancan su procesamiento dado que el robot de transporte
dará servicio continuamente a pasos críticos. Por tanto, resulta
necesario que restricciones precisas de Espera y otras junto con sus
parámetros de Cronometraje Crítico se empleen con precaución y con
sentido común. Cuanto menos crítico sea el cronometraje de un
protocolo, mayor será la flexibilidad que tiene el LAWS para la
optimización y mayor será el rendimiento.
Como el rendimiento total de un ensayo incluye
pasos de conteo y análisis de datos, es imposible procesar 200
placas por día, ya que llevará al menos 2 días y 2 noches de conteo
ininterrumpido completar el protocolo de ensayo. En ese caso, puede
resultar bastante útil procesar 70 placas por día incluyendo conteo
y análisis de datos, usando el tiempo de procesamiento libre del
LAWS para hacer algo más. La única alternativa para ejecutar este
ensayo con un mayor rendimiento sería integrando contadores
adicionales de placas.
La Interfaz Gráfica de Usuario (GUI) tiene tres
funciones diferentes. La primera es la creación de Protocolos de
Muestra, es decir, la definición de un camino de procesamiento que
cada placa de un lote puede experimentar durante un recorrido
experimental. La segunda es la creación y ejecución de un programa
de ejecución en lotes en el que también se definen todas las
localizaciones de las placas al arranque de un recorrido, así como
el Protocolo al que se someterán. Finalmente, existe un módulo de
diagnóstico que permite acceso a la mayor parte de Recursos para
solucionar problemas y para intervenir manualmente en caso de que
ocurra un error irrecuperable.
La creación o modificación de cualquier
protocolo desde la GUI es bastante intuitiva y rápida y se puede
aprender con un entrenamiento mínimo. Esta consiste básicamente en
señalar y hacer "click", sobre un mapa del LAWS, en los
Recursos que es necesario usar en el Protocolo. Para cada Recursos
aparece una ventana flotante y es posible establecer una serie de
parámetros específicos para ese Recurso en ese Protocolo. Estos
parámetros incluyen elementos como adición de un cierto volumen de
un reactivo a todos los pocillos o a pocillos específicos de una
placa para un dispensador, velocidad y tiempo de agitación para una
agitador de placas, un ID de protocolo de lectura para un lector de
placa, el tiempo que una placa necesita permanecer en una incubadora
o cualquier otra instrucción que especifique el Usuario.
En este punto, el Usuario también puede
establecer las reglas de prioridad (véase en este documento a
continuación) definiendo el parámetro de Cronometraje Crítico, por
ejemplo, un tiempo máximo de incubación o un parámetro de Cuello de
Botella opcional. Asimismo, es posible crear protocolos ramificados
estableciendo un punto de Nodo en el protocolo. Esto permite, por
ejemplo, la transferencia de una placa a otra posición, la
introducción de nuevas placas (denominadas placas hijas) y la
diferenciación de procesamiento de las placas originales y las
placas hijas.
Mientras se crea el Protocolo de esta manera, se
muestra una ventana de texto en la que se visualiza el guión de
órdenes de bajo nivel. Es posible en cualquier momento de la
definición del Protocolo (o cuando se recupera un Protocolo
definido anteriormente) modificar, añadir o borrar cualquier línea
de este guión. Se salvan protocolos en la Base de Datos de
protocolo, con una identificación específica y un número de versión
de modo que puedan usarse en cualquier momento futuro.
Para hacer funcionar el Sistema de Célula de
Trabajo de Automatización de Laboratorio, el Operador tendrá que
cargar uno o más protocolos e indicar tipos y posiciones de placa
para cada Protocolo. Al igual que en la fase de definición de
Protocolo, haciendo sencillamente click en los carruseles de placa
(también dentro de una incubadora para ensayos celulares), aparece
una ventana flotante de posición de placa, sobre la que el Usuario
puede indicar qué posiciones de placas están llenas y qué tipo de
placas o soportes de punta se usan (eligiendo de entre una lista
apropiada de placas y soportes de punta disponibles). Realmente,
cada Excitador de Recurso tiene su propia base de datos pequeña en
la que hace seguimiento de todas la placas que está conteniendo o
procesando en ese momento temporal. Esto permite que el Controlador
de Proceso y el Excitador de Dispositivo Portamuestras controlen y
comprueben totalmente el estado de cada placa según sea
necesario.
En cualquier momento, también durante la
ejecución de un Protocolo, el Usuario puede definir recorridos
adicionales y añadirlos sencillamente al lote en ejecución. El
sistema permite un procesamiento secuencial, es decir se pondrán en
marcha placas adicionales al final del lote de las placas ya en
marcha (como si se hubieran añadido algunas placas al protocolo
original), o un procesamiento en paralelo, es decir, se ejecutará el
segundo protocolo tan pronto como el LAWS tenga tiempo de
procesamiento libre disponible. Resulta evidente que ejecutar en
paralelo dos protocolos complejos, que podrían saturar cada uno de
ellos el LAWS, desacelerará significativamente a cada uno de los
dos protocolos. La ejecución de un protocolo fácil en dos pasos en
los tiempos de espera de un protocolo complejo con tiempos de
incubación largos o un paso lento de lectura de placa puede ser muy
exitoso y permitirá un uso óptimo del LAWS.
La GUI tiene algunas características adicionales
que ayudan al Usuario en la resolución de estados de error que
puedan ocurrir.
Cuando no se está ejecutando protocolo alguno,
puede activarse una función de Mantenimiento para acceder al
control a bajo nivel de cada Recurso, incluyendo el robot de
transporte. De esta manera, cada recurso puede establecerse en
cualquier estado deseado por el operador para fines de mantenimiento
o control de calidad.
Durante una ejecución, cuando el Controlador de
Proceso indique que ha ocurrido un error, que el sistema no podría
recuperar automáticamente, el Operador podría activar la función de
Diagnóstico, interrumpir la ejecución y acceder a las opciones de
control de bajo nivel. De esta manera, se puede restablecer un
Recurso mediante software o permitir la intervención manual o
restablecer un Recurso (por ejemplo, para liberar una placa
bloqueada en un lector o para ajustar las propiedades de un
sellador de placa que ha pasado por alta una placa). Una vez que el
estado de error ha sido cancelado, la operación fallida puede
reintentarse o saltarse y puede abandonarse el modo de diagnóstico,
permitiendo que el Controlador de Proceso continúe procesando el
lote. El Operador tiene también la posibilidad durante una
ejecución de intervenir sobre Recursos que no estén en un estado de
error. Esto se realiza mediante la función de Mantenimiento.
Finalmente, el Operador puede seleccionar en cualquier momento la
función de Reserva para intervenir manualmente en el LAWS. El
sistema detendrá la siguiente orden y continuará únicamente cuando
el estado de Reserva sea liberado por el Operador.
En estos casos, la extrema flexibilidad de este
control dinámico y reactivo del LAWS recuperará muy rápidamente el
procesamiento de estado estable después de cualquier intervención de
la ejecución por lotes. Basándose en su mecanismo de realimentación
automático, la entrada de placas será desacelerada hasta que el
sistema haya recuperado su estado estable.
El control del flujo de datos en el LAWS está
basado completamente en la gestión de código de barras. Cada placa
de cribado, teniendo un formato de densidad de pocillos de 96, 386 o
más, debe tener un código de barras fijado en la parte delantera
izquierda (lado corto) o en la parte delantera derecha (lado largo)
de la placa. El código de barras define el contenido de la placa,
el cual se puede recuperar de la Base de Datos. Durante el
procedimiento de cribado no existe la necesidad de recuperar esta
información. El código de barras se convierte en un mero ID de
placa, el cual se asigna a un archivo de exportación de datos
estandarizado. En el caso de que los compuestos puedan dispensarse
previamente dentro de las placas, sino que tengan que ser
dispensados durante el ensayo (por ejemplo, ciertos ensayos
activados por agonista), el código de barras heredará el mapa de
placa de la placa de compuesto madre. El archivo de exportación
estandarizado contiene los datos que se derivan de cualquier lector
de placa y una serie de metadatos que describen el experimento (como
fecha, hora, nombre del Operador, nombre del protocolo, tipo de
lector, ajustes de lectura para control positivo de, por ejemplo,
ajustes correctos de filtros y unidades de medición). Los datos se
guardan localmente, pero son accesibles continuamente a través de
la red por el Sistema de Información de Laboratorio.
Se realiza un análisis de datos fuera de línea y
éste se puede hacer justo desde el momento que ha finalizado la
ejecución del cribado. Dado que el LAWS y el software de análisis de
datos están ambos basados en una gestión centralizada del código de
barras y del mapa de placas, no existe la necesidad de mantener un
orden de placa particular mientras se carga el LAWS. La carga de
100 o más placas sobre los carruseles de placa puede realizarse en
consecuencia sin el temor de invertir algún orden o localización de
placa. Asimismo, resultará imposible asignar datos a la placa
equivocada, debido a la identificación mixta de placa entre un
lector y el sistema de cribado.
Un Ejemplo de un Sistema de Trabajo de
Biorrepositorio que sigue el Método de la presente invención,
mostrado en la figura 4, integra como Recipientes de Muestra: unos
tubos de muestra que contienen un fluido biológico, que ha de
mantenerse en frigoríficos durante un largo tiempo y que se entrega
bajo petición para análisis de investigación, cribado genérico u
otros motivos, y las siguientes piezas de equipo como Recursos:
Dispositivos Portamuestras: un módulo de Transporte y
Posicionamiento (TPM) Inpeco 30, es decir, un sistema transportador
por correa que transporta Palets (es decir, portamuestras
sencillos) que contienen Tubos de Muestra (cada Palet está
identificado por un transpondedor de radiofrecuencia, leído
adecuadamente de vez en cuando por dispositivos de radiofrecuencia
integrados en un Sistema de Lectura de Etiquetas de Transpondedor),
un robot 31 de Módulo de Entrada/Salida (IOM) para mover muestras
desde/hasta el área de Entrada/Salida hasta/desde el TPM y uno o
más sistemas 32 de robot de transporte capaces de mover muestras
hacia dentro y hacia fuera de sistemas frigoríficos en donde se
cargan las muestras que se han de almacenar o se descargan las que
se van a ensayar, como Dispositivos de Manipulación de Recipientes
de Muestra: un lector 33 de código de barras para identificación de
muestras, uno o más sistemas 34 de refrigeración (u otros sistemas
de almacenamiento) para almacenar muestras, y un lector 35 de
código de barras dentro de cada sistema de refrigeración para
lectura de doble comprobación de Recipientes de Muestra.
La técnica anterior en Biorrepositorios prevé la
carga y descarga manual de muestras en y desde unos frigoríficos,
creando así problemas cuando el número de muestras que se ha de
manipular es alto e introduciendo riesgos para los operadores,
especialmente a temperaturas ambiente bajas en cámaras frías o
debido a frigoríficos basados en nitrógeno líquido.
Asimismo, la manipulación manual de muestras
introduce algunos problemas en la gestión y consistencia de la base
de datos de muestras, la posibilidad de errores humanos y una
gestión ineficiente del espacio dentro de los frigoríficos (de
hecho, es difícil y lleva tiempo optimizar manualmente la
distribución de muestras dentro de estos sistemas).
Por el contrario, gracias a la presente
invención, el Sistema de Célula de Trabajo de Biorrepositorio que
usa el Sistema de Gestión de Automatización de Laboratorio,
automatiza todas las tareas del Biorrepositorio, es decir, la
carga, descarga y compactado de muestras.
Este objetivo se logra centralizando la base de
datos de muestras en el Gestor de Datos del Sistema de Célula de
Trabajo y manipulando la carga y la descarga de muestra hacia dentro
y hacia fuera de frigoríficos de una manera totalmente automática,
permitiendo que el Operador cargue muestras en un área de
Entrada/Salida, en donde, automáticamente, se reconocen las
muestras y se transportan y cargan éstas en el frigorífico adecuado,
y se solicitan localmente muestras desde la Interfaz Gráfica de
Usuario o remotamente desde el Sistema de Información de
Laboratorio, permitiendo al sistema descargar automáticamente las
muestras solicitadas desde los frigoríficos adecuados y
transportarlas hacia el área de Entrada/Salida, recompactando según
sea necesario el espacio libre generado dentro de los
frigoríficos.
La gestión de esta clase de Sistema de Célula de
Trabajo es similar a la descrita en los ejemplos anteriores y puede
integrarse con cualquier Dispositivo de Ensayo para realizar
automáticamente los análisis de cribado o ensayo solicitados en las
muestras adecuadas.
En particular, la variable RLS indica el estado
de la ejecución actual de una tarea del Recurso relevante, es
decir, puede ser Listo si está lista para ejecutar nuevas tareas,
Ocupado si está ocupada ejecutando una tarea y no puede actualmente
recibir nuevas órdenes, Error si está en un estado de error, Fin de
Tarea si ha terminado su tarea actual y está esperando que el
Controlador de Proceso actualice las variables RPS, etc.
Las variables RPS indican el estado físico de un
recurso, por ejemplo, para un sistema de refrigeración, el RPS es
un conjunto de variables que indican el número de muestras
contenidas en ese Recurso, su estado de fragmentación (para
opciones de recompactación, su accesibilidad y disponibilidad,
etc.
Claims (26)
1. Método para la gestión de Sistemas de Célula
de Trabajo (WS) usando un Sistema de Gestión de Automatización
(AMS) para controlar una pluralidad de Recursos
(R1-Rn) designados para manipular una serie de
Muestras (S1) a lo largo de dichos Sistemas de Célula de Trabajo
(WS) a fin de realizar operaciones sobre dichas Muestras (S1),
comprendiendo los siguientes pasos:
asociar un Protocolo de Muestra (SP1) a cada
Muestra (S1),
asociar a cada Recurso (R1-Rn)
un Excitador de Recurso (D1-Dn), capaz de excitar
dicho Recurso (R1-Rn),
controlar cada uno de dichos Excitadores de
Recurso (D1-Dn) mediante un Controlador de Procesos
(PC), el cual se comunica con los otros Excitadores de Recurso
(D1-Dn) por medio de unas variables (RLS, RPS)
asociadas a cada Recurso (R1-Rn), definiendo y
modificando dichas variables (RLS, RPS) el estado de dichos Recursos
(R1-Rn),
ejecutar dichos Protocolos de Muestra (SP1) por
dicho Controlador de Proceso (PC) de una manera concurrente para
lograr multienfilado, evitación de cuellos de botella, asignación
dinámica de Recursos (R1-Rn) en exclusión mutua,
manipulación prioritaria de muestras, equilibrio de carga de
Recursos y recuperación de errores automática,
caracterizado por
modificar automáticamente dichos Protocolos de
Muestra (SP1) reprogramando tareas automáticas en diferentes
Recursos (R1-Rn) según los resultados de la etapa de
ejecución de dichos Protocolos de Muestra (SP1) y el estado de
dichos Recursos (R1-Rn), indicado por un estado de
dichas variables (RLS, RPS).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Método según la reivindicación 1, en el que
el Sistema de Célula de Trabajo (WS) es un Sistema de Célula de
Trabajo de Automatización de Laboratorio (LAWS), y cada Muestra (S1)
es un espécimen biológico recogido en un Recipiente de Muestra
(ID), que incluye una o más Muestras (S1).
3. Método según la reivindicación 1, en el que
dicho Sistema de Célula de Trabajo (WS) incluye un Gestor de Datos
(DM) que manipula datos de Muestra y Protocolos de Muestra (SP1);
operando dicho Gestor de Datos (DM) en coordinación con los otros
Recursos de Sistema de Célula de Trabajo (R1-Rn) por
medio de un conjunto de variables (RLS, RPS) usadas para
comunicación.
4. Método según la reivindicación 1, en el que
se asocia una Base de Datos a dicho Gestor de Datos (DM); dicha
Base de Datos representa un colección de Protocolos de Muestra
(SP1), Resultados de Muestra, mientras que un Resultado de Muestra
es la recogida de datos medidos por uno o más dispositivos de Ensayo
(11) o calculados por el Gestor de Datos (DM) mismo usando fórmulas
matemáticas definidas aplicadas sobre otros datos incluidos en los
Resultados de Muestra.
5. Método según la reivindicación 1, en el que
dicho Sistema de Célula de Trabajo (WS) incluye una Interfaz
Gráfica de Usuario (GUI) que se interconecta con el Usuario (U),
funcionando dicha Interfaz Gráfica de Usuario (GUI) en coordinación
con los otros Recursos de Célula de Trabajo (R1-Rn)
por medio de un conjunto de variables que indican el estado del
Recurso mismo.
6. Método según la reivindicación 1, en el que
dicho Sistema de Célula de Trabajo (WS) incluye un Excitador de
Sistema de Información de Laboratorio (LD) para manejar la
comunicación con el Sistema de Información de Laboratorio (LIS);
dicho Excitador de Sistema de Información de Laboratorio (LD)
funciona en coordinación con los otros Recursos de Sistema de
Célula de Trabajo (R1-Rn) por medio de conjunto de
variables (RLS, RPS) que indican el estado del Excitador (D)
mismo.
7. Método según la reivindicación 2, en el que
dicho Sistema de Célula de Trabajo (WS) incluye como Recursos
(R1-Rn) uno o más Dispositivos Portamuestras,
diseñados para mover Muestras (S1) a lo largo del Sistema de Célula
de Trabajo de Automatización de Laboratorio (LAWS).
8. Método según la reivindicación 1, en el que
dicho Sistema de Célula de incluye como Recursos uno o más
Dispositivos de Tratamiento de Muestras para modificar las Muestras
(S1) para los ensayos solicitados.
9. Método según la reivindicación 1, en el que
dicho Sistema de Célula de Trabajo (WS) incluye como Recursos
(R1-Rn) uno o más dispositivos de Manipulación de
Recipiente de Muestra, dedicados a dispensar, almacenar, desechar o
alterar las propiedades de un Recipiente de Muestra (ID).
10. Método según la reivindicación 1, en el que
dicho Sistema de Célula de Trabajo incluye como Recursos
(R1-Rn) uno o más Dispositivos (11) de Ensayo de
Muestra dedicados a determinar la cantidad de uno o más componentes
en una Muestra (S1).
11. Método según la reivindicación 2, en el que
dicho Sistema de Gestión de Automatización (AMS) controla e integra
dichos Recursos (R1-Rn) con el fin de obtener un
tratamiento homogéneo y concurrente de Muestras (S1) a lo largo del
Sistema de Célula de Trabajo (WS) asociando a cada Recipiente de
Muestra (ID) un Protocolo de Muestra (SP1) y ejecutando todos los
Protocolos de Muestra (SM1) de una manera concurrente.
12. Método según la reivindicación 1, en el que
cada Recurso (R1-Rn) está asociado a un Excitador de
Recurso (D1-Dn) designado para controlar la
comunicación y la ejecución de tarea de las piezas de equipo
relevantes en coordinación con los otros Recursos de Sistema de
Célula de Trabajo por medio de un conjunto de variables (RLS, RPS)
que representan estados de Recursos.
13. Método según la reivindicación 2, en el que
cada Recipiente de Muestra (ID) es asociado a un identificador
único y cada identificador es asociado a un Protocolo de Muestra
(SP1), mientras que dicho Protocolo de Muestra (SP1) tiene que
ejecutarse en la Muestra (S1) o en el conjunto de Muestras (S1)
contenidas en el Recipiente de Muestra asociado (ID).
14. Método según la reivindicación 1, en el que
el Sistema de Gestión de Automatización (AMS) prevé la modificación
automática de los Protocolos (SP1), mientras se están ejecutando,
dependiendo de una petición de Usuario, una petición del Sistema de
Información de Laboratorio (LIS) o una petición automática.
15. Método según la reivindicación 1, en el que
cada Protocolo de Muestra (SP1) es asociado a un Nivel de Prioridad
actualizable durante la ejecución de dicho Protocolo (SP1).
16. Método según la reivindicación 1, en el que
cada Recurso (R1-Rn) usado en un Protocolo de
Muestra (SP1) es asociado a un parámetro de Espera para indicar el
tiempo en que el Recurso (R1-Rn) completa su tarea
en ese Protocolo de Muestra (SP1) y a un Parámetro de Tiempo
Crítico al final del cual el Recurso (R1-Rn) debe
tener una prioridad absoluta con respecto a cualquier otro Protocolo
(SP1).
17. Método según la reivindicación 1, en el que
cada Protocolo de Muestra (SP1) es asociado a un Parámetro de
Cuello de Botella que puede ajustarse de una manera que proporcione
un bucle de realimentación positiva y negativa que pueda optimizar
el rendimiento del sistema.
18. Método según la reivindicación 1, en el que
dicho Sistema de Célula de Trabajo de Automatización de Laboratorio
(LAWS) es un sistema de cribado o ensayo de Muestra automatizado y
en el que al menos un Dispositivo Portamuestras es capaz de
transferir una pluralidad de Recipientes de Muestra (ID), incluyendo
cada Recipiente al menos una Muestra (SP1) entre dicha pluralidad
de Recursos (R1-Rn).
19. Método según la reivindicación 1, en el que
dichas variables (RLS, RPS) usadas en dicho paso de controlar
dichos Excitadores de Recurso (D1-Dn) por dicho
Controlador de Proceso (PC) incluyen el Estado Lógico de Recurso
(RLS), que expresa las diversas condiciones lógicas del Recurso
asociado (R1-Rn), y el Estado Físico de Recurso
(RPS) que expresa las diversas condiciones físicas del Recurso
asociado (R1-Rn).
20. Método según la reivindicación 1, en el que
el Controlador de Procesos (PC), según el estado de los diversos
Recursos (R1-Rn), puede decidir automáticamente
reprogramar en cualquier momento las actividades del Protocolo de
Muestra (SP1).
21. Método según la reivindicación 3, en el que
el Gestor de Datos (DM) según el estado de Resultados de Muestra y
reglas de sistema experto enseñadas al Sistema, es capaz de generar
peticiones automáticas para modificar Protocolos de Muestra (SP1) o
pedir la intervención de Usuario para tratar casos especiales e
imprevistos.
22. Método según la reivindicación 1, dedicado
al control de una Célula de Trabajo de Diagnóstico In Vitro
(IVD) que realiza tratamiento de muestras y análisis de prueba sobre
muestras biológicas usando Instrumentos de Diagnóstico como
Dispositivos de Ensayo de Muestra (11).
23. Método según la reivindicación 1 dedicado al
control de un Sistema de Célula de Trabajo de Automatización de
Laboratorio de Cribado de Alto Rendimiento (HTS) que realiza una
gran cantidad de análisis de cribado de muestras biológicas (S1) en
Dispositivos de Ensayo de Muestra (11) siguiendo protocolos
diferentes con el fin de generar datos que sean usados para
investigación farmacéutica.
24. Método según la reivindicación 1 dedicado al
control de una Célula de Trabajo de Tecnología Ácido Nucleico
(NAT), en tanto que Sistema de Célula de Trabajo de Automatización
de Laboratorio NAT, que realiza tratamiento de muestras y análisis
de prueba sobre ácidos nucleicos de muestras biológicas (S1) usando
Instrumentos adecuados como Dispositivos de Ensayo de Muestra
(11).
25. Método según la reivindicación 1 dedicado al
control de un Sistema de Célula de Trabajo de Automatización de
Laboratorio Biorrepositorio que se usa como un almacenamiento
permanente de muestras biológicas (S1) que puedan mantenerse
refrigeradas durante años y usarse bajo petición.
26. Método según la reivindicación 1 dedicado al
control de un Sistema de Control Industrial con la misma
metodología que la descrita anteriormente, siempre que el Sistema de
Control Industrial requiera una gestión de la operación multitarea,
reactiva y basada en un sistema experto, y las Muestras (S1), los
Recipientes de Muestra (ID), los Protocolos de Muestra (SP1) y los
Resultados de Muestra estén representados por objetos y datos
adecuados.
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