JP3709429B2

JP3709429B2 - Test strip analyzer and analysis method using test strip

Info

Publication number: JP3709429B2
Application number: JP20527896A
Authority: JP
Inventors: 博和田; 利志平井; 義和古谷; 一義斉藤
Original assignee: Eiken Chemical Co Ltd
Current assignee: Eiken Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-07-15
Filing date: 1996-07-15
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2016-07-15
Also published as: JPH1031011A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、試験片の試薬層の呈色の度合いをイメージセンサで観測して液体試料中の成分濃度又は特性の程度を測定する方法及び装置の改良に係わるものであって、試薬層に試料を供給した時点からの経過時間を計時することなく、ある特定の異なる２つの経過時間後の試験片を一度に撮像することにより、反応時間が異なる複数の試薬層への対応や異常反応のチエックを、簡単な機構で容易確実に行なうものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
試薬層をプラスチック片などの支持体に設けた試験片を用いて、尿や血液中の成分濃度の測定を行なう場合、従来は試薬層の呈色の度合いを目視や反射率計を用いた光学的分析装置で観測することにより行われている。しかし、目視での色比較は不精確になりやすいし、定量的な分析は困難である。また反射率計では試薬層ごとの反射率を個々に測定するので、複数の試薬層を持つ多項目試験片による分析では、試験片或いは積分球等の光学系を移動させるか、複数の反射光学系を用意する必要がある。そのため、前者では移動させる機構や正確な位置合わせ機構が必要で機構が複雑化するし、移動に時間がかかって処理能力が制限される。後者では、狭い箇所に多数の検出部を配置するために各反射光をグラスファイバーで検出器に導くなどの方法が採られているが、試薬部の位置が少しでもずれると測定出来ないので、試験片の位置合わせなどに複雑な機構が必要となる。更に何れの場合も、試験片上における試薬層の位置や個数を測定用光学系とは別の検出器で検出しており、装置が複雑化する。
【０００３】
また従来の光学的分析装置では、試薬層全面の反射光量を積分して求めているので、斑点状の呈色を示す場合や試料液の供給が不均一な場合などの理由により呈色が不均一となる場合、正しい成分分析が出来ない場合がある。例えば、尿中の潜血の分析において赤血球が壊れていない状態の試料を滴下（供給）した場合、斑点状の呈色を示す。これを、試薬部全面の反射光量を積分した反射光量で分析した場合、偽陰性の結果をだす場合がある。また、試薬部の面積に対して試料液の供給が不十分で呈色が部分的に行われるような場合や、端の方から染み易い構造の試薬部の場合、或いは妊娠診断用試験片のように試薬部の一部分にのみ反応試薬が塗布或いは含浸してあるような場合、従来の方法では試薬部全体の反射率を測定するため、測定誤差が大きくなったり測定不能に陥る。従って、後者では目視に頼らざるを得ず、分析精度や処理能力の点で難点があったし、前者では不正確な値しか得られず信頼性に欠けるものであった。
【０００４】
更に、呈色反応の速度は試薬層の種類によって異なるし、同じ試薬層でも妨害物質の存在や成分濃度の多寡などが原因して反応速度が大きく遅促されることがある。また、酵素試薬のように、反応速度で濃度を測定するものもある。これらに対応するには、１つの試験片を時間をかけて測定するとか、同じ試薬層を何度も測定する必要がある。しかし、反射率計を用いた光学的分析装置では効率の面から考えてこのようなことは不可能であり、現実には、試薬層へ試料を供給してから一定時間経過後に、全ての試薬層の測定を行なっている。
【０００５】
このような問題を解決するために、イメージセンサを用いて試験片を撮像し、その画像信号を処理して試験片や試薬層の位置の特定、及び各試薬層の呈色の程度から試料中の特定成分の濃度を測定する、新規な技術が最近相次いで開発されている。例えば、特開平７−５１１０公報には、光源としてキセノンフラッシュランプを用い、試薬層を含む試験片の反射光による像をイメージセンサ上に撮像し、得られる複数の色信号を処理して試料中の各成分濃度を測定する技術が開示されている。この技術によれば、試薬層が斑点状の呈色を示す場合や試料液の供給が不均一な場合などの理由により呈色が不均一となる場合でも演算処理時にこれらを補正することにより、正しい成分分析が可能となる。また、特開平７−１９０９４０公報には、複数の試験片をタイムトラッキングする技術が開示されている。これは、撮像部域内に載置した試料供給後の試験片について載置以降の経過時間を追跡監視（トラッキング）し、或る設定された読み取り時間の経過後、試薬層の画像を解析して試料中の成分の分析を行なうものである。この技術を用いれば、撮像部域内には複数の試験片が載置できるので、１つの試験片を時間をかけて測定するとか、同じ試薬層を何度も測定することも可能になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、いくらイメージセンサを用いたとしても、複数の試薬層を持つ多項目試験片の場合に点光源で照明したり、線光源を用いても複数の試験片の画像を撮像したりする場合、試験片上の全試薬層への光源光の照射角度や撮像部への反射角度、或いは光源光の照射エネルギーが不均一となり、反射率の測定に誤差を生じる。また、試薬層での試薬の吸収を受けない表面反射光に由来する正反射光による反射率の測定誤差も無視できない。また、特に後者の場合、試験片特に複数の試験片をタイムトラッキングするには複雑なタイミング機構が必要になるし、それぞれの読み取り時間の経過後に試薬層の画像を解析するためプロセッサに過大な能力が要求され、ソフトも複雑になる。しかも、撮像部域を広くしても撮像装置と光源との関係で正反射が起こって正常な測定が出来ない部分がかなり大きく、実際上測定に使用できる部分は限られるのが現状である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであって、２次元イメージセンサを用いた試験片の分析において、２種類の反応時間における各試薬層の撮像が、タイムトラッキングすることなく容易正確且つ確実に行え、しかも、この撮像は１つの光源と１つの撮像装置を用いて照明特性が同一で正反射光の影響を受けない箇所で行なう方法及び及び装置を提供する。
【０００８】
即ち、本発明の装置は、試薬層に試料を供給した状態の試験片を載置して間欠駆動される反応ラインの一部又は全体を測光部とし、該測光部の上方に該反応ラインの一部又は全体を照明下に置く光源と該光源の上方を覆う遮光カバーと該遮光カバーの上方に位置するイメージセンサとを同一垂直線上に配置するとともに、該イメージセンサにより反応ライン上の反応時間が異なる段階にある特定の２枚の試験片が同時に撮像できるように、少なくとも１枚の試験片が撮像できる程度の透過部を上記垂直線から反応ライン方向等距離の位置に２個設けたものである。また本発明方法は、間欠駆動される反応ライン上にある複数の試験片のうち、反応時間の異なる特定位置（透過部位置）における２つの試験片を同一の光源でそれぞれの照明特性が同一になるように照明し、イメージセンサで２つの試験片の像を同時に撮像し、イメージセンサからの信号を処理して２つの試験片及び各々の試薬層を認識するとともに、各試薬層については反応時間によって何れか一方又は両方を選んで、試薬層の呈色の度合いから試料中の成分濃度又は特性の程度を演算により求めるものである。
【０００９】
上記した本発明は、以下に述べる３つの考えに立脚してなされたものである。まず第一に、反応速度を見る酵素試薬による測定や妨害物質の存在その他の理由による異常反応などは、同一試薬層を２つの異なる反応時間経過後に測定すれば殆どが対処可能となることである。第二に、試験片を間欠駆動される反応ライン上に載置して測光部に移動させ、ある特定の位置に移動してきた時点で機械的に撮像するので、試料供給後の経過時間を気にする必要がないことである。また第三に、この撮像する２つの位置（透過部位置）は、照明特性が同一で、しかも試薬層表面での光の正反射が生じない位置を選んでいることである。尚、上記の撮像する２つの位置は複数とすることも可能である。但し、光源とイメージセンサ１２を結ぶ垂直線に対して対称となる位置で得たデータは比較できるが、非対称な位置で得られるデータの組み合わせについては、同じ条件で比較することはできない。
【００１０】
以下、本発明を具体例に基づいて説明する。本発明の試験片分析装置は、イメージセンサ特にＲＧＢ信号を出力するイメージセンサによって試験片上の試薬層の呈色の度合を観測して、尿や血液等の液体試料中の成分濃度や特性の程度を求めるものであって、試薬層に試料を供給した状態の試験片を載置して間欠駆動される反応ラインの一部又は全体を測光部とし、該測光部の上方に該反応ラインの一部又は全体を照明下に置く光源と該光源の上方を覆う遮光カバーと該遮光カバーの上方に位置するイメージセンサとを同一垂直線上に配置するとともに、該イメージセンサにより反応ライン上の反応時間が異なる段階にある特定の２枚の試験片が同時に撮像できるように、少なくとも１枚の試験片が撮像できる程度の透過部を上記垂直線から反応ライン方向等距離の位置に２個設けたものである。尚、１つの透過部を通して１枚以上の試験片や他の物体が撮像されても、特定の試験片が撮像されるイメージセンサ上の位置は決めておけば、混乱は起こらない。
【００１１】
本発明で用いる試験片は、例えばプラスチック製の細長いスティック状支持体の上に複数の試薬層を設けたものである。勿論他の形状のものも使用可能であるが、複数の測定項目に対処するにはこの形状のものが好ましい。尚、試薬層は呈色反応試薬を濾紙やフィルムその他の担体に塗布、印刷、含浸或いは練り混み等により一体化させたものである。試薬層は通常は全体が呈色するようになっているが、試薬を試薬層の一部に帯状等に設けて、呈色状態が試薬の無い部分との比較で見やすいようにしたものも対象に含む。また支持体上には、標準反射片を設けたり、試験片の種類（測定項目や検査対象疾患）の認識等のためのバーコード、文字や図形、色、切り欠け等を設けるとよい。標準反射片は、試薬層と同様な素材でもよいが、支持体が白色等の場合、これを代替品として利用してもよい。
【００１２】
イメージセンサとしては、２次元のＲＧＢカラーイメージセンサ或いはＲＧＢフィルターと組み合わせた２次元のモノクロイメージセンサを使用する。これは、ＲＧＢ信号がマイクロプロセッサやバーソナルコンピュータ等で処理し易いことや、補色フィルタのカラーイメージセンサに対して分光特性が分析に適していることによる。また光源としては、ハロゲンやタングステンランプ等の白熱灯、ナトリウム灯や蛍光灯など特定波長の光を多く含む光源、キセノンランプストロボライト、ＬＥＤ等が使用が可能である。光源の形状は点光源でもよいが、試験片が細長い形状の場合は光源も同様に細長いもの、例えば直管蛍光灯が好ましく用いられる。この場合、直管蛍光灯を試験片の長さ方向に配置する。なかでも、直管蛍光灯として、ＲＧＢ３つの狭帯域発光蛍光体が使用されたものを用いると、比較的広い帯域のＲＧＢカラーイメージセンサ或いはＲＧＢフィルターを備えたモノクロイメージセンサと組み合わせて使用しても、極めてシャープな測定波長特性が得られる。尚、Ｒ、Ｇ、Ｂの３波長の内、各試薬層の測定にはその呈色特性に合わせて、１〜２波長が使用される。また、妨害物質その他の理由による異常発色の測定には、３波長が使用される。
【００１３】
反応ラインは、例えば２条の無端ベルト上に多数の試験片載置台を取り付けたもので、ベルトを間欠的に駆動することにより、各試験片載置台が撮像部を横切って間欠移動する。そして、この反応ラインの一部又は全体を測光部とし、該測光部の上方に該反応ラインの一部又は全体を照明下に置く光源と該光源の上方を覆う遮光カバーと該遮光カバーの上方に位置するイメージセンサとを同一垂直線上に配置する。この遮光カバーによって、光源からの光が直接イメージセンサに入射するのを防ぐとともに、測光部で正反射された光がイメージセンサに入射することも防止する。即ち、遮光カバーによって撮像域が正反射のない２つの部分に区画される。更に、上記垂直線から反応ライン方向等距離の位置に、１枚の試験片が撮像できる程度の透過部を２個設ける。この透過部は、上記した遮光カバーに穿設した窓或いは遮光カバーの両縁側と本体カバー間の隙間でもよいし、或いは遮光カバーとは別体の遮光板に穿設した窓でもよい。この透過部を通して、イメージセンサにより反応ライン上の反応時間が異なる段階にある特定の２枚の試験片を同時に撮像することが可能となる。
【００１４】
尚、試験片の試薬層に試料を供給してから撮像するまでの２種類の経過時間は、反応ラインの送り速度（移動と停止時の時間及び移動速さ）と、試験片載置位置から撮像位置までの距離により決まる。例えば、反応ラインが7.５秒毎に１ピッチ（２ｃｍ）ずつ移動するとし、試験片載置位置Ａから第一の撮像位置までの距離が８ｃｍ、第二の撮像位置までの距離が１６ｃｍだとすると、試料液供給後３０秒及び６０秒経過後の試薬層の呈色状態がイメージセンサに読み取られる。この２つの経過時間は、試験片の種類によって望ましい経過時間に全く機械的に設定できる。
【００１５】
次に、標準反射板について説明する。光源については前述したが、このうちタングステンランプやキセノンフラッシュランプ等の試験片の長さより十分に長さが短い光源の場合には、試験片の長さ方向の光量分布変動の影響は少ない。しかし、細長い形状の試験片の場合、試薬層の位置によって光源光の照射角と撮像装置への反射角がそれぞれ異なってくる。そのため、試薬層の表面状態が毛羽立っている等により生起される、試薬の反応によらない反射光の量が試薬層毎に異なり、同一の試薬であっても試験片上の位置により反射率が異なる結果となり、分析結果を誤らせる場合がある。しかも、光量分布自体も試験片上の試薬層の位置によって異なる。例えば、長さ１００ｍｍの試薬層を上方１００ｍｍの位置から点光源で照射すると、試験片中央の撮像感度に比べて試験片両端の撮像感度は１／２程度になり、撮像装置が１／２の感度でしか使用できないことになる。
【００１６】
一方、試験片の長さより十分に長い光源、例えば直管蛍光灯を使用すると、試験片上の各試薬層に照射される光源光は、光源の長さ方向の広い範囲の照射を受け、その方向も各試薬層において同様の方向からの照射となる。そのため、試薬の反応によらない表面反射光量が、試験片上のどの位置の試薬層でも同様となり、試験片上の位置による分析結果の誤差影響が小さくなる。また、試験片全長における光量分布も、試験片中央と試験片両端においてほぼ同一となり、撮像装置の感度を有効に使うことができる。但し、光源部の構造や個々の直管蛍光灯のバラツキなどにより、上記の光量分布にもバラツキが生じることがある。この問題に対しては、撮像部域の試験片の近傍に、光源の長さ方向に平行な標準反射板を置き、光源の長さ方向の光量分布変動を反映した画像を撮像画像の一部に与えることにより、光量変動を較正するとよい。尚、試験片に設けた標準反射片は、着色尿の検出や補正を行ったり、光源自体の経時変化等による光量の補正を行なうもので、標準反射板とは別物である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図面に基づいて更に詳細に説明する。図１は本発明装置の一例を示す要部の正面断面図、図２は同じく側面断面図、図３は遮光カバーの一例を示す平面図である。この試験片分析装置１は、反応ライン２と測定部３からなる。プロセッサその他は省略してある。反応ライン２は、２本の無端ベルト４上に多数の試験片載置台５が等間隔に固定されたもので、２つのスプロケット６、７により間欠的に、例えば6.５秒間の停止と１秒間の移動の7.５秒間を単位として試験片載置台５を搬送する。試験片載置台５は細長い棒状のもので、表面には試験片８をはめ込む溝５ａが設けてある。その長さは、試験片８よりも短くしてある。
【００１８】
測定部３は、反応ラインの一部からなる測光部９と、該測光部９の上方に配置した光源１０、該光源１０の上方を覆う遮光カバー１１、及び該遮光カバー１１の上方に位置するＲＧＢカラーイメージセンサ１２から構成され、全体が本体カバー１３により囲繞されている。イメージセンサ１２には、赤外線カットフィルタ１４及びレンズ１５が装着されている。光源１０とイメージセンサ１２は同一垂直線上に配置されている。遮光カバー１１には、該垂直線から反応ライン方向等距離の位置に、透過部として２個の窓１６が設けられている。この遮光カバーによって、光源からの光が直接イメージセンサに入射するのを防ぐとともに、測光部で正反射された光がイメージセンサ１２に入射することも防止する。そして、この窓１６から見える２つの部分が撮像域１７、１８となる。各試験片載置台５は、この撮像域で一時停止し、その状態がイメージセンサ１２で撮像される。尚、図は省略するが、遮光カバー１１とは別体にその下方に遮光板を設け、この遮光板に透過部となる窓を設けてもよい。この場合、遮光カバー１１は幅細のものにする。或いは、同じく遮光カバー１１を幅細のものにし、その両縁側とカバー１３との隙間を透過部に利用してもよい。
【００１９】
次に試験片の分析について説明する。まず、反応ライン２が停止している状態で、反応ライン上流側（図１右側）の載置箇所Ａに位置する試験片載置台５上に試験片８を載置し、各試薬層８ａにノズル１９から尿試料を供給する。反応ライン２は7.５秒に１ピッチ（２ｃｍ）ずつ下流側に移動し、この試験片８は３０秒後に撮像域１７に、６０秒後に撮像域１８に到達する。そして、各撮像域で停止している間に、イメージセンサ１２により撮像される。もっとも、３０秒後の画像と６０秒後の画像が同一の画像として撮像されるわけではなく、連続分析の場合には３０秒後の撮像域１８と６０秒後の撮像域１７には、それぞれ他の試験片８が入っており、これらが同一画像に撮像されている。ただ、撮像域１７と撮像域１８とでは同一の光源でそれぞれの照明特性が同一になるように照明されており、試薬層８ａに対する光源光の照射角と撮像装置への反射角も同じで且つ正反射も起きない。また、３０秒間に大きな光量変動が起こることもない。従って、ある試験片８について、試料供給から３０秒後と６０秒後の画像は、全く同一の条件で撮像されたとして差し支えない。
【００２０】
そして、この３０秒後と６０秒後の２つの画像のデータ（信号）を別個に処理し、２つの試験片及び各々の試薬層を認識するとともに、各試薬層については反応時間によって何れか一方又は両方を選んで、試薬層の呈色の度合いから試料中の成分濃度又は特性を演算により求める。例えば、複数の試薬層８ａの内反応時間の短いものは３０秒後のデータ、反応時間の長いものは６０秒後のデータを採用するとか、一方のデータで成分濃度又は特性を求め他方のデータで異常反応をチェックするとか、酵素試薬のように両者のデータから反応速度を知って濃度を求めるなどのその利用価値は大きいものである。
【００２１】
尚、撮像は光源１０からの光を試験片８で反射し、この反射光が赤外線カットフィルタ１４、レンズ１５を通過して、イメージセンサ１２に入射する。レンズ１５は、試験片８の像をイメージセンサ１２上に結像させる位置に配置されている。撮像された画像は、図外の画像処理装置で、試験片の存在を認識し、認識されれば試験片の設置位置や長さ、試薬層の枚数や位置を認識する。ついで、各試薬層について反射率の演算を行なう。また、本例では尿試料をノズル１９から供給しているが、試験片８を尿試料に浸漬したものを反応ライン２上に載置するようにしてもよい。この場合、試験片に付着した余剰尿を除去する機構を設けるとよい。測定が終わった試験片８は、反応ラインの末端側に置かれている試験片廃棄装置（図示略）に回収される。
【００２２】
本例では、光源１０として直管蛍光灯を用いているが、ＲＧＢ３つの狭帯域発光蛍光体が使用されたものを用いると、極めてシャープな測定波長特性が得られる。即ち、イメージセンサ１２に使用されるのＲＧＢフィルターは、図４（ａ）に示すように帯域が比較的広い。従って、目的波長以外の波長も含めて測定することになる。。一方、ＲＧＢ狭帯域発光蛍光体を使用した蛍光灯〔松下電気産業（株）製、ＥＸ−Ｌ（Ｒａ８８）〕の分光分布は、図４（ｂ）に示すように、この帯域に鋭いピークはあるが他の分光成分も含んでいる。そこで、この両者を組み合わせて使用すると図４（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、ＲＧＢの帯域に鋭いピークがある分光分布の測定光が得られる。このＲ、Ｇ、Ｂの３波長の内、各試薬層の測定にはその呈色特性に合わせて通常は２波長用いるが、妨害物質の影響排除には３波長が使用される。
【００２３】
次に、直管蛍光灯を光源１０に使用した場合の長さ方向の光量分布のバラツキ補正について説明する。図５は、この補正をするための標準反射板２０を測光部の中央に置き、その両側端２０ａ、２０ｂを撮像域１７、１８に突出させた状態を示す。この標準反射板２０は、例えば白色の細長いプラスチック板からなり、光源１０の長さ方向に沿って設置されている。本例では、光源１０は試験片８の試薬層８ａ部分の３倍の長さを持つので、各試薬層８ａに照射される光源光は、約６０度の範囲にわたる光源長から照射を受け、それらの方向は、各試薬層８ａにおいて同様の方向からの照射となる。尚、図２中、Ｌは光源１０の長さ方向及び試験片８の長さ方向の撮像範囲である。そして、標準反射板２０の両則部も、長さＬにわたって撮像される。
【００２４】
バラツキ補正の手順は、以下の如くである。まず、左右の撮像域１７、１８内にある測定対象の試験片８Ａ、８Ｂと、標準反射板の左右の側端２０ａ、２０ｂを同時に撮像する。次に、標準反射板の両側端２０ａ、２０ｂ部分を長さ方向に平均した長さＬの明度グラフを求め、５ｍｍ単位で移動平均する。その結果を、図６（ａ）に示す。ここに、直線Ｂｐ−▲１▼は光量変動が無い場合、曲線Ｂｐ−▲２▼と曲線Ｂｐ−▲３▼はは光量変動がある場合を示す。次に、Ｂｐの平均明度が1.０になるように明度スケールを変換して、図６（ｂ）に示すような補正率グラフＫを得る。この補正率グラフＫの補正率で、標準反射板の両側端２０ａ、２０ｂ部分に対応する画像の各画素の明度を割って、明度補正する。この明度補正された試験片画像を基に、成分濃度を演算する。
【００２５】
図７は、スポット状滴下サンプル試薬層の反射率の求め方を示すものである。本例の尿用試験片では、グルコース用試薬層の吸水性が悪いため尿試料の供給を少なめに行なう。そのため、この試薬層ではスポット状の呈色となり、試薬層全体の画像データを使用すると誤差が生じる。そこで、このような場合にスポット状の呈色部分のみ画像データを使用して濃度測定を行なう必要がある。まず、イメージセンサ１２で試験片８全体の像を撮像する。次に、試験片８中の各試薬層８ａの位置と個数を求める。試験片８の中では、スポット状に試料が供給されたグルコース試薬層の場所が決まっているので、該当する試薬層画像に着目して、以下の処理を進める。試薬層８ａの大きさは図７（ａ）に示すように、Ｘ軸方向５ｍｍ、Ｙ軸方向５ｍｍであるが、試薬層８ａ外の像の影響を避けるために、試薬層８ａ中央のＸ軸方向４ｍｍ、Ｙ軸方向４ｍｍの範囲を対象範囲とする。一方、イメージセンサ１２の分解能は0.２ｍｍなので、４ｍｍ×４ｍｍの画素数は、２０画素×２０画素＝４００画素である（Ｘ軸方向画素Ｎｘ×Ｙ軸方向画素Ｎｙ＝総画素Ｓ）。以下では、長さや面積の単位は、画素として取り扱う。
【００２６】
この総画素Ｓについて明度ヒストグラム（図７（ｂ））を求め、移動平均によりノイズを除去する。そして、ヒストグラムの最大頻度の明度を、非滴下部分明度Ｂｂとする。このＢｂを中心とするピーク波形を決定し、その面積を非滴下部分面積Ｓｂとする。決定方法は、例えばＢｂから低明度方向に頻度を検索し、頻度極小値の明度Ｂｏをピーク波形の境界線とする（図７（ｃ））。このＳｂより低明度側の総面積（頻度の総和）を、滴下部分面積Ｓｓとする。次に、試薬層画像をＹ軸方向に平均して非滴下部分明度Ｂｂを明度０として、符号を反転したＸ軸平均明度Ｂｘと、同じく試薬層画像をＸ軸方向に平均して非滴下部分明度Ｂｂを明度０として、符号を反転したＹ軸平均明度Ｂｙを求める（図７（ｄ）、図７（ｅ））。得られたＢｘ及びＢｙの重心Ｐｘ及びＰｙを求め、滴下部分中心座標とする。この試薬層画像の座標Ｐｘ及びＰｙを中心とした、面積Ｓｓ×0.９の円の範囲において平均明度を求め（図７（ｆ））、これを当該試薬層８ａの反射率として分析する。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の試験片分析装置は、試験片の試薬層の呈色の度合いを２次元のカラーイメージセンサで観測して液体試料中の成分濃度又は特性の程度を測定すものであって、試験片を載置して間欠駆動される反応ライン上にある２枚の反応時間が異なる試験片を、同一の照明条件で同時に撮像するものである。
従って、
▲１▼ 撮像域に載置以降の経過時間をトラッキングしなくてもよいので複雑なタイミング機構や過大能力のプロセッサ更には複雑なソフトを必要とせず、簡単な機構で反応時間が異なる複数の試薬層への対応や異常反応のチエックを容易確実に行なうことができる。
▲２▼ しかも、撮像部域を撮像装置と光源との関係で正反射が起こらない部分に設定しているので、正確な反射率測定が可能になる。
▲３▼ また、複数の試薬層を備えた多項目試験片の分析には、長さの長い光源例えば直管蛍光灯を試験片の長さ方向に配置して用いるので、試験片の長さ方向の光量分布変動の影響は少ない。また、試薬層の位置による光源光の照射角と撮像装置への反射角の違いや、これに起因するイレギュラーな反射光量の違いも大幅に解消する。光源部の構造や個々の直管蛍光灯のバラツキなどにより、試験片の長さ方向の光量分布変動がある場合は、撮像部域の試験片の近傍に、光源の長さ方向に平行な標準反射板を置き、光源の長さ方向の光量分布変動を反映した画像を撮像画像の一部に与えることにより、光量変動を較正することができる。
▲４▼ ＲＧＢ狭帯域発光蛍光体を使用した直管蛍光灯と、ＲＧＢフィルターを持ったイメージセンサを組み合わせて使用することにより、極めてシャープな測定波長特性を持つＲ、Ｇ、Ｂの３測定波長の光を容易簡単にえることができる。
【００２８】
また、本発明の試験片を用いる分析方法は、間欠駆動される反応ライン上にある複数の試験片のうち、反応時間の異なる特定位置における２つの試験片を同一の光源でそれぞれの照明特性が同一になるように照明し、イメージセンサで２つの試験片の像を同時に撮像し、イメージセンサからの信号を処理して２つの試験片及び各々の試薬層を認識するとともに、試薬層の呈色の度合いから試料中の成分濃度又は特性の程度を演算により求めるものである。
従って、
▲１▼ ２つの異なる反応時間における全く同一と言ってよい条件で測定された分析値が、各試薬層について容易確実に得られる。これにより、試薬層の反応時間に合わせて何れか一方の値を用いるとか、酵素試薬のように両者のデータから反応速度を知って濃度を求めるとか、２つの反応時間における呈色の度合いから試料の異常反応をチエックすることができるなど、その利用価値は大きいものである。
▲２▼ また、線光源と標準反射板の組み合わせ、更にはＲＧＢ狭帯域発光蛍光体を使用した直管蛍光灯とＲＧＢイメージセンサの組み合わせで測定することにより、より正確な試験片の分析を可能とするなど、試験片分析において極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の一例を示す要部の正面断面図である。
【図２】本発明装置の一例を示す要部の側面断面図である。
【図３】遮光カバーの一例を示す平面図である
【図４】（ａ）はＲＧＢフィルターの分光感度特性の一例を示すグラフ、（ｂ）はＲＧＢ３つの狭帯域発光蛍光体を使用した直管蛍光灯の分光分布を示すグラフ、（ｃ）は両者を組み合わせた場合に得られるＲ帯域の測定用光源の分光分布を示すグラフ、（ｄ）は両者を組み合わせた場合に得られるＧ帯域の測定用光源の分光分布を示すグラフ、（ｅ）は両者を組み合わせた場合に得られるＢ帯域の測定用光源の分光分布を示すグラフである。
【図５】本発明装置の他の例を示す要部拡大正面断面図である。
【図６】標準反射板による直管蛍光灯の長さ方向の光量分布変動の補正に関するもので、（ａ）は長さ方向の明度グラフ、（ｂ）は補正率を示すグラフである。
【図７】スポット状滴下サンプル試薬層の反射率の求め方を示すもので、（ａ）は試料をスポット状に滴下した試薬層の平面図、（ｂ）は総画素Ｓについて明度ヒストグラム、（ｃ）は同じく総画素Ｓについて明度ヒストグラムで、非滴下部分明度Ｂｂの求め方を示す。（ｄ）はＸ軸平均明度Ｂｘを示すグラフ、（ｅ）はＹ軸平均明度Ｂｙを示すグラフ、（ｆ）は面積Ｓｓ×0.９の円の範囲における平均明度の求め型を示す試薬層の平面図である。
【符号の説明】
１試験片分析装置
２反応ライン
３測定部
４無端ベルト
５試験片載置台
８試験片
８ａ試薬層
９測光部
１０光源
１１遮光カバー
１２イメージセンサ
１３本体カバー
１６窓
１７撮像域
１８撮像域
Ａ試験片載置箇所
２０標準反射板
２０ａ標準反射板の右側端
２０ｂ標準反射板の左側端[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an improvement in a method and apparatus for observing the degree of coloration of a reagent layer of a test piece with an image sensor and measuring the concentration of a component in a liquid sample or the degree of characteristics. Without measuring the elapsed time from the point of supply, the test piece after two specific different elapsed times can be imaged at once to support multiple reagent layers with different reaction times and check for abnormal reactions This relates to a device that performs a simple and reliable operation with a simple mechanism.
[0002]
[Prior art]
When measuring the concentration of components in urine or blood using a test piece with a reagent layer on a support such as a plastic piece, the color of the reagent layer is conventionally measured visually or using an optical reflectometer. This is done by observing with an automatic analyzer. However, visual color comparison tends to be inaccurate and quantitative analysis is difficult. In addition, since the reflectometer measures the reflectance of each reagent layer individually, the analysis using a multi-item test piece having a plurality of reagent layers moves the optical system such as the test piece or integrating sphere, or a plurality of reflection optics. It is necessary to prepare a system. Therefore, the former requires a moving mechanism and an accurate alignment mechanism, which complicates the mechanism, and takes time to move and limits the processing capability. In the latter, a method such as guiding each reflected light to the detector with a glass fiber in order to place a large number of detection parts in a narrow place, but it can not be measured if the position of the reagent part is slightly shifted, A complicated mechanism is required for positioning the specimen. Furthermore, in any case, the position and number of reagent layers on the test piece are detected by a detector different from the measuring optical system, which complicates the apparatus.
[0003]
Further, in the conventional optical analyzer, since the amount of reflected light on the entire surface of the reagent layer is obtained by integration, the coloration is unsatisfactory due to reasons such as spotted coloration or uneven sample liquid supply. If uniform, correct component analysis may not be possible. For example, when a sample in which erythrocytes are not broken is dropped (supplied) in the analysis of occult blood in urine, it shows a spotted color. When this is analyzed by the reflected light amount obtained by integrating the reflected light amount on the entire surface of the reagent part, a false negative result may be obtained. In addition, when the sample solution is insufficiently supplied with respect to the area of the reagent part and coloration is partially performed, in the case of a reagent part with a structure that easily stains from the end, or the test piece for pregnancy diagnosis As described above, when the reaction reagent is applied or impregnated only in a part of the reagent part, the reflectance of the whole reagent part is measured by the conventional method, so that the measurement error becomes large or the measurement becomes impossible. Therefore, the latter has to rely on visual observation, and there are difficulties in terms of analysis accuracy and processing capability. In the former, only inaccurate values can be obtained and the reliability is lacking.
[0004]
Furthermore, the speed of the color reaction varies depending on the type of the reagent layer, and even in the same reagent layer, the reaction rate may be greatly delayed due to the presence of interfering substances and the concentration of components. Some enzyme reagents measure the concentration at the reaction rate. In order to cope with these, it is necessary to measure one test piece over time or measure the same reagent layer many times. However, in an optical analyzer using a reflectometer, this is not possible from the viewpoint of efficiency. In reality, all reagents are supplied after a certain time has elapsed since the sample was supplied to the reagent layer. The layer is being measured.
[0005]
In order to solve such problems, the test piece is imaged using an image sensor, and the image signal is processed to specify the position of the test piece and the reagent layer, and from the degree of coloration of each reagent layer, New techniques have recently been developed to measure the concentration of certain components. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 7-5110, a xenon flash lamp is used as a light source, an image of reflected light of a test piece including a reagent layer is picked up on an image sensor, and a plurality of color signals obtained are processed in a sample. A technique for measuring the concentration of each component of is disclosed. According to this technology, even when the color of the reagent layer is uneven due to reasons such as when the reagent layer exhibits spotted coloration or when the supply of the sample liquid is uneven, by correcting these during the calculation process, Correct component analysis becomes possible. Japanese Patent Laid-Open No. 7-190940 discloses a technique for time tracking a plurality of test pieces. This is to track and monitor the elapsed time after placement of the test specimen after sample supply placed in the imaging area, and analyze the image of the reagent layer after a certain set reading time elapses. Analyzes the components in the sample. If this technique is used, since a plurality of test pieces can be placed in the imaging area, it is possible to measure one test piece over time or to measure the same reagent layer many times.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, no matter how much an image sensor is used, when illuminating with a point light source in the case of a multi-item test piece having a plurality of reagent layers, or when capturing images of a plurality of test pieces using a linear light source, The irradiation angle of the light source light to all the reagent layers on the test piece, the reflection angle to the imaging unit, or the irradiation energy of the light source light becomes non-uniform, and an error occurs in the reflectance measurement. In addition, the reflectance measurement error due to specularly reflected light derived from surface reflected light that is not absorbed by the reagent in the reagent layer cannot be ignored. In particular, in the latter case, a complicated timing mechanism is required to time-track the test piece, particularly a plurality of test pieces, and the processor has excessive capability to analyze the reagent layer image after each reading time elapses. Is required, and the software becomes complicated. In addition, even if the imaging area is widened, the portion where regular reflection occurs due to the relationship between the imaging device and the light source and normal measurement cannot be performed is quite large, and the portion that can actually be used for measurement is limited.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above problems, and in the analysis of a test piece using a two-dimensional image sensor, it is easy to image each reagent layer in two reaction times without time tracking. Provided is a method and an apparatus that can be accurately and reliably performed, and that this imaging is performed at a location where the illumination characteristics are the same and are not affected by specularly reflected light using one light source and one imaging device.
[0008]
That is, the apparatus of the present invention uses a part or the whole of a reaction line that is intermittently driven by placing a test piece in a state where a sample is supplied to a reagent layer as a photometry unit, and the reaction line is placed above the photometry unit. A light source that is partially or wholly placed under illumination, a light shielding cover that covers the light source, and an image sensor that is positioned above the light shielding cover are arranged on the same vertical line, and the reaction time on the reaction line by the image sensor. Two transmission parts are provided at equidistant positions in the reaction line direction from the vertical line so that at least one test piece can be imaged simultaneously so that two specific test pieces at different stages can be imaged simultaneously It is. In the method of the present invention, among a plurality of test pieces on a reaction line that is intermittently driven, two test pieces at specific positions (transmission part positions) having different reaction times are used with the same light source and the same illumination characteristics. The image sensor images two images of the test piece at the same time, processes the signal from the image sensor to recognize the two test pieces and each reagent layer, and each reagent layer has a reaction time. One or both of them is selected by the above, and the concentration of the component in the sample or the degree of characteristics is obtained by calculation from the degree of coloration of the reagent layer.
[0009]
The above-described present invention has been made based on the following three ideas. First of all, it is possible to handle most of the measurement by the enzyme reagent to see the reaction rate, abnormal reaction due to the presence of interfering substances and other reasons if the same reagent layer is measured after two different reaction times. . Secondly, the test piece is placed on a reaction line that is intermittently driven and moved to the photometry unit, and mechanically picked up when it has moved to a specific position. There is no need to make it. Third, the two positions (transmission portion positions) for imaging are selected so that the illumination characteristics are the same and the regular reflection of light on the surface of the reagent layer does not occur. It should be noted that a plurality of the above-described two positions to be imaged can be used. However, data obtained at a position that is symmetric with respect to the vertical line connecting the light source and the image sensor 12 can be compared, but combinations of data obtained at asymmetric positions cannot be compared under the same conditions.
[0010]
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples. The test strip analyzer of the present invention observes the degree of coloration of the reagent layer on the test strip by an image sensor, particularly an image sensor that outputs RGB signals, and measures the concentration and characteristics of components in a liquid sample such as urine and blood. A part or the whole of a reaction line that is intermittently driven by placing a test piece in a state where a sample is supplied to the reagent layer is used as a photometry unit, and one of the reaction lines is placed above the photometry unit. A light source that is partially or wholly under illumination, a light shielding cover that covers the light source, and an image sensor that is positioned above the light shielding cover are arranged on the same vertical line, and the reaction time on the reaction line is reduced by the image sensor. Two transmissive parts at the same distance from the vertical line in the reaction line direction are provided so that at least one test piece can be imaged so that two specific test pieces at different stages can be imaged simultaneously. It is. It should be noted that even if one or more test pieces or other objects are imaged through one transmission part, confusion does not occur if the position on the image sensor where the specific test piece is imaged is determined.
[0011]
The test piece used in the present invention is one in which a plurality of reagent layers are provided on an elongate stick-like support made of plastic, for example. Of course, other shapes can also be used, but this shape is preferable for dealing with a plurality of measurement items. The reagent layer is obtained by integrating the color reaction reagent on a filter paper, film or other carrier by printing, impregnation or kneading. The reagent layer is usually colored as a whole, but the reagent layer is also provided on a part of the reagent layer in a strip shape, etc., so that the colored state is easy to see compared with the part without reagent Included. On the support, a standard reflecting piece may be provided, or a barcode, characters, figures, colors, cutouts, etc. for recognizing the type of test piece (measurement item or disease to be examined) may be provided. The standard reflective piece may be the same material as the reagent layer, but when the support is white or the like, it may be used as an alternative.
[0012]
As the image sensor, a two-dimensional RGB color image sensor or a two-dimensional monochrome image sensor combined with an RGB filter is used. This is because RGB signals are easy to process by a microprocessor, a personal computer, or the like, and spectral characteristics are suitable for analysis with respect to a color image sensor of a complementary color filter. As the light source, an incandescent lamp such as a halogen or tungsten lamp, a light source containing a lot of light of a specific wavelength such as a sodium lamp or a fluorescent lamp, a xenon lamp strobe light, an LED, or the like can be used. Although the shape of the light source may be a point light source, when the test piece has an elongated shape, the light source is similarly elongated, for example, a straight tube fluorescent lamp is preferably used. In this case, the straight tube fluorescent lamp is arranged in the length direction of the test piece. In particular, when a straight tube fluorescent lamp using three narrow-band RGB phosphors is used, it can be used in combination with a relatively wide-band RGB color image sensor or a monochrome image sensor equipped with an RGB filter. An extremely sharp measurement wavelength characteristic can be obtained. Of the three wavelengths of R, G, and B, one or two wavelengths are used for measuring each reagent layer in accordance with the coloration characteristics. Also, three wavelengths are used to measure abnormal coloration due to interfering substances and other reasons.
[0013]
The reaction line is, for example, a structure in which a large number of test piece mounting tables are mounted on two endless belts, and each test piece mounting table moves intermittently across the imaging unit by driving the belt intermittently. Then, a part or the whole of the reaction line is used as a photometric part, a light source that places part or the whole of the reaction line under illumination above the photometric part, a light shielding cover that covers the light source, and an upper part of the light shielding cover Are arranged on the same vertical line. The light shielding cover prevents light from the light source from directly entering the image sensor and prevents light regularly reflected by the photometry unit from entering the image sensor. In other words, the imaging area is divided into two portions without regular reflection by the light shielding cover. Furthermore, two transmission parts are provided so that one test piece can be imaged at a position equidistant from the vertical line in the reaction line direction. The transmitting portion may be a window formed in the light shielding cover described above, a gap between the both sides of the light shielding cover and the main body cover, or a window formed in a light shielding plate separate from the light shielding cover. Through this transmission part, it becomes possible to simultaneously image two specific test pieces at different stages of the reaction time on the reaction line by the image sensor.
[0014]
The two types of elapsed time from when the sample is supplied to the reagent layer of the test piece to when the image is taken are determined from the feed rate of the reaction line (time and movement speed when moving and stopping) and the test piece placement position. It depends on the distance to the imaging position. For example, if the reaction line moves 1 pitch (2 cm) every 7.5 seconds, the distance from the test piece placement position A to the first imaging position is 8 cm, and the distance to the second imaging position is 16 cm. The color state of the reagent layer after the elapse of 30 seconds and 60 seconds after the sample liquid supply is read by the image sensor. These two elapsed times can be mechanically set at desired elapsed times depending on the type of the test piece.
[0015]
Next, the standard reflector will be described. Although the light source has been described above, in the case of a light source whose length is sufficiently shorter than the length of the test piece, such as a tungsten lamp or a xenon flash lamp, the influence of the light quantity distribution variation in the length direction of the test piece is small. However, in the case of an elongated test piece, the irradiation angle of the light source light and the reflection angle to the imaging device differ depending on the position of the reagent layer. For this reason, the amount of reflected light that does not depend on the reaction of the reagent varies depending on the reagent layer, which occurs when the surface state of the reagent layer is fuzzy, and the reflectance varies depending on the position on the test piece even for the same reagent. This may result in an erroneous analysis result. In addition, the light quantity distribution itself varies depending on the position of the reagent layer on the test piece. For example, when a reagent layer having a length of 100 mm is irradiated with a point light source from a position 100 mm above, the imaging sensitivity at both ends of the test piece is about ½ compared to the imaging sensitivity at the center of the test piece, and the imaging device is ½. It can only be used with sensitivity.
[0016]
On the other hand, when a light source sufficiently longer than the length of the test piece, for example, a straight tube fluorescent lamp is used, the light source light irradiated to each reagent layer on the test piece is irradiated in a wide range in the length direction of the light source, and the direction Is also irradiated from the same direction in each reagent layer. Therefore, the amount of surface reflected light not depending on the reaction of the reagent is the same in any position of the reagent layer on the test piece, and the influence of error on the analysis result due to the position on the test piece is reduced. Further, the light amount distribution over the entire length of the test piece is substantially the same at the center of the test piece and at both ends of the test piece, and the sensitivity of the imaging device can be used effectively. However, there may be variations in the light amount distribution due to the structure of the light source section and variations in individual straight tube fluorescent lamps. To solve this problem, place a standard reflector parallel to the length direction of the light source in the vicinity of the test piece in the imaging area, and display an image that reflects fluctuations in the light amount distribution in the length direction of the light source as a part of the captured image. It is preferable to calibrate the light amount fluctuation by Note that the standard reflecting piece provided on the test piece is used to detect and correct colored urine and to correct the amount of light due to changes over time of the light source itself, and is different from the standard reflecting plate.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a front sectional view of an essential part showing an example of the device of the present invention, FIG. 2 is a side sectional view, and FIG. 3 is a plan view showing an example of a light shielding cover. The test strip analyzer 1 includes a reaction line 2 and a measurement unit 3. The processor and others are omitted. The reaction line 2 has a large number of test specimen mounting tables 5 fixed on two endless belts 4 at equal intervals, and is intermittently stopped by two sprockets 6 and 7, for example, for 6.5 seconds. The test specimen mounting table 5 is transported in units of 7.5 seconds of movement for a second. The test piece mounting table 5 is in the form of an elongated bar, and a groove 5a for fitting the test piece 8 is provided on the surface. The length is shorter than the test piece 8.
[0018]
The measuring unit 3 is located above the light-shielding cover 11, the light-measuring unit 9 that is part of the reaction line, the light source 10 disposed above the light-measuring unit 9, the light-shielding cover 11 that covers the top of the light source 10. It is composed of an RGB color image sensor 12 and is entirely surrounded by a main body cover 13. An infrared cut filter 14 and a lens 15 are attached to the image sensor 12. The light source 10 and the image sensor 12 are arranged on the same vertical line. The light shielding cover 11 is provided with two windows 16 as transmission parts at positions equidistant from the vertical line in the reaction line direction. The light shielding cover prevents light from the light source from directly entering the image sensor and prevents light regularly reflected by the photometry unit from entering the image sensor 12. The two portions visible from the window 16 are the imaging areas 17 and 18. Each specimen mounting table 5 is temporarily stopped in this imaging area, and the state is imaged by the image sensor 12. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the light shielding plate may be provided in the lower part separately from the light shielding cover 11, and the window used as a permeation | transmission part may be provided in this light shielding plate. In this case, the light shielding cover 11 is narrow. Alternatively, similarly, the light shielding cover 11 may be made narrow, and the gap between the both edge sides and the cover 13 may be used for the transmission part.
[0019]
Next, analysis of the test piece will be described. First, in a state where the reaction line 2 is stopped, the test piece 8 is placed on the test piece placement table 5 located at the placement position A on the upstream side of the reaction line (right side in FIG. 1), and is placed on each reagent layer 8a. A urine sample is supplied from the nozzle 19. The reaction line 2 moves downstream by 1 pitch (2 cm) every 7.5 seconds, and the test piece 8 reaches the imaging area 17 after 30 seconds and reaches the imaging area 18 after 60 seconds. Then, the image sensor 12 captures an image while stopping in each imaging area. However, the image after 30 seconds and the image after 60 seconds are not captured as the same image. In the case of continuous analysis, the imaging area 18 after 30 seconds and the imaging area 17 after 60 seconds are respectively Other test pieces 8 are contained, and these are captured in the same image. However, the imaging area 17 and the imaging area 18 are illuminated by the same light source so that their illumination characteristics are the same, and the irradiation angle of the light source light to the reagent layer 8a and the reflection angle to the imaging device are the same, and There is no specular reflection. In addition, large light quantity fluctuations do not occur in 30 seconds. Therefore, for a certain test piece 8, images after 30 seconds and 60 seconds after sample supply may be taken under exactly the same conditions.
[0020]
Then, the data (signals) of the two images after 30 seconds and 60 seconds are processed separately to recognize the two test pieces and each reagent layer, and either one of the reagent layers depends on the reaction time. Alternatively, both are selected, and the component concentration or characteristic in the sample is obtained by calculation from the degree of coloration of the reagent layer. For example, among the plurality of reagent layers 8a, the data with a short reaction time is taken after 30 seconds, and the data with a long reaction time is taken after 60 seconds. It has great utility value, such as checking abnormal reactions with, or knowing the reaction rate from both data like enzyme reagents and determining the concentration.
[0021]
In the imaging, light from the light source 10 is reflected by the test piece 8, and the reflected light passes through the infrared cut filter 14 and the lens 15 and enters the image sensor 12. The lens 15 is disposed at a position where an image of the test piece 8 is formed on the image sensor 12. The captured image recognizes the presence of the test piece by an image processing apparatus (not shown), and if recognized, recognizes the installation position and length of the test piece and the number and position of the reagent layers. Next, the reflectance is calculated for each reagent layer. In this example, the urine sample is supplied from the nozzle 19, but the test piece 8 immersed in the urine sample may be placed on the reaction line 2. In this case, a mechanism for removing excess urine adhering to the test piece may be provided. After completion of the measurement, the test piece 8 is collected by a test piece discarding device (not shown) placed on the end side of the reaction line.
[0022]
In this example, a straight tube fluorescent lamp is used as the light source 10. However, when a light source using RGB three narrow-band light emitting phosphors is used, extremely sharp measurement wavelength characteristics can be obtained. That is, the RGB filter used in the image sensor 12 has a relatively wide band as shown in FIG. Therefore, measurement is performed including wavelengths other than the target wavelength. . On the other hand, the spectral distribution of a fluorescent lamp using an RGB narrow-band light-emitting phosphor (manufactured by Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., EX-L (Ra88)) has a sharp peak in this band as shown in FIG. It also contains other spectral components. Therefore, when these two are used in combination, as shown in FIGS. 4C, 4D, and 4E, measurement light having a spectral distribution having sharp peaks in the RGB band can be obtained. Of the three wavelengths of R, G, and B, two wavelengths are usually used for measurement of each reagent layer in accordance with the coloration characteristics, but three wavelengths are used for eliminating the influence of interfering substances.
[0023]
Next, variation correction of the light amount distribution in the length direction when a straight tube fluorescent lamp is used as the light source 10 will be described. FIG. 5 shows a state in which the standard reflecting plate 20 for performing this correction is placed at the center of the photometry unit, and its both ends 20a and 20b are projected to the imaging areas 17 and 18. The standard reflecting plate 20 is made of, for example, a white and long plastic plate, and is installed along the length direction of the light source 10. In this example, since the light source 10 has a length three times that of the reagent layer 8a portion of the test piece 8, the light source light applied to each reagent layer 8a is irradiated from the light source length over a range of about 60 degrees, These directions are irradiation from the same direction in each reagent layer 8a. In FIG. 2, L is an imaging range in the length direction of the light source 10 and the length direction of the test piece 8. Both ruled portions of the standard reflector 20 are also imaged over the length L.
[0024]
The procedure for variation correction is as follows. First, the test pieces 8A and 8B to be measured in the left and right imaging areas 17 and 18 and the left and right side edges 20a and 20b of the standard reflector are simultaneously imaged. Next, a lightness graph having a length L obtained by averaging the both side ends 20a and 20b of the standard reflector in the length direction is obtained and moving averaged in units of 5 mm. The result is shown in FIG. Here, the straight line Bp- (1) indicates the case where there is no light amount variation, and the curve Bp- (2) and the curve Bp- (3) indicate the case where there is a light amount variation. Next, the lightness scale is converted so that the average lightness of Bp is 1.0, and a correction factor graph K as shown in FIG. 6B is obtained. The brightness correction is performed by dividing the brightness of each pixel of the image corresponding to the both side edges 20a and 20b of the standard reflector by the correction rate of the correction rate graph K. The component density is calculated based on the test piece image whose brightness has been corrected.
[0025]
FIG. 7 shows how to obtain the reflectance of the spot-like dropped sample reagent layer. In the urine test piece of this example, since the glucose reagent layer has poor water absorption, the urine sample is supplied in a small amount. Therefore, this reagent layer has a spot-like coloration, and an error occurs when image data of the entire reagent layer is used. Therefore, in such a case, it is necessary to perform density measurement using image data only for the spot-like colored portion. First, an image of the entire test piece 8 is picked up by the image sensor 12. Next, the position and number of each reagent layer 8a in the test piece 8 are obtained. In the test piece 8, since the location of the glucose reagent layer to which the sample is supplied in a spot shape is determined, the following processing is advanced by paying attention to the corresponding reagent layer image. As shown in FIG. 7A, the size of the reagent layer 8a is 5 mm in the X-axis direction and 5 mm in the Y-axis direction. In order to avoid the influence of the image outside the reagent layer 8a, the X-axis at the center of the reagent layer 8a is used. The range of 4 mm in the direction and 4 mm in the Y-axis direction is the target range. On the other hand, since the resolution of the image sensor 12 is 0.2 mm, the number of pixels of 4 mm × 4 mm is 20 pixels × 20 pixels = 400 pixels (X-axis direction pixel Nx × Y-axis direction pixel Ny = total pixel S). Hereinafter, the unit of length and area is treated as a pixel.
[0026]
A brightness histogram (FIG. 7B) is obtained for this total pixel S, and noise is removed by moving average. Then, the brightness of the maximum frequency of the histogram is set as the non-dropped partial brightness Bb. A peak waveform centering on this Bb is determined, and the area is defined as a non-dropping partial area Sb. For example, the frequency is searched from Bb in the low brightness direction, and the brightness Bo of the frequency minimum value is used as the boundary line of the peak waveform (FIG. 7C). The total area on the lower lightness side than Sb (the sum of frequencies) is defined as a dropped partial area Ss. Next, the reagent layer image is averaged in the Y-axis direction, the non-dropped portion lightness Bb is set to lightness 0, the X-axis average lightness Bx with the sign reversed, and the reagent layer image is also averaged in the X-axis direction and the non-dropped portion The lightness Bb is set to lightness 0, and the Y-axis average lightness By with the sign reversed is obtained (FIGS. 7D and 7E). The obtained centroids Px and Py of Bx and By are obtained and set as the dropped portion center coordinates. The average brightness is obtained in a circle range of area Ss × 0.9 with the coordinates Px and Py of the reagent layer image as the center (FIG. 7 (f)), and this is analyzed as the reflectance of the reagent layer 8a.
[0027]
【The invention's effect】
As described above in detail, the test strip analyzer of the present invention measures the degree of coloration of the reagent layer of the test strip with a two-dimensional color image sensor and measures the concentration of the component or the characteristic in the liquid sample. In this case, two test pieces having different reaction times on a reaction line that is intermittently driven by placing the test piece are simultaneously imaged under the same illumination condition.
Therefore,
(1) Since there is no need to track the elapsed time after placement in the imaging area, a complicated timing mechanism, an overcapacity processor, and complicated software are not required, and multiple reagents with different reaction times with a simple mechanism The response to the layer and the check of abnormal reaction can be performed easily and reliably.
(2) In addition, since the imaging area is set to a portion where regular reflection does not occur due to the relationship between the imaging device and the light source, accurate reflectance measurement is possible.
(3) In addition, in the analysis of a multi-item test piece provided with a plurality of reagent layers, a long light source such as a straight tube fluorescent lamp is used in the length direction of the test piece. There is little effect of fluctuations in the amount of light in the direction. In addition, the difference between the irradiation angle of the light source light depending on the position of the reagent layer and the reflection angle to the imaging device, and the irregular difference in the amount of reflected light due to this are also largely eliminated. If there is a variation in the light intensity distribution in the length direction of the test piece due to variations in the structure of the light source section or individual straight tube fluorescent lamps, a standard parallel to the length direction of the light source is located near the test piece in the imaging area. The light quantity fluctuation can be calibrated by placing a reflector and giving an image reflecting the light quantity distribution fluctuation in the length direction of the light source to a part of the captured image.
(4) Three measurement wavelengths of R, G, and B with extremely sharp measurement wavelength characteristics by using a combination of a straight tube fluorescent lamp using RGB narrow-band light emitting phosphor and an image sensor with RGB filter The light can be easily and easily obtained.
[0028]
Moreover, the analysis method using the test piece of the present invention is such that, among a plurality of test pieces on a reaction line that is intermittently driven, two test pieces at specific positions with different reaction times are respectively illuminated with the same light source. Illuminate to be the same, image two test pieces simultaneously with the image sensor, process the signal from the image sensor to recognize the two test pieces and each reagent layer, and color the reagent layer The concentration of the component in the sample or the degree of characteristics is obtained by calculation from the degree of.
Therefore,
(1) Analytical values measured under exactly the same conditions at two different reaction times can be easily and reliably obtained for each reagent layer. Thus, either one of the values is used according to the reaction time of the reagent layer, or the concentration is obtained by knowing the reaction rate from both data like an enzyme reagent, or the sample from the degree of coloration in the two reaction times. It can be used to check abnormal reactions, and its utility value is great.
(2) In addition, it is possible to analyze a test piece more accurately by measuring with a combination of a linear light source and a standard reflector, and a combination of a straight tube fluorescent lamp using RGB narrow-band light emitting phosphor and an RGB image sensor. And so on, which have extremely excellent effects in test piece analysis.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view of an essential part showing an example of an apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view of an essential part showing an example of the device of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing an example of a light shielding cover.
4A is a graph showing an example of spectral sensitivity characteristics of an RGB filter, FIG. 4B is a graph showing a spectral distribution of a straight fluorescent lamp using three narrow-band light emitting phosphors of RGB, and FIG. (D) is a graph showing the spectral distribution of the measurement light source for the G band obtained by combining both, and (e) is a graph showing the spectral distribution of the measurement light source for the G band obtained by combining both. 5 is a graph showing a spectral distribution of a measurement light source in the B band obtained when the two are combined.
FIG. 5 is an enlarged front sectional view of a main part showing another example of the device of the present invention.
FIGS. 6A and 6B relate to correction of variation in light amount distribution in the length direction of a straight tube fluorescent lamp using a standard reflector. FIG. 6A is a brightness graph in the length direction, and FIG. 6B is a graph showing a correction rate.
7A and 7B show how to obtain the reflectance of a spot-like dropped sample reagent layer, where FIG. 7A is a plan view of the reagent layer in which a sample is dropped in a spot shape, FIG. 7B is a brightness histogram for the total pixels S, c) is a brightness histogram for the total pixels S, and shows how to determine the non-dropped partial brightness Bb. (D) is a graph showing the X-axis average brightness Bx, (e) is a graph showing the Y-axis average brightness By, and (f) is a reagent layer showing the determination type of the average brightness in the range of a circle of area Ss × 0.9. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Test strip analyzer
2 reaction lines
3 Measurement unit
4 Endless belt
5 Test specimen mounting table
8 Test pieces
8a Reagent layer
9 Metering unit
10 Light source
11 Shading cover
12 Image sensor
13 Body cover
16 windows
17 Imaging area
18 Imaging area
A Test piece place
20 Standard reflector
20a Right side of standard reflector
20b Left side of standard reflector

Claims

試料中の成分濃度や特性の程度を試験片上の試薬層の呈色の度合によって測定する試験片分析装置であって、試験片を撮像したイメージセンサからのＲＧＢ信号を処理して試験片及び各試薬層を認識し、試薬層の呈色の度合いから試料中の成分濃度又は特性の程度を演算により求めるプロセッサを含んで構成されており、試薬層に試料を一度だけ供給し反応がそのまま進行する状態にある試験片を載置して間欠駆動される反応ラインの一部又は全体を測光部とし、該測光部の上方に該反応ラインの一部又は全体を照明下に置く光源と該光源の上方を覆う遮光カバーと該遮光カバーの上方に位置するイメージセンサとを同一垂直線上に配置するとともに、該イメージセンサにより反応ライン上の反応時間が異なる段階にある特定の２枚の試験片が同時に撮像できるように、少なくとも１枚の試験片が撮像できる程度の透過部を上記垂直線から反応ライン方向等距離の位置に２個設けたことを特徴とする試験片分析装置。A test strip analyzer for measuring the concentration of a component in a sample and the degree of characteristics by the degree of coloration of a reagent layer on the test strip, and processing RGB signals from an image sensor that images the test strip to process the test strip and each It is configured to include a processor that recognizes the reagent layer and calculates the component concentration or characteristic level of the sample from the degree of coloration of the reagent layer by calculation. The sample is supplied to the reagent layer only once and the reaction proceeds as it is. A part or the whole of a reaction line that is intermittently driven by placing a test piece in a state is used as a photometry unit, and a light source that places a part or the whole of the reaction line under illumination above the photometry unit and the light source Two specific test pieces in which the light-shielding cover covering the upper part and the image sensor located above the light-shielding cover are arranged on the same vertical line, and the reaction time on the reaction line is different by the image sensor. At the same time so that it can be captured, the test piece analyzing apparatus characterized by at least one test strip is provided two transmitting portions to the extent that can be imaged at the position of the reaction line direction equal distances from the vertical line.

透過部は、遮光カバーの両縁側と本体カバー間の隙間である請求項１記載の試験片分析装置。 The test piece analyzer according to claim 1, wherein the transmission part is a gap between both edge sides of the light shielding cover and the main body cover.

透過部は、遮光カバー或いは別体の遮光板に穿設した窓である請求項１記載の試験片分析装置。 The test piece analyzer according to claim 1, wherein the transmission part is a window formed in a light shielding cover or a separate light shielding plate.

光源として、試験片の長さ方向に配置した直管蛍光灯を用い、且つ測光部に光源の長さ方向に平行な標準反射板を組み込んだものである、請求項１記載の試験片分析装置。 2. The test strip analyzer according to claim 1, wherein a straight tube fluorescent lamp arranged in the length direction of the test piece is used as the light source, and a standard reflector parallel to the length direction of the light source is incorporated in the photometry section. .

直管蛍光灯として、ＲＧＢ３つの狭帯域発光蛍光体が使用されたものを用い、撮像装置としてＲＧＢカラーイメージセンサ或いはＲＧＢフィルターを備えたモノクロイメージセンサを使用するものである、請求項４記載の試験片分析装置。 The test according to claim 4, wherein a straight tube fluorescent lamp using RGB three narrow-band light emitting phosphors is used, and an RGB color image sensor or a monochrome image sensor equipped with an RGB filter is used as an imaging device. Fragment analyzer.

試料中の成分濃度や特性の程度を、試験片上の試薬層の呈色の度合をイメージセンサで撮像して測定する分析方法において、試薬層に試料を一度だけ供給し反応がそのまま進行する状態にある試験片を載置して間欠駆動される反応ライン上にある複数の試験片のうち、反応時間の異なる特定位置における２つの試験片を同一の光源でそれぞれの照明特性が同一になるように照明するとともに、光源の真直上方に遮光カバーを介して配置されたイメージセンサで２つの試験片の像を同時に撮像し、イメージセンサからの信号を処理して２つの試験片及び各々の試薬層を認識するとともに、各試薬層については反応時間によって何れか一方又は両方を選んで、試薬層の呈色の度合いから試料中の成分濃度又は特性を演算により求めることを特徴とする、試験片を用いる分析方法。In an analytical method in which the concentration of components in a sample and the degree of characteristics are measured by measuring the degree of coloration of the reagent layer on the test piece with an image sensor, the sample is supplied once to the reagent layer and the reaction proceeds as it is. Among a plurality of test pieces on a reaction line that is intermittently driven by placing a certain test piece, two test pieces at specific positions with different reaction times are set to have the same illumination characteristics with the same light source. While illuminating, images of two test pieces are simultaneously picked up by an image sensor arranged directly above the light source via a light shielding cover, and signals from the image sensor are processed to obtain two test pieces and respective reagent layers. Recognizing and selecting either one or both for each reagent layer depending on the reaction time, and calculating the concentration or characteristics of the component in the sample from the degree of coloration of the reagent layer That, the analysis method using the test strip.

１つの試験片の各試薬層について２つの反応時間における呈色の度合いから試料の異常反応をチエックをするものである請求項６記載の試験片を用いる分析方法。 7. The analysis method using a test piece according to claim 6, wherein the abnormal reaction of the sample is checked from the degree of coloration in two reaction times for each reagent layer of one test piece.

以下の（ａ）〜（ｄ）の工程を含む請求項６記載の試験片を用いる分析方法。
（ａ）試薬層に試料をスポット状に供給する工程
（ｂ）試薬層画像の明度ヒストグラムのピークから非供給部分の明度Ｂｂを求め、非供給部分面積Ｓｂであるピーク部分データを除いた残りのヒストグラムを供給部分面積Ｓｓとして求める工程
（ｃ）試薬層画像をＹ軸方向に平均して非供給部分明度Ｂｂを明度０として、符号を反転したＸ軸平均明度Ｂｘと、同じく試薬層画像をＸ軸方向に平均して非供給部分明度Ｂｂを明度０として、符号を反転したＹ軸平均明度Ｂｙを求め、重心Ｐｘ及びＰｙを求める工程
（ｄ）試薬層画像の座標Ｐｘ及びＰｙを中心とした面積Ｓｓ以下の範囲を使用して、平均明度を求め、これを当該試薬層の反射率として分析する工程The analysis method using the test piece of Claim 6 including the process of the following (a)-(d).
(A) Step of supplying a sample to the reagent layer in a spot shape (b) The lightness Bb of the non-supply portion is obtained from the peak of the lightness histogram of the reagent layer image, and the remaining portion excluding the peak portion data which is the non-supply portion area Sb Step (c) of determining the histogram as the supply partial area Ss (c) The reagent layer image is averaged in the Y-axis direction, the non-supply partial lightness Bb is set to lightness 0, the X-axis average lightness Bx with the sign reversed, and the reagent layer image X (D) Step of obtaining the Y-axis average brightness By with the non-supplied partial brightness Bb averaged in the axial direction and the sign of the Y-axis average brightness By and determining the centroids Px and Py (d) Centering on the coordinates Px and Py of the reagent layer image A step of obtaining an average brightness using a range of area Ss or less and analyzing it as the reflectance of the reagent layer

光源として試験片の長さ方向に配置した直管蛍光灯を用い、イメージセンサにより得られる画像から光源の長さ方向の光量分布変動を検出し、撮像画像を補正することにより、成分濃度演算に混入する演算誤差を補正するために、試験片近傍に光源の長さ方向に平行な標準反射板を置き、光源の長さ方向の光量分布変動を反映した画像を撮像装置の一部に与えるものである請求項６記載の試験片を用いる分析方法。 Using a straight tube fluorescent lamp arranged in the length direction of the test piece as the light source, detecting the light distribution variation in the length direction of the light source from the image obtained by the image sensor, and correcting the captured image, it is possible to calculate the component concentration A standard reflector parallel to the length direction of the light source is placed in the vicinity of the test piece to correct the mixed calculation error, and an image that reflects the fluctuation of the light amount distribution in the length direction of the light source is given to a part of the imaging device. The analysis method using the test piece according to claim 6.

直管蛍光灯として、ＲＧＢ３つの狭帯域発光蛍光体が使用されたものを用い、撮像装置としてカラーイメージセンサ或いはＲＧＢフィルターを備えたモノクロイメージセンサを使用するものである、請求項９記載の試験片を用いる分析方法。 The test piece according to claim 9, wherein a straight tube fluorescent lamp using RGB three narrow-band light emitting phosphors is used, and a color image sensor or a monochrome image sensor equipped with an RGB filter is used as an imaging device. Analytical method using