JP5066583B2 - 測定装置並びにそれらを備えた液体採取測定システム - Google Patents
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Description
マウス動脈に挿入したカテーテルの他端から、血圧によって自出された血液を適当な容器に受け取る。続いて、容器内の血液のうち一定体積を定量ピペットによって吸い上げ、吸い上げられた血液中の放射線を計数(すなわちカウント)して、全血中放射能濃度を測定する。この測定によって代謝物分析に供する。さらに、容器内に残った血液を遠心分離させて血漿を得て、同様に、定量ピペットによって採取して、血漿中放射能濃度を測定する。
動脈血流路にβ+線検出器を設置することで、血中放射能濃度を測定する。β+線をプラスチックシンチレータやPINダイオードで検出する。例えば、非特許文献1では、ダイオードは、長さが30[mm]の細長い形状を有し、長辺方向に沿って血液が入ったチューブを配管することで、検出可能面積を増加させ、検出効率を確保している。
マウス血圧にて自出された動脈血を、図8に示すようにマイクロチップ(素子)MC上に導く方式である。マイクロチップMCには、1本の主流路FM、選択可能な支流路FB、および流路洗浄や血液排出用に使用するヘパリン(heparin)溶液Hを流し込み、あるいは使用されたヘパリン溶液Hや血液Bを流し出すための側路FNを配設している。支流路FBの各々の先には容器を配設しており、支流路FBのいずれか1つが、マイクロチップMCに供給されるアルゴンガスGasのガス圧、マイクロチップMCのメカニズムによって選択されるように構成されている。支流路FBのいずれか1つが選択された状態で血液Bを流し込む。各々の流路FM,FBが、マイクロチップMCに対して所定の寸法で溝加工したもので形成されており、流し込まれた血液Bの溝長あるいは溝領域がわかれば、その血液Bの微小体積が規定されるのがマイクロチップMCの特徴である。その規定された微小体積によって、予め定められた体積の血液Bが流路内に満ちた状況で、ヘパリン溶液Hの圧入によって所定の受け容器(図示省略)に血液Bを送り込む。その後、各流路FM,FBをヘパリン溶液Hで洗浄し、次の採血に備える。受け容器内の血液Bを、生理食塩水とともに別容器に吸い上げ、ウェルカウンタによって血液B中の放射線を計数する(例えば、非特許文献2参照)。
L. Convert, G. M. Brassard, J. Cadorette, D. Rouleau, E. Croteau, M. Archambault, R. Fontaine, and R. Lecomte, "A microvolumetric β blood counter for pharmacokinetic PET studies in small animals," IEEE Nuclear Sci, vol. 54, no. 1, 2007. H. -M. Wu, G. Sui, C. -C. Lee, M. L. Prins, W. Ladno, H. -D. Lin, A. S. Yu, M. E. Phelps, and S. -C. Huang, "In vivo quantitation of glucose metabolism in mice using small-animal PET and a microfluidic device," J Nucl Med, vol. 48, pp. 837-845, 2007.
マウスの体重を30[g]とする。また、概ねの体重の7.5%が血液であるので、想定される総血液量は2250[μL] となる。また、全血の10%程度までの損失(ロス)であれば、マウスの生理状況への影響を無視することができることから、許容最大採血量は225[μL]となる。上述した(a)の方式では、規定量以上の血液を一旦取り出し、ここから規定量を吸い上げる方式となることから、出血量が多くなる。そのため、許容最大採血量内で得られるサンプリング数(採血点数)が少なくなり、定量解析を十分に行うことができない。上述した(b)の方式では、一定流量(例えば凝血による閉塞が起こらないという条件で8[μL/min]以上)で上述したチューブ内に血液を流し続けるので、許容最大採血量を下回るためには測定時間が制限され、長時間の定量解析を行うことができない。上述した(c)の方式では、マイクロチップ上の流路全体に血液を充填することで定体積を実現し、採血毎に流路全体をヘパリン溶液で洗浄することで、採血回数間での汚染を抑制する。したがって、微小流量チップの定体積部以外の箇所に残存する血液については、採血毎に無駄になることから、総採血量は増加する。特に、チップへの接続部などの無駄なスペースに残った血液については、採血回数毎に無駄となることから、総採血量は採血毎に増加するものと思われる。
マウスでは、一般に、放射性物質の投与直後の血中放射能変化がヒトよりも急峻であることを考慮すると、最速1秒毎の採血が必要となる。上述した(a)の方式では、上述したように、規定量以上の血液を一旦取り出し、ここから規定量を吸い上げる方式となることから、高頻度測定は手技的に困難である。また、導血に使用するカテーテルが極めて細く、かつ血液の粘性も考慮すると、カテーテル先端からサンプル保持のためのシリンジに向かっての血液の滴下にも、さほどの高速性を期待することはできない。以上より、(a)方式では高頻度採血は不可能である。上述した(c)の方式では、血液流路内を血液で一旦満たし、これをヘパリン溶液で洗い出す。また、チップ(素子)上の流路全体を、採血毎に血液で満たすことになるので、次の採血に移る前に、上述したように流路全体をヘパリン溶液で洗浄する必要がある。したがって、採血毎に血液もしくはヘパリン溶液が、流路に順に満たされる必要があり、時間を消費する可能性があり、高頻度採血には不適である。
(III)全血および血漿放射能測定
PET定量解析では、全血および血漿中の放射能濃度の双方が必要となる。上述した(a)の方式では、全血が流れるチューブの放射線を計数するので、血漿中の放射能の測定は不可能である。予め、別のマウスで全血および血漿の放射能比を測定しておくか、あるいは測定中に数回にわたって採血を別途行い、ここから全血血漿比を取得する必要がある。また、マウス血液中の低放射能性により、放射能測定(放射線の計数)には時間を要すると考えられるが、一旦、全血の放射線を計数した後に、遠心分離により血漿を分離し、その後に血漿の放射線を計数すると、放射線が既に減衰し、測定が十分に行えないという危険性がある。また、上述した(c)の方式では、図8に示すように定量解析すべき支流路FBに流し込まれた血液は血漿分離できていないので、別容器で血漿分離を改めて行わなければならない。もし、支流路FBで血漿分離を行うとなると、マイクロチップ全体を回転させなければならないが、マイクロチップの構造が長辺に伸びているのと、主流路FMが形成されている構造上の問題により、マイクロチップ全体を回転させての遠心分離は困難である。
11 … ガラス基板
13 … 主流路
21 … 光源
22 … フォトダイオード
24 … 円板(CDウェル)
26 … 溝
30 … 圧力発生器
31 … 回転駆動部
32 … 撮像部
34 … 溝長・溝領域算出部
35 … 体積算出部
40 … 測定装置
41 … 読取部
44 … 情報算出部
IP … イメージングプレート
マウス動脈にカテーテル15(図1を参照)を挿入して、マウス血圧にて自出された動脈血を、カテーテル15を介して主流路13(図1および図2を参照)に導くことで、主流路13に血液を連続的に送り込む。上述したように、抗凝固剤を投入、あるいは主流路13や側路14(図1および図2を参照)の流路内面に抗凝固剤を塗布してコーティング処理を施した後に血液を送り込む方が、流路での血液凝固の発生を防止するためにも好ましい。
主流路13(図1および図2を参照)を血液が流れていないときには、主流路13を挟んで光源21(図1および図2を参照)に対向配置されたフォトダイオード22(図1および図2を参照)に光源21から照射された光が入射されるので、図4に示すようにフォトダイオード22で光電変換された検出器信号がHighレベルとなってフォトダイオード22から出力される。逆に、主流路13を血液が流れているときには、光源21から照射された光がその血液によって遮られて遮光されるので、フォトダイオード22に光が入射されずに、図4に示すように検出器信号がLowレベルとなってフォトダイオード22から出力される。このように、血液による遮光をフォトダイオード22が検知することで、その血液を光学的に監視(モニタ)しながら血液の長さ情報を測定し、そのフォトダイオード22による測定結果に基づいてセパレータ(すなわち本実施例では気泡)の間隔を制御することで、圧力発生器30(図2を参照)によって取り出されるべき血液の体積をコントローラ50(図2を参照)は制御する。
ステップS2で取り出された微量血液を、血液用配管17(図1および図2を参照)を介してディスペンサ23(図1および図2を参照)に送り込む。ディスペンサ23は円板(CDウェル)24(図1および図2を参照)の開口部25(図1を参照)に、取り出された微量血液毎にそれぞれ滴下する。この滴下によって、取り出された微量血液が円板24に移送される。なお、円板24に形成された開口部25および溝26(図2を参照)については、採血回数(すなわち採血点数)分以上の本数を用意して、それを使用する。
ステップS3で円板24(図1および図2を参照)に血液を移送したら、コントローラ50(図2を参照)は回転駆動部31(図2を参照)を制御して、円板24を回転させて血漿および血球に分離する血漿分離を行う。上述したように、開口部25(図1を参照)の外側一端を開放して、溝26(図1を参照)に一対一で接続することで、血漿分離時の血液の分離を円滑に行う。また、溝26は、U字型となっているので、血漿分離時の血球が遠心力により円板24外へ脱出するのを防止し、図5に示すように、血漿分離後にU字の底部に血球BHが沈殿するようにする。図5の符号BPは血漿を示す。なお、開口部25については、血漿分離までの待機時間での凝血防止のために、待機に対して閉鎖するようにするのが好ましい。また、開口部25や溝26内部に、流路でも述べたように、凝血防止のために抗凝固剤を塗布したり、あるいは抗凝固剤を投入するのが好ましい。
撮像部32(図2を参照)は、血漿分離された血漿および血球を円板24(図1および図2を参照)ごとに撮像する。撮像部32として例えばフラットヘッドスキャナで円板24上を走査することで、フラットヘッドスキャナのフォトダイオードアレイが血漿および血球に血漿分離された円板24の光学像を取得して、その光学像を円板24の画像として取得することで撮像を行う。そして、画像処理部33(図2を参照)で円板24の画像に対して各種の処理を行う。なお、撮像部32としては光学的に撮像するものに限定されず、例えば放射線を照射して検出することで撮像を行ってもよい。
上述したフラットヘッドスキャナの線状の光源を照射することで、吸光度の相違によって血漿および血球が撮像された画像上で濃淡差となって現れ、画像上で容易に識別可能である。その撮像部32(図2を参照)によって撮像された円板24(図1および図2を参照)の溝26(図1を参照)における画像の濃淡差(すなわち吸光度の相違)に基づいて、血漿および血球の各部の溝長あるいは溝領域を溝長・溝領域算出部34は求める。濃淡差のある1次元の画素数を溝長に変換して、2次元の画素数を溝領域に変換することで、血漿および血球の各部の溝長あるいは溝領域を求める。
溝長・溝領域算出部34(図2を参照)で求められた血漿および血球の各部の溝長と溝26(図1を参照)の断面積とに基づいて、あるいは溝長・溝領域算出部34で求められた血漿および血球の各部の溝領域と溝26の深さとに基づいて、体積算出部35(図2を参照)は各部の体積をそれぞれ求める。
血漿および血球に血漿分離された円板24(図1および図2参照)ごとサンプルとして、図示を省略するカセッテを開いて収容して、その上にイメージングプレートIP(図1を参照)を収容して、カセッテを閉じる。一定時間後、カセッテから円板24を取り出し、とイメージングプレートIPに光を照射して露光を行う。この露光によって、血液中に含まれているβ+線の電離能により、イメージングプレートIPの蛍光体(図示を省略)の格子欠陥に電子が捕獲される。露光後のイメージングプレートIPをカセッテから取り出して、測定装置40(図1および図2を参照)の読取部41(図1および図2を参照)のカバー部に挿入する。
体積算出部35(図2を参照)で求められた血漿の体積Vp、血球の体積Vhと、イメージングプレートIPと読取部41で求められたβ+線の計数情報に基づいて、単位体積当たりのβ+線の計数情報である血中放射能濃度を情報算出部44(図2を参照)は求める。
Claims (11)
- 平板中に所定の寸法で溝加工された複数本の各溝に収容された測定対象の液体中に含まれている発光または蛍光物質から発生した光あるいは放射性物質から発生した放射線を測定する測定装置であって、(A)前記測定対象の液体から発生した光あるいは放射線を検出して2次元画像情報を求める検出手段と、(B)前記平板を撮像して得られた画像情報中に含まれる測定対象の液体の画像情報およびその溝の断面寸法情報に基づいて求められた各測定対象の液体の体積と、前記検出手段で求められた2次元画像情報とに基づいて、単位体積当たりの光または放射線の情報を求める情報算出手段とを備えることを特徴とする測定装置。
- 請求項1に記載の測定装置において、前記測定対象の液体は血液であって、その血液に含まれている放射線を前記検出手段は検出することで計数し、前記血液の体積と前記検出手段で求められた放射線の計数情報とに基づいて、単位体積当たりの放射線の計数情報を前記情報算出手段は求めることを特徴とする測定装置。
- 請求項2に記載の測定装置において、前記血液を遠心分離させて血漿分離された血漿および血球に含まれている放射線を前記検出手段はそれぞれ分離して検出することで計数し、前記血漿および血球の各部の体積と前記検出手段でそれぞれ求められた前記各部の放射線の計数情報とに基づいて、単位体積当たりの各部の計数情報を前記情報算出手段は求めることを特徴とする測定装置。
- 測定対象の液体を採取する液体採取装置と、平板中に所定の寸法で溝加工された複数本の各溝に収容された測定対象の液体中に含まれている発光または蛍光物質から発生した光あるいは放射性物質から発生した放射線を測定する測定装置とを備えた液体採取測定システムであって、(A)前記測定対象の液体から発生した光あるいは放射線を検出して2次元画像情報を求める検出手段と、(B)前記平板を撮像して得られた画像情報中に含まれる測定対象の液体の画像情報およびその溝の断面寸法情報に基づいて求められた液体の体積と、前記検出手段で求められた2次元画像情報とに基づいて、単位体積当たりの光または放射線の情報を求める情報算出手段とを備えることを特徴とする液体採取測定システム。
- 請求項4に記載の液体採取測定システムにおいて、前記液体採取装置は、(a)前記測定対象の液体が流れる流路と、(b)その流路の途中に設けられ、指定された所定の間隔で気体または前記測定対象の液体とは別の液体をセパレータとして挿入することで、前記測定対象の液体を時系列に分離して取り出す取り出し手段とを備え、その取り出し手段で取り出された液体毎にその液体中に含まれている発光または蛍光物質から発生した光あるいは放射性物質から発生した放射線を前記測定装置はそれぞれ測定することを特徴とする液体採取測定システム。
- 請求項5に記載の液体採取測定システムにおいて、前記流路は、平面状の基板に対して所定の寸法で溝加工したもので形成されていることを特徴とする液体採取測定システム。
- 請求項5または請求項6に記載の液体採取測定システムにおいて、前記液体採取装置は、(c)前記流路を流れる前記測定対象の液体を光学的に監視しながら液体の長さ情報を測定する光学測定手段を備え、その光学測定手段による測定結果に基づいて前記セパレータの間隔を制御することで前記取り出し手段によって取り出されるべき液体の体積を制御することを特徴とする液体採取測定システム。
- 請求項5から請求項7のいずれかに記載の液体採取測定システムにおいて、前記液体採取装置は、(d)前記流路に対して前記測定対象の液体が流通可能に形成されて、かつ径方向に形成された複数本の溝加工された前記平板と、(e)その平板を回転させる回転手段とを備え、その回転手段による前記平板の遠心力を利用して、前記液体を遠心分離させることを特徴とする液体採取測定システム。
- 請求項8に記載の液体採取測定システムにおいて、前記液体採取装置は、(f)前記平板を撮像する撮像手段と、(g)その撮像手段によって撮像された平板の前記溝加工された溝における画像の濃淡差である前記液体の画像情報に基づいて、前記遠心分離された液体の各部の溝長あるいは溝領域を求める溝長・溝領域算出手段と、(h)その溝長・溝領域算出手段で求められた前記液体の各部の前記溝長と前記溝の断面積である前記溝の断面寸法情報とに基づいて、あるいは前記溝長・溝領域算出手段で求められた前記液体の各部の前記溝領域と前記溝の深さである前記溝の断面寸法情報とに基づいて、前記各部の体積をそれぞれ求める体積算出手段とを備え、その体積算出手段で求められた液体の体積と、前記検出手段で求められた前記光あるいは放射線の2次元画像情報とに基づいて、単位体積当たりの光あるいは放射線の情報を前記情報算出手段は求めることを特徴とする液体採取測定システム。
- 請求項4から請求項9のいずれかに記載の液体採取測定システムにおいて、前記測定対象の液体は血液であって、前記液体採取装置は採血するための装置であって、その血液に含まれている放射線を前記検出手段は検出することで計数し、前記血液の体積と前記検出手段で求められた放射線の計数情報とに基づいて、単位体積当たりの放射線の計数情報を前記情報算出手段は求めることを特徴とする液体採取測定システム。
- 請求項10に記載の液体採取測定システムにおいて、前記血液を遠心分離させて血漿分離された血漿および血球に含まれている放射線を前記検出手段はそれぞれ分離して検出することで計数し、前記血漿および血球の各部の体積と前記検出手段でそれぞれ求められた前記各部の放射線の計数情報とに基づいて、単位体積当たりの各部の計数情報を前記情報算出手段は求めることを特徴とする液体採取測定システム。
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