JP5319696B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は血液等の成分を自動的に分析する自動分析装置に関する。

血液の自動分析に広く用いられている方法の一つとして、吸光光度法が知られている。この吸光光度法では、反応容器内で生体試料を試薬と混合して調製した反応液に光を照射し、特定波長の光の減衰である吸光度を測定して、吸光度と濃度との関係から分析対象の成分の濃度を算出する。この成分の濃度と吸光度とは、多くの場合に直線的な比例関係が成り立つ。

吸光光度法では、反応容器内の気泡などに起因するノイズの分析結果への影響を低減する技術として、特定波長の吸光度とは別に副波長の吸光度を測定し、両者の吸光度の差または比を用いて濃度を計算することが知られている。

また、吸光光度法においては、特に微量の成分を分析するために用いられる方法として、ラテックス凝集法や免疫比濁法等の凝集物による光吸収に基き測定する方法が知られている。例えば、免疫比濁法では、特性成分と、これを抗原とする抗体との免疫複合体の粒子が凝集する度合いについて、吸光度を測定することにより分析し、特定成分の濃度を算出する。ラテックス凝集法では、特定成分を抗原とする抗体を表面にコーティングしたラテックス粒子を含んだ試薬を用い、ラテックス粒子が凝集する度合いについて、吸光度を測定することにより分析し、特定成分の濃度を算出する。

これらの方法でも、２つの波長で測定した吸光度の差または比を用いることでノイズの影響の低減が図られることが多い。しかし、この場合は成分の濃度と吸光度とが直線関係になる範囲が狭いので、広い範囲の濃度を測定するためには、適した粒子サイズ、濃度、波長を選び、検量線も直線でなく例えばスプライン関数などが使われる。

特許文献１では、免疫比濁法において、分析コストを削減するために、複数の波長にて直線関係の検量線を求めておき、プロゾーン効果の起こらない最短の波長を選ぶように、濃度により切り替える方法が提案されている。これによれば、免疫比濁法でも直線の検量線を使えるという効果がある。

特許文献２では、ノイズの影響を低減させるために、３つ以上の波長の吸光度の測定値を利用して複数の項目を同時に測定する技術が提案されている。これによれば、血清色調などの波長依存性のあるノイズ成分が分析結果に影響することなどを防げる。

特許文献３では、ラテックス凝集法において、測定精度の向上を図るために、基準計測点の吸光度から閾値の範囲内の測定点の吸光度の変化を最小２乗法により求める技術が提案されている。これによれば，検体の吸光度の測定ができなくても精度の高い測定が可能となる。

特開平８−７５７４０号公報 特開平２−８５７４５号公報 特開平８−２１９９８４号公報

しかしながら、上記従来技術では、ラテックス凝集法で分析する場合、被測定成分の高い濃度まで測定できるような試薬、波長を設定して測定すると、低い濃度での吸光度の変化は小さくノイズの影響を受けやすいため、広い濃度範囲での高感度化が難しいという問題があった。

特許文献１の提案では、濃度に応じて用いる波長を切り替えるため、ある程度は濃度範囲を広げることができるが、濃度の切れ目で検量線のギャップが生じるなど、実用化には問題があった。また、低濃度でのノイズ低減は不十分であった。

特許文献２の提案では、３つ以上の波長を用いることで波長依存性のあるノイズの影響を低減することはできるが、信号成分の測定に主に寄与する波長は一つなので、ラテックス凝集法において広い濃度範囲で高感度な測定を達成することはできない。

特許文献３の提案では、最小二乗法を用いて吸光度の変化を計算するが、波長は固定しているので広い濃度範囲で高感度にすることはできない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、広い濃度範囲の測定と低濃度での高感度化とを両立した、精度の高い自動分析装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明の一の自動分析装置は、複数の反応容器と、前記反応容器に試料を吐出する試料プローブと、前記試料が吐出された前記反応容器に試薬を吐出する試薬プローブと、前記試料と前記試薬とが吐出された前記反応容器に光を照射する光源と、前記反応容器を透過した前記光源からの複数の波長の光を検出する検出器と、前記試料中の所定成分の濃度を、前記検出器の前記複数の波長の信号を用いるとともに、事前に定義された変換テーブルまたは変換式を用いて変換された２次パラメータと前記濃度との関係に基いて算出する算出手段とを有する。

前記複数の波長の信号は、吸光度に変換された後、前記複数の波長の吸光度の値を用いて計算した前記２次パラメータに変換されることが好ましい。

前記吸光度の波長依存性は、信号成分の波長依存性を示す関数とノイズ成分の波長依存性を示す関数との合成で表すことが好ましい。

前記合成は前記信号成分の波長依存性を示す関数と前記ノイズ成分の波長依存性を示す関数との線形結合で表し、それぞれの前記波長依存性を示す関数の係数は最小二乗法で求めることが好ましい。

前記信号成分の波長依存性は、前記波長の係数が負の指数関数で表すことが好ましい。

前記係数は、測定の種類により異なる値に設定することが好ましい。

前記ノイズ成分の波長依存性は、前記波長に対して一定値で表すことが好ましい。

前記吸光度が予め定められた値より高い波長の測定値は、前記所定成分の濃度の算出に用いないことが好ましい。

前記複数の波長の吸光度の値から所定の波長の吸光度の値を差し引いた吸光度差に対して、前記複数の波長に依存するゲイン関数および重み関数を用いて２次パラメータを計算することが好ましい。

前記重み関数は、前記吸光度がそれぞれ相対的に大きい波長および小さい波長で小さく、前記吸光度が前記大きい波長と前記小さい波長との間の波長で大きくなるように変化させることが好ましい。

前記ゲイン関数は、波長の指数関数で表されることが好ましい。

前記波長の係数は、測定の種類により異なる値に設定することが好ましい。

前記反応容器内の反応が進む過程において複数回の測定を行い、それぞれの回の測定で得られる前記２次パラメータの値、変化量または変化の勾配と、前記濃度との関係を予め調べておき、その関係に基き前記試料中の所定成分の濃度を算出することが好ましい。

前記算出手段により分析を行う項目と、前記算出手段によらない分析を行う項目とを、分析項目毎に分けることが好ましい。

前記算出手段により分析を行う項目は、前記所定成分の濃度を、当該所定成分が含まれる凝集物による光吸収に基き測定する項目であることが好ましい。

また、本発明の他の自動分析装置は、複数の反応容器と、前記反応容器に試料を吐出する試料プローブと、前記試料が吐出された前記反応容器に試薬を吐出する試薬プローブと、前記試料と前記試薬とが吐出された前記反応容器に光を照射する光源と、前記反応容器を透過した前記光源からの複数の波長の光を検出する検出器と、前記試料中の所定成分の濃度を、前記所定成分が含まれる凝集物による光吸収に基く前記複数の波長の吸光度と、ノイズ成分を反映する波長の吸光度とを用いて算出する算出手段とを有する。

前記吸光度が予め定められた値より高い波長の測定値は、前記所定成分の濃度の算出に用いないことが好ましい。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、試料中の所定成分の濃度を、検出器の複数の波長の信号を用いるとともに、事前に定義された変換テーブルまたは変換式を用いて変換された２次パラメータと濃度との関係に基いて算出する。つまり、微小粒子の感度が高い複数の波長の信号を組み合わせて濃度を演算するので、低い濃度から高い濃度まで高精度で分析することができる。

これにより、広い濃度範囲の測定と低濃度での高感度化とを両立した、精度の高い自動分析装置とすることができる。

本発明の自動分析装置の一実施の形態の概略を示す概略斜視図である。 図１の自動分析装置の信号処理部の構成を説明する構成説明図である。 ラテックス凝集法を用いたときの各波長の吸光度の変化を測定した結果を示すグラフである。 免疫比濁法を用いたときの各波長の吸光度の変化を測定した結果を示すグラフである。 図３の試薬添加から１００秒後のデータにｈ（λ）への変換を適用した結果を示すグラフである。 実施の形態１を実際の分析に適用した場合のノイズ低減効果を調べた結果を示すグラフである。 実施の形態２を実際の分析に適用した場合のノイズ低減効果を調べた結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは原則として同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。

（実施の形態１）
図１は本発明の自動分析装置の一実施の形態の概略を示す概略斜視図であり、図２は図１の自動分析装置の信号処理部の構成を説明する構成説明図である。

図１に示すように、自動分析装置１０は、試料を保持するサンプル容器１１を複数搭載可能なサンプルディスク１２と、それぞれ第１の試薬または第２の試薬を保持する試薬容器１３ａ，１３ｂを複数搭載可能な第１試薬ディスク１４および第２試薬ディスク１５と、周方向に沿って複数の反応容器１６を配置した反応ディスク１７とを備えている。

反応ディスク１７とサンプルディスク１２との間には、サンプル容器１１から吸引した試料を反応容器１６に分注（吐出）するサンプルプローブ（試料プローブ）２０が設けられている。

反応ディスク１７と第１試薬ディスク１４および第２試薬ディスク１５との間には、第１試薬ディスク１４内の試薬容器１３ａから吸引した試薬を反応容器１６に分注する第１試薬プローブ（試薬プローブ）２１と、第２試薬ディスク１５内の試薬容器１３ｂから吸引した試薬を反応容器１６に分注する第２試薬プローブ（試薬プローブ）２２とが、それぞれ設けられている。

反応ディスク１７の周囲には、第１の試薬分注後および第２の試薬分注後に反応容器１６内の液体をそれぞれ撹拌する２つの攪拌装置３０と、反応容器１６に光を通過させる光源４０と、反応容器１６を洗浄する容器洗浄機構３１とが、反応ディスク１７の回転方向にこの順で設けられている。

反応ディスク１７を挟んで光源４０と対峙する位置には分光光学系（検出器）４１が設けられており、その近傍には分光光学系４１からの信号を処理する信号処理回路４２が設けられている。そして、この信号処理回路４２は、コンピュータ４３に接続されている。また、自動分析装置１０は、装置全体の動作を制御し、外部とのデータの交換を行うコントローラ４４を備えている。

図２に示すように、分光光学系４１の内部には回折格子４５と１２個の受光素子からなるアレイセンサ４６とが設置され、アレイセンサ４６からは複数の信号線が信号処理回路４２に接続されている。信号処理回路４２の内部には、複数の対数増幅器５０、複数のＡＤ（アナログ／デジタル）変換器５１、変数変換部５２、演算部（算出手段）５３、変換テーブル５４および較正用データ５５が格納されている。コンピュータ４３は、記録部５６と表示部５７とを備えている。

自動分析装置１０は、以下のように動作する。サンプル容器１１には血液等の検査対象の試料が入れられ、サンプルディスク１２にセットされる。それぞれの試料で必要な分析の種類は、コントローラ４４に入力される。

試料はサンプルプローブ２０によって採取され、反応ディスク１７に並べられている反応容器１６に一定量分注される。試料が分注された反応容器１６には、一定量の第１の試薬が第１試薬ディスク１４に設置された試薬容器１３ａから第１試薬プローブ２１により分注される。また、必要に応じて一定量の第２の試薬が、第２試薬ディスク１５に設置された試薬容器１３ｂから第２試薬プローブ２２により分注される。そして、反応容器１６内に分注された試料および試薬は、攪拌装置３０にて攪拌される。

反応ディスク１７は、周期的に回転、停止を繰り返し、反応容器１６が光源４０の前を通過するタイミングで、光源４０から反応容器１６に光を通過させて測光が行われる。試料分注後１０分間の反応時間の間に測光を繰り返し、その後、容器洗浄機構３１で反応容器１６内の反応液の排出および洗浄がなされる。その間に別の反応容器１６では、別の試料、試薬を用いた動作が並行して行われる。

光源４０からの光は、紫外光から赤外光まで広い波長を含んでいる。反応容器１６を通過した光は、分光光学系４１に入り回折格子４５で波長分離され、アレイセンサ４６で検出される。アレイセンサ４６の各受光素子からは、λ１からλ１２までの波長毎の光電流が出力され、信号処理回路４２中の対数増幅器５０で対数変換される。対数増幅器５０のそれぞれは、反応容器１６での光吸収がない場合の光電流値を基準値として有しており、その出力は吸光度に比例する。つまり、λ１からλ１２までの波長の信号は、吸光度に変換される。ここで、吸光度とは、光量の減衰率の対数であり、長さ１０ミリメートルでの光の透過率の常用対数にマイナス１を乗じた値とし、単位をＡＢＳで表す。対数増幅器５０の出力は、ＡＤ変換器５１で吸光度に比例したデジタル値に変換される。

ＡＤ変換器５１でデジタル値に変換された出力は、変数変換部５２で事前に定義された変換テーブル５４を用いて２次パラメータに変換される。ここで、本発明において２次パラメータとは、複数の吸光度の値を用いて計算した１つのパラメータをいう。

具体的には、変数変換部５２では、吸光度の波長依存性を、次式のように、信号成分の波長依存性を示す関数ｆ（λ）とノイズ成分の波長依存性を示す関数ｇ（λ）との合成として、線形結合で表した関数ｈ（λ）に変換する。

ｆ（λ）＝ｅｘｐ（−ｋλ）
ｇ（λ）＝一定値
ｈ（λ）＝Ａ・ｆ(λ）＋Ｂ・ｇ（λ）
式中のｋは、凝集による吸収の波長依存性の勾配を表す係数で、分析項目ごとに異なる値に設定され、予め変換テーブル５４に収納されている。Ａ，Ｂは、未定の係数である。

ＡＤ変換器５１から入力した波長λ１からλ１２の吸光度の値と、ｈ（λ）との差が最小になるように、重みつき最小二乗法でＡとＢの値を決定し、Ａの値を２次パラメータとして演算部５３に出力する。重みつき最小二乗法に用いる重み係数Ｗは、波長λおよび吸光度ＡＢＳに依存する値として変換テーブル５４に格納されている。単純な例として、予め定めた吸光度上限ＡＢＳｍａｘを基準として、Ｗの値を、吸光度がＡＢＳｍａｘ以上の場合は０、ＡＢＳｍａｘ未満の場合は１とし、吸光度が予め定められた値より高い波長の測定値は、濃度の算出に用いないようにする。

演算部５３は、反応過程の特定のタイミングでの２次パラメータの値、２次パラメータの変化量、または２次パラメータの変化の勾配と、被測定物質（所定成分）の濃度との関係を予め調べて格納してある較正用データ５５を用いて、その関係に基き濃度の値に変換して出力（算出）する。特定のタイミングでの２次パラメータとは、例えば、反応容器内の反応が進む過程において複数回の測定を行い、それぞれの回の測定で得られるものである。また、濃度との関係は、直線関係の場合もあるし、スプライン関数のような曲線の関係の場合もある。出力された濃度の値は、コンピュータ４３の記録部５６に記録され、表示部５７に表示される。

２次パラメータは、ｆ（λ）が波長の対数関数で与えられるため、ラテックス凝集法や免疫比濁法のように微粒子の凝集を測定する場合、つまり被測定物質の濃度を、当該物質が含まれる凝集物による光吸収に基き測定する項目で好適に用いられる。このような好適に扱えるデータの例を、図３および図４に示す。

図３は、ラテックス凝集法の試薬である積水メディカル株式会社のナノピアＣＲＰを用いたときの各波長の吸光度の変化を測定した結果を示すグラフである。横軸が波長、縦軸が吸光度を対数目盛りで示す。図３に示すように、対数目盛りの吸光度は、波長に対して右下がりのカーブであり、試薬添加後、反応が進むにつれてほぼ平行に上昇する。波長が長いほうで勾配が緩やかになっているが、それは吸光度が小さい範囲での検出誤差やノイズの影響である。

図４は、免疫比濁法の試薬である積水メディカル株式会社のピュアオートＳ ＩｇＧを用いたときの各波長の吸光度の変化を測定した結果を示すグラフである。図４では、図３の場合と同様に、吸光度は波長に対して右下がりの曲線であり、試薬添加後、反応が進むにつれてほぼ平行に上昇する。図３の場合より全体に吸光度が高く、波長に対する勾配も異なる。波長が短い方では、吸光度が直線から外れる傾向が見られるが、それは検出範囲の制限や、プロゾーン現象などによる。

これらのデータの１つについて、実際にｈ（λ）への変換を試みた。結果を図５に示す。なお、図５は、図３の試薬添加から１００秒後のデータにｈ（λ）への変換を適用した結果を示すグラフである。

図５に示すように、各吸光度の値の変換により得られた関数ｈ（λ）の線形結合は、各吸光度の値のプロットに極めて近く、精度が高いことがわかった。

このように、実施の形態１では、複数の波長の吸光度の値を用いて２次パラメータを計算するため、精度の高い濃度分析ができる。つまり、各波長の吸光度の値にはノイズが混じっていることが考えられるが、複数の波長の吸光度の値を用いて２次パラメータを計算することで、個々のノイズの影響を小さくでき、精度の高い濃度分析が可能となる。

また、実施の形態１では、信号を表す関数ｆ（λ）の係数Ａとノイズを表す関数ｇ（λ）の係数Ｂを最小二乗法で求めているため、例えば反応容器１６内に気泡が入った場合など、全ての波長の信号に加わるノイズが含まれた場合でも、２次パラメータに用いるＡの値にノイズの影響は小さく、精度の高い濃度分析ができる。特に、この場合ｇ（λ）は一定値としているので、大きな気泡などに起因する光吸収の波長特性と一致しており、効果的にノイズの影響を除去できる。

さらに、実施の形態１では、吸収率の高い波長の吸光度に対して重み関数を小さくした、重みつき最小二乗法を用いているため、被測定物質の濃度が高くて吸光度が一部の波長で検出上限あるいはプロゾーン効果などのために正しく測定できない場合でも、その波長の影響を受けることが小さく、濃度の高い範囲まで精度良く分析することができる。

さらに、実施の形態１では、濃度が低くて長波長の吸光度が小さい場合でも、吸光度の大きな短波長の信号を利用するので感度良く分析することが可能であり、低い濃度も高い感度で分析ができる。

さらに、実施の形態１では、信号を表す関数ｆ（λ）を係数が負の指数関数で与えているため、光散乱のミー散乱理論などで計算される、粒径が光波長よりも小さい粒子による光減衰の波長特性と一致する。したがって、凝集粒子による吸光度の波長分布と整合し、２次パラメータを再現性良く計算できる。また、その際の係数を項目ごとに別々に決めておくことができるので、凝集粒子の粒径や濃度が異なる系にも対応することができ、さまざまな種類の分析において高精度で広い測定範囲の分析ができる。

さらに、実施の形態１では、既知濃度に対する検量線の較正用データ５５を個々の波長の吸光度に対してではなく２次パラメータに対して求めるので、検量線を求める作業が単純であるのみならず、途中で切り替わることのない一貫性のある検量線が得られ、精度の高い濃度分析ができる。

さらに、実施の形態１では、１個の２次パラメータに対する検量線を用いるため、直線関係に限らずスプライン関数などの曲線関係の検量線も簡単に利用でき、さまざまな種類の反応を利用した分析に対応できる。また、低濃度から高濃度まで広い濃度範囲の分析を正確に行うことができる。

さらに、実施の形態１では、低濃度から高濃度まで広い濃度範囲の分析が一度の測定で行えるため、濃度の違いで試薬を変えたり分注量を変えたりする必要がなく、分析回数を減らし、低コストで分析ができる。

以上説明した実施の形態１では、ノイズを表す関数ｇ（λ）は一定値としているが、それはノイズ源となる気泡などによる光の減衰が、ミー散乱理論などによると、粒径が波長の数倍より大きい場合には波長依存性がないことに対応している。そのため、ｇ（λ）に一定値ではなく、例えば血清色調の波長依存を取り入れた関数を設定してもよいし、複数の波長依存性を取り入れた関数を同時に使ってもよい。

また、実施の形態１では、ｆ（λ）は波長の対数関数で与えられるため、ラテックス凝集法や免疫比濁法のように微粒子の凝集を測定する場合に適合しやすいが、これに限らない。例えば、酵素反応などを使った呈色反応の分析では、その呈色反応の吸光度の波長特性に合わせた関数をｆ（λ）として用いることで、呈色反応においてもノイズの影響の小さい高精度な分析が可能になる。

さらに、呈色反応の分析には、従来の２波長における吸光度の差を用いることも可能である。その場合は、２波長における吸光度の差を２次パラメータとして使えばよい。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では、実施の形態１と、変数変換部５２での演算方法が異なる以外は同様であるので、同様の事項は可能な限り説明を省略する。

実施の形態２では、変数変換部５２で、各波長λの吸光度ＡＢＳ（λ）と最長波長λ１２の吸光度ＡＢＳ（λ１２）との差で定義する関数Ｄ（λ，λ１２）と、重み関数Ｗ（λ）と、ゲイン関数Ｇ（λ）とを用いて、２次パラメータＰａ２を次のように計算する。

Ｐａ２＝Ｗ（λ１）Ｇ（λ１）Ｄ（λ１，λ１２）＋Ｗ（λ２）Ｇ（λ２）Ｄ（λ２，λ１２）＋．．．＋Ｗ（λ１１）Ｇ（λ１１）Ｄ（λ１１，λ１２）
ここで、
Ｄ（λｉ，λｊ）＝ＡＢＳ（λｉ）−ＡＢＳ（λｊ）
Ｗ（λ１）＋Ｗ（λ２）＋．．．＋Ｗ（λ１１）＝１
Ｇ（λ）＝Ｃ・ｅｘｐ（ｋλ）
とする。Ｃは定数である。

Ｗ（λ）の値は、吸光度にも依存し、吸光度がそれぞれ相対的に大きい波長および小さい波長で小さく、吸光度が大きい波長と小さい波長との間の波長で大きくなるように変化させる。つまり、吸光度が設定した上限を超える波長では小さく、上限を超えない範囲では波長が短いほど大きい値として、変換テーブル５４を用いて決定される。ｋの値も、測定項目毎に別の値として変換テーブル５４に記憶されている。演算部５３以降の処理は、実施の形態１と同様である。

このように、実施の形態２では、各波長の吸光度の値を別波長の吸光度の値で引くことにより、各波長の吸光度の値に混じっているノイズをキャンセルしているので、ノイズの影響の小さい高精度の分析ができる。

また、実施の形態２では、凝集粒子による光吸収が最も小さい最長波長の吸光度をノイズ分のキャンセルのために用いているので、ノイズ分の吸光度のみを効率的に削除でき、信号分の吸光度が失われることが少なく、高精度の分析ができる。なお、装置の波長特性や、測定項目の特性によっては、最長波長でなく別の波長を選ぶことが可能であることは言うまでもない。

さらに、実施の形態２では、吸光度が上限を超えた波長の重み関数を小さくするので、高濃度で被測定物質を含む凝集物の量が多くても、検出限界やプロゾーンによる誤差を小さくすることができ、高い濃度範囲まで精度の高い分析ができる。

さらに、実施の形態２では、吸光度が上限以下の波長は、感度の高い短波長の重み関数の値を大きくするため、低濃度の測定でも高感度の分析ができる。

さらに、実施の形態２では、光の波長よりも小さい波長の粒子による吸収の波長特性の逆数となる関数でゲイン関数Ｇ（λ）を与えているため、凝集物の濃度と２次パラメータとの関係がどの波長に対しても同じ勾配になり、重み関数の配分によらずに凝集物の濃度と２次パラメータとが比例関係になる。つまり、波長によって傾斜が異なるため、同じように平均すると、勾配が異なってしまう。そこで、勾配が指数関数であることを利用し、勾配を補正するような波長に依存する関数として、Ｇ（λ）をかけることで、同じ勾配になるように補正して１つの較正曲線が得られるのである。これにより、２次パラメータでの濃度演算を広い範囲で高精度に行うことができる。

さらに、実施の形態２では、複数の波長の吸光度のデータに重み関数を用いて足し合わせることにより、２次パラメータを得ているので、個々の波長に入るノイズを平均して削減する効果があり、ノイズの影響の小さい高精度の分析ができる。

さらに、実施の形態２では、ゲイン関数の係数ｋを項目に合わせて調整することができるので、ラテックス凝集法や免疫比濁法を含む広い範囲の対象に効果的に利用できる。

さらに、実施の形態２では、２次パラメータの計算が最小二乗法のように複雑でなく単純であるため、変数変換部５２での演算量が少なく、高速の処理が可能である。

以上説明した実施の形態２では、主波長λｉ、副波長λｊで行う従来の２波長差分析でも、Ｗ（λｉ）を１、他のＷ（λ）を０にすることで適用でき、呈色反応を含む広い測定項目に対応できる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態１および２に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、前記実施の形態１および２では、被測定物質の濃度を、２次パラメータとの関係に基いて算出しているが、凝集物による光吸収に基く複数の波長の吸光度と、ノイズ成分を反映する波長の吸光度とを用いて濃度を算出するのであれば、２次パラメータに基かなくてもよい。具体的には、ニューラルネットワークなどにより、中間パラメータを計算せずに、入力された波長の吸光度の値から、濃度を直接計算してもよい。

また、前記実施の形態１および２では、被測定物質の濃度の算出に用いられる波長はλ１からλ１２までの１２波長であるが、例えば３波長等、複数の波長であれば、１２波長より少なくてもよいし、多くてもよい。

さらに、前記実施の形態１および２では、変数変換部５２、演算部５３、変換テーブル５４、較正用データ５５が信号処理回路４２に内蔵されているが、これらを信号処理回路４２には内蔵せずに、コンピュータ４３の内部で変換式を用いて２次パラメータに変換し、ソフトウェア的に機能を実現してもよい。信号処理回路４２に内蔵した場合は、コンピュータ４３へ転送する信号量と、コンピュータ４３で必要な演算量が少なくてすむという利点がある。コンピュータ４３で行う場合には、信号処理回路４２を単純な構成にできる、演算アルゴリズムを変更しやすいなどの利点がある。

以下、実施例によって、本発明をさらに説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されない。

図６は、試薬に積水メディカル株式会社のナノピアＣＲＰを用い、試料にＣＲＰの低濃度の管理血清を与えた場合の従来法、および実施の形態１の方法による分析結果をプロットしたものである。横軸は試料の濃度、縦軸は分析結果である。従来法は、主波長５７０ｎｍ、副波長８００ｎｍの２波長差であり、反応開始後４５秒と３００秒の２回の測定における差を用い、濃度０ｍｇ／ｄＬと０．０５ｍｇ／ｄＬの既知試料でキャリブレーションした値を用いて濃度に換算している。

実施の形態１においてｋの値と重み係数Ｗを決める必要があるが、２種類の組み合わせで試行した。測定波長λは、３４０、４０５、４５０、４８０、５０５、５４６、５７０、６００、６６０、７００、７５０、８００ｎｍの１２波長であり、実施例１ａでは、ｋ＝０．０８８、重み係数Ｗは３４０ｎｍ以外の各波長に対してｅｘｐ（ｋλ）で与えた。実施例１ｂでは、実施例１ａの重み関数Ｗに対して、４０５、７００、８００ｎｍの波長の重みをさらに大きくした。これらの場合も、従来法と同じく、測定は反応開始後４５秒と３００秒の２回行い、それぞれで計算した２次パラメータの差を用い、濃度０ｍｇ／ｄＬと０．０５ｍｇ／ｄＬの既知試料でキャリブレーションした値を用いて濃度に換算した。

測定実験は、０から０．０５ｍｇ／ｄＬの１１種類の濃度における試料に対して各５回行った。ノイズの影響を把握するために、反応容器外に気泡が多く漂う環境を作り出して抽出したノイズ成分をデータに付加した。分析結果をプロットしたものを図６のグラフに示す。各濃度での平均値を実線で、標準偏差値を破線で示している。グラフから分かるように、従来法に比べて平均値の直線性が良くなり、標準偏差値も小さくなっており、ノイズの影響を受けにくくなっている。このデータでは、標準偏差値の平均は、従来法で０．００７１ｍｇ／ｄＬであるのに対し、実施例１ａで０．００４３ｍｇ／ｄＬ、実施例１ｂで０．００３４ｍｇ／ｄＬであり、従来法に対するノイズ影響の低減効果は、それぞれ実施例１ａでは３９％、実施例１ｂでは５５％である。

本実施例１ａの場合は、重み係数Ｗを、それぞれの波長で期待される吸光度の逆数に比例させている。それにより、最小二乗法でＡの値を計算する際に吸光度の大きい波長のデータが大きな重みで計算されることを避け、複数の波長のデータが等しい効果で扱われるので、ノイズ影響を低減する効果が大きくできる。

また、本実施例１ａおよび１ｂの場合は、光量が小さいためにノイズが大きい波長３４０ｎｍのデータに対する重み係数を０にしているため、ノイズの大きい波長の影響を受けず、高精度の分析が可能である。

さらに、本実施例１ｂの場合には、ノイズの影響の特に小さい波長の重み係数をさらに大きくしているため、実施例１ａよりもさらにノイズの影響を低減した高感度の分析が可能である。

図７は、図６で用いた測定に対して従来法および実施の形態２の方法による分析結果をプロットしたものである。実施の形態２においてｋの値と重み関数Ｗ(λ)とゲイン関数Ｇ(λ)と定数Ｃを決める必要があるが、これらは２種類の組み合わせで試行した。つまり、実施例２ａでは、ｋ＝０．０８８、重み関数Ｗ(λ)は３４０ｎｍ以外の波長に対して１で与えた。実施例２ｂでは、重み関数Ｗ(λ)は波長毎に異なる値で与えた。これらの場合も、従来法と同じく、測定は反応開始後４５秒と３００秒の２回行い、それぞれで計算した２次パラメータの差を用い、濃度０ｍｇ／ｄＬと０．０５ｍｇ／ｄＬの既知試料でキャリブレーションした結果を用いて換算した。

図７を観ると、従来法に比べて直線性が良くなり、標準偏差値も小さくなっており、ノイズの影響を受けにくくなっている。このデータでは、標準偏差値の平均は、従来法で０．００７１ｍｇ／ｄＬに対し、実施例２ａで０．００６１ｍｇ／ｄＬ、実施例２ｂでは０．００３１ｍｇ／ｄＬであり、従来法に対するノイズ影響の低減効果は、それぞれ実施例２ａでは１４％、実施例２ｂでは５６％である。

本実施例２ａおよび２ｂの場合は、２次パラメータの計算が単なる算術計算なので、少ない計算量でノイズ低減が得られ、低コストな２次パラメータ変換器を用いることが可能である。

本発明は、血液等の成分を自動的に分析する自動分析装置に利用可能である。

Claims (9)

1. 複数の反応容器と、
   前記反応容器に試料を吐出する試料プローブと、
   前記試料が吐出された前記反応容器に試薬を吐出する試薬プローブと、
   前記試料と前記試薬とが吐出された前記反応容器に光を照射する光源と、
   前記反応容器を透過した前記光源からの複数の波長の光を検出する検出器と、
   前記試料中の所定成分の濃度を、前記検出器の前記複数の波長の信号を用いるとともに、事前に定義された変換テーブルまたは変換式を用いて変換された２次パラメータと前記濃度との関係に基いて算出する算出手段とを有し、
   前記複数の波長の信号は、ラテックス凝集法又は免疫比濁法により得られる所定成分が含まれる凝集物による光吸収に基く複数の波長の吸光度に変換された後、前記複数の波長の吸光度の値を用いて計算した１つのパラメータである前記２次パラメータに変換され、
   前記２次パラメータを変換する過程において、前記吸光度の波長依存性は、信号成分の波長依存性を示す関数とノイズ成分の波長依存性を示す関数との合成で表し、
   前記信号成分の波長依存性は、前記波長の係数が負の指数関数で表し、
   前記ノイズ成分は、気泡に起因するノイズ成分であって、当該ノイズ成分の波長依存性は、前記波長に対して一定値で表すことを特徴とする自動分析装置。
2. 請求項１に記載の自動分析装置において、前記合成は前記信号成分の波長依存性を示す関数と前記ノイズ成分の波長依存性を示す関数との線形結合で表し、それぞれの前記波長依存性を示す関数の係数は最小二乗法で求め、前記２次パラメータは、前記波長依存性を示す関数の係数であることを特徴とする自動分析装置。
3. 請求項２に記載の自動分析装置において、前記係数は、測定の種類により異なる値に設定することを特徴とする自動分析装置。
4. 請求項１に記載の自動分析装置において、前記吸光度が予め定められた値より高い波長の測定値は、前記所定成分の濃度の算出に用いないことを特徴とする自動分析装置。
5. 請求項１に記載の自動分析装置において、前記複数の波長の吸光度の値から所定の波長の吸光度の値を差し引いた吸光度差に対して、前記複数の波長に依存する、前記信号成分の波長依存性を示す関数の逆数となる関数であるゲイン関数および重み関数を用いて２次パラメータを計算することを特徴とする自動分析装置。
6. 請求項５に記載の自動分析装置において、前記重み関数は、前記吸光度がそれぞれ相対的に大きい波長および小さい波長で小さく、前記吸光度が前記大きい波長と前記小さい波長との間の波長で大きくなるように変化させることを特徴とする自動分析装置。
7. 請求項５に記載の自動分析装置において、前記ゲイン関数は、波長の指数関数で表されることを特徴とする自動分析装置。
8. 請求項７に記載の自動分析装置において、前記波長の係数は、測定の種類により異なる値に設定することを特徴とする自動分析装置。
9. 請求項１に記載の自動分析装置において、前記反応容器内の反応が進む過程において複数回の測定を行い、それぞれの回の測定で得られる前記２次パラメータの値、変化量または変化の勾配と、前記濃度との関係を予め調べておき、その関係に基き前記試料中の所定成分の濃度を算出することを特徴とする自動分析装置。

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