JP5414707B2

JP5414707B2 - 分析装置

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Publication number: JP5414707B2
Application number: JP2011017392A
Authority: JP
Inventors: 孝浩佐々木; 博大賀; 賢一高橋
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: JP2012159318A

Description

本発明は、容器の中に採取した血液などの生体試料を分析する分析装置に関し、特に、生体試料を構成する成分に対し、それぞれの残量，色，成分の分離状態の自動把握を行う自動分析装置の前処理装置に関する。

従来から生体試料を用いて成分の濃度を分析する技術が提供されてきた。そして、生体試料を自動分析装置に投入する前に行う処理（以下、前処理）や、自動分析装置への検体の搬送を自動で行う前処理システムが登場し、現在も発展を続けている。市場では、検査項目数と検体の処理数が増加し、前処理工程が多様化している。これに伴い、多くの工程の自動化が進み、ユーザ（検査技師）の作業量低減に貢献してきた。

しかしながら、現状は、前処理の工程のすべてが自動化されているわけではなく、作業者によるマニュアル作業を必要とする部分も残っている。その代表例に、検体の選別作業が挙げられる。

例えば、自動分析装置に搬送される検体の血清量が少ない場合、測定可能な項目数の制限により、測定結果の報告遅延を引き起こすということは言うまでも無く、吸引するときにプローブが分離剤まで達する可能性も高く、分離剤を吸引し詰まりエラーを引き起こす原因ともなることから、自動分析装置に投入する前に取り除くことが望ましいとされている。また、血清に溶血や混濁がある場合、吸光度を測定原理とする血液分析にとって、結果の正確性を保証する上での致命傷となるため、自動分析装置に搬送される前に予め取り除くか、あるいは少なくとも当該検体を特定しておく必要がある。

ところが、多くの場合、自動分析装置に投入する前の液量の確認や、前処理段階での検体の血清情報のチェックは目視で行っており、よって、不都合な検体を取り出す作業もマニュアルで実施されている。また、取り出すべき検体を見逃すことによる再測定や、再測定に伴う測定結果の報告遅延も生じることが懸念される。

上述の問題を解決することが市場要求となり、例えば、特許文献１，特許文献２などに記載のような、撮像手段の設置による液量や色の自動確認や異物の自動検出に関する技術が発明されてきた。

特開平１１−３７８４５号公報特開２００１−１６５７５２号公報特許第０３６８８６５７号公報特許第０３７８０２２９号公報特許第０４０９２３１２号公報特許第０３７３３０８６号公報特許第０３７３３０８７号公報特許第０３７７８３５５号公報

ところで、検査室における実際の運用では、採血管の表面に患者ＩＤ・個人情報・装置運用に必要なパラメータ、などの重要情報が記載されたバーコードラベルが貼付される。採血管種とラベルの大きさによっては、管壁の全体が被覆されるケースもある。また、通常使用する市販の採血管には、購入時に既にラベルが貼付されていることも多く、運用の都合上、この上に幾重にも重ねてラベルを貼付するという場面も少なくない。

この点、ラベルが貼付されている採血管に対応している先行技術が幾つか知られている。例えば、特許文献３，特許文献４，特許文献５には、光沢センサを設置してラベルで被覆されていない側面を検知し、回転手段を用いて当面を撮像手段に向け、試験管中の生体試料の容量を測定するという解決方法が提案されている。

また、特許文献６，特許文献７，特許文献８には、光量の異なる２種類以上の光源を設置し、照射光量を変えてラベルを透過させ、内部の生体試料の容量を測定する方法が記載されている。

しかしながら、これらの先行技術が扱っている範囲は、無色透明な管壁を通して中身が見える領域に限られており、ラベルが管壁の全体を被覆している場面への適用可能性までの検証はなされていない。また、ラベルの被覆が無い面であっても、撮影する面の反対側から透過してくるバーコードの印字部分の遮光が障害となり、印字部分と非印字部分の濃淡差が顕著に現れ、内部の生体試料の測定が不能に陥ることや測定誤差を生むことがある。そのため、当方法で有効な測定結果を得るためには、ラベルの有無による光量調整など照射条件を切り替えて個別に対応する必要があった。また、毎時８００検体の処理能力が市場要求とされている現在では、毎回の回転動作を取り入れるような設計は、処理速度に遅延をきたす懸念が生じるから、実用性は乏しい。

そこで、本発明の目的は、生体試料の成分濃度の分析を行う分析装置の、投入する検体の前処理を実施する前処理装置において、容器に貼付された印字情報の障害を受けずに、容器内部の状態を把握できる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説明すれば、次の通りである。

すなわち、代表的なものの概要は、容器に収納された生体試料の分析を行う生体試料の分析装置であって、容器に異なる種類の光を照射する２つ以上の照射手段と、照射手段による光の照射と同時に容器を側面から撮像する撮像手段と、前記画面を処理し容器内の層に関する情報を取得する解析手段と、照射手段および撮像手段を制御する制御手段とを備え、前記解析手段は、前記解析手段で取得した画像から、バーコードの印字部分の領域を除外し、残る領域からグレイスケールおよびＲＧＢの信号量を集計し、前記層の境界位置を特定する方法を備えたものである。

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記載すると以下の通りである。

すなわち、代表的なものによって得られる効果は、従来のマニュアル作業を低減することで作業者の負担や作業に伴う感染の危険性を低減することができる。また、採血管内に存在する血清の容量に関する情報が得られることで、測定項目の優先順位付けが可能となり、この結果、検体処理フローをより効率的なものに改善できる。また、ラベルが被覆されていない隙間を探すために検体を回転させる動作が不要となることや、撮像の際バーコードの印字部分をあえて回避する動作が不要となること、および、バーコード印字部分が撮像範囲に含まれたか否かにかかわらず処理を切り替える必要がなくなる、などの利点があり、結果報告までの時間短縮が期待できる。

本発明の一実施の形態に係る生体試料の分析装置の全体構成を示す構成図である。本発明の一実施の形態に係る生体試料の分析装置の投入モジュール近辺または遠心分離モジュール近隣に設置されたユニットの構成を示す構成図である。本発明の一実施の形態に係る生体試料の分析装置で撮像した画像を説明するための説明図である。本発明の一実施の形態に係る生体試料の分析装置で撮像した画像の信号量を説明するための説明図である。本発明の一実施の形態に係る生体試料の分析装置で撮像した画像の信号量を説明するための説明図である。本発明の一実施の形態に係る生体試料の分析装置で撮像した画像の信号量を説明するための説明図である。本発明の一実施の形態に係る生体試料の分析装置で撮像した画像の信号量のデータに見られる層の境界の特徴を説明するための表である。本発明の一実施の形態に係る生体試料の分析装置で溶血の判定後に生体試料に課す制御の手段と出力メッセージを示す説明図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１〜図２により、本発明の一実施の形態に係る生体試料の分析装置の構成について説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る生体試料の分析装置の全構成を示す構成図であり、患者から採取した生体試料（血液）を前処理して、自動分析装置で分析する構成を示している。

図２は本発明の一実施の形態に係る生体試料の分析装置の投入モジュール近隣に配置されたユニットの構成を示す構成図である。

図１において、生体試料の分析装置は、搬送ライン２，投入モジュール３，遠心分離モジュール４，開栓モジュール５，バーコードなど識別子を貼付するラベラ６，分注モジュール７，閉栓モジュール８，分類モジュール９，収納モジュール１０、を基本要素とする複数のモジュールからなる前処理システム１と、取得する各種データを解析する解析手段８０および前処理システム１全体を制御する制御手段９０と、その先に接続された生体試料の成分を分析する自動分析装置１１とから構成されている。そして、遠心モジュール４の近辺には、本実施の形態の特徴となるユニット（２０）が配置されている。

投入モジュール３では、検体を生体試料の分析装置内に投入し、遠心モジュール４では、投入された検体に対して遠心分離を行う。開栓モジュールは、遠心分離された検体の開栓を行い、分注モジュールでは自動分析装置に検体を分配するための小分けの分注を行う。ラベラ６はその小分け用の容器にバーコードを貼付する。閉栓モジュール８は検体の開栓を行い、収納モジュール１０は検体容器の分類を行う。

本実施例では、バーコードの印字部分の影響を除外して、容器中の各層の境界位置を特定するユニットを示す。

図２は、図１のユニット（２０，２１）の構成を示す構成図である。まず、前処理システム１に接続するための土台３０が必要となる。この台３０の上に、主要素として、採血管１０１を鉛直に固定する専用の固定具３１，２つの照射手段（４０，６０），撮像手段７０を備え、撮像手段７０で取得した画像を解析する手段８０と、２つの照射手段（４０，６０）および撮像手段７０を制御する制御手段９０とが接続されている。

本実施の形態では、照射手段４０にはレーザー光源４０を用いる。なお、もう一方の照射手段６０は、本実施例ではかならずしも用いる必要はない。レーザー光４１は、図示しないレンズにより、縦に長い形状になり、採血管１０１を一度に照射できるようになっている。採血管１０１を透過した透過光は、撮像手段７０で検出される。なお、レーザー光源４０及び撮像手段７０が同期して上下動して透過光を検出しても良い。

撮像手段７０にはＣＭＯＳを用いているが、ＣＣＤでもよい。撮像手段７０の配置は図２に示す通りである。採血管１０１の全体が写るように、距離・絞り・焦点がそれぞれ調整されている。なお、ここで採用する撮像手段７０は、バーコードが読み取り可能な程度の分解能を有するものとする。

そして、撮像手段７０の先には、画像データの取得と解析を行う解析手段８０が接続されている。レーザー光源４０，照射手段６０，撮像手段７０は、制御手段９０からの電気的信号による指令により制御されている。

次に、図３〜図６を用いて、本発明の一実施の形態に係る分析装置のユニット（２０，２１）による測定の詳細について説明する。図３は、本発明の一実施の形態に係る生体試料の分析装置の容器と生体試料を説明するための説明図、図４〜図６は本発明の一実施の形態に係る生体試料の分析装置で撮像した画像の信号量を説明するための説明図である。

運用上、採血管１０１には、バーコードラベル１１８が添付されている。このバーコードには、患者のＩＤ・測定項目・診断項目・個人情報・パラメータ情報などが印字されている［図３（ａ）］。また、実際の運用では、採血管１０１の径とラベル１１８の大きさの関係によっては、採血管１０１側面の一部のみ隙間１２０を残してほぼ前面を被覆してしまうもの［図３（ｂ）］、全体がラベルで覆われてしまうもの、場合によっては出荷時に貼付しているラベル紙の上に重貼りすることもある。そのため内部は通常、容易には目視することのできない状態にある。本発明の特徴は、これらの特殊事情において、検体ごとに手法を変えることなく、画一的な方法で、生体試料の容量や色彩に関するデータを正確に取得できる方法を提案することにある。

採血管１０１を、専用の固定具３１に固定する。この状態で、レーザー４０を点灯させる。レーザー光を採血管１０１の側面に照射すると、レーザー光４１には紙を透過できる程度の強度があるため、ラベルが全面に被覆されている状態にあっても、採血管の含有物が可視状態となる［図３（ｃ）］。

なお、照射手段６０として白色光を用い、付加的に上方向の斜めから採血管１０１を照射する場合、この白色光の照射と同時に撮像を行う。照射手段６０として白色光を用いることにより、ラベルを透過したレーザー光と白色光の相乗効果により、生体試料の層構造がより認識しやすくなる［図３（ｄ）］。また、図面はないが、ここで得られる画像からは、生体試料の層幅の情報を得ることができる。さらに、光照射により内部が可視となっている状態を利用するため、白色光を当てることで生体試料の色情報を取り出すことも可能となる。

本実施の特徴の一つである画像の解析方法について記載する。本例は、ジェル状の分離剤を含む採血管で採取した血液試料であって、遠心分離がされて上側から血清，分離剤，血餅、の３層に分かれており、かつ、正面にバーコードがある状態で撮像した結果である［図３（ｄ）］。

本実施例で用いる撮像手段７０は、Ｒ，Ｇ，Ｂ、３種類の色を検出でき、各色、最低値０〜最大値２５５の２５６段階の強さを識別できるセンサとする。また、グレイスケールに変換したときの信号量は、数式（(Ｒ／２５５)²＋(Ｂ／２５５)²＋(Ｇ／２５５)²）の平方根で定義する。

図３（ｄ）で示した画像について、矢印１３１方向に沿って、容器の中心線上のグレイスケール信号量およびＲ信号量，Ｇ信号量，Ｂ信号量の情報を取得する。本実施例では、白色光とレーザー光を同時に照射した場合について説明する。照射手段６０の白色光を用いない場合には、グレイスケール信号量として、レーザー光の透過光の信号が検出され（図４下図２０２）、ＲＧＢ信号を分離して得ること（図４上図２０３）。

図４に結果の一例を示す。横軸２０１は画像の矢印１３１方向に沿って取った座標の値［画素］、縦軸（２０２，２０３）は信号量（グレイスケール２０４，Ｒ２０５，Ｇ２０６，Ｂ２０７）である。なお、前者画像の縦方向の画素は、最上端を０として容器の底に向かって値が大きくなるように座標をとる。また、後者の値は、最大値を１として規格化した値で示した。

図４に示すように、印字部分１１９と非印字部分がもたらす濃淡の影響により、信号量のプロファイルに凸凹２０８が生じている。バーコードの印字情報がノイズのように振る舞うため、特徴的な要素はこれに隠れてしまう。ここから特徴を抽出するためにはデータの加工が必要である。ところが、ラベルは印字の太さに個別の情報を持たせているものであるから、印字の間隔は無作為に並んでいるものではない。従って、従来から用いられるような系統的ノイズを処理する方法を転用しただけでは取り去ることはできない。そこで、バーコードの印字部分を除外する方法を考案する。

以下、バーコードの印字部分を除外する方法について説明する。

まず、バーコードの印字位置を特定することが必要である。本実施例で用いる撮像手段は、バーコードの最も幅の狭いラインを数画素以上で読み取ることができるよう設計する。これにより、印字されている領域の位置は±１程度の誤差の範囲で精度良く求めることができる。

バーコードの印字情報の抽出は、以下のように行う。
（１）バーコードがカメラ側にあるとき
レーザーの透過光を利用し、バーコードの白黒情報（印字情報）を取得する。すると、図３（ｄ）のような像が得られるので、この像を用いて印字情報を抽出する。印字情報は、一般的なバーコードリーダのアルゴリズムを用いて、白黒情報のみを抽出することにより行う。

なお、バーコードが左右いずれかまたは両方に一部写った場合でも、白黒情報は抽出可能である。

（２）バーコードが光源側にあるとき
この場合、バーコードが透かして見える程度であれば、レーザーの透過光を利用して白黒情報（印字情報）を取得する。バーコードが透かして見えなければ、あえて読み取りを行う必要はない。なぜなら、図４の状態を経由せずに、図５の状態で層情報が得られるからである。

この位置情報を画像に適用し、バーコードの印字部分と認識されている領域を解析対象から除外する。印字部分の情報を除外した画像を図３（ｅ）に、この画像の信号量データをプロットしたグラフを図５に示す。印字部分に係るデータを除外した後に残っているデータは、バーコード情報が載っていない部分に相当し、内部の生体試料の情報を良く表している部分である。図５に示すように、上記の処理により、内部の生体試料の特徴をある程度抽出できるようになる。

さらに、解析を容易にするために、データが得られている領域ごとに統計処理する。この様子を示したのが図６である。図５でデータ点の残っている局所的な各領域（これは、バーコードの白の部分に対応すると考えられる）のうち、平均した値を中心値，標準偏差を誤差値として示した。図５からバーコードの情報を除いた図６のデータを得ることにより、生体試料の特徴がより明確に現れるようになることがわかる。

信号量の解析結果に現れる現象は、以下に記載するように層ごとに特徴がある。この性質を利用して、境界面の位置を特定する。図７に詳細を示す。解析手段８０が図７の判断をアルゴリズム化したプログラムを備え、図５あるいは図６のデータに基づいて、各層の境界を検出することができる。

最後に、上記の方法で特定した血清の上下境界の位置情報を用いて、容量を算出する。具体的には、血清層の高さ＊π＊３.１４＊（採血管の内径／２)²、で導出される。

上記の例はバーコードが正面にある例であるが、この方法はバーコードが写っている位置に関わらず適用することができる。そして、データの画一的な処理が可能となる。これにより、従来の処理方法で必須機能であった、印字部分の有無に応じて検体ごとに個別に光量調整する機能や、ラベルの有無を確認するための試験的撮影が不要となり、この結果撮像回数低減による処理時間短縮が図れる。また、バーコードが印字されていない面や、ラベルが貼付されていない面を探すための容器回転動作が不要となる。

以上の実施の形態を実現することにより、従来にマニュアル作業を低減することで作業者負担や作業に伴う感染の危険性を低減することができる。また、採血管内に存在する血清の容量に関する情報が得られることで、測定項目の優先順位付けが可能となり、この結果、検体処理フローの改善が期待できる。

本実施例では、実施例１において特定された分離剤の位置の情報に基づいて、遠心分離の実施の有無を判定し、検体をどのモジュールに送るかを決定することができる。具体的な構成は以下のとおりである。

実施例１の生体試料の分析装置を投入モジュール３の近辺に設置する（ユニット２１）。

分離剤の位置を特定し、特定した位置情報に基づいて、遠心分離の実施の有無を自動で判定する。分離剤が試験管の底にあれば、その検体は遠心分離が実施されていない検体にあたる。一方、分離剤が底になければ、その検体は遠心分離が実施されている検体にあたる。この処理は解析手段８０により行われる。

前者の遠心分離が実施されていないケースについては、次の処理として、検体を遠心モジュール４に搬送する。一方、後者の遠心分離が実施されているケースについては、遠心モジュール４をスキップし、次の処理として、開栓モジュール５以下に搬送する。

この方法により、従来目視で行っていたユーザの作業が低減され、人為的ミスの防止によるシステムの安定稼動と、自動判定によるスムーズな運用およびより迅速な処理が可能となる。

本実施例では、血清情報のうち、溶血の有無を判断する機能を備えた分析装置の例を示す。

従来から、溶血の判定は、主に自動分析装置において吸光度を測定する方法で行っている。しかしながら、検体処理・搬送装置を備えたシステムでは、検体を投入してから検体が自動分析装置に搬送されるまでの間に所定の時間を要する。そのため、例えば、溶血が確認され、時に患者に再採血をお願いする必要が生じるような場合、自動分析装置で溶血の有無を判定していたのでは、患者を待たせる時間も長く、与える負担も多大である。そのため、検体搬送自動化システム内部で、より簡潔な方法ですばやく溶血の有無を判定する必要があった。以下その機構について説明する。

本実施例は、上記の要請に応えるものである。本実施例において、照射手段６０として、白色光をもちいる。白色光を当てることで生体試料の色情報を取り出すことが可能となる。

まず、予め、溶血の有無を判断する基準レベルとなるＲに対するしきい値Ｒｋ（ｋはランク；ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）を設定する。なお、このしきい値は、別の実験系で現在までに蓄積されているデータに基づいて決定する値であり、自動分析装置における測定結果に対して、溶血が及ぼす影響の度合いによって決めるものとする。このデータは、解析手段８０のメモリに記憶されている。

また、Ｒ値そのものを基準とするのではなく、Ｒ／ＧまたはＲ／Ｂなどを指標に用いてもよい。本実施例では、単純化のため、ｎ＝２の方法を採用する。

Ｒｋ値の基準として、自動分析装置への影響度３０２と、解析手段８０の表示装置に出力するメッセージ３０３の例を図８に表３０１で示した。

稼動中、図７中に記載する（３）の状態のとき（つまり、血清部分を通過した透過光を検出しているとき）、Ｒ，Ｇ，Ｂの信号量を取得する。

取得したＲを、予め解析手段８０に設定しておいた前記しきい値と比較し、どのランクにあたるかを判定する。

Ｒが、Ｒ₁３０４を超える場合は、自動分析装置における測定結果に与える影響が大きいレベルとし、各検体をシステムから取り除き、ユーザに再測定または再採血の指示３０６を行う。一方、Ｒ₁３０４以下であってＲ₂３０５を越える場合は、処理は継続しつつも、自動分析装置における測定結果に影響を与える可能性があるとし、注意喚起のメッセージ３０７を表示する。Ｒ₂３０５以下の場合は、自動分析装置での測定結果に影響は無いとし、特別なメッセージは何ら表示せずに処理を継続する。

上記の方法を用いれば、前処理の段階において、溶血の有無を判定することが可能となる。このことにより、測定結果の出力までの時間を短縮することができる。また、患者負担を低減することが可能となる。

以上の各実施例において、マニュアル作業の低減を図り、処理能力の向上と、処置の迅速化を達成することができる生体試料の分析装置を提供することが可能となる。

本発明によってなされた発明を実施の形態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するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種主変更可能であることはいうまでもない。

１検体前処理システム
２搬送ライン
３投入モジュール
４遠心分離モジュール
５開栓モジュール
６ラベラ
７分注モジュール
８閉栓モジュール
９分類モジュール
１０収納モジュール
１１自動分析装置
２０，２１，２２ユニット
３０土台
３１専用の固定具
４０レーザー光源
４１レーザー光（照射）
４２レーザー光（透過）
６０白色光源
７０撮像手段
８０解析手段
９０制御手段
１０１採血管
１０２栓
１１０空気
１１１血清
１１２分離剤
１１３血餅
１１４黄疸
１１８バーコードラベル
１１９印字
１２０隙間
１３１矢印
２０１横軸（Ｙ方向の画素）
２０２縦軸（グレイスケール信号量）
２０３縦軸（Ｒ，Ｇ，Ｂ信号量）
２０４データ（グレイスケール信号量）
２０５データ（Ｒ信号量）
２０６データ（Ｇ信号量）
２０７データ（Ｂ信号量）
２０８凸凹
２１１空気とラベルの境界面
２１２ラベルと血清の境界面
２１３血清と分離剤の境界面
２１４分離剤と血餅の境界面
２２１信号量（空気層通過）
２２２，２２５信号量の急減
２２３，２２４ＲＧＢ比率の変化
２２６信号量の急増
２２７信号量無し
２３１，２３２標準偏差
３０１表
３０２影響度
３０３メッセージ
３０４Ｒ₁
３０５Ｒ₂
３０６，３０７，３０８メッセージ例

Claims

容器に収納された２つ以上の種類から構成される層のうち、少なくとも１つの層に関する情報を取得し、取得した情報に基づいて、前記容器に収納され前記層を構成する生体試料の分析を行う分析装置であって、
前記容器に、光を照射する照射手段と、
前記照射手段から放出された光を前記容器に照射し、前記容器を透過した透過光を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像した画像を処理し、前記容器内の前記層に関する情報を取得する解析手段と、
前記照射手段および前記撮像手段を制御する制御手段とを備え、
前記容器は、少なくとも前記層が収納されている領域の側面の全部または一部がラベルで覆われ、
前記解析手段は、前記撮像手段により取得された像において、当該像上の前記ラベル上の印字情報を除外し、当該印字情報が除外された像の信号強度に基づいて、前記層の境界位置を特定することを特徴とする分析装置。
請求項１に記載の分析装置において、
前記解析手段は、前記層を特定し、前記境界位置の情報に基づいて、前記層の容量を算出することを特徴とする生体試料の分析装置。
請求項１に記載の分析装置において、
前記容器に収納された前記層が分離剤を含み、
前記解析手段は、前記分離剤の位置を特定し、特定した位置の情報に基づいて、遠心処理の実施の有無を判定することを特徴とする分析装置。
請求項１に記載の分析装置において、
前記容器に、前記光とは異なる波長の光を照射する第二の照射手段と、
前記解析手段は、前記画像の色を識別し、識別した前記色の情報に基づいて、生体試料の良否を判定することを特徴とする生体試料の分析装置。