JP6294186B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は試料に含まれる成分量を分析する分析装置に関わり、例えば血液や尿に含まれる成分量を分析する自動分析装置に関する。

試料に含まれる成分量を分析する分析装置として、光源からの光を、試料、又は試料と試薬とが混合した反応溶液に照射し、試料又は反応溶液を通過した単一又は複数の測定波長の透過光量を受光素子にて測定して吸光度を算出し、吸光度と濃度の関係から成分量を割り出す自動分析装置が広く用いられている（例えば特許文献１）。自動分析装置では多数の検査項目に対応するため、複数の測定波長を必要とし、また高精度に測定するため、全ての波長において一定以上の光量を安定して測定できることが必要である。これまでに光源として、比較的光量が得られ発光スペクトルが広いハロゲンランプ等が用いられてきたが、紫外光とくに自動分析装置においては重要度の高い３４０ｎｍ近傍の光量が少ないといった問題があった。一方で近年、半導体発光素子である発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）の自動分析装置への適用が検討されており、ハロゲンランプでは発光量の少ない紫外光の波長をフィルタ等で合波することが考案されていた（例えば特許文献２、３）。

米国特許第４４５１４３３号明細書 特開２００８−００２８４９号公報 特許第５２６０９０３号公報

複数の光源を用いた場合、個々の光源を管理することが必要であり、光源から発する光量モニタ用の受光器が必須であった。そのため別途光量モニタ用受光器を設ける必要があった。特にハロゲンランプの光量低下は紫外光ほど顕著であり、これまでは分光後に紫外光の波長の光量から劣化をいち早く知ることができたが、フィルタで紫外光を反射させた場合、ハロゲンランプの紫外光を受光することができず、光量劣化をいち早く知ることができないという問題があった。

本発明では、紫外ＬＥＤ光源からの光とハロゲンランプからの光を、紫外ＬＥＤ光源からの紫外光を反射する反射部あるいは紫外ＬＥＤからの紫外光を透過する反射部により同軸上に合波する。反射部により反射されたハロゲンランプからの紫外光をモニタすることでハロゲンランプの劣化を検知する。

本発明の一態様による自動分析装置は、紫外域の第１の波長の光を発生する第１の光源と、第１の波長及び第１の波長よりも長い複数の測定波長を含む光を発生する第２の光源と、第１の波長の光を反射し複数の測定波長の光を透過させて第１の光源からの光と第２の光源からの光を同軸上に合波させる反射部と、試料溶液を保持し、反射部により反射された第１の光源からの第１の波長の光と、反射部を透過した第２の光源からの複数の測定波長を含む光が入射するセルと、反射部により反射された第２の光源の第１の波長の光を検出する第１の検出器と、セルを透過した第１の波長の光及び複数の測定波長の光を検出する検出器アレイと、を有する。

本発明の別の態様による自動分析装置は、紫外域の第１の波長の光を発生する第１の光源と、第１の波長及び第１の波長よりも長い複数の測定波長を含む光を発生する第２の光源と、第１の波長の光を透過し複数の測定波長の光を反射させて第１の光源からの光と第２の光源からの光を同軸上に合波させる反射部と、試料溶液を保持し、反射部を透過した第１の光源からの第１の波長の光と、反射部により反射された第２の光源からの複数の測定波長を含む光が入射するセルと、反射部を透過した第２の光源の第１の波長の光を検出する第１の検出器と、セルを透過した第１の波長の光及び複数の測定波長の光を検出する検出器アレイと、を有する。
ここで、第１の光源を発光ダイオード、第２の光源をハロゲンランプとすることができる。

第１の光源と反射部と第１の検出器とはユニットとして一体化することができる。
また、第１の検出器で検出された光量を予め設定された閾値と比較し、それが閾値より小さい場合にアラームを表示することで、ハロゲンランプの寿命を表示することができる。
また、第１の検出器で検出された光量の時間変化割合が予め定めた閾値以上であった場合に、検出器アレイによって検出された複数の測定波長の光量データをドリフト補正するようにしてもよい。

本発明に従えば、ハロゲンランプからの紫外光を受光することでハロゲンランプの劣化をいち早く知ることができ、フィラメント断線などの前に適切に交換することが可能となり、分析性能を維持することができる。
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

自動分析装置の全体構成例を示す模式図。 吸光度測定部の構成例を示す図。 プリズムの反射率特性の例を示す図。 検出器アレイでの受光光量の例を示す図。 プリズムの反射率特性の例を示す図。 吸光度測定部の構成例を示す図。 光源の劣化を判定する際の処理手順の例を示すフローチャート。 ハロゲンランプの光量劣化と閾値を示す図。 ハロゲンランプ光量劣化時のアラーム表示の例を示す図。 ドリフト補正をする際の処理手順の例を示すフローチャート。

発明の実施するための形態

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、自動分析装置の全体構成例を示す模式図である。本実施例に係る自動分析装置は、サンプルディスク３、試薬ディスク６、反応ディスク９の３種類のディスクと、これらのディスク間でサンプルや試薬を移動させる分注機構、これらを制御する制御回路２３、反応液の吸光度を測定する光量測定回路２４、光量測定回路２４で測定されたデータを処理するデータ処理部２６、データ処理部２６とのインタフェースである入力部２７及び出力部２８で構成される。

データ処理部２６は、メモリ２６０１と解析部２６０２を備える。メモリ２６０１には、制御データ、測定データ、データ解析に用いるデータ、解析結果データ等が格納される。入力部２７及び出力部２８は、メモリ２６０１との間でデータを入出力する。図１に示した例では、入力部２７がキーボードの場合を表しているが、タッチパネル、テンキーその他の入力装置でも良い。

サンプルディスク３の円周上には、サンプル１の収容容器であるサンプルカップ２が複数配置される。サンプル１は例えば血液である。試薬ディスク６の円周上には、試薬４の収容容器である試薬ボトル５が複数配置される。反応ディスク９の円周上には、サンプル１と試薬４を混合させた反応液７の収容容器である反応セル８が複数配置される。

サンプル分注機構１０は、サンプルカップ２から反応セル８にサンプル１を一定量移動させる際に使用する機構である。サンプル分注機構１０は、例えば溶液を吐出又は吸引するノズルと、ノズルを所定位置に位置決め及び搬送するロボット、溶液をノズルから吐出又はノズルに吸引するポンプで構成される。

試薬分注機構１１は、試薬ボトル５から反応セル８に試薬４を一定量移動させる際に使用する機構である。試薬分注機構１１も、例えば溶液を吐出又は吸引するノズルと、ノズルを所定位置に位置決め及び搬送するロボット、溶液をノズルから吐出又はノズルに吸引するポンプで構成される。

攪拌部１２は、反応セル８内で、サンプル１と試薬４を攪拌し混合させる機構部である。洗浄部１４は、分析処理が終了した反応セル８から反応液７を排出し、その後、反応セル８を洗浄する機構部である。洗浄終了後の反応セル８には、再び、サンプル分注機構１０から次のサンプル１が分注され、試薬分注機構１１から新しい試薬４が分注されて、別の反応処理に使用される。

反応ディスク９において、反応セル８は、温度及び流量が制御された恒温槽内の恒温流体１５に浸漬されている。このため、反応セル８及びその中の反応液７は、反応ディスク９による移動中も、その温度は一定温度に保たれる。本実施例の場合、恒温流体１５として水を使用し、その温度は制御回路２３により３７±０．１℃に温度調整される。勿論、恒温流体１５として使用する媒体や温度は一例である。

反応ディスク９の円周上の一部に、吸光度測定部（吸光光度計）１３が配置される。図２は、吸光度測定部１３の構成例を示す模式図である。吸光度測定部１３は、ハロゲンランプ３１及び紫外ＬＥＤ光源３２を備える。ハロゲンランプ３１から発生した照射光１６ａは熱線カットフィルタ１８において赤外光成分をカットされた後、集光レンズ１７ａにより集光され、反射部４１を備えるプリズム４２に照射される。また、紫外ＬＥＤ光源３２から発生した照射光１６ｂは集光レンズ１７ｂにより集光され、反射部４１を備えるプリズム４２に照射される。

図３は、プリズム４２の反射部４１の反射率特性の例を示す図である。プリズム４２の反射部４１は紫外波長帯域を反射する膜からなり、本実施例では３６０ｎｍ以下の光を反射する反射膜を用いた。本実施例ではハロゲンランプからの光と紫外ＬＥＤからの光の合波部にプリズムを用いたが、プリズムに代えてフィルタなど平板形状の素子を用いてもよい。結果としてハロゲンランプ３１から発生された光のうち３６０ｎｍ以下の紫外光は反射部４１で反射され、それより長波長側の光は透過する。一方、紫外ＬＥＤ光源３２にはピーク波長として３４０ｎｍ±１０ｎｍの波長帯域を発生するＬＥＤを用いた。発生した光のほとんどが反射部４１において反射され、ハロゲンランプ３１から発生した３６０ｎｍよりも長波長の光と同軸上に合波され、一緒に反応セル８に照射される。

反応セル８を透過した光は分光器３３中の回折格子３４で分光され、多数の受光器を備える検出器アレイ３５で受光される。検出器アレイ３５で受光する測定波長は、一例として第１から第１２の波長まであり、３４０ｎｍ、４０５ｎｍ、４５０ｎｍ、４８０ｎｍ、５０５ｎｍ、５４６ｎｍ、５７０ｎｍ、６００ｎｍ、６６０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍである。波長３４０ｎｍ以外の測定波長は、ハロゲンランプ３１から発生されたものである。これら受光器による受光信号は、光量測定回路２４を通じ、データ処理部２６のメモリ２６０１に送信される。ハロゲンランプ３１から発生され反射部４１で反射した３５０ｎｍ以下の紫外光は別途設けられたハロゲンランプ紫外光量受光器４３に受光され、光量測定回路２４を通じ、メモリ２６０１に送信される。また紫外ＬＥＤ光源３２にも近傍に紫外ＬＥＤ光量受光器４４が設けられ、この受光信号も同様に光量測定回路２４を通じ、メモリ２６０１に送信される。

図４は、ハロゲンランプからの光と紫外ＬＥＤ光源からの光とを同軸上に合波した後に検出器アレイ３５で受光された１２の測定波長の受光光量の例を示す図である。回路部品の共通化を図るため、紫外ＬＥＤ光源３２の光量はハロゲンランプ３１の光量とほぼ同等になるように紫外ＬＥＤ光量受光器４４によりモニタしながら調整した。

これにより検出器アレイ３５の３４０ｎｍの受光器に受光される光量は紫外ＬＥＤ光源３２から発生した光の透過光となり、光量が少なく課題となっていたハロゲンランプ３１からの光量を補うことができる。またハーフミラーなどで混合することなく、反射部４１で該当波長の光をほぼ別光源に置き換えることで、該当波長の光がドリフトした際にも該当する光源が原因であることがわかり、原因対策をすばやくできるため有利である。

紫外ＬＥＤ光源３２、プリズム４２、ハロゲンランプ紫外光量受光器４３、紫外ＬＥＤ光量受光器４４は一つの筐体に一体化して配置し、紫外ＬＥＤユニット４５とした。一体化することにより組み立てやメンテナンス時に簡単に取り外しや交換をすることができ有用である。

ハロゲンランプ３１からの照射光１６ａは、熱線カットフィルタ１８透過後に紫外ＬＥＤユニット４５に入射する。この配置により、紫外ＬＥＤユニット４５への赤外光の入射が少なくなり、ユニット全体の温度が一定に保たれるので熱に対する寸法安定性に優れる構成となる。

なお、プリズム４２に設ける反射部４１の特性は、図３に示した場合と逆に、図５に示すように反射と透過特性が３６０ｎｍ以下の光を透過し、それより長い波長の光を反射するものであってもよい。その場合には、ハロゲンランプ３１からの３６０ｎｍ以上の光を概ね反射させ、紫外ＬＥＤ光源３２からの光を概ね透過するように２つの光源の位置関係を図２と逆にすることで同等の効果が得られる。

図６は、反射部４１に紫外波長帯域を透過する膜を用いた場合の吸光度測定部１３の構成例を示す模式図である。紫外ＬＥＤユニット４５のプリズム４２に設けられた反射部（膜）４１は３６０ｎｍより長波長の光を反射し、それより短波長の光を透過する。ハロゲンランプ３１から紫外ＬＥＤユニット４５に入射する３６０ｎｍ以下の紫外光はプリズム４２の反射部４１を透過し、ハロゲンランプ紫外光量受光器４３に入射する。ハロゲンランプ３１から紫外ＬＥＤユニット４５に入射する測定波長、例えば４０５ｎｍ、４５０ｎｍ、４８０ｎｍ、５０５ｎｍ、５４６ｎｍ、５７０ｎｍ、６００ｎｍ、６６０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍを含む光は、プリズム４２の反射部４１で反射される。紫外ＬＥＤユニット４５内に配置された紫外ＬＥＤ光源３２から発生されたピーク波長３４０ｎｍ±１０ｎｍの紫外光は反射部４１を透過し、ハロゲンランプ３１から発生され反射部４１で反射された３６０ｎｍよりも長波長の上記測定波長を含む光と同軸上に合波され、反応セル８に照射される。

サンプル１に含まれる成分濃度の定量は、次の手順により行われる。まず、制御回路２３は、洗浄部１４に指示し、反応セル８を洗浄する。次に、制御回路２３は、サンプル分注機構１０により、サンプルカップ２内のサンプル１を反応セル８に一定量分注する。次に、制御回路２３は、試薬分注機構１１により、試薬ボトル５内の試薬４を反応セル８に一定量分注する。

各溶液の分注時、制御回路２３は、それぞれに対応する駆動部により、サンプルディスク３、試薬ディスク６、反応ディスク９を回転駆動させる。この際、サンプルカップ２、試薬ボトル５、反応セル８は、それぞれに対応する分注機構の駆動タイミングに応じ、所定の分注位置に位置決めされる。

続いて、制御回路２３は、攪拌部１２を制御して、反応セル８内に分注されたサンプル１と試薬４とを攪拌し、反応液７を生成する。反応ディスク９の回転により、反応液７を収容する反応セル８は、吸光度測定部１３が配置された測定位置を通過する。測定位置を通過するたび、反応液７からの透過光量が吸光度測定部１３を介して測定される。本実施例の場合、各測定時間は約１０分である。吸光度測定部１３による測定データはメモリ２６０１に順次出力され、反応過程データとして蓄積される。

この反応過程データの蓄積の間、必要であれば、別の試薬４を試薬分注機構１１により反応セル８に追加で分注し、攪拌部１２により攪拌し、さらに一定時間測定する。これにより、一定の時間間隔で取得された反応過程データが、メモリ２６０１に格納される。

図７は、ハロゲンランプの劣化を判定する処理手順の例を示すフローチャートである。装置の電源をＯＮしたのち、一定時間後、ハロゲンランプ紫外光量受光器４３で受光され光量測定回路２４で測定されたハロゲンランプ紫外の受光光量をメモリ２６０１へ送信し格納する。解析部２６０２にて受光光量を予めメーカにより設定された閾値と比較する。受光光量が閾値以上の場合、何もせず測定開始を待つスタンバイ状態となる。受光光量が閾値より小さい場合、光源の寿命と判断してアラームを表示しハロゲンランプの交換を促す。

図８は、ハロゲンランプ紫外光量受光器４３の受光信号とランプ点灯時間の関係の例を示す図である。本実施例の場合、受光光量の閾値は２００００であり、受光光量が２００００より小さくなった１２００時間後に画面にアラームを表示する。表示画面の例を図９に示す。出力部２８の表示画面にアラームが色つきで表示され、該当個所をクリックすることでさらに詳細なハロゲンランプ光量低下の表示がなされる。これによりハロゲンランプの劣化を知ることができ、予めユーザーに交換を促すことができるため有用である。またこのアラーム表示は、紫外ＬＥＤ光量受光器４４の受光光量を用いて紫外ＬＥＤ光源３２に対して適用することもできる。

図１０は、成分濃度の定量時にドリフト補正をする際の処理手順の例を示すフローチャートである。測定開始後、分光器３３の検出器アレイ３５において例えば１０分間の反応過程データを取得する。それとともにハロゲンランプ紫外光量受光器４３において１０分間の光量変動を検出する。受光光量をメモリ２６０１へ格納する。ハロゲンランプ紫外光量受光器４３において検出したハロゲンランプ紫外光量の一定時間の変動分を直線近似などで算出する。光量の時間変化割合を予めメーカにより設定された閾値と比較し、それが閾値以上であった場合、ドリフトと判断して光量変動アラームを表示するとともに、ハロゲンランプを用いた測定波長の反応過程データをドリフト補正演算する。ドリフト補正に当たっては、例えばハロゲンランプ紫外光量受光器４３の受光光量が１分間に０．１％光量が低下した場合、１分間あたり０．１％光量が増大する方向に反応過程データを補正したものとして算出結果を演算する。得られた成分濃度の結果は参考値として表示する。ハロゲンランプ紫外光量の変化割合が予めメーカにより設定された閾値以下であった場合、特に補正せず、成分濃度の定量値を出力する。またこれらは紫外ＬＥＤ光量受光器４４を用いて、同様の表示を紫外ＬＥＤ光源３２に適用することもできる。これにより、光源由来で大きな変動があった場合にも成分濃度の参考値を出力でき再検の必要がないため有用である。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ サンプル
２ サンプルカップ
３ サンプルディスク
４ 試薬
５ 試薬ボトル
６ 試薬ディスク
７ 反応液
８ 反応セル
９ 反応ディスク
１０ サンプル分注機構
１１ 試薬分注機構
１２ 攪拌部
１３ 吸光度測定部
１４ 洗浄部
１５ 恒温流体
１６ａ 照射光
１６ｂ 照射光
１７ａ 集光レンズ
１７ｂ 集光レンズ
１８ 熱線カットフィルタ
２３ 制御回路
２４ 光量測定回路
２６ データ処理部
２６０１ メモリ
２６０２ 解析部
２７ 入力部
２８ 出力部
３１ ハロゲンランプ
３２ 紫外ＬＥＤ光源
３３ 分光器
３４ 回折格子
３５ 検出器アレイ
４１ 反射部
４２ プリズム
４３ ハロゲンランプ紫外光量受光器
４４ 紫外ＬＥＤ光量受光器
４５ 紫外ＬＥＤユニット

Claims (10)

1. 紫外域の第１の波長の光を発生する第１の光源と、
   前記第１の波長及び前記第１の波長よりも長い複数の測定波長を含む光を発生する第２の光源と、
   前記第１の波長の光を反射し前記複数の測定波長の光を透過させて前記第１の光源からの光と前記第２の光源からの光を同軸上に合波させる反射部と、
   試料溶液を保持し、前記反射部により反射された前記第１の光源からの前記第１の波長の光と、前記反射部を透過した前記第２の光源からの前記複数の測定波長を含む光が入射するセルと、
   前記反射部により反射された前記第２の光源の前記第１の波長の光を検出する第１の検出器と、
   前記セルを透過した前記第１の波長の光及び前記複数の測定波長の光を検出する検出器アレイと、
   を有することを特徴とする自動分析装置。
2. 請求項１記載の自動分析装置において、
   前記第１の光源が発光ダイオードであり、前記第２の光源がハロゲンランプであることを特徴とする自動分析装置。
3. 請求項１記載の自動分析装置において、
   前記第１の光源と前記反射部と前記第１の検出器とがユニットとして一体化されていることを特徴とする自動分析装置。
4. 請求項１記載の自動分析装置の制御方法であって、
   前記第１の検出器で検出された光量を予め設定された閾値と比較する工程と、
   前記第１の検出器で検出された光量が前記閾値より小さい場合にアラームを表示する工程と、
   を有することを特徴とする方法。
5. 請求項１記載の自動分析装置の制御方法であって、
   前記第１の検出器で検出された光量の時間変化割合と予め定めた閾値とを比較する工程と、
   前記時間変化割合が前記閾値以上であった場合、前記検出器アレイによって検出された前記複数の測定波長の光量データをドリフト補正する工程と、
   を有することを特徴とする方法。
6. 紫外域の第１の波長の光を発生する第１の光源と、
   前記第１の波長及び前記第１の波長よりも長い複数の測定波長を含む光を発生する第２の光源と、
   前記第１の波長の光を透過し前記複数の測定波長の光を反射させて前記第１の光源からの光と前記第２の光源からの光を同軸上に合波させる反射部と、
   試料溶液を保持し、前記反射部を透過した前記第１の光源からの前記第１の波長の光と、前記反射部により反射された前記第２の光源からの前記複数の測定波長を含む光が入射するセルと、
   前記反射部を透過した前記第２の光源の前記第１の波長の光を検出する第１の検出器と、
   前記セルを透過した前記第１の波長の光及び前記複数の測定波長の光を検出する検出器アレイと、
   を有することを特徴とする自動分析装置。
7. 請求項６記載の自動分析装置において、
   前記第１の光源が発光ダイオードであり、前記第２の光源がハロゲンランプであることを特徴とする自動分析装置。
8. 請求項６記載の自動分析装置において、
   前記第１の光源と前記反射部と前記第１の検出器とがユニットとして一体化されていることを特徴とする自動分析装置。
9. 請求項６記載の自動分析装置の制御方法であって、
   前記第１の検出器で検出された光量を予め設定された閾値と比較する工程と、
   前記第１の検出器で検出された光量が前記閾値より小さい場合にアラームを表示する工程と、
   を有することを特徴とする方法。
10. 請求項６記載の自動分析装置の制御方法であって、
    前記第１の検出器で検出された光量の時間変化割合と予め定めた閾値とを比較する工程と、
    前記時間変化割合が前記閾値以上であった場合、前記検出器アレイによって検出された前記複数の測定波長の光量データをドリフト補正する工程と、
    を有することを特徴とする方法。

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