JPWO2013161664A1 - 呈色解析装置 - Google Patents
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Abstract
検体溶液中の被験物質に反応し呈色する呈色領域が形成された乾式分析素子の呈色領域における呈色状態を解析する呈色解析装置において、測定光の照射強度斑や受光光学系の受光位置感度斑の影響を無くし、正確な解析を行うことを可能にする。乾式分析素子12の呈色領域および基準測定板110、111に対して、測光ヘッド96により測定光を照射するとともに測定対象からの反射光を画像として2次元的に検出し、呈色領域の画像の画素毎に、黒色基準測定板110および白色基準測定板111の画像の対応する画素情報を用いて校正処理を行う。
Description
本発明は、検体溶液中の被験物質に反応し呈色する呈色領域が形成された乾式分析素子の呈色領域における呈色状態を解析する呈色解析装置に関するものである。
近年、測定光を測定対象物に照射し、測定対象物により散乱された反射光を検出することにより、種々の検査が行われており、一例として、検体の小滴を乾式分析素子に点着供給して検体中に含まれている特定の化学成分または有形成分を定量分析する比色測定法が行われている。
この比色測定法は、検体を乾式分析素子に点着した後、これをインキュベータ内で所定時間恒温保持して呈色反応(色素生成反応)させ、次いで検体中の所定の生化学物質と乾式分析素子に含まれる試薬との組み合わせにより予め選定された波長を含む測定光をこの乾式分析素子に照射し、乾式分析素子において散乱・反射した光(以下、単に反射光と記載)の光学濃度を測定し、この光学濃度から、予め求めておいた光学濃度と所定の生化学物質の物質濃度との対応を表す検量線を用いて該生化学物質の濃度を求めるものである。
また、このような比色測定法を行う生化学分析装置(呈色解析装置)では、反射光の光学濃度の測定を正確に行うために、特許文献1に示すように、反射光学濃度が既知である基準白板および基準黒板を用いて測光手段の校正を行うことが知られている。
しかしながら、このような比色測定法を行う生化学分析装置(呈色解析装置)において、特許文献2に示すように呈色領域における反射光を0次元的に検出する場合、呈色領域における測定光の照射強度に斑があったり、受光光学系に受光位置感度斑があると、特許文献1に記載の校正方法を用いても、正確に呈色状態を測定することができないという問題がある。
また、特許文献3に示すように呈色領域における反射光を2次元的に検出したとしても、特許文献1に記載の校正方法では、検出領域に対して一律に校正を行うことになるため、やはり測定光の照射強度斑や受光光学系の受光位置感度斑の影響まで無くすことはできない。
本発明はかかる点に鑑み、検体溶液中の被験物質に反応し呈色する呈色領域が形成された乾式分析素子の呈色領域における呈色状態を解析する呈色解析装置において、測定光の照射強度斑や受光光学系の受光位置感度斑の影響を無くし、正確な解析を行うことが可能な呈色解析装置を提供することを目的とするものである。
本発明の呈色解析装置は、検体溶液中の被験物質に反応し呈色する呈色領域が形成された乾式分析素子の呈色領域における呈色状態を解析する呈色解析装置であって、乾式分析素子または予め決められた光学濃度(OD:Optical Density)を有する基準測定板に測定光を照射する測定光照射手段と、乾式分析素子または基準測定板に照射された測定光の反射光を、2次元状に配列された受光素子で受光し、乾式分析素子または基準測定板を表す画像を構成する画素の値を示す画素信号を出力する撮像手段と、測定光を照射させた乾式分析素子の呈色領域を撮像手段により撮像させて呈色画素信号を取得する制御と、呈色画素信号を取得した際の測定光照射手段に対する乾式分析素子の位置と同一の位置に配置された第1の基準測定板に対して測定光を照射させ撮像手段により撮像させて第1の画素信号を取得する制御と、を行う制御手段と、呈色画素信号および第1の画素信号に基づき、画像上で同一の位置にある画素の値を各々用いて、呈色画素信号が表す呈色領域の画像の画素毎に校正処理を行う校正手段と、校正手段によって校正された呈色画素信号に基づいて被験物質を定量する演算手段とを備えたことを特徴とする。
ここで、校正手段は、式(1)に基づいて呈色領域の画像の画素毎に校正処理を行うものとしてもよい。
ここで、ODs:呈色領域の検出画像の各画素と対応する位置における光学濃度、ODw:基準測定板の検出画像の各画素と対応する位置における光学濃度、ADs:呈色領域の検出画像の各画素の信号値、ADw:基準測定板の検出画像の各画素の信号値とする。
また、制御手段は、第1の基準測定板と光学濃度が異なり、かつ呈色画素信号を取得した際の測定光照射手段に対する乾式分析素子の位置と同一の位置に配置された第2の基準測定板に対して測定光を照射させ撮像手段により撮像させて第2の画素信号を取得するものとし、校正手段は、呈色画素信号、第1の画素信号および第2の画素信号に基づき、画像上で同一の位置にある画素の値を各々用いて、呈色画素信号が表す呈色領域の画像の画素毎に校正処理を行うものとしてもよい。
ここで、校正手段は、式(2)に基づいて呈色領域の画像の画素毎に校正処理を行うものとしてもよい。
ここで、ODs:呈色領域の検出画像の各画素と対応する位置における光学濃度、ODb:光学濃度が高い方の基準測定板の検出画像の各画素と対応する位置における光学濃度、ODw:光学濃度が低い方の基準測定板の検出画像の各画素と対応する位置における光学濃度、ADs:呈色領域の検出画像の各画素の信号値、ADb:光学濃度が高い方の基準測定板の検出画像の各画素の信号値、ADw:光学濃度が低い方の基準測定板の検出画像の各画素の信号値とする。
なお、呈色領域で検出されることが想定される光学濃度は、呈色領域の種類によって変化するが概ね0.1〜2.0程度である。そのため、2つの基準測定板のうち光学濃度が高い方の光学濃度は2.0以上、光学濃度が低い方の光学濃度は0.1以下に設定すれば、全ての場合において呈色解析装置の読取手段に対してより正確な校正を行わせることが可能となるが、極度に高い光学濃度の基準測定板や低い光学濃度の基準測定板を設けることはコスト上昇につながるおそれがある。従って、2つの基準測定板のうち光学濃度が高い方の光学濃度は1.5以上、光学濃度が低い方の光学濃度は0.5以下に設定すれば、大体の場合において呈色解析装置の読取手段に対してより正確な校正を行わせることが可能となるので好ましい。
また、測定光照射手段は、予め定められた照射領域に対して測定光を照射するものとし、さらに乾式分析素子および/または基準測定板を照射領域に移動させる移動手段を備えてもよい。
また、測定光照射手段の光源はLEDとしてもよい。
本発明による呈色解析装置によれば、呈色領域における反射光を画像として2次元的に検出するとともに、少なくとも1枚の基準測定板の画像を取得して、この基準測定板の画像に基づいて呈色領域の画像の画素毎に校正処理を行うようにしたので、測定光の照射強度斑や受光光学系の受光位置感度斑の影響を無くし、正確な解析を行うことが可能となる。
この場合、式(1)に基づいて呈色領域の画像の画素毎に校正処理を行うことで、より正確な校正処理を行うことが可能となる。
また、2枚の基準測定板の画像を取得して、2枚の基準測定板の画像に基づいて呈色領域の画像の画素毎に校正処理を行うようにすることで、より正確な校正処理を行うことが可能となる。
この場合、式(2)に基づいて呈色領域の画像の画素毎に校正処理を行うことで、より正確な校正処理を行うことが可能となる。
また、2つの基準測定用領域のうち光学濃度が高い方の光学濃度を1.5以上かつ2.0以下、光学濃度が低い方の光学濃度を0.1以上かつ0.5以下とすることにより、大体の場合において生化学分析装置の測光手段に対して正確な校正を行わせることが可能となる。
また、測定光照射手段を、予め定められた照射領域に対して測定光を照射するものとし、さらに乾式分析素子および/または基準測定板を照射領域に移動させる移動手段を備えれば、簡単な構成で本発明の呈色解析装置を実現させることができる。
また、本発明による呈色解析装置では測定光の照射強度斑や受光光学系の受光位置感度斑の影響を無くすことが可能であるため、測定光照射手段の光源として斑の生じやすいLEDを用いることも可能となり、さらに受光位置感度斑のある共焦点光学系を用いることも可能となり、これにより光源や受光系の構成を簡素化して低コスト化を図ることができる。
以下、本発明の一実施形態である生化学分析装置(呈色解析装置)について図面を用いて説明する。図1は本発明の一実施形態である生化学分析装置(呈色解析装置)の概略構成を示す部分断面正面図、図2は上記生化学分析装置の素子搬送位置での点着機構を除く要部機構の平面図、図3は図1の乾式分析素子の搬送経路部分の断面正面図、図4は上記生化学分析装置の測光ヘッドの断面正面図、図5は上記生化学分析装置における黒色基準測定板の検出画像例(a)、呈色領域の検出画像例(b)、白色基準測定板の検出画像例(c)、図6は上記生化学分析装置における校正後の呈色領域の画像例である。
図1〜図4により生化学分析装置1の全体構成を説明する。この生化学分析装置1の測定機構は、サンプルトレイ2、点着部3、第1のインキュベータ4、第2のインキュベータ5、点着機構6、素子搬送機構7、移送機構8、チップ廃却部9、素子廃却機構10および各種機構を制御する制御部などを備えてなる。
図2に示すようにサンプルトレイ2は円形で、検体を収容した検体容器11、未使用の乾式分析素子12(比色タイプの乾式分析素子および電解質タイプの乾式分析素子)を収容した素子カートリッジ13、消耗品(ノズルチップ14、希釈液容器15、混合カップ16および参照液容器17)を搭載する。なお、検体容器11は検体アダプタ18を介して搭載され、ノズルチップ14はチップラック19に多数収納されて搭載される。
点着部3は、サンプルトレイ2の中心線の延長上に配置され、搬送された乾式分析素子12に血漿、全血、血清、尿などの検体の点着が行われるもので、点着機構6によって比色測定タイプの乾式分析素子12には検体を、電解質タイプの乾式分析素子12には検体と参照液を点着する。この点着部3に続いてノズルチップ14が廃却されるチップ廃却部9が配置されている。
第1のインキュベータ4は円形で、チップ廃却部9の延長位置に配置され、比色タイプの乾式分析素子12を収容して所定時間恒温保持し、比色測定を行う。第2のインキュベータ5(図2参照)は、点着部3の側方における隣接位置に配設され、電解質タイプの乾式分析素子12を収容して所定時間恒温保持し、電位差測定を行う。
素子搬送機構7(図3参照)は、詳細は示していないが、前記サンプルトレイ2の内部に配設され、このサンプルトレイ2の中心と第1のインキュベータ4の中心とを結び、点着部3およびチップ廃却部9を通る直線状の素子搬送経路R(図2)に沿って、乾式分析素子12をサンプルトレイ2から点着部3へ、さらに第1のインキュベータ4へ搬送する素子搬送部材71(搬送バー)を備える。素子搬送部材71はガイドロッド38により摺動自在に支持され、不図示の駆動機構によって往復移動操作され、先端部は縦板34のガイド穴34aに挿入され、このガイド穴34aを摺動する。
移送機構8は点着部3を兼ねて設置され、点着部3から第2のインキュベータ5へ、素子搬送経路Rと直交する方向に、電解質タイプの乾式分析素子12を移送する。
点着機構6は上部に配設され、昇降移動する点着ノズル45が前述の素子搬送経路Rと同一直線上を移動し、検体および参照液の点着、希釈液による検体の希釈混合を行う。点着ノズル45は、先端にノズルチップ14を装着し、該ノズルチップ14内に検体、参照液等を吸引し吐出するもので、その吸引吐出を行う不図示のシリンジ手段が付設され、使用後のノズルチップ14はチップ廃却部9で外されて落下廃却される。
素子廃却機構10(図2参照)は第1のインキュベータ4に付設され、測定後の比色タイプの乾式分析素子12を第1のインキュベータ4の中心部に押し出して落下廃棄する。なお、前記素子搬送機構7によって廃却することもできる。また、第2のインキュベータ5で測定した後の電解質タイプの乾式分析素子12は、前記移送機構8によって廃却穴69に廃棄される。
また、サンプルトレイ2の近傍には、血液から血漿を分離する不図示の血液濾過ユニットが設置されている。
上記各部の機構を、以下に具体的に説明する。まず、サンプルトレイ2は、正転方向および逆転方向に回転駆動される円盤状の回転ディスク21と、その中央部の円盤状の非回転部22とを有する。
回転ディスク21には、図2に示すように、各検体を収容した採血管等の検体容器11を検体アダプタ18を介して保持するA〜Eの5つの検体搭載部23と、これに隣接して各検体の測定項目に対応して通常複数の種類が必要とされる未使用の乾式分析素子12を積み重ねた状態で収容した素子カートリッジ13を保持する5つの素子搭載部24と、多数のノズルチップ14を保持孔に並んで収容したチップラック19を保持する2つのチップ搭載部25と、希釈液を収容した3つの希釈液容器15を保持する希釈液搭載部26と、希釈液と検体とを混合するための混合カップ16(多数のカップ状凹部が配置された成形品)を保持するカップ搭載部27とが円弧状に配置されている。
また、非回転部22には、素子搬送経路Rの延長上で点着ノズル45の移動範囲に、参照液を収容した参照液容器17を保持する筒状の参照液搭載部28が設けられ、この参照液搭載部28には、参照液容器17の開口部を開閉する蒸発防止蓋35(図1)が設置されている。
蒸発防止蓋35は、下端が非回転部22に揺動可能に枢支された揺動部材37に保持され、閉方向に付勢されている。揺動部材37の上端係止部37aが点着機構6の移動フレーム42の下端角部42aと当接可能であり、参照液の吸引時に近接移動した移動フレーム42により揺動部材37が開方向に揺動され、蒸発防止蓋35が参照液容器17を開口して点着ノズル45による参照液吸引が可能となる。その他の状態では蒸発防止蓋35が参照液容器17の開口部を閉塞して参照液の蒸発を防止し、その濃度変化による測定精度の低下を阻止する。
前記回転ディスク21は、外周部が支持ローラ31で支持され、中心部が不図示の支持軸に回転自在に保持されている。また、回転ディスク21の外周には、不図示のタイミングベルトが巻き掛けられ、駆動モータによって正転方向または逆転方向に回転駆動される。非回転部22は上記支持軸に回転不能に取り付けられている。
前記素子カートリッジ13は、図3に示すように、上方から未使用の乾式分析素子12が混在状態で通常複数枚重ねられて挿入される。前記素子搭載部24に装填されると、下端部が素子搭載部24の底壁24aに保持され、素子搬送面と同一高さに最下端部の乾式分析素子12が位置し、最下端部の前面側には1枚の乾式分析素子12のみが通過し得る開口13aが、後面側には素子搬送部材71が挿通可能な開口13bが形成されている。
また、乾式分析素子12の下面に付与された素子情報を素子カートリッジ13の下方から読み取れるように、素子カートリッジ13の底面には窓部13cが、素子搭載部24の底壁24aにも窓部24bがそれぞれ形成されている。
そして、サンプルトレイ2の下方に、乾式分析素子12の不図示のドット配列パターンによる素子情報を読み取る読取機33が設置されている。この読取機33は、図3に示す素子搬送位置から、サンプルトレイ2の作動により、回転ディスク21が回動し、図3に示すように、検体容器11(検体搭載部23)が点着ノズル45の移動経路(素子搬送経路R)上の吸引位置に移動したときに、その検体の測定に使用する乾式分析素子12を収容した素子カートリッジ13(素子搭載部24)が移動した位置の下方に設置されている。つまり、図示の場合、読取機33は、検体搭載部23と素子搭載部24との位相ピッチだけ素子搬送経路Rからずれた位相角度で、素子搭載部24の回転位置に設置されている。なお、図3では回転ディスク21を一部切除して読取機33を示し、図3では読取機33を便宜的に素子搬送経路Rにある素子搭載部24の下方に示している。
上記読取機33は、ドット記録方式に対応してCCDカメラで構成される。この読取機33による乾式分析素子12の素子情報の読み取りは、対応する検体容器11からの検体吸引および乾式分析素子12の搬送に先行して行う。この読取機33により乾式分析素子12に関連する、試薬種別情報、試薬ロット情報、光学濃度を測定するのに必要な情報、光学濃度から濃度を算出するために必要な情報等を求めることができ、さらに、記録パターン等から、表裏および前後方向が認識できる。これにより、セット不良が検出でき、ワーニングを発することが可能である。
また、前記検体アダプタ18は筒状に形成され、上部から検体容器11が挿入される。この検体アダプタ18は、不図示の識別部を有し、検体の種類(処理情報)、検体容器11の種類(サイズ)等の情報が設定され、測定の初期時点でサンプルトレイ2の外周部に配設された識別センサ30(図2)によってその識別が読み取られ、検体の希釈の有無、血漿濾過の有無などが判別されると共に、検体容器11のサイズに伴う液面変動量が算出され、それに応じた処理制御が行われる。血漿濾過が必要な検体容器11に対しては、アダプタ18に検体容器11を挿入した上に、濾過フィルターを備えたホルダーがスペーサ(いずれも不図示)を介して装着される。
点着部3および移送機構8は、サンプルトレイ2と第1のインキュベータ4との間に素子搬送経路Rと直交する方向に長い支持台61を備え、その上に移動可能に摺動枠62が設置されている。この摺動枠62には、点着用開口63a(図3)が形成された第1素子押え63および第2素子押え64が隣接して一体に移動可能に装着されている。第1素子押え63(第2素子押え64も同様)は、支持台61に面する底面に、前記素子搬送経路Rに沿って乾式分析素子12が通過する凹部63bを有する。また、摺動枠62は、一端部がガイドバー65に案内され、他端部側の長溝62aにピン66が係合され、さらに、ラックギヤ62bに駆動モータ68の駆動ギヤ67が噛合して移動される。支持台61には、第2のインキュベータ5および廃却穴69が設置されている。
図2のように、第1素子押え63が点着部3に位置している際には、点着後の比色タイプの乾式分析素子12は素子搬送機構によって押し出されて第1のインキュベータ4に移送される。一方、電解質タイプの乾式分析素子12への点着が行われると、摺動枠62が移動されて点着後の乾式分析素子12は第1素子押え63に保持されたまま支持台61上を滑るように第2のインキュベータ5に移送され、電位差測定が行われる。その際には、第2素子押え64が点着部3(点着位置)に移動し、その後に搬送される比色タイプの乾式分析素子12に対する検体の点着および第1のインキュベータ4への搬送が可能である。第2のインキュベータ5での測定が完了すると、摺動枠62がさらに移動されて測定後の乾式分析素子12を廃却穴69に移送して落下廃却する。
なお、比色タイプの乾式分析素子12を搬送する際には第2素子押え64を点着部3に移動させておき、電解質タイプの乾式分析素子12が搬送されるときのみ、第1素子押え63を点着部3に移動させるようにしてもよい。
また、上記撮像部材33は、ドット配列パターンの読み取りのほか、他の情報の読み取りを行うようになっている。そのために、不図示の追加光源が設置されている。この追加光源としては、赤外用光源、劣化検出用光源、など特定波長を有する光源が検出態様に応じて設置される。この情報読取機による点着情報、その他の読み取りについては後述する。
点着機構6(図1)は、固定フレーム40の水平ガイドレール41に、横方向に移動可能に保持された移動フレーム42を備え、この移動フレーム42に昇降移動可能に2本の点着ノズル45が設置されている。移動フレーム42には中央に縦ガイドレール43が固着され、この縦ガイドレール43の両側に2つのノズル固定台44が摺動自在に保持されている。ノズル固定台44の下部には、それぞれ点着ノズル45の上端部が固着され、上部に上方に延びる軸状部材が駆動伝達部材47に挿通されている。ノズル固定台44と駆動伝達部材47との間に介装された圧縮バネにより、ノズルチップ14の嵌合力を得るようになっている。ノズル固定台44は駆動伝達部材47と一体に上下移動可能であると共に、点着ノズル45の先端部にノズルチップ14を嵌合する際に、圧縮バネの圧縮でノズル固定台44に対して駆動伝達部材47が下降移動可能である。上記駆動伝達部材47は、上下のプーリ49に張設されたベルト50に固定され、不図示のモータによるベルト50の走行に応じて上下移動する。なお、ベルト50の外側部位には、バランスウェイト51が取り付けられ、非駆動時の点着ノズル45の下降移動が防止される。
また、移動フレーム42は不図示のベルト駆動機構によって横方向に駆動され、2つのノズル固定台44は独自に上下移動するように、その横移動および上下移動が制御され、2つの点着ノズル45は、一体に横移動すると共に、独自に上下移動するようになっている。例えば、一方の点着ノズル45は検体用であり、他方の点着ノズル45は希釈液用および参照液用である。
両点着ノズル45は棒状に形成され、内部に軸方向に延びるエア通路が設けられ、下端にはピペット状のノズルチップ14がシール状態で嵌合される。この点着ノズル45にはそれぞれ不図示のシリンジポンプ等に接続されたエアチューブが連結され、吸引・吐出圧が供給される。また、この吸引圧力の変化に基づき検体等の液面検出が行えるようになっている。
チップ廃却部9は、搬送経路Rを上下方向に交差して設けられ、上部材81および下部材82を備える。このチップ廃却部9における支持台61には、楕円形に開口された落下口83が形成されている。上部材81は支持台61の上面に固着され、落下口83の直上部位には係合切欠き84が設けられ、下部材82は支持台61の下面に落下口83の下方を囲むように筒状に形成され、落下するノズルチップ14をガイドするようになっている。
そして、ノズルチップ14が装着されている点着ノズル45を、上部材81内に下降させてから横方向に移動させ、その係合切欠き84にノズルチップ14の上端を係合してから、点着ノズル45を上昇移動させてノズルチップ14を抜き取り、外れたノズルチップ14は落下口83を通して落下廃却される。
比色測定を行う第1のインキュベータ4は、外周部に円環状の回転部材(移動手段)87を備え、この回転部材87は内周下部に固着された傾斜回転筒88が下部のベアリング89に支持されて回転自在である。回転部材87の上部に上位部材90が一体に回転可能に配設されている。上位部材90の底面は平坦であり、回転部材87の上面には円周上に所定間隔で複数(図2の場合13個)の凹部が形成されて両部材87,90間にスリット状空間による素子室91が形成され、この素子室91の底面の高さは搬送面の高さと同一に設けられている。また、傾斜回転筒88の内孔は測定後の乾式分析素子12の廃却孔92に形成され、素子室91の乾式分析素子12がそのまま中心側に移動されて落下廃却される。なお、図2において、素子室91は、その回転部材87上における配置のみを示している。
また、回転部材87の上部には、黒色基準測定板110および白色基準測定板111が一体に回転可能に配設されている。黒色基準測定板の光学濃度は1.5以上、白色基準測定板の光学濃度は0.5以下の予め既知の値に設定されている。なお、黒色基準測定板110および白色基準測定板111の下方には不図示の開口窓が形成され、この開口窓を通して図2に示す位置に配設された測光ヘッド96による反射光学濃度の測定が行われる。
上位部材90には図示しない加熱手段が配設され、その温度調整によって素子室91内の乾式分析素子12を所定温度に恒温保持する。また上位部材90には、図3に示すように、素子室91に対応して乾式分析素子12のマウントを上から押えて検体の蒸発防止を行う押え部材93が配設されている。上位部材90の上面には保温カバー94が配設される一方、この第1のインキュベータ4は全体が遮光カバー95によって覆われる。さらに、回転部材87の各素子室91の底面中央には測光用の開口窓91aが形成され、この開口窓91aを通して図2に示す位置に配設された測光ヘッド96による乾式分析素子12の反射光学濃度の測定が行われる。第1のインキュベータ4の回転駆動は、不図示のベルト機構により行われ、往復回転駆動される。
比色タイプの乾式分析素子12は、図4に示すように、樹脂等により形成された基板140の一部に呈色領域141が形成されたものであり、この呈色領域141は、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリスチレン等の有機ポリマーシート等のプラスチックシートからなる光透過性の支持層141c上に、反応層141bが塗布または接着等により積層され、さらにこの上に展開層141aがラミネート法等により積層されたものである。
測光ヘッド96は、図4に示すように、黒色基準測定板110、白色基準測定板111、もしくは呈色領域141に測定光を照射するための光源であるLED(測定光照射手段)120と、受光した光を光電変換する撮像素子(撮像手段)121と、この撮像素子121に光を結像させる集束レンズ122および124と、LED120から発せられる測定に不要な赤外光を遮断するIRカットフィルタ―123と、集束レンズ122,124、およびIRカットフィルタ―123を保持するレンズホルダ126とから構成されている。そしてアパーチャー125を集束レンズ124で集光した位置に配置することで、いわゆる“共焦点光学系”を形成し、測定対象の所定の領域以外から光をカットすることができる。上記LED120およびレンズホルダ126は鏡筒127により保持されている。
なお、LEDについては、図4に示すような保護用の樹脂がレンズとして機能する砲弾型LEDに限定されるものではなく、レンズのない表面実装型LED等、どのような形態のものでも構わないが、一般的に砲弾型LEDの方が照射強度斑は大きいが単位面積当たりの照射光量が大きいため、本発明の恩恵を受けやすい。
また、検出対象により様々な呈色反応スペクトルの乾式分析素子があるため、より汎用性のある装置には、400nm、415nm、505nm、540nm、577nm、600nm、625nm,650nm等の波長の異なる複数のLEDを具備するのが一般的である。この場合には、読取機33から得た情報に基づき決められた所定の波長のLEDを点灯する。また、波長によっては出力の高いLEDが入手できない場合も考えられるが、その場合には同じ波長のLEDを複数用いて出力を向上させてもよい。
演算手段130は、呈色領域141の画像の画素毎に、2つの基準測定板の画像の対応する画素情報を用いて校正処理を行う校正手段としての機能を有する他、校正された呈色画素信号に基づいて被験物質を定量する機能を有する。演算手段130における処理の結果は、モニターやプリンター等の出力手段131に出力される。
廃却機構10は、外周側から中心方向に素子室91内に進退移動する廃却バー101を備えている。この廃却バー101は後端部が水平方向に走行するベルト102に固定され、駆動モータ103の駆動によるベルト102の走行に応じ、素子室91から測定後の乾式分析素子12を押し出して廃却する。なお、廃却孔92の下方には測定後の乾式分析素子12を回収する回収箱が配設される。
また、イオン活量を測定する第2のインキュベータ5は、前述の摺動枠62の第1素子押え63が上位部材となり、その底部の凹部によって測定本体97の上面との間に1つの素子室が形成される。この第2のインキュベータ5には、図示しない加熱手段が配設され、その温度調整によって乾式分析素子12のイオン活量を測定する部分を所定温度に恒温加熱する。さらに、測定本体97の側辺部にはイオン活量測定のための3対の電位測定用プローブ98が出没して乾式分析素子12のイオン選択電極に接触可能に設けられている。
なお、不図示の血漿濾過ユニットは、サンプルトレイ2に保持された検体容器11(採血管)の内部に挿入され上端開口部に取り付けられたガラス繊維からなるフィルターを有する不図示のホルダーを介して血液から血漿を分離吸引し、ホルダー上端のカップ部に濾過された血漿を保持するようになっている。
上記のような生化学分析装置1の動作、測定条件の設定等は、不図示の筐体に設置された不図示の操作パネルからの入力によって行われる。この操作パネルは、不図示の制御部(制御手段)に接続され、そこに登録されている制御プログラムに基づく測定演算処理が設定され、自動測定動作、手動測定動作、緊急測定動作、キャリブレーション(校正)動作、印刷動作などが選択実行される。
次いで、前述の生化学分析装置1の全体動作について説明する。まず、分析を行う前に、サンプルトレイ2の各搭載部23〜28に、各検体を収容した検体容器11、乾式分析素子12を装填した素子カートリッジ13、ノズルチップ14を収容したチップラック19、混合カップ16、希釈液容器15および参照液容器17を搭載して、測定準備を行う。
その後、分析処理をスタートする。まず、血漿濾過が必要な検体の場合には、血液濾過ユニットにより、検体容器11内の全血を濾過して血漿成分を得る。次に、回転ディスク21を回転させて測定する検体の素子カートリッジ13を点着部3に対応する素子取り出し位置に停止させ、乾式分析素子12を素子搬送機構によって素子カートリッジ13から取り出して点着部3に搬送する。なお、点着部3に搬送される前に、乾式分析素子12に付与された分析情報が読み取られ、その後の動作が制御される。
そして、測定項目が比色測定の場合は、素子押え64が点着部に位置している状態で、乾式分析素子12の搬送を行い、続いてサンプルトレイ2を回転させて点着ノズル45の下方にチップラック19のノズルチップ14を移動させ、点着ノズル45に装着する。続いて検体容器11を移動させ、点着ノズル45を下降してノズルチップ14に検体を吸引し、点着ノズル45を点着部3に移動して、乾式分析素子12に検体を点着する。
そして、検体が点着された比色タイプの乾式分析素子12が第1のインキュベータ4に挿入される。次に、素子室91を回転して、所定時間恒温保持した後、挿入された乾式分析素子12を順次測光ヘッド96の位置に移動させ、乾式分析素子12の反射光学濃度の測定が行われる。
測定時に乾式分析素子12の呈色領域141において散乱・反射した反射光は、反応層141b中で生成された色素量に応じた光情報(具体的には光量)を担持しており、この光情報を担持した反射光が撮像素子121により検出され、図5(b)に示すような、呈色領域141の検出画像が取得される。
また、既知の異なる光学濃度である黒色基準測定板110および白色基準測定板111に対しても測光ヘッド96により反射光学濃度の測定が行われ、演算手段23において、図5(a)および(c)に示すような、黒色基準測定板110および白色基準測定板111の検出画像が取得される。なお、先の記載したように乾式分析素子12の種類に応じてLEDの照明波長を変更する場合には、黒色基準測定板110および白色基準測定板111の測定も波長毎にそれぞれ行う必要がある。
なお、黒色基準測定板110および白色基準測定板111の検出画像を取得するタイミングについては、装置を出荷する前に測定したり、測光ヘッド96を交換する際に測定したり、乾式分析素子12に対して測定を行う毎に取得したり、装置の起動時に取得したり、所定時間毎に取得したりする等、どのようなタイミングで取得してもよいが、いずれにしても、現在の状態を反映するという意味で、基準測定板の画像は最新のものを後述の演算に用いるのが望ましい。
演算手段130は、式(2)に基づいて、呈色領域141の画像を表す画素毎に、黒色基準測定板110および白色基準測定板111の検出画像の対応する画素情報を用いて校正処理を行う。ここで、対応する画素とは、呈色領域141の画像を表す画素、黒色基準測定板110の画像を表す画素または白色基準測定板111の画像を表す画素において、測定光の当たり方および撮像位置の関係が同一となる画素のことである。本実施の形態では、素子室91を回転させることにより、LED120および撮像素子121を有する測光ヘッド96に対して、同一の位置で呈色領域141、黒色基準測定板110および白色基準測定板111を撮像している。この場合、それぞれの画像を表す画素における対応する画素は、画像上で同一の位置にある画素、すなわち、撮像素子121上で同一の位置にある画素となる。このような校正処理の結果、図6に示すような、測定光の照射強度斑や受光光学系の受光位置感度斑の影響が無い、校正後の呈色領域141の画像を取得することができる。なお、測定光の当たり方および撮像位置の関係が同一であれば、必ずしも測光ヘッド96を固定して撮像する必要はない。例えば、呈色領域141、黒色基準測定板110または白色基準測定板111の位置を固定して、測光ヘッド96の位置を移動させて撮像を行っても良い。
ここで、ODs:呈色領域の検出画像の各画素と対応する位置における光学濃度、ODb:黒色基準測定板の検出画像の各画素と対応する位置における光学濃度、ODw:白色基準測定板の検出画像の各画素と対応する位置における光学濃度、ADs:呈色領域の検出画像の各画素の信号値、ADb:黒色基準測定板の検出画像の各画素の信号値、ADw:白色基準測定板の検出画像の各画素の信号値とする。
そして、この校正後の呈色領域141の画像に基づいて、反応層141b中で生成された色素の光学濃度を判定し、次に、光学濃度−物質濃度(または活性)の変換関数である検量線や読取機33で得たロット補正情報を用い、試料液中の所定の生化学物質の物質濃度を特定するための演算処理を実施する。
測定終了後、測定済みの乾式分析素子12は中心側に押し出して廃却する。測定結果を出力し、使用済みのノズルチップ14をチップ廃却部9で点着ノズル45から外して下方に落下廃却し、処理を終了する。
上記のような態様とすることにより、比色測定において測定光の照射強度斑や受光光学系の受光位置感度斑の影響を無くし、正確な解析を行うことが可能となる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、基準測定板については白色基準測定板のみを設けて校正を行うようにしてもよく、その場合には式(1)に基づいて校正処理を行えばよい。
ここで、ODs:呈色領域の検出画像の各画素と対応する位置における光学濃度、ODw:基準測定板の検出画像の各画素と対応する位置における光学濃度、ADs:呈色領域の検出画像の各画素の信号値、ADw:基準測定板の検出画像の各画素の信号値とする。
また、上記以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行なってもよいのは勿論である。
1 生化学分析装置
2 サンプルトレイ
3 点着部
4 第1のインキュベータ
5 第2のインキュベータ
6 点着機構
7 素子搬送機構
8 移送機構
9 チップ廃却部
10 素子廃却機構
12 乾式分析素子
96 測光ヘッド
110 黒色基準測定板
111 白色基準測定板
120 LED
121 撮像素子
122,124 集束レンズ
123 IRカットフィルタ―126 レンズホルダ
127 鏡筒
130 演算手段
131 出力手段
140 基板
141 呈色領域
141a 展開層
141b 反応層
141c 支持層
2 サンプルトレイ
3 点着部
4 第1のインキュベータ
5 第2のインキュベータ
6 点着機構
7 素子搬送機構
8 移送機構
9 チップ廃却部
10 素子廃却機構
12 乾式分析素子
96 測光ヘッド
110 黒色基準測定板
111 白色基準測定板
120 LED
121 撮像素子
122,124 集束レンズ
123 IRカットフィルタ―126 レンズホルダ
127 鏡筒
130 演算手段
131 出力手段
140 基板
141 呈色領域
141a 展開層
141b 反応層
141c 支持層
Claims (8)
- 検体溶液中の被験物質に反応し呈色する呈色領域が形成された乾式分析素子の前記呈色領域における呈色状態を解析する呈色解析装置であって、
前記乾式分析素子または予め決められた光学濃度を有する基準測定板に測定光を照射する測定光照射手段と、
前記乾式分析素子または前記基準測定板に照射された前記測定光の反射光を、2次元状に配列された受光素子で受光し、前記乾式分析素子または前記基準測定板を表す画像を構成する画素の値を示す画素信号を出力する撮像手段と、
前記測定光を照射させた前記乾式分析素子の前記呈色領域を前記撮像手段により撮像させて呈色画素信号を取得する制御と、該呈色画素信号を取得した際の前記測定光照射手段に対する前記乾式分析素子の位置と同一の位置に配置された第1の基準測定板に対して前記測定光を照射させ前記撮像手段により撮像させて第1の画素信号を取得する制御と、を行う制御手段と、
前記呈色画素信号および前記第1の画素信号に基づき、画像上で同一の位置にある画素の値を各々用いて、前記呈色画素信号が表す前記呈色領域の画像の画素毎に校正処理を行う校正手段と、
該校正手段によって校正された前記呈色画素信号に基づいて前記被験物質を定量する演算手段と
を備えたことを特徴とする呈色解析装置。 - 前記制御手段が、前記第1の基準測定板と光学濃度が異なり、かつ前記呈色画素信号を取得した際の前記測定光照射手段に対する前記乾式分析素子の位置と同一の位置に配置された第2の基準測定板に対して前記測定光を照射させ前記撮像手段により撮像させて第2の画素信号を取得するものであり、
前記校正手段が、前記呈色画素信号、前記第1の画素信号および前記第2の画素信号に基づき、画像上で同一の位置にある画素の値を各々用いて、前記呈色画素信号が表す前記呈色領域の画像の画素毎に校正処理を行うものである
請求項1または2記載の呈色解析装置。 - 前記2つの基準測定板のうち光学濃度が高い方の光学濃度が、1.5以上かつ2.0以下である請求項3または4記載の呈色解析装置。
- 前記2つの基準測定板のうち光学濃度が低い方の光学濃度が、0.1以上かつ0.5以下である請求項3から5のいずれか1項記載の呈色解析装置。
- 前記測定光照射手段は、予め定められた照射領域に対して測定光を照射するものであり、
前記乾式分析素子および/または前記基準測定板を前記照射領域に移動させる移動手段を備えた請求項1から6のいずれか1項記載の呈色解析装置。 - 前記測定光照射手段の光源がLEDである請求項1から7のいずれか1項記載の呈色解析装置。
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