JP2000356597A

JP2000356597A - 試験片を用いる分析における試薬部の認識方法

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Publication number: JP2000356597A
Application number: JP11166662A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Motokawa; 久志本川; Masami Katsuyama; まさみ勝山
Original assignee: Teramecs Co Ltd
Current assignee: Teramecs Co Ltd
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2000-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】厚みのある試験部を備えた試験片を用いて流
体試料中の成分濃度を、カラーイメージセンサを用いて
測定する場合において、試薬部の個数や位置を確実に認
識する。【解決手段】主光源による試薬部を含む試験片の反射
光像をイメージセンサ上に撮像し、得られる複数の色信
号から試薬部に於ける測定波長毎の反射光量と反射率を
求め、検量線に基づいて各成分濃度を算出するととも
に、試験片の先端方向から斜めに照射する補助光源によ
る試験片の像を同じくカラーイメージセンサ上に撮像
し、得られた画像の明度の変化から試薬部の影の位置を
検索して試験片上の試薬部の位置及び個数を認識する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、尿などの体液中の
成分濃度の測定を、試験片に設けた厚みのある試薬部の
呈色度合の観測をカラーイメージセンサを用いて行なう
場合において、試験片上の試薬部の位置及び個数を確実
に認識できる新規な方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】試薬部をプラスチック片などの支持体に
設けた試験片を用いるいわゆるドライケミストリー利用
の分析方法は、臨床検査や食品分析その他多くの分野で
広く用いられている。特に、尿や血液を試料とする臨床
検査分野では、スクリーニング検査などに必須のものと
され、試薬や光学機器の開発に伴って長足の進歩を遂げ
ている。ただ、従来一般に行われている積分球等の反射
光学系を用いる測定方法では、多項目測定用のマルチ試
験片の場合に試験片や光学系の移動に問題があるし、試
薬部の一部のみが呈色している場合に正確な濃度測定が
不可能になるなどの問題を抱えている。

【０００３】このような観点から、本発明者は、光学系
としてイメージセンサを採用する技術を開発した（特開
平７−５１１０）。即ち、この技術は、試験片ことに試
薬部を均等な光源で照明し、試薬部の像の明度や色調を
点の反射率として捕らえ、その集合したものを反応した
試薬部の反射率として認識する全く新規な考えに立脚し
たものである。従って、試薬部の部分的な特徴を捕らえ
ることが可能になり、試薬部の一部のみが呈色している
場合に正確な濃度測定ができるようになった。また、多
項目測定用のマルチ試験片の場合も、試験片や光学系の
移動をせずに測定できるようになった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、メージセン
サを用いる試験片の分析には、以下のような欠点がある
ことが判明した。試験片には必要な測定項目に応じた複
数個の試薬部が設けられている。そして、試薬部の数や
その組合せにより試験片には幾つかの種類があるが、分
析時に試験片を取り違えたり、時には試薬部が正規の位
置になかったり脱落するような場合もある。このような
場合、試薬部と試験片の色調や明度の違い、表面散乱状
態の違い、厚みによる影や二次反射の有無などにより判
断するが、従来のカラーイメージセンサを用いた分析で
は、これらに起因する反射光の差異では、認識できない
場合がある。また、無彩色で明度が近い試験片と試薬部
との差異の検出では、色調や明度の違いを利用できなか
った。

【０００５】これは、均等照明では影や二次反射が小さ
く、厚みによる影や二次反射に起因する試薬部端の像を
識別する場合において、検出感度を上げる必要がある。
ところが、検出感度を上げると、試験片のムラ、傷、汚
れ、試料付着などにより、間違った試薬部を見つけてし
まう場合があることによる。即ち、試薬部像の特徴を、
信号Ｓ、試験片のムラなどのノイズをＮとした場合、Ｓ
／Ｎ比の小さいことが問題であった。

【０００６】例えば、図１１は、従来例における５個の
試薬部を備えた試験片のカラーイメージセンサによる像
であるが、５番目の試薬部の反射光量Ａでは、試験片の
支持体の反射光量（ベースレベル）Ｂと殆ど同じで区別
が付かない。また、支持体の部分に汚れとしてある種の
色素液を添着した場合、汚れの部分の反射光量Ｃが、あ
たかも呈色した試薬部のような様相を示す。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記Ｓ／Ｎ比
を大きくすることにより、カラーイメージセンサを用い
た濃度分析において、試薬部の数やその組合せを確実に
把握することを目的とする。そして本発明者は、均等照
明する主光源とは別に、試験片先端方向から斜めに照射
する補助光源を設けることにより、上記Ｓ／Ｎ比を大き
くすることに成功したものである。

【０００８】本発明で試験片とは、流体試料中の成分濃
度を呈色反応により測定するための用具を言い、支持体
の一部に厚みのある試薬部を備えたものである。厚みの
ある試薬部としては、通常、濾紙に呈色反応試薬を含浸
したものであり、試料の浸透が良いなどの理由で現在最
も広く用いられているものである。

【０００９】次に、本発明の大きな特徴は、検出部とし
てカラーイメージセンサを採用したことである。そし
て、主光源による像、補助光源による像を１つのカラー
イメージセンサで撮像するようにしている。尚、イメー
ジセンサには各種のものがあり、本発明ではいずれのタ
イプのものも使用可能であるが、その中でもＣＣＤが安
価、手軽で故障も少なく最も好ましい。

【００１０】主光源としては、試薬部を含む試験片全体
を均等に照射するために、蛍光灯を試験片の長さ方向に
沿って設置することが好ましい。或いは、キセノンラン
プストロボライト等照射、非照射ができる光源を、試験
片の長さ方向に沿うように設置してもよい。補助光源と
しては、照射、非照射ができるストロボライトやＬＥＤ
などを用いる。赤色のＬＥＤは、尿においてはＲ波長の
吸収が少なく、透明に近く見えるのでことに好ましい。
この場合、カラーイメージセンサのＲ波長のみを利用す
る。

【００１１】前述したように、主光源像は試薬部の反射
率を求めて試料中の成分濃度を測定する目的で利用し、
補助光源は、そのまま試薬部の位置と個数を求めるため
に利用する。そして、主光源が蛍光灯のように照射、非
照射できない場合は、補助光源のみを照射、非照射し
て、主光源の像と主光源＋補助光源の像を撮像する。そ
して、次式の演算で求めた補助光源像を、試薬部の位置
と個数を求めるために利用する。（主光源＋補助光源の像）−（主光源の像）＝補助光源
の像尚、主光源がキセノンランプストロボライトのように、
点灯、非点灯ができる光源の場合、主光源の像と補助光
源の像を夫々別個に求める。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明方法を図面に基づい
て詳細に説明する。図１は、本発明方法に使用する分析
装置の主要部を模式的に示す斜視図である。尿中の多項
目成分（図では５項目）を測定する試験片１は、尿試料
が供給された一定時間後に、分析装置の試験片載置台
（ホルダー）２に支持されて、測定位置に運ばれてく
る。試験片１は、試験片１と平行で約４５度の上方位置
に設置された主光源３から均等な照明を受け、真上にあ
るカラーイメージセンサ４に撮像される。主光源３は、
常時照射型の蛍光灯である。符号５はレンズで、試験片
１の像をカラーイメージセンサ４上に結像させる位置に
配置される。また、レンズ５とカラーイメージセンサ４
との間に、赤外線カットフイルターを載置するとよい。
一方、赤色ＬＥＤからなる補助光源６が、試験片１の先
端側上方位置に設けられており、点灯と非点灯を繰り返
す。そして、照射時と非照射時の像を、カラーイメージ
センサ４で撮像する。尚、カラーイメージセンサ４は、
ＲＧＢフォトダイオードをそれぞれ７４０個３列に並べ
たものである。また図示の試験片１は、細長いプラスチ
ックシート製の支持体１１上に、５個の試薬部１２を設
けたものである。支持体１１の基部には、種類等を示す
ラインマーク（バーコード）１３、メーカーのロゴマー
ク１４を表示している。

【００１３】本例の場合、撮像は試験片１が測定位置を
移動中に行なわれる。即ち、試験片載置台２は、例えば
無端ベルト状の試験片載置台搬送ベルト上に等間隔で固
定され、例えばモータの回転運動をギヤとチエンを介し
て伝達する試験片載置台搬送機構により矢印Ｓの方向に
回転する。試験片載置台２は、試験片１を載置して尿試
料を添着する間（約4.５秒間）は停止し、残りの約0.５
秒間で１ホルダー分だけ移動する。そして、この約0.５
秒の間に、補助光源６の照射と非照射のそれぞれの像を
約１０ｍ秒ずつ撮像し、これを２４回繰り返して、２４
ラインの主光源像と、２４ラインの補助光源像を得る。

【００１４】図２は、試験片１を横方向に移動しなが
ら、試薬部１２がある部分を見た、上記２４ラインの主
光源像（・で示す）と主光源像＋補助光源像（×で示
す）を示すグラフである。台形の高い部分が試薬部１２
の像、両側の低い部分が、試験片載置台２の像である。
そして、２４ラインの主光源像を試験片移動方向に見
て、レベル変化ａが規定値以下であれば、試験片１が設
置されていないと判断する。また、幅ｂが５±0.５ｍｍ
以内になければ、不正な試験片であると判断する。

【００１５】図３は、図２における主光源像の内中央の
５ラインを示すグラフである。そして、幅ｂの中央が試
験片１の中央になる。この中央部分の５ラインのＲＧＢ
像を、反射率を求めて試料中の成分濃度を測定する目的
に使用する。

【００１６】次に、試験片１を縦方向に見た場合の、中
央部の主光源像（ＲＧＢ像）を図４に示す。図５は、主
光源３におけるＲ波長像、及び主光源におけるＲ波長像
と補助光源６におけるＲ波長像との和、をそれぞれ示
す。尚、図４中、番号１〜５は、５つの試薬部１２の位
置に該当、番号ＬＭはラインマーク１３、番号ＲＭはロ
ゴマーク１４にそれぞれ該当する。図６は、図５の各像
から演算により求めた補助光源像（Ｒ波長像）である。

【００１７】続いて、図７〜図１０に基づいて、試験片
１の設置位置と試薬部１２の位置と個数の認識について
説明する。図７は、図４と同じグラフであり、グラフの
立ち上がりＤが、試験片１の先端を示す。これにより、
試験片１の設置位置が認識される。

【００１８】図８は、図６と同じく補助光源像（Ｒ波長
像）であり、補助光源像のベースレベルをＬ１として、
ベースレベルＬ１の５０％以下の部分を求めると、グラ
フ下の矩形波図（補助光源６による低反射部を示すグラ
フ）のようになる。ここで、矩形波は試薬部１２の影の
部分を示す。尚、番号１〜５は試薬部１２の番号を示す
が、４番の試薬部１２はＲを吸収するものであるため、
影の部分を加えて幅が広くなっている。この広くなった
部分を補正するのが、図９である。図９は、図５におけ
る主光源３によるＲ波長像と同じものであるが、Ｒ波長
像のベースレベルＬ２の３０％以下の部分を求めると、
グラフ下の矩形波図（主光源３による低反射部を示すグ
ラフ）のようになる。

【００１９】この２つのグラフを重ね合わして、試薬部
影Ｋのグラフを求めると、図１０のようになる。試薬部
１２の長さは５ｍｍであるので、試薬部影Ｋの左2.５ｍ
ｍを試薬部１２の縦方向の中心部位置と認定する。そし
て、試薬部影Ｋの個数が試薬部１２の個数と認定され
る。本例では、試薬部影Ｋ及び試薬部１２の個数は、５
個と認定された。続いて、試薬部影Ｋから試薬部１２の
中心と認定された部分−図７の主光源ＲＧＢ像中の○印
−について、反射率を演算により求める。尚、矩形波図
における右端に離れて現れる矩形波は、ラインマークＬ
Ｍに起因するものである。

【００２０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明は、ドライケ
ミストリーにおける厚みのある試薬部の呈色の度合をカ
ラーイメージセンサで撮像して試料の成分濃度を測定す
る場合において、反射率を求めるための主光源とは別
に、試験片の先端方向から斜めに照射する補助光源を用
いるものである。

【００２１】そのため、試薬部の撮像グラフから試薬部
の影がハッキリと把握され、試験片における試薬部の個
数や位置を確実に認識することができる。従って、無彩
色で明度が近い試験片と試薬部との差異など、従来では
検出ができなかった試験片についても、試薬部の個数や
位置を確実に認識することができ、試験片の取り違えた
り、試薬部が無いのに反射率を測定するなどの誤動作を
完全に解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法に使用する分析装置の主要部を模式
的に示す斜視図である。

【図２】試験片の試薬部を設けた部分を横方向に見た場
合の、主光源像と、主光源像＋補助光源像を示すグラフ
である。

【図３】図２における主光源像の内中央の５ラインを示
すグラフである。

【図４】試験片を縦方向に見た場合の、中央部の主光源
像（ＲＧＢ像）を示すグラフである。

【図５】主光源におけるＲ波長像、及び主光源における
Ｒ波長像と補助光源におけるＲ波長像との和、をそれぞ
れ示すグラフである。

【図６】図５の各像から演算により求めた補助光源像
（Ｒ波長像）を示すグラフである。

【図７】図４と同じく中央部の主光源像（ＲＧＢ像）を
示すグラフである。

【図８】図６と同じく補助光源像（Ｒ波長像）と、補助
光源による低反射部を示す矩形波図を示すグラフであ
る。

【図９】図５と同じく主光源像（Ｒ波長像）と、主光源
による低反射部を示す矩形波図を示すグラフである。

【図１０】試薬部影を示すグラフである。

【図１１】従来例における５個の試薬部を備えた試験片
のカラーイメージセンサによる像を示すグラフである。

【符号の説明】

１試験片１１支持体１２試薬部１３ラインマーク１４ロゴマーク２試験片載置台３主光源４カラーイメージセンサ５レンズ６補助光源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料中の成分濃度を、試験片に設けた厚
みのある試薬部の呈色の度合によって定性的或いは定量
的に測定するものであって、試験片、ことに試薬部部分
を均等に照明する主光源による試験片の像を、カラーイ
メージセンサ上に撮像し、得られる複数の色信号から試
薬部における測定波長毎の反射光量及び反射率を求め、
該反射率から検量線に基づいて各成分濃度を算出する場
合において、主光源を常時照射とするとともに、主光源
とは別に試験片の先端方向から斜めに照射する補助光源
を設けて照射、非照射を交互に行わせて補助光源による
試験片の像を同じくカラーイメージセンサ上に撮像し、
補助光源照射時の像を撮像した場合の反射光量から、補
助光源非照射の像を撮像した場合の反射光量を減算した
ものを補助光源による像とし、得られた画像の明度の変
化から試薬部の影の位置を検索して試験片上の試薬部の
位置及び個数を認識することを特徴とする、試験片を用
いる分析における試薬部の認識方法。