JP2002318190A

JP2002318190A - 医用光度計

Info

Publication number: JP2002318190A
Application number: JP2001122010A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Oraku; 英昭大楽; Nobuyoshi Shimane; 亘由島根; Hiroshi Suzuki; 浩鈴木; Nobuhiko Kato; 信彦加藤
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Science Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Science Systems Ltd
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2002-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】生化学検査や一般検査に用いる医用光度計の、
光信号の暗信号レベルの取込みを目的の分光波長信号レ
ベルと同時に取込み、その結果から演算処理をする。【解決手段】受光器の一部を遮光し、常に暗信号を発生
する素子を設定すると同意に分光感度に応じた露光時間
で測定する。【効果】暗信号と同時に目的の波長の光信号データを得
るので、迅速で安定した生化学検査や一般検査の各項目
の測定ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医用光度計に係
り、血清と試薬を反応処理させた検体を直接吸引して分
析をする際の多波長同時分光測定に関するものである。
血清と試薬を反応処理させた検体を湿式分析によって行
なう方法は、分析反応の温度や反応物質の温度などの分
析条件を正確に規定出来るため、再現性、定量精度に優
れ、これを測定可能な医用光度計は病院や臨床検査セン
タ、保健所で病気の診断や早期発見に不可欠の装置とし
て広く使用されている。一方、検体や試薬の分注、攪拌
や反応時間の管理など一連の前処理を自動化して前述の
分析ができる装置が自動分析装置である。自動分析装置
に対して医用光度計は、前述の前処理をオペレータが手
動で行なう装置として自動分析装置のバックアップ機、
少量検体の測定、特殊項目測定としても必要不可決の装
置とされている。近年の半導体素子開発に伴い、シリコ
ンフォトダイオードアレイに代表される受光素子の受光
感度の改善や自己走査形リニアイメージセンサを用いる
ことにより測定処理速度の高速化対応が可能になり、こ
れら受光素子を用いて光度計を構成すると、高速で、同
時に広い波長範囲における物質の透過や反射の分光特性
が測定出来るようになってきた。臨床用に多波長同時測
定を行なう場合では、測定値の安定性や直線性などの性
能面や、得られる信号の処理方法によっても、その処理
速度だけでなく、システムや装置全体の使い勝手まで影
響されるので、安定した測定に欠かせない暗信号の測定
方法や各素子毎の信号処理、および各素子間の感度差の
調整などについて考慮する必要がある。

【０００２】肝機能、腎機能を中心とする生化学検査
は、１分間あたりの吸光度変化量から活性値を演算す
る。このため測定時間内の外気温度変動や照射する白色
光の分光特性についても同じく考慮する必要がある。

【０００３】

【従来の技術】公知の如く、医用光度計は反応液を光度
計フローセルへ吸い上げに用いるシッパーといわれるポ
ンプと光度計および信号処理部から概略構成されてい
る。特に光度計は、光源から出た白色光を前記フローセ
ル内の反応液に照射する白色光照明方式(ポリクロメー
タタイプ)と、光源から出た光を回折格子や干渉フィル
タにより分光した後、目的の波長域だけの単色光を前記
フローセル内の反応液に照射する単色光照明方式（モノ
クロメータタイプ)に分けられる。

【０００４】前述の自動分析装置では、多波長光度計を
構成させるため、ポリクロメータタイプが用いられてい
る。この場合、光源からでた光はレンズや窓を通り、フ
ローセルや専用の反応容器のひとつを通過し、スリット
を通ったのち凹面回折格子に入射する。光はここで分光
され、ローランド円上に並んだ複数のシリコン検知器上
にスリットの像を結ぶ。検知器は前述の病気の診断など
生化学検査に必要な複数波長、例えば１２波長の場所に
あるので、検知器を選べば波長を選んだことになる。検
知器から出力される微小電流は前記増幅器(プリアンプ)
によって増幅され、反応容器毎ごと、つまり分析項目ご
とに指定された１つ、または2つの波長の信号がＡ／Ｄ
変換されてマイクロコンピュータに入る。吸光度変換や
濃度変換もコンピュータが行なう。自動暗点や感度補正
を行なうシステムでは、前記反応容器が並んだ先頭など
に光を通さない所と素通しの所を設け、これを使ってす
べての波長について暗点補正と感度補正を行なう場合
と、Ａ／Ｄ変換の際、対数変換により基準との差分によ
り吸光度を測定するシステムもある。この場合は、検知
器の数に応じて、多波長同時分析が可能となる。

【０００５】これとは別に、汎用の分光光度計に前記シ
ッパーを付加したシステムや前記モノクロメータタイプ
で医用光度計として専用装置化した装置も多く見られ
る。これらは、単色光に分光した光を試料へ照射するの
で、ニ波長同時測定はできない。システムを考慮すれば
時分割処理により多波長同時測定ができるが、処理が複
雑になることと、反応が進んだときには正確な結果が得
られない。こちらは波長カムやマイクロメータにより回
折格子を回転する時間がかかっても、連続した分光特性
が得られることと、反応液に照射する光のエネルギーが
小さくて済むので、照射する光の影響で反応液が変化し
ない利点がある。従来技術に代表される医用光度計は次
のようである。まず、光源からでた光はレンズや窓を通
り、スリットを通ったのち凹面回折格子に入射する。光
はここで分光され、ローランド円上に並んだ出射スリッ
トへ入射スリットの像を結ぶ。この出射スリットから出
た単色光がフローセルを通過し、シリコンダイオードな
ど検知器へ入射する。波長を選ぶには、凹面回折格子の
回転角度を設定すればよいので、偏心カムをモータ制御
することにより前述の病気の診断など生化学検査に必要
な波長を選べばよい。前述と同様に検知器から出力され
る微小電流は前記増幅器(プリアンプ)によって増幅さ
れ、信号がＡ／Ｄ変換されてマイクロコンピュータに入
る。吸光度変換や濃度変換もコンピュータが行なう。多
くの場合、Ａ／Ｄ変換の際、対数変換により基準との差
分により吸光度を測定するシステムとなっている。この
場合でも、増幅器のドリフト、検知器の感度変化、光源
の明るさ変化が測定値に悪影響しないようには、暗信
号、感度調整信号を得るため光チョッパーを回転させ
て、時分割させた光信号を処理したり、ハーフミラーに
よって反応液を通過した光を二分し、参照側信号を作り
だし前記信号処理を行なう。このため、光度計自体が大
きくなり、制御や調整も複雑になるのが避けられない。
二波長測光は、臨床用途にフローセルを用いて分光測定
を行なう場合に、反応液の濁りやフローセル内への気泡
混入による誤差を小さくする上で有効であり、且つ、任
意な波長選択が出来ることが波長選択の制約を受けない
ので、主波長、副波長の選択に有効となる。こうした場
合でも、前記増幅器のドリフト、検知器の感度変化、光
源の明るさ変化が測定値に悪影響しないように、暗信
号、感度調整信号や試料信号の処理方法が重要となって
いる。光源点灯後の出力の安定性や光源の寿命による出
力の変化や、分光器を小型にする際には、光源電球の発
熱による他の分光素子の温度上昇に起因する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】対数変換ではない増幅
器で信号処理する際に、感度変化と暗出力変化および測
定結果の安定性や正確性が良好で、処理速度を上げよう
とする点については十分配慮されてはいない。

【０００７】近年安定性や素子間のバラツキ特性などに
おいて大きく発展を遂げた自己走査形シリコンフォトダ
イオードアレイは、測定開始信号に同期して、数百から
構成される各素子に光信号の電荷を蓄積して、電流ある
いは電圧変換する素子である。近年、分光光度計へ普及
しているが暗信号測定のために手間がかかったり、暗信
号を発生するために機構系が必要など信頼性・コストが
かかるのが実状である。このため、前記自己走査形フォ
トダイオードアレイを用いて、臨床用への適用するため
には、前述の処理速度の遅い対数変換の光増幅器を使用
することが原理上できない。従って対数変換は、ソフト
ウエア上で処理をして吸光度を求める。信号処理速度を
速くして、且つ、出来る限り機構系を無くし暗信号を得
るための工夫を要し、装置の故障ポテンシャルをなくす
ことも求められる。また、暗信号は、温度に影響され出
力値が追従するために、測定毎に必要な温度補正ができ
る。また原理的にシングルビームとなり、レシオビーム
やダブルビームの形態を構成できないので、光源の経時
変化や輝度変化を回避できないので、測定に必要な信号
量を時間を変化させて得ることが有効となる。

【０００８】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、前記自己走査型フォトダイオ
ードアレイを用いて、多波長同時測定と、より早く、安
定した結果を正確に得る医用光度計を提供することをそ
の目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的は自己走査形フ
ォトダイオードアレイ、凹面回折格子を主要素として構
成される光度計とシッパーにより吸入され反応液が測定
されるフローセル、信号処理を行なう光増幅器とこれら
を制御する制御手段と測定した反応液の結果を表示する
表示手段により有する医用光度計を構成し、反応液の多
波長同時測定と同時に暗信号を得る手段を備えた構成と
したことを特徴とするものである。

【００１０】特に光源の白色光の長波長側の特性を押さ
える色温度変換フィルタと熱線遮断フィルタを備えた。
光源と検出器までの距離を短くしても、臨床測定できる
ように構成したことも特徴である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施例を図１から
図３を用いて詳細に説明する。

【００１２】図１は本発明に係る医用光度計の一実施例
を示す概念図である。

【００１３】まず、医用光度計の概要を説明する。

【００１４】本発明の医用光度計の光度計部は、ポリク
ロメータ方式で構成している。光源１は光源保持手段２
により発生する熱を遮断して保持され、発生した白色光
は熱線カットフィルタ３、感度補正フィルタ４を通りレ
ンズ５によってフローセル６を照射しながら集光させス
リット７に結像する。このフローセル内を通過した光
は、凹面回折格子８に入射する。光はここで分光され、
分光された単色光９はローランド円上に並んだ自己走査
型シリコンフォトダイオード10上にスリットの像を結
ぶ。オペレータが予め分析する項目を決定して、目的の
試薬と患者血清を反応させ前処理が完了している反応液
１２は反応液吸入ノズル11からチューブ14とシッパーポ
ンプ13により前記フローセルへ規定量吸引される。測定
が終了した反応液は、次の反応液によってフローセルか
ら排出され、この繰り返し動作により次々にフローセル
へ送られ、順次、廃液ボトル１５に排出される。シッパ
ーポンプの回転を制御するシッパー制御信号16、フロー
セル温度制御をするフローセル温度制御信号17および前
記フローセル内の反応液の分光特性を計測する検知器制
御信号18など、これら一連の動作は、光信号のＡ／Ｄ変
換を含むマイクロコンピュータ部19で制御される。測定
結果は、例えば高速紙送り機構を有する感熱式プリンタ
などの印字出力手段20に印刷され、同時にバックライト
付き液晶モジュールなどの表示手段21に表示される。前
述の分析項目に合わせて波長、反応液の吸引量などの測
定条件は予めオペレータがパラメータ入力手段22により
設定する。フローセルは温度制御すると同時に、気泡が
抜けやすいような構造にし、フローセルと流路を接続す
るジョイント部分も気泡が抜けるように斜めに工夫が加
えられている。生化学検査に必要な波長の多くは、１２
程に大別され、多くが二波長を使って演算を行なう。こ
れは、フローセル中の気泡や反応液の濁りの誤差を小さ
くできるからである。

【００１５】図２に概念図を示す。二波長測定自体は本
内容に説明する特許ではないが、本発明によれば、主波
長と副波長の選択が任意でできるので最適な波長を選択
できるだけでなく、３波長以上の波長データから、特定
の分析を行なうことも可能である。前述単色光照射によ
る従来の医用光度計では、同時に多波長測定ができな
い。顧客側では、本実施例によれば、二波長測定用に準
備された試薬を使うことができるので、試薬管理等効果
は大きい。

【００１６】図３は、本発明に係る医用光度計の一実施
例を示す詳細な検知器を説明する概念図である。前記ロ
ーランド円上に並んだ自己走査型シリコンフォトダイオ
ード10の受光面上に遮光手段23、迷光カット手段（１）
24、迷光カット手段（２）25を付加する。本発明におけ
る前記凹面回折格子は曲率半径が例えば５０ｍｍと超小
型である。このように小さな曲率半径では、受光面上の
一次光と二次光、暗次光の回折距離が狭く、目的以外の
波長の前記受光器への入射を遮る目的で迷光カット手段
は必須である。しかし、曲率半径が小さく、回折角度が
小さいので受光面上での分散距離が小さくなり、素子あ
たりの波長分解が決まる。回折格子と受光器の機械的な
調整が簡素にできるのでは、大きな利点である。このと
きに、受光素子の片側の複数素子を暗信号測定素子に割
付け、遮光する。目的の波長に割り付けれた素子ＮＯで
なく、別な素子からの暗信号を演算に使用するのは、原
理上できないことになるが、本発明の臨床光度計では、
例えば２５６素子から構成される受光素子の各々のバラ
ツキを３％以内とし、演算に使用する暗信号の値と信号
値が十分ノイズのバラツキ内で小さく、測定結果に影響
が出ないようにＡ／Ｄ変換するることで問題を回避して
いる。露光時間×光信号量が、目的とする波長における
受光素子のＡ／Ｄ変換値となるので、この値が測定時間
に影響されない範囲で大きく設定でき、しかも、効率的
な処理ができるのように作用する。また、素子の温度変
化に対しても、受光素子全体が温度変動して、各素子毎
に温度変化が発生しない機械的構造に構成すればよい。
実際に素子間の距離は２５μｍとか５０μｍであるの
で、実用上はほとんど問題無い。従来方式のように測定
毎に光路を遮断し、素子毎に暗信号を記憶しておき、演
算する方法と等価な結果を得ることが出来る。実験によ
れば、フローセル光路長さ２．５ｍｍにおいて、β−Ｎ
ＡＤＨを測定した結果、直線性は吸光度３．０で誤差５
％以内を達成した。本発明によれば、暗信号を発生させ
るための機構系が不要になるにで駆動部をなくすことが
出来、装置の信頼性を向上させるだけでなく、コスト低
減、測定時間の短縮が図れる効果がある。特に、暗信号
を反応液測定信号と同時に測定できるので、その効果は
大きい。また、本発明によれば、一連の操作をパソコン
などを使用しなくても、誰にでも簡単に操作できるの
で、臨床の知識があれば操作が容易にできる効果があ
る。

【００１７】図４は、暗信号ＡＤ値の温度特性を示す概
念図、図５は、試料測定時の信号処理を示す概念図であ
り、信号処理の具体的な説明は次のようになる。受光素
子信号は６５、５３６階調で処理される。露光時間を早
めれば暗出力の温度特性は、装置が使用される１０℃か
ら４５℃の範囲で直線的に変化する。２５６素子の受光
素子数の時には、２０〜３０ｍｓまで露光時間を早くす
ることができる。受光素子はシリコンから生成される半
導体からできていて、光電流変換の際には、８００ｎｍ
付近で０．５〜１．０％の温度依存性を持っている。測
定感度が低下したときは、露光時間を長くすれば良くこ
の場合には曲線近似される。近似そのものは、５次式ま
であれば装置の実用使用温度範囲内で暗出力によって補
正することが出来る。

【００１８】例えば、露光時間を３０ｍｓとしたときに
は、１０℃における暗出力を６，３００カウント付近に
設定し、傾きを５０カウント／℃で近似する。一方、温
度検出には熱電対を用いても同じ効果を得る。試料信号
は、分光感度に応じて露光時間を可変すれば、フィルタ
や回折格子の反射効率、レンズの透過特性変化および光
源の劣化や温度変化による輝度変動等、時間変化による
分光素子の感度特性変化をなくし、安定して得ることが
できる。演算に用いるＡＤ値は、露光時間と光量の積か
ら算出されるので、図５に示すように、分析条件設定の
後に実施される水測定の時にその都度、分光感度を補正
する。具体的には、５０、０００カウントになる露光時
間を決めて積算処理を行なう。測定時間を短縮するため
には積算回数を許す範囲で減らせば良い。前述の暗出力
から得る温度も同時に信号処理を行ない水の測定値とし
て、以降測定する試薬ブランクや試料の値を演算する。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、受
光器から複数波長の光信号出力と同時に素子の暗信号を
同時に得ることが出来るので、測定時間が短く操作性の
よい医用光度計を提供することが出来る。さらに、暗信
号測定の機械的手段が不要なので、稼動部を無くすこと
ができ、光度計全体が小形化できる。全体としても低電
力消費や装置の小型化になり環境への配慮も十分にでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の医用光度計の概念図。

【図２】試料の分光特性を示す概念図。

【図３】受光素子の構成を示す概念図。

【図４】暗信号ＡＤ値の温度特性を示す概念図。

【図５】試料測定時の信号処理を示す概念図。

【符号の説明】

１…光源、２…光源保持手段、３…熱線カットフィル
タ、４…感度補正フィルタ、５…レンズ、６… フロ
ーセル、７…スリット、８…凹面回折格子、９…単色
光、10…自己走査型シリコンフォトダイオード、11…反
応液吸入ノズル、12…反応液、13…シッパーポンプ、14
…チューブ、15…廃液ボトル、16…シッパー制御信号、
17…フローセル温度制御信号、18…検知器制御信号、19
…Ａ／Ｄ変換を含むマイクロコンピュータ部、20…印字
出力手段、21…表示手段、22…パラメータ入力手段、23
…遮光手段、24…迷光カット手段（１）、25…迷光カッ
ト手段（２）。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 33/49 Ｇ０１Ｎ 33/49 Ｋ (72)発明者島根亘由茨城県ひたちなか市大字市毛1040番地株式会社日立サイエンスシステムズ内 (72)発明者鈴木浩茨城県ひたちなか市大字市毛1040番地株式会社日立サイエンスシステムズ内 (72)発明者加藤信彦茨城県ひたちなか市大字市毛1040番地株式会社日立サイエンスシステムズ内Ｆターム(参考） 2G020 AA04 BA05 BA20 CA02 CB04 CB24 CB43 CC05 CC26 CC63 CD06 CD13 CD24 CD34 CD38 CD53 2G045 AA01 AA25 CA25 CA26 FA11 FA37 GC10 JA01 2G057 AA01 AB01 AB06 AC01 BA05 DC01 DC07 EA06 2G059 AA06 BB13 CC16 DD03 DD12 EE01 EE12 FF12 HH02 JJ02 JJ05 KK04 LL04 MM09 MM10 MM15 NN01 NN02 NN08 PP01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転するローラによって反応処理された
試料を吸引するポンプと、光源より放射された白色光を
凹面回折格子を用い単色光に分光する分光器と、前記単
色光を受光する測定部と前記各部動作を制御するコント
ローラと、前記測光部からの測定データを演算処理する
データ処理部から構成される医用光度計において、前記
測光部は、アレイ形受光素子で構成し、複数個の受光素
子感光面の特定部分を遮光し、前記試料の多波長分光信
号と暗信号を同時に測定するように構成されていること
を特徴とする医用光度計。
【請求項２】請求項１において前記測光部は、光源の
経時変化、前記分光器を構成する分光素子の個体差に起
因する分光感度差に応じ、取込み時間が変化するように
信号を処理して再現性の良い結果を得る医用光度計。
【請求項３】請求項１又は２において前記フローセル
へ入射する白色光は、色ガラスフィルタによって分光特
性を決定し、前記試料の吸光度を３Absまで測定するこ
とを特徴とする医用光度計。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１項におい
て構成される分光器は、前記光源から前記凹面回折格子
までの距離を１６０ｍｍで構成したことを特徴とする医
用光度計。