JP2005345370A

JP2005345370A - 界面検出装置及び方法、並びに体積計測装置及び方法

Info

Publication number: JP2005345370A
Application number: JP2004167483A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Sudo; 政光須藤; Tomoyuki Yoshimura; 共之吉村
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】簡素で汎用性の高い小型で安価な装置構成により、簡素で汎用性の高い装置構成により、容器に収容された血清の界面位置を高精度に検出し、これに基づいて血清の体積を高精度に計測する。
【解決手段】検体液１２が収容された採血管１１に対して光を照射する光照射手段２と、光検出器である一対の受光手段２１，２２を有して界面検出装置が構成されており、受光手段２１，２２により測定された反射光強度の変化に基づいて検体液１２の所定の液体である血清１４の上下の各界面位置を検出する、このとき、メニスカス１４ａからの反射光が殆ど受光手段２２でのみ検出されることを利用する。そして、検出された各界面位置の値を用いて血清１４の体積を計測する。
【選択図】図２

Description

本発明は、被検体として例えば検体液となる血液を対象とし、容器（採血管）の中で分離剤を介して血清と血餅とに分離した検体液について、血清等の界面を検出する界面検出装置及び方法、並びに血清等の体積を計測する体積計測装置及び方法に関する。

従来、被検者から採取した血液中の血清量を計測する方法として、以下に示す方法が提案されている。
この方法では、先ず採取した血液を分離剤と共に採血管内に収容して検体液とする。次いで、この検体液を容器に入れた状態で遠心分離機にかけて遠心分離を行い、分離剤を介した血清及び血餅の２種類の液体に分離させる。その後、この検体液中の血清量を計測する。

検体液中の血清量を計測する具体的な方法としては、検体液の画像を採血管の側面からＣＣＤカメラ等を用いて取得し、画像処理を行うことにより検体液中の血清量を計測する方法、採血管内の検体液の静電容量を静電容量センサを用いて測定し、この静電容量の変化により検体液中の界面位置を検出して、この界面位置により血清量を計測する方法等の各種の方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開平１１−３７８４５号公報特開２００１−１０８５０６号公報特開２００１−１６５７５２号公報

しかしながら、前述のような各種の計測方法のうち、ＣＣＤカメラ等を用いて画像を取得する方法にあっては、画像処理により界面位置を検出する構成を採ることに起因して、光源からの照射光ムラや光照射角度の影響を受け易い。そのため、採血管内に収容された液体にメニスカスが発生している場合には、採血管内の検体液中の血清量を精度良く計測することが困難となる。またこの場合、画像処理の装置構成は比較的複雑であることから、装置が大型化し価格が高くなるという問題がある。

また、静電容量センサを用いて計測する方法にあっては、ＣＣＤカメラ等を用いた場合のように、採血管の表面のラベルによって計測精度が影響を受けるようなことはないが、静電容量センサと容器との距離によって静電容量センサの出力信号が大きく変化するため、ＣＣＤカメラ等を用いて界面位置を検出する構成と同様に、採血管内に収容された液体にメニスカスが発生している場合には、当該距離を高精度で制御する必要があり、計測装置全体の構造が複雑化し、装置が大型化して装置価格が高くなるという問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡素で汎用性の高い小型で安価な装置構成により、容器に収容された少なくとも２種類の液体のうち、特にメニスカスを形成する所定の液体の界面位置を高精度に検出することを可能とする界面検出装置及び方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、簡素で汎用性の高い小型で安価な装置構成により、容器に収容された少なくとも２種類の液体のうち、特にメニスカスを形成する所定の液体の体積を高精度に計測することを可能とする体積計測装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。

本発明の界面検出装置は、上下に分離した状態で容器に収容されている少なくとも２種類の液体のうち、前記容器の内壁面との間でメニスカスを形成する所定の液体の界面を検出する界面検出装置であって、前記容器に対して光を照射する光照射手段と、前記光照射手段を挟む上下位置に配置されてなり、前記容器の表面及び前記液体の表面からの反射光を受光する一対の受光手段と、前記所定の液体のメニスカスの表面における反射光の受光強度が、一方の前記受光手段と他方の前記受光手段とで異なることを利用して、前記所定の液体の界面を検出する界面検出手段とを含む。

本発明の界面検出装置の一態様は、前記容器と前記光照射手段及び前記受光手段とを相対的に移動させる移動手段を含む。

本発明の界面検出装置の一態様では、前記少なくとも２種類の液体は分離剤を介して分離してなる血清及び血餅であり、前記所定の液体は前記血清である。

本発明の界面検出装置の一態様では、前記光照射手段から照射される光が可視光又は赤外光である。

本発明の体積計測装置は、前記界面検出装置と、前記界面検出手段により検出された前記所定の液体の上下の前記界面間の間隔と予め求められた前記容器の寸法とに基づき、前記所定の液体の体積を計測する体積計測手段とを含む。

本発明の界面検出方法は、上下に分離した状態で容器に収容されている少なくとも２種類の液体のうち、前記容器の内壁面との間でメニスカスを形成する所定の液体の界面を検出する界面検出方法であって、光照射手段により前記容器に対して光を照射する手順と、前記光照射手段を挟む上下位置に一対の受光手段を配置し、前記各受光手段により前記容器の表面及び前記液体の表面からの反射光を受光する手順と、前記所定の液体のメニスカスの表面における反射光の受光強度が、一方の前記受光手段と他方の前記受光手段とで異なることを利用して、前記所定の液体の界面を検出する手順とを含む。

本発明の体積計測方法は、上下に分離した状態で容器に収容されている少なくとも２種類の液体のうち、前記容器の内壁面との間でメニスカスを形成する所定の液体の体積を計測する体積計測方法であって、上述の界面検出方法の各手順に加え、検出された前記所定の液体の上下の前記界面間の間隔と予め求められた前記容器の寸法とに基づき、前記所定の液体の体積を計測する手順とを含む。

本発明の界面検出装置及び方法によれば、簡素で汎用性の高い小型で安価な装置構成により、容器に収容された少なくとも２種類の液体のうち、特にメニスカスを形成する所定の液体の界面を高精度に検出することが可能となる。

本発明の体積計測装置及び方法によれば、簡素で汎用性の高い小型で安価な装置構成により、容器に収容された少なくとも２種類の液体のうち、特にメニスカスを形成する所定の液体の体積を高精度に計測することが可能となる。

以下、本発明を適用した好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、検体液が収容された採血管を示す概略図、図２は、本発明の実施形態における体積計測装置の主要構成を示す概略図、図３は、体積計測装置による界面検出時の様子を示す概略図、図４は、血清のメニスカス部分における光照射及び反射の様子を示す概略図、図５は、本発明の実施形態における体積計測方法を手順に従って示すフロー図、図６は、図２に示す体積計測装置により検出された界面位置の検出結果を示す特性図である。

本実施形態では、被検体として被検者から採取した血液を対象とする。血液は、図１に示すように、分離剤１３を介して上下に血清１４と血餅１５とが分離してなる検体液１２として採血管１１内に収容されている。この検体液１２は、採取した血液を分離剤１３と共に採血管１１内に収容し、遠心分離機（不図示）にかけて遠心分離を実行することにより、血餅１５、分離剤１３及び血清１４の順に比重が大きいことから、分離剤１３を介して上下に血清１４と血餅１５とに分離してなるものである。血清１４の上部には空気１６が充填されている。このように、採血管１１内で血清１４と血餅１５とが上下方向に分離することにより、各液体の界面位置の検出をより容易に行うことができる。本実施形態では、検体液１２のうち血清１４が界面位置の検出及び体積計測の対象となる所定の液体である。

採血管１１は、試験管等のように下端が閉塞された円筒状をなすものであって、例えば後述する移動手段５により上下方向及び左右方向に移動可能に支持される。採血管１１は、可視光や赤外光等を透過可能な材質、例えば無色透明のガラス、樹脂等から形成されている。

本実施形態では、採血管１１にはラベル等が貼付されていないことが望ましい。しかしながら、採血管１１の表面において空気１６から検体液１２にかけて連続して露出する部分が有れば、即ち例えば採血管１１の表面をその円周に沿って略完全に覆うようなラベル等でなければ、当該連続した露出部位を光照射の対象とすることができるため、ラベル等が貼付されていても良い。採血管１１の表面に貼付されるラベルの一例を図２に示す。ここでは、採血管１１の表面に、紙、樹脂等からなる半透明のラベル１７が貼付されており、ラベル１７には、必要に応じて、被験者等に関する各種情報が文字、記号、バーコード等として印刷又は手書きによって付されている。ラベル１７の材質は特に制限されるものではない。

（体積計測装置の構成）
本実施形態の体積計測装置１は、図２及び図３に示すように、検体液１２が収容された採血管１１に対して光を照射する光照射手段２と、採血管１１の表面及び検体液１２の表面からの反射光を受光する光検出器である受光部３と、受光部３により受光された反射光の強度に基づき、所定の液体である血清１４の界面位置を検出する界面検出手段４と、採血管１１を光照射手段２に対して上下方向に相対的に移動させる移動手段５と、界面検出手段４により検出された界面位置に基づき、所定の液体である血清１４の体積を計測する体積計測手段６と備えて構成されている。ここでは、光照射手段２、受光部３、界面検出手段４及び移動手段５から所定の液体の界面を検出する界面検出装置が構成され、これに体積計測手段６が付加されて体積計測装置１が構成される。

光照射手段２は、発光源２ａが採血管１１と対向するように所定距離をもって配置されるものであり、可視光、赤外光等を照射する機能を有するものであれば、特に制限されるものではなく、可視光を照射するものとして例えば一般的に汎用されている安価で小型のＬＥＤ等が適用可能である。

受光部３は、光検出器である一対の受光手段２１，２２を有して構成されており、光照射手段２を挟む上下位置、即ち移動手段５により配置される採血管１１の長手方向に沿って受光手段２１，２２が設けられてなるものである。本実施形態では、光照射手段２及び受光手段２１，２２が上記の位置に固定配置されており、これらに対して移動手段５の駆動により採血管１１が上下方向に移動する。具体的には、図３に示すように、光照射手段２からの照射光の中心方向をＬ₁とし（以下、単に照射光Ｌ₁と記す）、照射光Ｌ₁が到達する採血管１１の表面部位を起点として、反時計回りに角度θ₁をなす反射光の中心方向Ｌ₂（以下、単に反射光Ｌ₂と記す）の所定位置に受光手段２１が配置される、同様に、時計回りに角度θ₂をなす反射光の中心方向Ｌ₃（以下、単に反射光Ｌ₃と記す）の所定位置に受光手段２２が配置される。ここでは、後述する血清１４のメニスカス１４ａの接触角を考慮して、例えばθ₁＝θ₂＝４５°とすることが好ましい。受光手段２１，２２は、光検出機能を有するものであれば、特に制限されるものではなく、例えば一般的に汎用されている安価で小型のフォトダイオード等が適用可能である。

界面検出手段４は、受光手段２１，２２に接続されており、受光手段２１，２２に受光し検出された反射光の強度を電気信号に変換する信号生成回路２３と、信号生成回路２３からの電気信号を増幅する増幅回路２４と、増幅回路２４からの電気信号に基づいて所定の液体の界面位置を特定し、特定結果の電気信号を出力する演算回路２５とを備えて構成されている。

移動手段５は、図２（図３では移動手段５を一部のみ示す）に示すように、一対の爪４１ａ，４１ｂを有し、これらの爪４１ａ，４１ｂを用いて採血管１１の上端部を挟持する支持部４２と、支持部４２を図中矢印Ｚで示す方向に移動させる移動部４３及び図中矢印Ｙで示す方向に移動させる移動部４４、及び移動部４３，４４を矢印Ｘで示す方向に移動させる移動部（不図示）を有する移動機構４５と、移動機構４５の近傍に配置されており、複数の採血管１１を収容可能な供給ステーション４６（図２にのみ示す）とを備えて構成されている。なおここでは、所定位置に固定された受光手段２１，２２に対して採血管１１を移動させる場合を例示したが、逆に所定位置に固定された採血管１１に対して光照射手段２及び受光手段２１，２２を一体として移動させるように、移動手段を構成しても良い。

体積計測手段６は、演算回路２５に接続されており、所定の液体の体積を算出する体積算出手段２６と、予め測定しておいた（既知である）採血管１１の内腔部の横断面積（内径寸法）の情報を記憶する記憶手段２７とを備えて構成されている。体積算出手段２６は、演算回路２５からの電気信号に基づく血清１４の上下の各界面位置（又は各界面間距離）と、記憶手段２７に記憶されている前記横断面積（内径寸法）とを用いて、血清１４の体積を算出する。

（体積計測方法）
以下、上述のように構成されてなる体積計測装置１を用いて、採血管１１内に収容された検体液１２の血清１４の体積を計測する方法について、図３〜図６を用いて説明する。
図５に示すように、先ず、採血管１１内に被検者から採取した血液と分離剤１３とを検体液１２として収容し、この検体液１２を収容した採血管１１を遠心分離機にかけて遠心分離を実行する。この遠心分離により、図１に示すように、採血管１１内の検体液１２が分離剤１３を介した血清１４と血餅１５とに分離する（ステップＳ１）。

続いて、各々検体液１２が収容された複数の採血管１１が収納された供給ステーション４６内から所定の採血管１１を移動手段５により移動させ、所定位置に配置する（ステップＳ２）。具体的には、採血管１１の上端部を支持部４２の爪４１ａ，４１ｂを用いて挟持し、移動機構４５による上下方向及び左右方向への駆動により、光照射手段２及びこれを挟んで上下位置に配置された受光手段２１，２２と採血管１１の長手方向とが略平行となるように、当該採血管１１を配置する。そして、移動部４３の駆動により採血管１１を光照射手段２及び受光手段２１，２２に対して上下方向に平行移動（走査）させつつ、光照射手段２から採血管１１に向けて光を照射する（ステップＳ３）。

このとき、光照射手段２からの照射光は、図３に示すように、採血管１１の外壁面１１ａ及び内壁面１１ｂと接する検体液１２の表面において反射又は散乱（以下、単に反射と記す）し、その反射光Ｌ₂が受光手段２１に、反射光Ｌ₃が受光手段２２にそれぞれ入射し受光される（ステップＳ４）。なお、図示の便宜上、図３においては内壁面１１ｂと接する液体表面（図示の例では血清１４の表面）において反射する様子のみを示す。

ここで、受光手段２１，２２は光照射手段２の上下方向の対称位置に配置されているため、検体液１２を構成する各液体の界面が照射光Ｌ₁と略平行であれば、採血管１１を上下方向に走査させた際に反射光Ｌ₂，Ｌ₃は略同一の光強度で受光手段２１，２２に受光され、受光手段２１，２２で略同一の光強度変化が検知される。分離剤１３及び血餅１５の各界面は照射光Ｌ₁と略平行であるため上記の説明が該当するが、血清１４の空気１６との界面では、血清１４の内壁面１１ｂとの濡れ性により、図３の円内に示す部分拡大図及び図４に示すように、当該界面にメニスカス１４ａが形成される。このメニスカス１４ａは、図４のように内壁面１１ｂとの間で接触角θ₃を有するため、メニスカス１４ａにおける反射光強度は受光手段２１と受光手段２２とで大きく異なる。具体的には、メニスカス１４ａにおける反射光は受光手段２２の方向のもの、即ち殆ど反射光Ｌ₃のみであり、反射光Ｌ₂は殆ど無視し得る程度となる。従ってこの場合、受光手段２２でのみ反射光が検知され、受光手段２１では（殆ど）検知されないことになる。

続いて、受光手段２１，２２により検知された光強度変化を信号生成回路２３によりそれぞれ電気信号に変換し、これらの電気信号を増幅回路２４により増幅した後、この電気信号を演算回路２５により処理し、血清１４の上下の界面位置を検出する（ステップＳ５）。

増幅回路２４により増幅された各電気信号を図６に示す。図６では、血清１４のメニスカス１４ａを強調して示している。ここで、採血管１１の外壁面１１ａからの反射光強度は採血管１１の全体を通して略一定値を示す。そして、光照射手段２及び受光手段２１，２２により、空気１６、血清１４（メニスカス１４ａを除く）及び血餅１５を走査したときには、これらの各液体表面からの反射光強度には大きな差異はなく、従って受光手段２１，２２で検知する反射光強度は受光手段２１，２２で略同一の一定値を示す。これに対して、血清１４のメニスカス１４ａを走査したときには、上述のようにメニスカス１４ａ表面からの反射光を殆ど受光手段２２でのみ受光するため、受光手段２１では殆ど反射光強度の変化を示さないが、受光手段２２では反射光強度が急峻な増加を示す。また、分離剤１３を走査したときには、分離剤１３表面では光散乱が他の液体に比べて大きいため、受光手段２１，２２で共に反射光強度の増加を示す。

演算回路２５では、このような反射光強度の性質を利用して、受光手段２１，２２で共に反射光強度の増加を検知した場合には、その電気信号からこれが分離剤１３に相当することが認識される。また、受光手段２２のみで反射光強度の増加を検知した場合には、その電気信号からこれがメニスカス１４ａに相当することが認識される。そして、分離剤１３であると認識された場合には、図６中の破線ｃのように電気信号と血清１４の下界面（血清１４の分離剤１３との界面）とを対応付ける。また、メニスカス１４ａであると認識された場合には、図６中の破線ａ，ｂのように電気信号とメニスカス１４ａの上部及び下部とを対応付ける。ここで、メニスカス１４ａに相当する血清量が極めて少ないものであることから、破線ｂに示すメニスカス１４ａの下部の位置を血清１４の上界面（血清１４の空気１６との界面）と見なす。この場合、破線ａ，ｂの中間のピークに相当する部位を血清１４の上界面と見なしても良い。なお、図６では、分離剤１３の血餅１５との界面についても血清１４と同様に、その位置を対応付ける破線ｄを合わせて図示する。

続いて、体積計測手段６における体積算出手段２６の作動により、演算回路２５からの血清１４の上下の各界面位置を示す電気信号に基づいて各界面位置間の距離を算出し、当該算出結果の値と、予め測定されて記憶手段２７に記憶されている採血管１１の内腔部の横断面積（内径寸法）とを積算することにより、血清１４の体積を算出する（ステップＳ６）。これにより、容易且つ正確に血清１４の体積を算出する（計測）することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、簡素で汎用性の高い小型で安価な装置構成により、採血管１１に収容された検体液１２のうち特にメニスカスを形成する所定の液体（ここでは血清１４）の界面位置を高精度に検出することが可能となる。

また、簡素で汎用性の高い小型で安価な装置構成により、採血管１１に収容された検体液１２のうち特にメニスカスを形成する所定の液体（ここでは血清１４）の体積を高精度に計測することが可能となる。

検体液が収容された採血管を示す概略図である。本発明の実施形態における体積計測装置の主要構成を示す概略図である。体積計測装置による界面検出時の様子を示す概略図である。血清のメニスカス部分における光照射及び反射の様子を示す概略図である。本発明の実施形態における体積計測方法を手順に従って示すフロー図である。図２に示す体積計測装置により検出された界面位置の検出結果を示す特性図である。

符号の説明

１体積計測装置
２光照射手段
３受光部
４界面検出手段
５移動手段
６体積計測手段
１１採血管
１２検体液
１３分離剤
１４血清
１５血餅
１６空気
１７ラベル
２１，２２受光手段
２３信号生成回路
２４増幅回路
２５演算回路
２６体積算出手段
２７記憶手段
４１ａ，４１ｂ爪
４２支持部
４３，４４移動部
４５移動機構
４６供給ステーション

Claims

上下に分離した状態で容器に収容されている少なくとも２種類の液体のうち、前記容器の内壁面との間でメニスカスを形成する所定の液体の界面を検出する界面検出装置であって、
前記容器に対して光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段を挟む上下位置に配置されてなり、前記容器の表面及び前記液体の表面からの反射光を受光する一対の受光手段と、
前記所定の液体のメニスカスの表面における反射光の受光強度が、一方の前記受光手段と他方の前記受光手段とで異なることを利用して、前記所定の液体の界面を検出する界面検出手段と、
を含むことを特徴とする界面検出装置。
前記容器と前記光照射手段及び前記受光手段とを相対的に移動させる移動手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の界面検出装置。
前記少なくとも２種類の液体は分離剤を介して分離してなる血清及び血餅であり、前記所定の液体は前記血清であることを特徴とする請求項１又は２に記載の界面検出装置。
前記光照射手段から照射される光が可視光又は赤外光であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の界面検出装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の界面検出装置と、
前記界面検出手段により検出された前記所定の液体の上下の前記界面間の間隔と予め求められた前記容器の寸法とに基づき、前記所定の液体の体積を計測する体積計測手段と
を含むことを特徴とする体積計測装置。
上下に分離した状態で容器に収容されている少なくとも２種類の液体のうち、前記容器の内壁面との間でメニスカスを形成する所定の液体の界面を検出する界面検出方法であって、
光照射手段により前記容器に対して光を照射する手順と、
前記光照射手段を挟む上下位置に一対の受光手段を配置し、前記各受光手段により前記容器の表面及び前記液体の表面からの反射光を受光する手順と、
前記所定の液体のメニスカスの表面における反射光の受光強度が、一方の前記受光手段と他方の前記受光手段とで異なることを利用して、前記所定の液体の界面を検出する手順と、
を含むことを特徴とする界面検出方法。
上下に分離した状態で容器に収容されている少なくとも２種類の液体のうち、前記容器の内壁面との間でメニスカスを形成する所定の液体の体積を計測する体積計測方法であって、
光照射手段により前記容器に対して光を照射する手順と、
前記光照射手段を挟む上下位置に一対の受光手段を配置し、前記各受光手段により前記容器の表面及び前記液体の表面からの反射光を受光する手順と、
前記所定の液体のメニスカスの表面における反射光の受光強度が、一方の前記受光手段と他方の前記受光手段とで異なることを利用して、前記所定の液体の界面を検出する手順と、
検出された前記所定の液体の上下の前記界面間の間隔と予め求められた前記容器の寸法とに基づき、前記所定の液体の体積を計測する手順と、
を含むことを特徴とする体積計測方法。