JP2006098227A - 反射光測定装置及び生化学分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 生化学分析装置において化学分析スライドの光学濃度を測定する際に化学分析スライドの測定面での正反射光による測定精度の低下を防止する。
【解決手段】 ＬＥＤ２２は、化学分析スライド３の測定面に対して４５°傾けて設けられている。ＬＥＤ２２が照射した光の測定面での正反射光は、鏡筒３０のＬＥＤ２２と対面する面に当たる。この鏡筒３０の正反射光が当たる位置には、表面に黒マット処理が施された吸光板３４が設けられている。吸光板３４は、正反射光を吸収し、この正反射光がさらに反射することを防止する。これにより、正反射光が迷光となって受光素子２４に入り込むことが抑えられ、精度のよい測定を行うことができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、所定の角度傾けて設けられた光源で測定面を照射する反射光測定装置、及びこの反射光測定装置を用いた生化学分析装置に関する。

近年、医療分野において、開業医、専門医の診察室、病棟及び外来患者向け診療所などの「患者にちかいところ」で行われるポイントオブケア検査（Ｐｏｉｎｔ Ｏｆ Ｃａｒｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ：ＰＯＣＴ）が注目されてきている。この検査は、中央検査室で集中且つ大量に検体を測定することで処理されている従来からの病院での通常の検査に比べて、患者が検査を受けに行ったり、検体を検査に送ったりする必要がなく、患者の近くで検査が行われることにより、検査結果を即座に医師が判断し、迅速な処置を施したり、治療の過程や予後のモニタリングを行うことができるといった利点がある。また、検体の運搬や設備にかかるコストが少なくて済む他に、検体量も少なくて済み、患者への負担が軽減されるなどの利点もある。このＰＯＣＴ対応装置として、糖尿病患者の血糖モニター検査を始めとした種々の検査機器が開発されている。

ところで、本出願人は、富士ドライケム３５００（商品名）などの卓上型の生化学分析装置を開発し提供している。この卓上型の生化学分析装置では、例えば、２７種類の生化学・免疫項目や、３種類の電解質分析項目を備えており、多項目の検査が可能である反面、大型化してしまい、どこでも利用することができるというレベルには至っていない。そこで、このような医療環境の変化に応じて、従来からの高機能大量処理対応の生化学分析装置の他に、少量処理であるが医療現場において患者の近くで迅速に検査が可能なハンディタイプ（ポータブルタイプ）の生化学分析装置の開発が進められている。

この生化学分析装置は、血液や尿などの試料液を化学分析スライドに滴下した後、これを所定時間インキュベーションして呈色反応（色素生成反応）させるインキュベータと、その呈色光学濃度を光学的に測定する測光ヘッド（反射光測定装置）と、この呈色光学濃度から被検成分の含有量を定量分析する演算制御部とから構成されている。

測光ヘッドによる呈色光学濃度の測定方法としては、化学分析スライドの測定面に対して４５°の角度で配置された光源から光を照射し、測定面と対面する位置に設けられた受光素子で測定面からの反射光を受光することによって測定する方法が、例えば、特許文献１などで知られている。

ハンディタイプの生化学分析装置の開発においては、各部の構成を簡素化してコンパクト且つ軽量にする必要があるとともに、電源として電池などの内部電源を用いるため消費電力を軽減する必要がある。しかしながら、特許文献１記載の生化学分析装置では、測光ヘッドの光源にランプが用いられているため、ランプから測定面の間（前分光）、もしくは測定面から受光素子の間（後分光）に所定の波長の光のみを透過させる干渉フィルタを入れておく必要があった。そのため、被検成分を変える毎にこの干渉フィルタを切り替えなければならず、切り替え手段としてのモータが必要になるなど装置が大型化してしまう。また、ランプを用いているため、発熱が大きく温度を安定させるまでに時間が掛かる、消費電力が大きいなどといった問題もあった。

このため近年では、例えば、特許文献２記載の生化学分析装置のように、測光ヘッドの光源に発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称す）を用いる方向になりつつある。ＬＥＤは、所定の波長の光のみを照射することができるので、前述の干渉フィルタを必要としないとともに、ランプと比較して消費電力や発熱が低い。さらに、光源にＬＥＤを用いた生化学分析装置では、波長の異なる複数のＬＥＤを同心円上に配置し、試薬に対応した波長のＬＥＤを発光させるだけで複数の被検成分を容易に測定することができる。
特開昭６１−１７０４６号公報 特開２００４−２２６２６２号公報

前述のように、測光ヘッドの光源は、化学分析スライドの測定面に対して４５°の角度で配置されており、受光素子は測定面と対面して、測定面の法線方向の散乱光を測定している。そのため、測定面での正反射光が、対向する位置に設けられたＬＥＤや、このＬＥＤを保持する部材などでさらに反射して迷光となり、受光素子に入り込んで測定精度を低下させるという問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、正反射光による測定精度の低下を防止した反射光測定装置、及び生化学分析装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の反射光測定装置及び生化学分析装置は、光源から照射された光が測定面によって正反射する位置に、吸光性部材を設けたことを特徴とする。

なお、前記測定面と対面する位置に設けられる受光素子の前面には、前記測定面からの散乱反射光のみを受光させるアパーチャを設けることが好ましい。

また、前記光源は、所定の測定タイミングにのみ点灯させることが好ましい。

なお、前記光源と前記吸光性部材は、前記測定面を中心とした同心円上に複数設けることが好ましい。また、複数設けられた前記光源と前記吸光性部材は、それぞれが連続的に設けられて郡をなしていることが好ましく、さらには、前記光源に発光ダイオードを用いて、同心円上に複数設けた前記発光ダイオード毎に波長を変えるようにしてもよい。

また、前記吸光性部材は、一端が閉じられた筒形状をなし、その内面が黒色にされた光トラップであることが好ましい。

さらに前記光源は、測定面に対して３０〜６０°の角度傾けて設けることが好ましい。

本発明の反射光測定装置、及び生化学分析装置によれば、光源から照射された光が測定面によって正反射する位置に、この正反射光を吸収する吸光性部材を設けたので、正反射光が迷光となって受光素子に入り込むことを抑え、測定精度の低下を防止することができる。

図１は、本発明を実施したポータブルタイプの生化学分析装置（以下、本分析装置と称す）２を示す外観斜視図である。本分析装置２は、化学分析スライド（以下、スライドと称す）３に滴下される血液や尿などの検体（被測定物質）の定量分析を行うものであり、上カバー４、下カバー５、搬送トレイ（以下、トレイと称す）６を備える。

上カバー４の内部には、インキュベータ８が設けられている。インキュベータ８は、ヒータなどを備え、スライド３を予め設定された時間恒温保持（インキュベーション）する。下カバー５の前面には、分析を行った後のスライド３を排出する排出口９が形成されている。また、下カバー５の左側面には、本分析装置２と操作装置１０とを電気的に接続するための接続孔５ａが形成されている。

操作装置１０には、例えば、市販の携帯情報端末（ＰＤＡ）が用いられ、メモリカードなどを介して種々の分析項目用のアプリケーションがインストールされている。このアプリケーションを起動することで、各種の分析項目に対応した処理手順に基づき分析処理が行われる。また、操作装置１０には、表示部１１と操作部１２とが設けられており、接続ケーブル１３のプラグ１４を接続孔５ａに挿入することにより、本分析装置２に接続される。表示部１１には、操作者に操作を促す旨の表示や、スライド３に点着した検体の分析結果などが表示される。操作者は、表示部１１の表示に基づいて操作部１２を操作することにより、各種処理を行うことができる。

さらに、下カバー５の内部には、内部電源（図示は省略）が組み込まれている。内部電源には、例えば、４本の単三電池が用いられる。この内部電源により、インキュベータ８や、後述する測光ヘッド２０などが駆動される。

トレイ６には、スライド３を嵌め込むためのスライド開口６ａが形成されている。トレイ６は、前後方向に移動可能に設けられており、嵌め込まれたスライド３を本分析装置２の内部に搬送する。図１（Ａ）は、トレイ６がスライド３の測光を行う第１位置に位置する状態の本分析装置２を示し、図１（Ｂ）は、トレイ６が手前方向に移動されてスライド３をセットする第２位置に位置する状態の本分析装置２を示す。また、トレイ６は、第２位置からさらに手前方向に移動した第３位置（図示は省略）を有し、この第３位置と第１位置との間で移動する。トレイ６が第３位置に位置すると、スライド開口６ａに嵌め込まれたスライド３が落下し、排出口９から排出される。

図２は、本分析装置２に組み込まれた測光ヘッド（反射光測定装置）２０、及びその周辺部の構成を概略的に示す説明図である。測光ヘッド２０は、下カバー５の内部に組み込まれ、トレイ６を挟んでインキュベータ８と対向するように設けられている。この測光ヘッド２０は、４５°の角度（図中θで示す角度）傾けて設けられた光源としてのＬＥＤ２２と、受光した光を光電変換する受光素子２４と、この受光素子２４に光を結像させる集束レンズ２６と、この集束レンズ２６を保持するレンズホルダ２８、及びこれらの部材を保持する鏡筒３０とから構成されている。

この測光ヘッド２０の上には、トレイ６を支持するベース４０が設けられている。ベース４０の受光素子２４と対面する位置（以下、測光位置と称す）には、ＬＥＤ２２が照射した光を通過させる開口４０ａが形成されており、この開口４０ａには、測光ヘッド２０内に塵芥が混入することを防ぐ透明な保護ガラス４２が嵌め込まれている。

また、ベース４０には、スライド開口６ａに嵌め込まれたスライド３を支持するためのレール（図示は省略）が、トレイ６の第１位置と第２位置との間の移動に対応するように形成されている。トレイ６が第３位置に位置した際には、このレールがなくなり、前述のようにスライド開口６ａからスライド３が落下する。

また、トレイ６には、基準濃度を測定するための白板８２と黒板８４とが測光ヘッド２０側に向けて設けられており、トレイ６が第２位置から第１位置へと向かう間に、この白板８２と黒板８４の測定が行われる。

スライド３は、支持体、試薬層、展開層を積層してなる乾式多層フィルム６２と、この乾式多層フィルム６２を保持する枠体６４とから構成されている。枠体６４の上面には、血液や尿などの検体を滴下するための滴下用円孔（図１（Ｂ）参照）が設けられており、下面には、呈色反応した乾式多層フィルム６２の呈色光学濃度を測定するための測光用円孔が設けられている。この測光用円孔から露呈した乾式多層フィルム６２の面が測定面となり、白板８２と黒板８４も、この測定面と面一になるようにされている（以下、測定面には白板８２と黒板８４との面も含むものとする）。

また、ベース４０には、スライド３、及び白板８２、黒板８４の各測定面が測光位置にあることを検出するためのセンサ（図示は省略）がそれぞれ設けられており、測光ヘッド２０は、これらのセンサが検出したことに応じて、ＬＥＤ２２を、例えば、２００ｍｓｅｃだけ発光させる。

受光素子２４は、例えば、フォトダイオードから構成されており、この受光素子２４は、各測定面が測光位置にきてＬＥＤ２２が発光した際に、測定面で反射した法線方向の散乱光を受光して光電変換する。この際、ＬＥＤ２２が照射する光は、拡散して測定面のみならず、枠体６４やトレイ６などの周囲部にも当たってしまう。そのため、受光素子２４の前面には、測定面からの散乱反射光のみを受光させるアパーチャ３２が設けられている。また、ＬＥＤ２２の前面には、照射光の拡散を抑えるためのアパーチャ３０ａが形成されている。

また、ＬＥＤ２２が照射した光の各測定面での正反射光は、鏡筒３０の内面に当たる。この正反射光が鏡筒３０の内面でさらに反射すると、迷光となって受光素子２４に入り込み、測定精度を低下させる。そのため、鏡筒３０の正反射光が当たる位置には、表面に黒マット処理が施された吸光板（吸光性部材）３４が設けられている。なお、吸光板３４は、黒マット処理に限らず、例えば、表面に細かな凹凸を設けたものや、全体を艶消し黒の樹脂素材などで成型したものでもよい。さらに、板ではなく、前述の処理を施したラベルを貼り付けるなど、表面に吸光性を有し、鏡筒３０の内面に当たる正反射光のスポット径よりも大きいものであれば、如何なるものでもよい。

図３は、測光ヘッド２０を上方から見た平面図である。ＬＥＤ２２と吸光板３４は一対となって、測光位置にある各測定面を中心とした同心円上に複数（本実施形態では７個）設けられている。また、各ＬＥＤ２２は、それぞれ異なる波長を有しており、スライド３の試薬に対応した波長のＬＥＤ２２を発光させることにより、複数種の被検成分を容易に測定することができる。本実施形態では、例えば、大型生化学分析装置のグルコースなど２７種類の全測定項目に対応する４００ｎｍ、５０５ｎｍ、５４０ｎｍ、５７０ｎｍ、６００ｎｍ、６２５ｎｍ、６５０ｎｍの波長を有する７種類のＬＥＤ２２が用いられる。但し、ＬＥＤ２２の波長は上記に限るものではなく、その数も７個に限るものではない。

図４は、ＬＥＤ２２と吸光板３４との他の配置例を示すものである。図４に示すように、同心円の片側にＬＥＤ２２とアパーチャ３０ａを、もう片側に吸光板３４を、それぞれの郡をなすように連続的に配置してもよい。このように配置することにより、正反射光を隣り合った吸光板３４同士で受けることも可能であり、正反射光の迷光化をさらに抑えることができる。

また、ＬＥＤ２２の波長は、温度によって変化するので、例えば、ＬＥＤ２２を保持する鏡筒３０にペルチェ素子などを設けて、一定の温度に調節することが好ましい。また、このような温度調節手段を新たに設ける代わりに、例えば、調節する温度を３７℃として、インキュベータ８のヒータでＬＥＤ２２の温度調節を行うようにしてもよい。

次に、血液中のグルコースを測定する場合を例に、上記構成による本分析装置２の作用について説明する。

先ず図５に示すように、スライド３を第２位置にあるトレイ６のスライド開口６ａにセットする。この際、測定すべき被検成分がグルコースであることを、操作装置１０の操作部１２を操作して本分析装置２に指示する。次に、スライド開口６ａにセットした状態でヘパリン採血した新鮮血を検体として一定量、例えば、１０μｌをスライド３の上部に形成した滴下用円孔から乾式多層フィルム６２に滴下する。

検体を滴下した後、第２位置にあるトレイ６を第１位置に向けて移動させていくと、図６に示すように、白板８２が測光位置にくる。測光ヘッド２０は、これをベース４０に設けられたセンサで検出し、グルコースに対応した５０５ｎｍの波長を有するＬＥＤ２２を発光させる。このように、各測定面が測光位置にきたタイミング（請求項記載の所定の測定タイミングに相当）にのみＬＥＤ２２を発光させることにより、発光によるＬＥＤ２２の自己発熱を抑えて、温度による波長の変化を防止することができる。

受光素子２４は、白板８２の測定面で反射した法線方向の散乱光を受光して光電変換し、これを白板８２の基準濃度として図示せぬ演算制御部に送る。この際、測定面や保護ガラス４２による正反射光を、吸光板３４が吸収するので、正反射光が迷光となって受光素子２４に入り込むことによる測定精度の低下が防止される。

トレイ６がさらに第１位置に移動して黒板８４が測光位置にくると、測光ヘッド２０は、上記と同様に黒板８４の基準濃度を測定してこれを演算制御部に送る。

次に、トレイ６が第１位置（図２参照）まで移動したことをベース４０に設けられたセンサが検出すると、インキュベータ８が、３７℃で約１分間スライド３をインキュベーションする。スライド３には、グルコースに対応した試薬層が予め形成されており、このインキュベーションによって、検体中のグルコース含有量に応じた光学濃度に呈色反応する。

測光ヘッド２０は、インキュベーションが終了した後にスライド３の呈色光学濃度を測定し、これを演算制御部に送る。なお、インキュベータ８によるインキュベーションのタイミングは上記に限ることなく、予めインキュベーションされたスライド３をスライド開口６ａにセットし、白板８２、黒板８４、及びスライド３の測定を、連続して行うようにしてもよい。

演算制御部は、各測定結果を基に種々の演算を行い、検体中のグルコース含有量を得る。測定が終了したスライド３は、トレイ６を第３位置にすることによりスライド開口６ａから落下し、排出口９に排出される。以上、グルコースを例に説明したが、本実施形態の生化学分析装置２では、４００ｎｍでアミラーゼ、６００ｎｍでクレアチニンなどのようにＬＥＤ２２の波長とスライド３の試薬層との組み合わせによって、約２７種類の被検成分の分析を行うことができる。

このように、本実施形態の測光ヘッド２０によれば、ＬＥＤ２２から照射された光が各測定面によって正反射する位置に吸光板３４を設けたので、精度のよい測定を行うことができる。また、ＬＥＤ２２を各測定面が測光位置にきたタイミングにのみ発光させるのでＬＥＤ２２の温度上昇が少なく、ＬＥＤ２２の波長が変化することによる測定精度の低下を抑えることができる。

なお、上記実施形態では、吸光性部材として吸光板３４を用いているが、これに限ることなく、例えば、図７に示すように、一端が閉じられた筒形状をなす光トラップ３６を用いるようにしてもよい。この光トラップ３６は、内面全体に黒マット処理が施されている。正反射光を面で受ける吸光板３４では、この吸光板３４上で反射してしまった光を再度捕捉することはできない。対して光トラップ３６では、光トラップ３６内で反射してしまった光を再度捕捉できる可能性があるので、吸光板３４よりも確実に正反射光による測定精度の低下を抑えることができる。

さらに、鏡筒３０に当たる正反射光のスポット径が大きい場合などには、鏡筒３０の内側全面に黒マット処理などを施すようにしてもよい。また、上記実施形態では、この鏡筒３０の内面を１４角錐状に形成しているが、円錐状に形成したものであってもよい。

また、上記実施形態では、ＬＥＤ２２の照射光が、測定面に対して４５°の角度θとなるようにＬＥＤ２２を鏡筒３０に取り付けているが、角度θはこれに限るものではない。但し、受光素子２４が受光する法線方向の散乱光を考慮すると、この角度θは３０〜６０°であることが好ましい。

上記実施形態では、反射光測定装置の適用例として、生化学分析装置を示したが、本発明はこれに限ることなく、例えば、単方向照明方式を用いた色彩計や分光測色計などに適用してもよい。

生化学分析装置の外観を示す斜視図である。 生化学分析装置に組み込まれた反射光測定装置及びその周辺部の構成を概略的に示す説明図である。 反射光測定装置を上方から見た平面図である。 ＬＥＤ及び吸光板の他の配置例を示す平面図である。 トレイが第２位置にある際の様子を示す説明図である。 白板が測光位置にある際の様子を示す説明図である。 吸光性部材に光トラップを用いた際の構成を概略的に示す説明図である。

符号の説明

２ 生化学分析装置
３ 化学分析スライド
８ インキュベータ
２０ 測光ヘッド（反射光測定装置）
２２ ＬＥＤ（光源）
２４ 受光素子
３２ アパーチャ
３４ 吸光板（吸光性部材）
３６ 光トラップ

Claims (9)

1. 所定の角度傾けて設けられた光源で測定面を照射し、前記測定面と対面する位置に設けられた受光素子で、前記測定面からの散乱反射光を測定する反射光測定装置において、
   前記光源から照射された光が前記測定面によって正反射する位置に、吸光性部材を設けたことを特徴とする反射光測定装置。
2. 前記受光素子の前面に、前記測定面からの散乱反射光のみを受光させるアパーチャを設けたことを特徴とする請求項１記載の反射光測定装置。
3. 前記光源は、所定の測定タイミングにのみ点灯することを特徴とする請求項１又は２記載の反射光測定装置。
4. 前記光源と前記吸光性部材は、前記測定面を中心とした同心円上に複数設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の反射光測定装置。
5. 複数設けられた前記光源と前記吸光性部材は、それぞれが連続的に設けられて群をなしていることを特徴とする請求項４記載の反射光測定装置。
6. 前記光源は、発光ダイオードであって、同心円上に複数設けられた前記発光ダイオードは、それぞれ波長が異なることを特徴とする請求項４又は５記載の反射光測定装置。
7. 前記吸光性部材は、一端が閉じられ筒形状をなし、その内面が黒色にされた光トラップであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の反射光測定装置。
8. 前記所定の角度は、前記測定面に対して３０〜６０°であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の反射光測定装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の反射光測定装置を用いて、化学分析スライドに滴下された被測定物質からの散乱反射光を測定し、この測定結果に基づいて前記被測定物質の定量分析を行うことを特徴とする生化学分析装置。
   

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