JP2007309889A - 異物検出装置及び異物検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体試料に存在する異物の水平方向の位置を検出することが可能な異物検出装置及び異物検出方法を提供すること。
【解決手段】試料又は試薬を含む液体試料中に存在する異物を検出する異物検出装置２０。液体試料に鉛直方向に沿って光を照射する光源２１と、光源から照射され、液体試料からの反射光或いは透過光によって液体試料を撮像するＣＣＤカメラ２２と、ＣＣＤカメラが撮像した画像情報に基づいて液体試料の水平面内の輝度分布を求め、求めた輝度分布に基づいて液体試料中に存在する異物Ｓfの水平方向の存在位置を特定する画像処理装置２３とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、異物検出装置及び異物検出方法に関するものである。

従来、自動分析装置等の分析装置は、試料と試薬の混合液の吸光度を測定することにより混合液中の化学成分を分析している。このとき、混合液中に気泡が存在すると正確な測定が妨げられることから、混合液中に存在する気泡の部分からの透過光を遮光することにより、気泡の有無に関係なく正確な試料測定を行う分析装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１８０３６８号公報

しかしながら、測定対象における気泡は、試料又は試薬を含む液体試料を分注する際にも存在しており、例えば、液体試料の表面に異物として気泡が存在すると、分析装置は、表面の気泡を液体試料の液面と誤検知してしまい、液体試料中に異物として気泡が存在すると、気泡と共に液体試料を吸引してしまう。この結果、分析装置は、液体試料の分注精度が低下してしまうという問題があった。

また、分析装置は、液体試料として血清等の血液成分を含む生体試料を分析対象とすることがある。血清に含まれているフィブリンや塵等の異物、特に、フィブリンは、血液の凝固因子であることから、分注の際に不用意に吸い込むと分注プローブが詰まってしまうことがある。しかも、特許文献１に記載の分析装置は、水平方向から光を照射するため、反応容器の鉛直方向における気泡の存在は検出することができるが、水平方向における気泡等の異物の位置を検出することができない。

このため、特許文献１に記載の分析装置は、液体試料を分注する際に、分注プローブが液体試料に存在する気泡や血液成分に含まれるフィブリン等の異物の水平方向の位置と一致していると、上下動して液体試料を分注する分注プローブが液体試料と共に異物を吸引し、前記分注プローブの詰まりや分注精度の低下を招来してしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、液体試料中の異物の存在を検出し、その水平方向の存在位置を特定することが可能な異物検出装置及び異物検出方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に係る異物検出装置は、試料又は試薬を含む液体試料中に存在する異物を検出する異物検出装置であって、前記液体試料に鉛直方向に沿って光を照射する光源と、前記光源から照射され、前記液体試料からの反射光或いは透過光によって前記液体試料を撮像する撮像手段と、前記撮像手段が撮像した画像情報に基づいて前記液体試料の水平面内の輝度分布を求め、求めた輝度分布に基づいて前記液体試料中に存在する異物の水平方向の存在位置を特定する画像処理手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２に係る異物検出装置は、上記の発明において、前記光源は、白色光源であることを特徴とする。

また、請求項３に係る異物検出装置は、上記の発明において、前記画像情報は、モノクロの画像情報であることを特徴とする。

一方、上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項４に係る異物検出方法は、試料又は試薬を含む液体試料中に存在する異物の水平方向の位置を検出する異物検出方法であって、前記液体試料に鉛直方向に沿って光を照射する工程と、前記液体試料から反射し、或いは前記液体試料を透過した光に基よって前記液体試料を撮像する工程と、撮像した画像情報に基づいて前記液体試料の水平面内の輝度分布を求める工程と、前記輝度分布に基づいて前記液体試料中に存在する異物の水平方向の存在位置を特定する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明にかかる異物検出装置及び異物検出方法は、液体試料中の異物の存在を検出し、その水平方向の存在位置を特定することができるという効果を奏する。また、本発明にかかる異物検出装置及び異物検出方法は、液体試料の分注前に異物の存在を検出することができるので、異物検出装置を組み込んだ分注装置は、異物の位置を避けて液体試料のみを吸引することができ、液面の誤検知や分注精度の低下、更には分注プローブの詰まりを回避して高い信頼性の下に液体試料を分注することができ、分注プローブの詰まりを事前に回避できるのでメンテナンス上の利点も大である。また、異物検出装置は、異物の存在を光学的に非接触で行うので、異物検出装置を組み込んだ分注装置は液体試料相互間におけるコンタミネーションの心配がない。

また、本発明の異物検出装置は、白色光源を用いるので、液体試料よりも異物によって光が多量に吸収される。更に、画像情報は、モノクロの画像情報であるので、水平面内の輝度分布を求めると、異物の部分の輝度が、液体試料の部分の輝度に比べて小さくなり、輝度分布におけるコントラストの相違によって異物の存在を容易に確認することができると共に、この輝度分布に基づいて異物の水平方向の存在位置を特定することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の異物検出装置及び異物検出方法にかかる実施の形態１について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の異物検出装置を組み込んだ分注装置の概略構成図である。図２は、異物検出装置の撮像手段が撮像した画像情報に基づいて求めた液体試料の水平面内の輝度分布を示す図である。図３は、本発明の異物検出方法を説明するフローチャートである。

分注装置１は、自動分析装置等の分析装置に組み込んで使用され、図１に示すように、支柱３、アーム４、駆動手段５、金属製の分注プローブ６、Ｘ−Ｙステージ７、制御装置１０及び異物検出装置２０を備え、試料又は試薬を含む液体試料を分注する。分注装置１は、アーム４を支柱３によって支持すると共に、支柱３を駆動手段５によって上下動、かつ、回転自在に支持している。分注装置１は、分析装置（図示せず）が搬送してくるサンプル容器２内の液体試料２ａを分注プローブ６によって吸引し、吸引した液体試料２ａを検査容器（図示せず）に吐出する。ここで、分注装置１は、液体試料を分注した後、分析装置（図示せず）が搬送してくる試薬容器内の試薬を分注するが、サンプル容器２内の液体試料２ａを分注する場合について以下に説明する。

駆動手段５は、支柱３を軸廻りに回転させると共に上下方向に移動させる。分注プローブ６は、下方に配置されたサンプル容器２内の液体試料２ａを吸引し、検査容器（図示せず）に吐出する。サンプル容器２は、前記分析装置によって分注プローブ６の下方へ搬送されてくる。Ｘ−Ｙステージ７は、分注プローブ６、光源２１及びＣＣＤカメラ２２を支持しており、図中に矢印で示すＸ軸方向に移動自在なＸステージ７ａとＸ軸方向に直交する紙面表裏方向に移動自在なＹステージ７ｂとを有している。Ｘ−Ｙステージ７は、アーム４の下面に取り付けられてアーム４と共に駆動され、分注プローブ６や光源２１及びＣＣＤカメラ２２をサンプル容器２の上方へ移動させる。

制御装置１０は、液面検知部１２、判定部１３、分注制御部１４及びＸ−Ｙステージ制御部１５を有している。

液面検知部１２は、アーム４に設けたセンサ１１から出力されるアナログ信号としての接触信号や離脱信号を、デジタル変換して判定部１３に出力する。センサ１１は、分注プローブ６の下端が液体試料の液面に接触したときに接触信号を液面検知部１２に出力し、分注プローブ６の下端が液体試料の液面から離れたときに離脱信号を液面検知部１２に出力する。ここで、液面検知部１２は、上記の他、例えば、分注プローブ６の静電容量の変化や分注プローブ６の配管内の圧力変化等によっても液体試料の液面を検知することができる。

判定部１３は、液面検知部１２から送られてくるデジタル信号に基づいて前記接触信号や前記離脱信号が真の液面か否かを判定し、判定結果を分注制御部１４に出力する。

分注制御部１４は、分注プローブ６による液体試料２ａの吸引動作の制御の他、分析装置によって搬送されるサンプル容器２の予め設定された停止位置に基づく駆動手段５の作動の制御、光源２１及びＣＣＤカメラ２２をサンプル容器２上方の定位置へ停止させる２軸ステージの作動、判定部１３から出力される液面か否かの判定結果に基づく駆動手段５の作動等を予め設定されたプログラムに基づいて制御する。また、分注制御部１４は、画像処理手段２３から出力されるサンプル容器２内の液体試料２ａに存在する異物Ｓfの位置情報が入力される。

Ｘ−Ｙステージ制御部１５は、液体試料２ａに存在する異物Ｓfの位置情報が分注制御部１４から入力される。Ｘ−Ｙステージ制御部１５は、この位置情報に基づいてＸ−Ｙステージ７を駆動し、異物Ｓfが存在しない位置へ分注プローブ６を移動させる。但し、Ｘ−Ｙステージ７は、Ｘ−Ｙステージ制御部１５の制御から切り離してマニュアルで操作することも可能である。

異物検出装置２０は、分注制御部１４によって制御され、図１に示すように、光源２１、ＣＣＤカメラ２２及び画像処理手段２３を有している。異物検出装置２０が検出する異物Ｓfとしては、液体試料中や液体試料表面に存在する気泡のように液面の誤検知や分注精度低下の原因となるものや、液体試料が血清等の血液成分を含む生体試料のときにはフィブリンや塵等のように分注プローブ６を詰まらせる原因となるもの等がある。

光源２１は、サンプル容器２内の液体試料２ａに鉛直方向に沿って上方から白色光を照射する。このとき、光源２１は、液体試料２ａに白色光を平行に照射することが好ましい。平行光とすることにより、液体試料２ａに対して光を均一に照射し、不均一な光の分布に起因した輝度分布への影響を抑えるためである。ＣＣＤカメラ２２は、光源２１から照射され、サンプル容器２及び液体試料２ａから反射した反射光に基づいてサンプル容器２及び液体試料２ａのモノクロの映像を撮像する。画像処理手段２３は、例えば、パーソナルコンピュータが使用される。画像処理手段２３は、ＣＣＤカメラ２２が撮像したモノクロの画像情報を処理してサンプル容器２及び液体試料２ａの水平面内の輝度分布を求め、求めた輝度分布をディスプレイ２３ａに表示する。また、画像処理手段２３は、求めた輝度分布に基づいて液体試料２ａにおける異物Ｓfの存在を検出し、異物Ｓfの水平方向の存在位置を特定する。

分注装置１は、分析装置によって搬送されてくる複数のサンプル容器２内の液体試料２ａを分注プローブ６によって個々に吸引し、吸引した各液体試料２ａを検査容器（図示せず）に吐出する。このとき、分注装置１は、液体試料２ａを吸引する前に、異物検出装置２０によって液体試料２ａ中の異物Ｓfの存在を検出し、水平方向の存在位置を特定する。

以下、図３に示すフローチャートに基づいて、異物Ｓfの検出方法について説明する。異物Ｓfの存在の検出に先立ち、分注装置１は、分注制御部１４による制御の下に、駆動手段５によって異物検出装置２０の光源２１及びＣＣＤカメラ２２をサンプル容器２の上方に停止させる。そして、図３示すフローチャートに従って異物検出方法が実行される。

先ず、異物検出装置２０は、分注制御部１４による制御の下に、鉛直方向略上方の光源２１から白色光を液体試料２ａに照射する（ステップＳ３１）。次に、この白色光の照射によるサンプル容器２内の液体試料２ａからの反射光を利用し、ＣＣＤカメラ２２によってサンプル容器２及び液体試料２ａのモノクロの映像を撮像する（ステップＳ３２）。

次いで、ＣＣＤカメラ２２が撮像したモノクロの画像情報に基づき、画像処理手段２３が、図２に示すサンプル容器２及び液体試料２ａの水平面内の輝度分布を求める（ステップＳ３３）。そして、求めた輝度分布に基づいて液体試料２ａ中の異物Ｓfの存在を検出する。

ここで、液体試料２ａからの反射光には、液面から直接反射してくる反射光の他、異物Ｓfが存在する場合には、異物Ｓfからの反射光が含まれる。異物Ｓfからの反射光には、液体試料２ａの表面に存在する気泡からの反射光や、一旦液体試料２ａ中に透過し、液体試料２ａ中に存在するフィブリンや塵或いは気泡等の異物Ｓfから反射してくる反射光が含まれる。

このとき、フィブリンや塵等の異物Ｓfは、液体試料２ａに比べて吸収される光量が多い。このため、水平面内の輝度分布を求めると、図２に示すように、異物Ｓfの部分の輝度Ｌfが、液体試料２ａのみの部分の輝度Ｌsに比べて小さくなる。また、サンプル容器２は、乱反射によって縁の部分の輝度Ｌtが、液体試料２ａのみの部分の輝度Ｌsに比べて小さくなるが、異物Ｓfの部分の輝度Ｌfよりも大きくなる。この結果、輝度分布は、異物Ｓfの部分の輝度Ｌf＜サンプル容器２の縁の部分の輝度Ｌt＜液体試料２ａのみの部分の輝度Ｌsとなる。このため、異物Ｓfの部分の輝度Ｌfと液体試料２ａのみの部分の輝度Ｌsあるいは縁の部分の輝度Ｌtとの差に関する閾値を予め設定しておけば、画像処理手段２３は、この輝度分布におけるコントラストの相違によって異物Ｓfの存在を容易に検出することができる。また、前記輝度分布の相違からサンプル容器２の縁の部分、従ってサンプル容器２の位置を特定することができるため、サンプル容器２の特定の位置を基準として異物Ｓfの水平方向の存在位置を特定することができる。尚、液体試料２ａが、血清等の血液成分を含む生体試料の場合、サンプル容器２及び液体試料２ａをカラーで撮像すると、液体試料２ａとフィブリン等の異物Ｓfとを明確に区別することが難しかった。

このため、液体試料２ａ中に異物Ｓfが存在するとき、画像処理手段２３は、求めた輝度分布から異物Ｓfの水平方向の存在位置を特定する（ステップＳ３４）。このようにして異物Ｓfの存在位置を特定した後、異物検出装置２０は、異物検出方法に基づく液体試料２ａに存在する異物Ｓfの検出を終了する。このとき、異物Ｓfの存在位置は、例えば、上方から撮像したサンプル容器２の中心、サンプル容器２の任意の点あるいはＸステージ７ａやＹステージ７ｂによるＣＣＤカメラ２２の移動位置等を基準として特定する。

また、異物Ｓfの存在位置を特定後、画像処理手段２３は、例えば、上方から撮像したサンプル容器２の中心を基準位置とした異物Ｓfの存在位置（Ｘ，Ｙ）に関する位置情報を分注制御部１４に出力する。これと共に、画像処理手段２３は、注意喚起の警報を発生する。この警報は、例えば、ディスプレイ２３ａに表示した輝度分布中の異物Ｓfの部分の輝度Ｌfを光学的に強調した表示や警報音の発生等により、オペレータに注意を喚起させる。また、画像処理手段２３は、警報に代えてエラーメッセージをディスプレイ２３ａに表示してもよい。

そして、位置情報が入力されたＸ−Ｙステージ制御部１５は、分注制御部１４から入力される異物Ｓfの存在位置（Ｘ，Ｙ）に関する位置情報及び光源２１やＣＣＤカメラ２２の停止位置情報に基づいてＸ−Ｙステージ７を駆動し、異物Ｓfが存在しないサンプル容器２直上の位置へ分注プローブ６を水平方向に移動させる。このようにして分注プローブ６を移動させたら、分注制御部１４による制御の下に、液体試料２ａの分注を開始させる。

このとき、警報やエラーメッセージを確認したオペレータは、異物Ｓfが存在しない位置へ分注プローブ６が移動されたか否かを確認する。分注プローブ６の水平方向の移動位置としては、例えば、図２に示すように、異物Ｓfとサンプル容器２の点線で示す縁との間の最大距離Ｌmaxの中間の位置Ｐとする。

一方、液体試料２ａ中に異物Ｓfが存在しない場合、画像処理手段２３は、分注制御部１４にその旨の信号を出力する。これにより、分注制御部１４は、Ｘ−Ｙステージ制御部１５及び駆動手段５に駆動信号を出力し、分注プローブ６をサンプル容器２直上の予め設定した位置へ移動させた後、液体試料２ａの分注を開始させる。

分注に際しては、分注制御部１４による制御の下に、駆動手段５によって支柱３を動かしてアーム４、従って分注プローブ６を下降し、液体試料２ａを吸引させる。このとき、分注プローブ６は、異物Ｓfのない位置へ移動されているか、液体試料２ａ中には元々異物Ｓfが存在しないため、液体試料２ａを吸引しても異物Ｓfを吸い込むという問題は生じない。

次に、分注制御部１４による制御の下に、支柱３がアーム４を上昇させ、支柱３を回動させてアーム４と共に分注プローブ６を図示しない検査容器の位置へ移動させる。そして、支柱３がアーム４を下降させた後、吸引した液体試料２ａを検査容器に吐出させる。次いで、この検査容器は、別途試薬が分注され、液体試料２ａと所定時間反応させた後、反応物が光学的に測定され、１サンプルの液体試料２ａの測定が終了する。

このようにして、液体試料２ａを分注した分注プローブ６は、分析装置に組み込まれた洗浄装置の洗浄液によって洗浄された後、引き続いて搬送されてくる次のサンプル容器２から液体試料２ａを同様にして分注してゆく。

このように、本発明の異物検出装置２０及び異物検出方法は、ＣＣＤカメラ２２が撮像したサンプル容器２及び液体試料２ａのモノクロの画像情報に基づく輝度分布よって、液体試料２ａ中の異物Ｓfの存在並びに水平方向の存在位置を明確に検出することができる。このため、異物検出装置２０を組み込んだ分注装置１は、異物Ｓfの位置を避けて液体試料のみを吸引することができ、液面の誤検知や分注精度の低下、更には分注プローブ６の詰まりを回避して高い信頼性の下に液体試料を分注することができ、分注プローブ６の詰まりを事前に回避できるのでメンテナンス上の利点も大である。また、異物検出装置２０は、異物Ｓfの存在を光学的に非接触で行うので、異物検出装置２０を組み込んだ分注装置１は液体試料相互間におけるコンタミネーションの心配がない。

（実施の形態２）
実施の形態１の異物検出装置２０は、液体試料２ａからの反射光によって撮像した液体試料２ａの画像情報に基づいて輝度分布を求めた。これに対し、実施の形態２の異物検出装置は、図４に示すように、サンプル容器８を挟んで下方に光源２１を配置すると共に、上方にＣＣＤカメラ２２を配置し、液体試料８ａを透過した光によって液体試料８ａを撮像する。そして、ＣＣＤカメラ２２が撮像した液体試料８ａのモノクロの画像情報に基づいて画像処理手段２３によって輝度分布を求め、異物Ｓfの水平方向の存在位置を特定する。この場合、サンプル容器８は、光源２１からの光の液体試料８ａ内での集束を避けるため、底面が水平なものを使用する。

尚、実施の形態１，２においては、撮像装置としてＣＣＤカメラ２２を用いたが、ＣＭＯＳカメラを用いてもよく、ＣＭＯＳカメラを用いるとＣＣＤカメラ２２よりも消費電力を少なくすることができる。また、ＣＣＤカメラ２２は、反射光に基づいてサンプル容器２及び液体試料２ａを撮像し、輝度分布に基づいて異物Ｓfの水平方向の存在位置を特定した。しかし、本発明においては、異物Ｓfの水平方向の存在位置が分かればよく、モノクロの画像情報に基づく輝度分布よれば異物Ｓfと液体試料２ａとを明確に区別することができる。このため、画像情報の処理に当たっては、液体試料２ａが存在する領域の画像情報のみを処理するだけで、サンプル容器２の画像情報は処理しなくてもよい。

また、異物Ｓfの水平方向の存在位置は、上方から撮像したサンプル容器２の中心を基準とした位置のほか、例えば、サンプル容器２の任意の点やＸステージ７ａ及びＹステージ７ｂによるＣＣＤカメラ２２の移動位置等を基準として特定してもよい。

さらに、異物検査装置２０は、分注制御部１４によって制御したが、画像処理手段２３によって制御するようにしてもよい。また、異物検査装置２０は、制御装置１０と画像処理手段２３とを一体化し、画像処理手段２３によって制御するようにしてもよい。

以上のように、本発明にかかる異物検出装置及び異物検出方法は、液体試料中の異物の存在を検出し、その水平方向の存在位置を特定するのに有用であり、特に、自動分析装置等の分析装置に組み込んで血液成分を含む生体試料中に存在する異物を検出するのに適している。

本発明の異物検出装置及び異物検出方法の実施の形態１を示すもので、異物検出装置を組み込んだ分注装置の概略構成図である。 異物検出装置の撮像手段が撮像した画像情報に基づいて求めた液体試料の水平面内の輝度分布を示す図である。 本発明の異物検出方法を説明するフローチャートである。 本発明の異物検出装置の実施の形態２を示すもので、撮像手段が透過光によって液体試料の水平面内の輝度分布を求める態様を示す図である。

符号の説明

１ 分注装置
２ サンプル容器
２ａ 液体試料
３ 支柱
４ アーム
５ 駆動手段
６ 分注プローブ
７ Ｘ−Ｙステージ
７ａ Ｘステージ
７ｂ Ｙステージ
８ サンプル容器
１０ 制御装置
１１ センサ
１２ 液面検知部
１３ 判定部
１４ 分注制御部
１５ Ｘ−Ｙステージ制御部
２０ 異物検出装置
２１ 光源
２２ ＣＣＤカメラ
２３ 画像処理手段
２３ａ ディスプレイ
Ｓf 異物

Claims (4)

1. 試料又は試薬を含む液体試料中に存在する異物を検出する異物検出装置であって、
   前記液体試料に鉛直方向に沿って光を照射する光源と、
   前記光源から照射され、前記液体試料からの反射光或いは透過光によって前記液体試料を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段が撮像した画像情報に基づいて前記液体試料の水平面内の輝度分布を求め、求めた輝度分布に基づいて前記液体試料中に存在する異物の水平方向の存在位置を特定する画像処理手段と、
   を備えたことを特徴とする異物検出装置。
2. 前記光源は、白色光源であることを特徴とする請求項１に記載の異物検出装置。
3. 前記画像情報は、モノクロの画像情報であることを特徴とする請求項１に記載の異物検出装置。
4. 試料又は試薬を含む液体試料中に存在する異物の水平方向の位置を検出する異物検出方法であって、
   前記液体試料に鉛直方向に沿って光を照射する工程と、
   前記液体試料から反射し、或いは前記液体試料を透過した光に基よって前記液体試料を撮像する工程と、
   撮像した画像情報に基づいて前記液体試料の水平面内の輝度分布を求める工程と、
   前記輝度分布に基づいて前記液体試料中に存在する異物の水平方向の存在位置を特定する工程と、
   を含むことを特徴とする異物検出方法。

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