JP2009025311A - 凝集反応を分析するためのイメージング装置を校正するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画素アレイと、該画素アレイ上に水溶液の照明映像を集束させるための可変集束レンズとを含む水溶液を分析するための装置を校正するための方法、及び校正装置の提供。
【解決手段】校正装置上のパターンに照明を当ててその照明映像を形成させる工程、その照明映像を該レンズを介して該画素アレイ上に向けさせる工程を含む。本法は、さらに該画素アレイ上の映像を代表するデータ値を引き出す工程、及びそのデータ値を使用して、該画素アレイに対し、該レンズの焦点を調整し且つ該校正装置の位置を調整する工程を含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、一般に、免疫凝集反応に応答して形成された凝集体を検出、定量するための自動化された画像処理技術を使用する装置に関する。より詳細には、本発明は、このような装置を校正するための方法及び装置に関する。

免疫凝集反応は、血液型の確認や、血液試料その他の水溶液における抗体及び抗原の検出に用いられる。従来法では、赤血球試料を試験管やマイクロプレートにおいて血清又は血漿と混合した後、その混合物を遠心分離にかける。通常は、必要ではないが、該混合物をさらにインキュベートしてから遠心分離にかける。該混合物中では、例えば、赤血球の血液型によって、或いは血液試料中に特定の抗体が存在するか否かによって、様々な反応が起こったり起こらなかったりする。

典型的に、これらの反応は、表面に抗原及び抗体を有する細胞又は粒子の塊として現れ、凝集体と呼ばれている。このような塊がまったくないということは、反応がまったく起こらなかったことを示唆し、このような塊が存在するということは、反応が起こったことを示唆している。さらに、反応が起こった場合には、形成した塊の大きさや量は、血液試料の試験対象となる複合体の該試料におけるレベル又は濃度を定量的に指示するものとなる。また、形成した塊の大きさや量は、該反応を生ぜしめるために用いた試薬に対する該複合体の親和性を定量的に指示するものにもなる。

最近、新しい凝集試験法（カラム凝集技法又はＣＡＴと呼ばれている）が開発された。カラム凝集技法とは、イムノアッセイのために凝集した、沈殿した、吸収された又は吸着された粒状成分を非反応性成分から分離する手段として濾過を利用する血液及び血液製品の分析法として定義することができる。この方法では、マイクロカラムと呼ばれる小型カラムの中にゲル又はガラスビーズの微小粒子を含有させる。このマイクロカラム内で希釈剤中に抗−ＩｇＧのような試薬を分配し、そしてそのカラムの上部の反応室に試験試料の赤血球を入れる。その後、典型的には透明なカセットの内部に形成された複数のカラムの一つであるそのカラムを、遠心分離にかける。

この遠心分離によって、試薬と血液試料との間に反応が起こる場合には該反応が促進され且つ、血液試料の細胞がカラムの底部の方へ追いやられる。しかしながら、マイクロカラム内のガラスビーズ又はゲルが、該カラム内での粒子の下方への移動に抵抗を与え又はこれを妨害するフィルターとして作用する。その結果、遠心分離後のマイクロカラム内の粒子の性質及び分布により、マイクロカラム内で凝集反応が起こったか否か、そして起こった場合にその反応強度について、視覚的な指標が得られる。

具体的には、凝集反応がまったく起こらなかった場合には、マイクロカラム内の血液試料の細胞のすべて又は実質的にすべてが遠心分離の際にカラムの底部にまで下降し、これらの細胞が底部にペレットを形成する。対照的に、試薬と血液試料との間で非常に強い反応が起こると、試料の細胞の実質的にすべてが凝集し、そして大きな凝集体がマイクロカラムの上部のその中に含まれているゲル又はガラスビーズの上に形成される。ゲル又はガラスビーズが遠心分離の際のカラム底部へ向かう凝集体の通過を妨害するため、遠心分離後、その凝集体はゲル又はガラスビーズの上方に残されたままとなる。

試薬と血液試料との間に反応はあるが、その反応が上記のような非常に強いものでない場合には、血液試料の細胞のすべてではない一部が凝集する。凝集する細胞の割合及び凝集した粒子の大きさは、どちらも反応の強さに伴い直接変化する。遠心分離の際、未反応細胞はカラムの底部まで通過し、そして凝集した粒子がカラム内で下方へ移動する距離は、該粒子の大きさ及び数に依存する。このため、マイクロカラムの底部におけるペレット状細胞の大きさと、マイクロカラム内のゲル又はガラスビーズ中に凝集体が貫通していく程度とは、どちらも試薬と血液試料との間の反応の強さに反比例する。

従来より、凝集反応のパターンは陰性又は陽性のいずれかに分類され、そして陽性の場合には、その反応をその強度に依存する一連のクラスの一つにさらに分類している。従来より、この分類は、カラム内の反応パターンを観察、又は読み取る、熟練者又は作業員によって行われている。この目的のために熟練者を使用することにはいくつかの欠点がある。例えば、熟練者は、反応を適正に読み取り且つ分類するため、高度な技量を有し且つ訓練を受ける必要がある。また、高度な技量を有し且つ訓練を受けた熟練者であっても、その分類には人的解釈が入り込むため、分類の一貫性や再現性を向上できるものと考えられる。これらの欠点があるため、凝集反応の分類を自動化すべく努力が払われている。

マイクロカラム内の凝集反応を読み取り且つ分類するための自動化された装置の一つが、同時係属米国特許出願第０８／１６３，９９６号（発明の名称「凝集反応を分類するための方法及び装置 (Method and System For Classifying Agglutination Reactions)」に記載されている。この同時係属米国特許出願に記載されている方法は、コンピューター化されたイメージング装置に基くものである。この方法によると、凝集反応の像をアレイ状の画素上に形成させ、これらの画素が電荷を発生し、これをデジタルデータ値に変換する。次いで、これらのデータ値を所定のプログラムに従い処理し、その像の中に凝集パターンが存在しているかどうかを決定し、そして存在している場合にはそのパターンを所定の複数のクラスのうちの一つに分類する。この装置で一貫した試験結果を得るためには、その装置を規則的に校正することが望まれる。

本発明の目的は、溶液を凝集パターンについて分析するために用いられるイメージング装置を校正することにある。
本発明の別の目的は、強度及びコントラストに一貫性のある像を発生させるべく溶液イメージング装置を調整し且つ装置のハードウェア及びソフトウェアの性能を確認するための方法を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、溶液を凝集パターンについて分析するために、イメージング装置のダイナミックレンジを決定し且つ調整するための写真用グレースケールと共に、さらには装置及び装置ソフトウェアを検査するための凝集反応の印刷像と共に、用いられる校正カセットを提供することにある。

これら及びその他の目的は、画素アレイと、該画素アレイ上に水溶液の照明映像を集束させるための可変集束レンズとを含む、水溶液を分析するための装置を校正するための方法によって達成される。本法は、あるパターンを表面に有する校正装置を準備する工程、そのパターンに照明を当ててその照明映像を形成させる工程、及びその照明映像を該レンズを介して該画素アレイ上に向けさせる工程を含む。本法はさらに、該画素アレイ上の映像を代表するデータ値を引き出す工程、及びこれらのデータ値を使用して、該画素アレイに対し、該レンズの焦点を調整し且つ該校正装置の位置を調整する工程を含む。

好ましくは、校正装置は、異なる凝集反応の印刷像及び光学濃度の異なる複数のストリップを含む写真用グレースケールを含む。該グレースケールを使用してイメージング装置のダイナミックレンジを決定し且つ調整することができる。凝集反応像を使用して、試験カセットの走査位置を決定すること及び映像分析装置のソフトウェア及びイメージング設備を検査することができる。本発明の方法及び校正装置は、イメージング装置の定期的な品質管理に、さらには該装置の長期安定性の監視に、使用することもできる。
本発明のさらなる利益及び利点は、本発明の好ましい実施態様を具体的に示す添付の図面を参照する以下の詳細な説明から明らかとなる。

図１は、基板又は本体１２と、その上に形成されたイメージパターン１４とを含む校正カセット１０を示す。好ましくは、カセット１０は、ガラスのような透明な材料の上にパターン１４を印刷することにより製作される。図１に示したカセット１０の好ましい実施態様では、イメージパターン１４は写真用グレースケール１６を含み、それは順に、光学濃度の異なる複数のストリップ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ及び１６ｇ、入射光を反射し且つ透過光を遮断する不透明な白色領域２０、並びに典型的にはマイクロカラムにおいて見られる４種の凝集反応の画像２２ａ，２２ｂ，２２ｃ及び２２ｄを含む。ホルダー（図示なし）をカセット１０の上側に取り付け、これを使用してカセットの移動を手助けすることができる。具体的には、このホルダーを使用して、カセットを、自動化されたムーバーに接続又は搭載し、該ムーバーを使用してカセットを移動する。

校正工程では、以下詳細に説明するように、校正カセットの照明映像を画素アレイの上に現す。これらの画素は、画素アレイ上の照明映像の光強度パターンを代表する電荷を発生させ、これらの電荷はデジタルデータ値に変換される。その後、これらのデータ値を所定のプログラムに従い処理し、そしてその映像に含まれる情報に基づき、プログラムが、装置を自動的に調整するか、又はマニュアル調整を要請するためにオペレーターに信号を送る。

写真用グレースケール１６を使用してイメージングボードのゲイン値とオフセット値を調整し、以下詳細に説明するように、映像中に一貫した強度及びコントラストを得る。より具体的には、上記したように、写真用スケール１６は光学濃度値の異なる複数のストリップ１６ａ〜１６ｇを含む。ストリップの光学濃度（ＯＤ）は、ＯＤ＝ｌｏｇ（Ｉ_ｉ／Ｉ_ｔ）と定義される。ここで、Ｉ_ｉは入射光の強度を表し、そしてＩ_ｔは透過光の強度を表す。このように、光学濃度値が高いことは光の透過率が低いことを意味し、また光学濃度値が低いことは光の透過率が高いことを意味する。

ストリップ１６ａ〜１６ｇの光学濃度値を、画素アレイ上の映像の強度を代表するデータ値について望まれるダイナミックレンジを基準に選定することができる。血液分析用のイメージング装置の場合、赤血球細胞の映像に含まれる画素に低い値を付与し且つ、カセット像の最も明るい領域に含まれる画素に高い値を付与することができる。例えば、画素に割り当てられるデータ値が０〜２５５の範囲にある場合、赤血球細胞の映像に含まれる画素に１０の値を付与し、カセット像の最も明るい領域に含まれる画素に２４５の値を付与することができる。この強度範囲により、その映像強度を飽和させることなく優れたコントラストが得られる。

イメージングボードのゲイン及びオフセットを調整するためには、異なる二種の光学濃度を示すストリップが最少で２本は必要である。しかしながら、光の状態の線型性を試験するためには、光学濃度の異なるストリップをより多数使用することが好ましい。例えば、実際に実施化された実施態様では、グレースケール１６は４種類の光学濃度レベル（２．５、０．４４、０．１９及び０．０９）を有する７枚のストリップ１６ａ〜１６ｇを含む。

ストリップ１６ａ〜１６ｇは、校正カセット１０上、様々なパターンにおいて配置することができる。好ましい実施態様では、これらのストリップを互いに平行にして列を形成させる。その列の中央部に光学濃度の最も高いストリップを配置し、そしてそのストリップの周辺にその他のストリップを、その中央ストリップから遠ざかるほど光学濃度が低下していくように且つその中央ストリップの左側と右側の対応するストリップ同士の光学濃度が等しくなるように、配置する。具体的には、中央ストリップ１６ｄのすぐ左側及び右側に、二番目に高い光学濃度を示す二本のストリップ１６ｃ及び１６ｅを配置し、ストリップ１６ｃ及び１６ｅのすぐ外側に、三番目に高い光学濃度を示す二本のストリップ１６ｂ及び１６ｆを配置し、そしてストリップ列の左端及び右端に、光学濃度の最も低い二本のストリップ１６ａ及び１６ｇを配置する。このストリップ配置は、イメージング装置の光の状態の対称性を試験するのに有用である。

写真用スケール１６の上には不透明な白色領域２０が存在する。上記したように、この不透明領域は、カセットの画素アレイが配置されている側からの入射光を反射するが、その反対側からの光の透過を遮断する。以下詳細に説明するように、画素アレイ上のこの不透明領域の映像のグレー値を測定することによって、カセットの画素側からの光の強度を測定することができる。

さらに、校正カセットは、４種類の凝集反応の印刷画像２２ａ〜２２ｄを含む。これらの像は、ＣＡＴ法による血液分析において観測され得る典型的な反応を代表するものである。以下説明するように、これらの像を使用して、上記の調整を行った後に、装置及びイメージ処理用ソフトウェアを検査する。

図２は、画像印刷物２２ａ〜２２ｄをさらに詳細に示すものである。反応画像２２ａは、弱い陽性反応を代表するものであって、通常は＋０．５反応の分類がなされるものである。この種の弱い反応の場合、血液試料中の細胞は、凝集して多少の小さな凝集粒子を形成するものもあるが、その大部分は反応しない。遠心分離中、凝集した粒子はマイクロカラムの下半分に分布し、試料の未反応細胞はカラムの底部にまで通過してペレットを形成する。

反応画像２２ｂは典型的な＋２反応を代表するものである。この反応では、血液試料中の細胞のうち相当な割合が反応して凝集する。遠心分離中、未反応赤血球はカラムを通過してマイクロカラムの底部に小さなペレットを形成し、そして凝集した粒子はカラムの長さ方向にわたり分布することになる。

反応画像２２ｃは＋３反応分類を示し、この場合には血液試料中の細胞の大部分が凝集し、その凝集した粒子は遠心分離後にマイクロカラムの上半分に残存する。
＋４反応分類の場合、反応画像２２ｄに示したように、血液試料中の細胞のすべて又は実質的にすべてが凝集し、マイクロカラム内のフィルターの最上部に大きな凝集体を形成する。

図３及び図４は、凝集反応を分析及び分類するための画像処理装置３０であってカセット１０を用いて校正することができるものを示したものである。装置３０は、同時係属米国特許出願第０８／１６３，９９６号及び同第０８／０７５，０２８号に詳細に記載されている自動分析装置と同等のものである。本明細書ではその記載を参照することにより援用する。

一般に、装置３０は、カセット位置決め二次装置３２、照明二次装置３４、イメージング二次装置３６及びデータ処理二次装置４０を含み、さらに好ましくは貯蔵二次装置４２を含む。図３及び図４に示した装置３０の実施態様によると、カセット位置決め二次装置は、カセットホルダー４４及び搬送組立体４６を含み、また照明二次装置は、一組の蛍光灯５０及び５２並びに拡散体５４を含む。イメージング二次装置は、画素アレイ６０、ハウジング６２及びレンズ組立体６４を含み、このレンズ組立体６４は、レンズ６６、フィルター７０及びレンズハウジング７２を含む。さらに、好適なデータ処理二次装置４０は、プレプロセッサー、メインプロセッサー７６及びキーボードのような入力手段を含む。

一般に、位置決め二次装置３２を設けてカセットを位置決め且つ保持し、その間にカセットの映像をイメージング二次装置３６の上に形成させる。また、照明二次装置３４を設けて、カセットの照明映像をイメージング二次装置の上に形成させる。この映像がイメージング二次装置上に形成されている間、この二次装置がその上に形成された照明映像を代表する一組の信号を発する。これらの信号はデータ処理二次装置４０へ伝送され、この二次装置がこれらの信号を受けてこれらの信号を所定のプログラムに従い処理する。貯蔵二次装置４２を設けてカセット１０を貯蔵してもよい。

さらに具体的に、貯蔵二次装置４２は、回転可能なカローセル９０と、９２に概略的に示したステッパーモーターのような割送り手段とを含む。カローセル９０は位置決め二次装置３２に隣接して配置され、そしてカローセルは、カセット１０及び試験カセットを保持するための多数の区分室又はスロット９０ａを形成する。ステッパーモーター９２を使用してカローセル９０を一連の位置を通して回転させ、その中のカセットと位置決め二次装置３２のホルダー４４とを整合させる。

位置決め二次装置３２の搬送組立体４６は、一対のレール８２及びモーター８４を含む。レ−ル８２の左端はカローセル９２の上方に配置され、そのレールはそこから図３の右方へ水平に延びている。モーター８４はレール８２によって支持され、それに沿ってスライド移動する。ホルダー４４はカセットを掴み且つ解放可能に保持するために設けられ、そして該ホルダーはモーター８４によって支持され、レール８２に沿ってスライド移動する。また、モーター８４を使用して、ホルダー４４及びそのホルダーにより保持されている場合にはカセットを、垂直軸の回りで回転させることもできる。

使用時、モーター８４及びホルダー４４をカローセル９０の上方の位置にまでスライドさせ、そして該カローセルを回転させてカセットとホルダーの心合わせを行う。次いで、ホルダー４４がカセットを掴み、そしてそのホルダーとモーター８４を図３の右方へスライドさせてそのカセットを画素アレイ６０の直接前方の位置にまで移動させる。カセットの所望の映像化が完了した後、ホルダー４４とモーター８４をさらにレール８２に沿って移動させ、カセットを映像化位置の外側へ移動させる。カセットは、廃棄用受け器１０２に保管しておいても、又、カセットを別の場所に移動し、後の使用のために貯蔵しておいてもよい。カセットが装置３０の内部で移動する際、具体的には、カセットがカローセル９０からフレーム８４へ移動する際にカセットの識別を助長するために、バーコードリーダー１０４を設けてもよい。

照明二次装置３４は、一対の蛍光灯５０及び５２を含むことが好ましいが、フレーム８４の中のカセットを通して光をイメージング二次装置３６の上、具体的には画素アレイ６０の上に向ける。その後画素アレイは、画素アレイ上に形成された照明映像を代表する一連の信号を発する。より具体的には、画素アレイ６０がカメラハウジング６２の内部に配置されており、その画素アレイは多数の光センサーを含んで成る。その光センサーの各々は、そのセンサーに入射する光の強度に比例した又は該強度を代表する大きさの電流をそれぞれ発生することができる。これらの光センサー、又は画素は、均一に間隔を置いて並べられた一定数の列及び欄からなる均一グリッドとして配置されている。

レンズ６６及びフィルター７０は、画素アレイ６０の前方に配置され且つ、互いに及び画素アレイに同軸的に整合されている。レンズ６６は、画素アレイがこのレンズの後部焦点面に位置するように配置される。好ましくは、レンズ６６及びフィルター７０は、カメラ６２の前端部に取り付けられるハウジング７２の内部に搭載される。

図５は、処理二次装置４０を詳細に説明する構成図である。この二次装置では、カメラ６２内の画素アレイからの電気信号をプレプロセッサー７４へ送る。該プレプロセッサーは、例えば、BegiumのEureysys SA 製のイメージプロセシングボードであることができる。次いで、このイメージプロセッサー７４は、アレイ６０の各画素からの電気信号をそれぞれ一つのデジタルデータ値へ変換し、そしてそのデータ値を、該電気信号を発した画素のアドレスと関連するアドレスを有するメモリー位置に記憶する。イメージプロセッサー７４へ伝送される電気信号は、その信号を発した特定の画素により適当な方法で識別することができる。

イメージプロセッサー７４に記憶されたデータ値はメインプロセッサー７６で使用可能である。メインプロセッサーはイメージプロセッサーに接続されており、データ値をイメージプロセッサーから得たりイメージプロセッサーへ伝送したりする。以下詳細に説明するように、プロセッサー７６は、イメージプロセッサー７４に記憶されたデータ値を処理、分析するためにプログラムされている。

好ましくは、メインプロセッサー７６は、さらにキーボード８０及び端末１０６を有するパーソナルコンピューター又はその部品である。キーボード８０をプロセッサー７６に接続することによりオペレーターはそれに入力することができ、また端末１０６を使用してプロセッサーに入力されたデータ又はメッセージを目に見えるように表示する。さらに、モニター１１０をプロセッサー７６に接続して、データプロセッサー７６又はイメージプロセッサー７４に記憶されたデータ値からビデオ画像を得ることもできる。プリンター１１２をプロセッサー７６に接続し、プロセッサーからプリンターへ伝送された特定のデータ値の目に見える永久記録を得ることができる。

当業者であれば理解されるように、装置３０及びその部品には、本明細書には具体的に記載されていないその他の又は追加の装置を設けることができる。また、装置３０は、校正カセット１０を使用することができる装置の一例を示したものにすぎず、本カセットは他の装置においても使用可能であることに留意すべきである。

本発明は校正装置３０に関し、その実施に好適な手順を図６、図７及び図８に示す。この好適な校正法では、図６の工程１２０、１２２及び１２４が示すように、校正カセット１０をカローセル内のスロット９０ａに入れ、そのカローセルを回転させてそのスロットをムーバー９４の位置に整合させる。次いで、ムーバー９４がカセット１０を掴み、そしてそのカセットを画素アレイ６０の前方の位置に移動し、そこでそのカセットを保持する。照明二次装置３４が光のビームをカセット１０を通して画素アレイ６０の上に向ける。映像獲得プログラムがカメラ６２に同期信号を送り、画素アレイ６０の上にカセットの映像を得た後、その映像はイメージプロセッシングボード７４により奪われ、デジタル化された信号へ変換される。

カセット内のカラム数及び必要な映像解像度に依存して、単一のカセットについて一又は二以上の映像を撮る場合がある。例えば、装置３０を使用して試験カセットを分析する場合、６本のマイクロカラムを有するカセットの各面について３つの映像を撮ること、すなわち、単一のカセットについて全部で６つの映像を撮り、各映像が二つのカラムを有することができる。従って、校正カセット１０の場合、第一の走査位置において撮った第一の映像が反応画像２２ａ及び２２ｂを含有し、第二の映像がグレースケール１６に相当し、そして第三の映像が反応画像２２ｃ及び２２ｄのためのものとなる。

イメージングボード７４が校正カセット１０の映像の獲得に成功した後、ソフトウェアプログラムを開始して映像データを処理し且つ画像処理装置を調整する。図６の工程１２６及び１３０に示したように、焦点調整のオプションをオペレーターが選択した場合、校正プログラムが、校正カセット１０の上に印刷された凝集体パターンを使用して、カメラレンズ６６の焦点を測定する。カメラレンズ６６の焦点が合っている場合には、凝集体の画素アレイ上での映像は鮮鋭な縁部を有する。この結果、そのような映像の縁部において画素から得られた映像強度のデータ値の派生物についての値は高くなる。対照的に、カメラの焦点がずれている場合には、凝集体の画素アレイ上での映像の縁部はぼけてしまい、そのような映像の縁部において画素から得られた映像強度値の派生値は低下する。

好適な調整方法では、プログラムが、一組の反応画像２２ａ〜２２ｄの映像についての派生値の合計を連続して計算し、その合計値をコンピューターのモニター上に短時間のインターバルで表示し、その間、オペレーターがレンズ６６をゆっくりと回転させる。その派生値が最高値に達した時、又は所望の範囲に達した時、最適な焦点に到達し、その調整を停止させることができる。

焦点の調整が完了した後、工程１３２及び１３４に示したように、プログラムが映像の解像度を測定し始める。この解像度は、所定のレンズ６６の下、カメラ６２とカセット１０との間の距離に依存し、そして、映像の解像度は、映像に含まれる二つのカラムの境界のような二本の垂直線間の距離から計算することができる。この距離を測定するため、プログラムは、最初に、縁部検出プログラムを使用して二つの境界の位置を探査する。この目的のために使用可能な縁部検出法には様々なものがある。

好適な実施態様では、縁部検出プログラムはデリバティブ法に基づく。この方法では、最初にプログラムが映像フレームの左側と右側に二つのウィンドウを発生させ、二つのカラム境界をカバーする。次いで、各ウィンドウにおけるグレー値を投影して一次元ベクトルにする。各ベクトル上の各点において、その点を通る垂直線におけるすべての画素のグレー値を加えることによって投影値を得る。これらのグレー値の合計値のデリバティブを決定し、その最高値を得る。これらの最高デリバティブ値はグレースケールの最大変動量に相当するため、二つの境界の場所が決定される。

二つのカラムの境界の場所が見つかった後、これら二つの境界の間の距離を計算することができる。この距離が所定の範囲内にない場合には、プログラムが、カメラ位置の調整が必要であることを指示する。二つのカラムの境界の間の距離が所定の下限値よりも小さい場合には、カメラ６２をカセット１０の方へ近づけるように移動させて映像の解像度を高める必要がある。二つのカラムの境界の間の距離が所定の上限値よりも大きい場合には、カメラ６２をカセット１０から遠ざけるように移動させて映像の解像度を低下させる必要がある。この調整工程では、プログラムが連続的に二つのカラムの境界の間の距離を決定し、これらの距離の値をコンピューターのモニター上に示すことが好ましい。オペレーターが、これらの値を読み取り、所望の距離に達するまでカメラをカセットの方へ又はカセットから遠ざけるようにゆっくりと移動させることもできる。

カセットの映像の画素アレイ６０の上での焦点は、カメラ６２と画素アレイとの間の距離に依存するので、図６の工程１３６に示したように、カメラを画素アレイから好適な距離をおいて配置した後にカメラレンズ６６の焦点を再調整する必要があり、さらに上記したカセット映像の焦点を合わせるための手順を繰り返すことにより、再度その映像の焦点を合わせることが好ましい。この焦点の再調整後、工程１４０に示したように、校正プログラムが、ムーバー９４がカセットを保持してカセットの映像を画素アレイ上に生ぜしめる異なる走査位置を調整し始める。この調整は、映像フレーム内のカラムの対称配置に基づき、またこれらのカラムは適当な縁部検出方法により配置される。

例えば、上記したものと同様な縁部検出手順を使用してこれらカラムの場所を決めることができる。好ましくは、これらの走査位置の調整を、ムーバー９４を制御するステッパーモーターに命令を送るデータ処理装置によって自動的に実施する。これらの命令はステッパーモーターを作動させ、問題のカラムが映像フレームの中心に対して対称的に配置されるように校正カセット１０を移動させる。この調整が完了した後、カセット１０の位置を記録し、そしてこの位置を基準にして血液試料の分析中の試験カセットの内部配置を行う。

工程１４２に示したように最初の走査位置調整を完了した後、工程１４４において、校正カセットを次の走査位置まで移動させる。この第二の走査位置は、工程１４６及び１５０に示したように、上記した方法と同一又は類似の方法により測定され且つ調整されることができる。別法として、第二の走査位置を、第一の走査位置の既知の場所に基づき数学的に計算することもできる。

次いで、工程１５２において、最適な映像の強度及びコントラストを得るために、イメージングボード７４のゲイン及びオフセットをプログラムが調整する。この調整を完了するため、写真用スケール１６の領域及び不透明白色領域２０を画素アレイ上に投影して映像を形成させる。写真用スケール１６の７枚のストリップ１６ａ〜１６ｇの各々の映像に含まれる画素のグレー値を測定する。これらのグレー測定値に基づき、写真用スケールの映像における画素のグレー値が所望の値又は範囲に達するまで、イメージングプロセシングボード７４の電気的ゲイン及びオフセットを徐々に調整する。

例えば、実際に実施化された本発明の実施態様では、４種類の光学濃度レベルは２．５、０．４４、０．１９及び０．０９である。好適な調整値の下では、これら４種の光学濃度値に対応する映像の強度レベルは、それぞれ０、８２、１４０及び１８０となる。イメージング装置の校正では、強度レベルが上記の値に等しくなるか又は非常に近くなるように、イメージングボードのゲイン及びオフセットを調整する。

写真用スケールの映像における画素についてのこれらのグレー測定値は、主として、校正カセット１０の画素アレイ６０とは反対側に配置されたランプによって測定される。校正カセットの画素アレイと同じ側にあるランプの状態を検査するため、不透明白色領域２０の映像における画素についてのグレー値を測定する。このグレー値が所望の範囲内にある場合、プログラムはオペレーターにランプの状態は良好である旨の信号を送る。しかしながら、このグレー値が所望の範囲から外れている場合には、プログラムはエラーメッセージを表示し、オペレーターにランプの交換を要請する。

ゲイン及びオフセットの調整並びにランプの検査が完了した後、工程１５４に示したようにカセットの追加の走査位置を調整してもよい。具体的には、校正１５６において校正カセット１０を第三の走査位置に移動し、この第三の走査位置を工程１６０において、第一の二つの走査位置の調整に用いた方法と同一又は類似の方法を用いて調整する。次に、工程１６２においてカセット１０を１８０°ターンさせ、そして工程１６４及び１６６に示したように、第一及び第二の走査位置の調整に用いた方法と同一又は類似の方法を用いて第四の走査位置を調整する。次いで、工程１７０及び１７２に示したように、そのカセットを１８０°ターンして第一の走査位置に戻す。カセット１０の第五及び第六の走査位置を調整するために測定を行う必要はない。というのは、これら後者の二つの走査位置についての具体的な場所は、既に決められた走査位置から計算できるからである。

正確な走査位置の決定により調整手順は完了し、これが行われたならば、その調整の結果及び凝集分析についてのソフトウェアの性能を検査する。これを実施するため、校正カセット上の２２ａ〜２２ｄに印刷された反応をプログラムが読み取り、その結果を確認する。この確認を行うため、工程１７２において、校正カセット１０を第一の走査位置まで移動し、そして第一の二つの反応カラム２２ａ及び２２ｂの映像を画素アレイ６０の上に発生させる。各反応カラムの映像における画素についてのデータ値は、工程１７４において、例えば、同時係属米国特許出願第０８／１６３，９９６号（発明の名称「凝集反応を分類するための方法及び装置(Method and System for Classifying Agglutination Reactions) 」）に記載されているような所定の画像処理プログラムによって処理される。具体的には、この映像データを分析することにより、画像処理プログラムは凝集反応に直接関連する特性、例えば、（１）細胞ペレットの大きさ、（２）細胞ペレットの境界の形状、（３）カラム内での赤血球細胞凝集体の場所及び大きさ、及び（４）カラム内での赤血球細胞の端間バランス、を抽出する。

これらの特性値が得られたら、反応分類プログラムと呼ばれるソフトウェアにより、一組の特性値を、複数の所定の反応分類、例えば、陽性、陰性、中間又は特殊型反応の一つに変換する。陽性反応をさらに＋０．５、＋１、＋２、＋３又は＋４反応のように分類してもよい。また、特殊反応をさらに分類すること、或いはより具体的に、例えば、溶血、混合場として、又は細胞添加量が過多若しくは過少であった反応として、識別することもできる。

最初の二つの反応画像２２ａ及び２２ｂを確認した後、工程１７６において、校正カセット１０を第三の走査位置に移動し、そして残る二つの反応画像２２ｃ及び２２ｄから映像データを発生させる。この反応映像データは、工程１８０において、同じ映像データ処理プログラムによって処理され分類される。カセット１０は、工程１８２に示したように、カローセル９０に戻すことができる。４種類すべての反応画像の分析が終了した後、プログラムが、得られた特性値及び４種の反応の反応分類を所定の既知の値と比較する。

校正カセットの反応映像２２ａ〜２２ｄから抽出された特性値が必要な範囲内にあり且つ反応が正確に分類されている場合には、校正手順は完了し、そしてプログラムが装置３０は実際の試料の試験に用いられる準備ができている旨の信号をオペレーターに送る。一又は二以上の特性値が関連する所望の範囲から外れているか若しくは間違った分類が得られた場合又はその両方の場合、オペレーターは、校正カセット１０又は映像処理装置３０における欠陥について検査を行い、校正手順全体を繰り返すことができる。再度エラーが発生した場合には、オペレーターは分析装置３０を使用しないよう注意を喚起し、そして装置のサービス、メンテナンス又は修理を要請することができる。

本明細書で詳細に説明した手順は、単なる校正を実施するための方法ではないことに留意すべきである。例えば、校正工程の特性の順序を変更した場合、又は別の画像処理法を使用した場合でも、同じ目的を達成することができる。
本明細書に記載した本発明は上記目的を満たすべく十分に計算されていることが明らかであるが、当業者であれば様々な変更態様を考案し得ることが認識され、また、添付の特許請求の範囲は、本発明の真正なる精神及び範囲に包含されるこのような変更態様をすべて包含することを意図するものである。

自動化された凝集反応分析装置を校正するために用いることができる校正カセットを示す。 校正カセット上の異なる凝集パターンを示す。 自動化された凝集反応分析装置の概略図である。 図３の装置のいくつかの部品を示す構成図である。 図３の分析装置の処理二次装置を詳細に示す構成図である。 図１のカセットを用いて図３及び図４の分析装置を校正するための手順を示すフローチャートである。 図１のカセットを用いて図３及び図４の分析装置を校正するための手順を示すフローチャートである。 図１のカセットを用いて図３及び図４の分析装置を校正するための手順を示すフローチャートである。

Claims (26)

1. 画素アレイと、該画素アレイ上に水溶液の照明映像を集束させるための可変集束レンズとを含む水溶液を分析するための装置を校正するための方法であって、
   あるパターンを表面に有する校正装置を準備する工程、
   前記パターンに照明を当ててその照明映像を形成させる工程、
   前記照明映像を該レンズを介して該画素アレイ上に向けさせる工程、
   該画素アレイ上の映像を代表するデータ値を引き出す工程、及び
   前記データ値を使用して、該画素アレイに対し、該レンズの焦点を調整し且つ該校正装置の位置を調整する工程
   を含んで成る方法。
2. 前記データ値を使用する工程が、
   前記データ値を使用して、該画素アレイ上の前記映像の集束度を代表する所定のパラメーターのための値を決定する工程、及び
   該所定のパラメーターが所定の値の範囲に到達するまで、該レンズの焦点を調整する工程
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記データ値を使用する工程が、
   前記データ値を使用して、該画素アレイ上の該映像の解像度を代表する所定のパラメーターのための値を決定する工程、及び
   該所定のパラメーターが所定の値の範囲に到達するまで、該校正装置と該画素アレイとの間の距離を調整する工程
   を含む、請求項１に記載の方法。
4. 該校正装置上のパターンが、平行な第一及び第二の縁部を含み、
   該画素アレイ上の前記パターンの映像が、前記第一及び第二の縁部の映像を含み、
   前記データ値を使用する工程が、前記データ値を使用して、該画素アレイ上の前記第一及び第二の縁部の映像間の距離を決定する工程を含み、
   前記調整工程が、前記第一及び第二の縁部の映像間の距離が所定の値の範囲に到達するまで、該校正装置と該画素アレイとの間の距離を調整する工程を含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記データ値を使用する工程が、前記データ値を使用して、校正カセットの横方向の位置を調整する工程を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記データ値を使用して校正カセットの横方向の位置を調整する工程が、該校正カセット上のパターンの映像が該画素アレイ上の所定の位置に到達するまで該校正カセットの横方向の位置を調整する工程を含む、請求項５に記載の方法。
7. 該装置が、該カセットを一定範囲の位置において保持するための手段と、該カセットを前記範囲を差し渡し移動させるための移動手段とをさらに含み、そして該カセットの横方向の位置を調整する工程が、
   前記データ値を使用して、該所定の位置に対する該画素アレイ上の映像の位置を指示する信号を発生させる工程、及び
   前記信号を該移動手段へ伝送して、該移動手段を作動させて該校正カセットを移動し且つ該画素アレイ上の映像を所定の位置に向けて移動する工程
   を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記データ値を引き出す工程が、アナログ・デジタルコンバーターを使用して該画素アレイ上の映像を代表するデジタルデータ値を引き出す工程を含み、
   該校正装置上のパターンが、光学濃度の異なる複数の領域を含み、そして
   該パターンの前記領域を使用してアナログ・デジタルコンバーターを校正する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記データ値を引き出す工程が、
   （１）該画素アレイ上の映像を代表するアナログ信号を発生させる工程、及び
   （２）アナログ・デジタルコンバーターを使用して該アナログ信号を該画素アレイ上の映像を代表するデジタルデータ値へ変換する工程
   を含み、そして
   前記データ値を使用する工程が、前記デジタルデータ値を使用して該アナログ・デジタルコンバーターを校正する工程を含む、請求項１に記載の方法。
10. 該校正装置上のパターンが、光学濃度の異なる複数の領域を含み、
    前記照明映像を向けさせる工程が、該画素アレイ上に前記領域の映像を形成させる工程を含み、
    前記データ値を引き出す工程が、該画素アレイ上の前記領域の映像を代表する一組のデジタルデータ値を引き出す工程を含み、そして
    前記データ値を使用して該アナログ・デジタルコンバーターを校正する工程が、該画素アレイ上の前記領域の映像を代表するデジタルデータ値を使用することにより該アナログ・デジタルコンバーターを校正する工程を含む、請求項９に記載の方法。
11. アナログ・デジタルコンバーターを使用して該アナログ信号をデジタルデータ値へ変換する工程が、該アナログ・デジタルコンバーターを使用して、調整可能な変数を有する所定の調整可能な変換プログラムに従い、該アナログ信号をデジタルデータ値へ変換する工程を含み、さらに、
    前記デジタルデータ値を使用して該アナログ・デジタルコンバーターを校正する工程が、前記デジタルデータ値を使用して、前記調整可能な変数を調整することで、該アナログ・デジタルコンバーターにより得られたデジタル値と、該校正装置上のパターンに関連する既知のデジタル値との間の所定の相関を得る工程を含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記デジタルデータ値を使用して前記調整可能な変数を調整する工程が、該画素に関連するゲイン及びオフセットの係数を選択的に調整することで、処理されたデジタル値と前記既知のデジタル値との間の所定の相関を得る工程を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記データ値を使用する工程が、該校正装置に対する該画素アレイの位置を調整した後に、前記データ値を使用して該レンズの焦点を再調整する工程を含む、請求項１に記載の方法。
14. 該装置が、該水溶液に照明を当てるための光源をさらに含み、そして前記データ値を使用する工程が、該データ値を使用して該光源の状態を確認する工程を含む、請求項１に記載の方法。
15. 該装置が、該水溶液に照明を当てるための光源をさらに含み且つ、該校正装置上のパターンが光を反射するための画定された領域を含み、そして該校正装置上の前記画定された領域を使用して該光源の状態を確認する工程を含む、請求項１に記載の方法。
16. 水溶液を分析するためのプログラムであって画素アレイと該画素アレイ上に該水溶液の照明映像を形成させるための照明二次装置とを含む分析装置に用いられるものを検査するための方法であって、
    少なくとも一つの特定の関連するパラメーターについて既知の値を有する少なくとも一種の水溶液を代表する画定された領域を含む校正装置を準備する工程、
    該画素アレイ上に前記画定された領域の照明映像を形成させる工程、
    該画素アレイ上の映像を代表するデータ値を引き出す工程、
    前記データ値を処理するプログラムを使用して、前記画定された領域により代表される水溶液に関連する特定のパラメーターについて値を決定する工程、及び
    前記決定された値と前記既知の値とを比較して、該プログラムの状態を評価する工程
    を含む方法。
17. 該特定のパラメーターが反応分類であり、
    前記一種の水溶液が既知の反応分類を有しており、
    該プログラムを使用して該特定のパラメーターについての値を決定する工程が、該一種の水溶液についての反応分類を決定する工程を含み、そして
    前記比較する工程が、該決定された反応分類と該既知の反応分類とを比較して該プログラムの前記状態を評価する工程を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 凝集反応を分析するための装置を校正するため製品であって、
    少なくとも第一及び第二の透明領域を有する基板と、
    該基板の該第一の透明領域上の複数の反応像であってそれぞれが凝集反応の結果を示しているものと、
    該基板の該第二の透明領域上のグレースケールであって光学濃度の異なる複数のストリップを含むものとを含んで成る製品。
19. 該基板が、光を反射するための第三の不透明領域を含む、請求項１８に記載の製品。
20. 該複数の反応像が、四種類の凝集反応の結果を示す四種類の反応像を含む、請求項１８に記載の製品。
21. 凝集反応を分析するための装置であって、
    凝集反応の結果を示す少なくとも一種の水溶液を有するカセットを保持するための手段と、
    該保持手段の中に配置されており、（１）基板及び（２）該基板上のパターンを含む校正カセットと、
    画素アレイと、
    該校正カセットに照明を当てて該校正カセット上のパターンの照明映像を生ぜしめるための照明二次装置と、
    前記パターンの照明映像を該画素アレイ上に集束させるための可変集束レンズと、
    該画素アレイ上の前記パターンの照明映像を代表するデータ値を引き出し且つ前記データ値を所定のプログラムに従い処理することにより、該画素アレイ上の前記パターンの照明映像の集束度を代表する第一のパラメーターについての値を決定し且つ、該画素アレイに対する該校正カセットの位置を代表する第二のパラメーターについての値を決定するための処理二次装置とを含んで成る装置。
22. 該保持手段が、
    （１）該校正カセットを保持するホルダーと、
    （２）該ホルダー及び該校正カセットを該画素アレイに向けて及び該画素アレイから離れる方向に移動させるためのモーターとを含み、そして
    該処理二次装置が、（１）該第二のパラメーターについての値が一定の範囲を上回る場合には該ホルダー及び該校正カセットを該画素アレイに向けて移動させ、また（２）該第二のパラメーターについての値が該一定の範囲を下回る場合には該ホルダー及び該校正カセットを該画素アレイから離れる方向に移動させるために、信号を発生し且つ前記信号を該モーターへ送るための手段を含む、請求項２１に記載の装置。
23. 該処理二次装置が、前記データ値を該所定のプログラムに従い処理することにより、該画素アレイに対する該校正カセットの横方向の位置を代表する第三のパラメーターについての値を決定する、請求項２１に記載の装置。
24. 該保持手段が、該校正カセットを該画素アレイに対して横方向に移動させるための移動手段を含み、そして
    該処理二次装置が、該校正カセットを所定の横方向の位置に移動させる前記移動手段を作動させるため、信号を発生し且つ該信号を該移動手段へ送るための手段を含む、請求項２３に記載の装置。
25. 該校正カセット上のパターンが、所定のパラメーターの組合せについての既知の値を有する凝集反応を代表する少なくとも一つの領域を含み、そして
    該処理二次装置が、
    （１）前記データ値を処理して該所定のパラメーターの組合せについての値を決定するための手段と、
    （２）前記決定された値を前記既知の値と比較するための手段と、
    （３）前記決定された値と前記既知の値との間に所定の相関が存在するか否かを指示するための手段とを含む、請求項２１に記載の装置。
26. 該画素アレイの画素が、該画素アレイ上の前記パターンの照明映像を代表する電気信号を発生させ、そして
    該処理二次装置が、
    （１）前記電気信号を受け且つ該電気信号を調整可能な変数を有する所定の変換プログラムに従いデジタルデータへ変換するためのアナログ・デジタルコンバーターと、
    （２）前記調整可能な変数を調整することで、該アナログ・デジタルコンバーターにより得られたデジタル値と該校正装置上のパターンに関連する既知のデジタル値との間の所定の相関を得るための手段とを含む、請求項２１に記載の装置。

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