JP2009058323A - 自動分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
血液，尿などの生体サンプルの定性・定量分析を行う自動分析装置、特に試料分注装置を備えた分析装置を、試料を搬送する搬送ラインを介して接続したモジュール方式自動分析装置において、液面検知の誤動作による障害を解決する。
【解決手段】
試料を分注する分注機構を備えた分析装置が、試料を搬送する搬送ラインを介して接続された自動分析装置において、前記分析装置の前記分注機構が試料を分注する際に得た、試料の量に関する情報を他の分析装置に伝達する伝達機構を備えたことを特徴とする自動分析装置。
【選択図】図４

Description

本発明は、血液，尿などの生体サンプルの定性・定量分析を行う自動分析装置に係り、特に複数の分析ユニット間を搬送装置を介してサンプルを搬送させる機能を備えた自動分析装置に関する。

自動分析装置は、測定再現性，定量性，分析の迅速性に優れるため、検査センター，大病院を中心に普及が著しい。特に、地域の中小病院から検体を収集し、それら病院に代わって分析を行う検査センターは、短時間に多くの検体の分析処理を行うことのできる高スループット分析装置を求めている。この要求に応えるため、複数の分析ユニットを搬送ラインを介して接続したモジュール方式分析装置が市販化されている。このようなモジュール方式の分析装置が例えば特許文献１に記載されている。

特許第２９８８３６２号公報

本発明の目的は、このようなモジュール方式の分析装置において、更に高スループット化を図ること出来る自動分析装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は以下の通りである。

試料を分注する分注機構を備えた分析装置が、試料を搬送する搬送ラインを介して接続された自動分析装置において、前記分析装置の前記分注機構が試料を分注する際に得た、試料の量に関する情報を他の分析装置に伝達する伝達機構を備えた自動分析装置。

具体例を以下に説明する。

まず最初に液面を検知して液面の高さを認識する機構は、信頼性の高い液面方式を用いて確実に液面高さを測定する。その液面高さを別の分析ユニットに伝達し、別の分析ユニットでは静電容量方式のサンプルプローブが挿入下降させていく。静電容量方式はある時点からの静電容量の変化量を見て液面と判断してプローブ下降を停止させる。このある時点はリセット時刻と呼ばれる。従来の装置では液面が容器のどの高さにあるか判らないため、容器に下降中は常に監視しておく必要がある。

そのためリセット信号はサンプルプローブ先端が容器入口に入るか入らないかの付近の位置で発せられ、そこが静電容量のゼロ点となる。深い試料容器内に挿入下降するにつれ静電容量は徐々に大きくなっていき、液面に接するとこぶ状の信号変化が得られる。このこぶ状の信号変化を捉えて液面と認識するのである。下降途中でも放電ノイズや振動によってもこのこぶ状の信号は発生するので誤検知となるのである。本発明では、液面高さがこの辺にあるという情報が下降前に得られるのでリセット信号は液面付近に近づいてから（液面３mm上方）発するようにすれば、下降途中でも放電ノイズや振動によって発生するこぶ状の信号は無視できるようになる。

下降途中のノイズを無視できるようになれば、本当の液面を検知できるようになる。

幸いにしてモジュラー式の大型自動分析装置では試料中の電解質を測定するユニットが検体を搬送する搬送ラインの上流側に位置させることが多い（電解質測定は緊急性を有し、測定結果が早く欲しいため）。また電解質のサンプルプローブは吐出する反応容器（希釈混合容器）が大きいため、導通方式のプローブでも楽に挿入できる。したがって試料容器に最初に挿入するのは電解質分析ユニットのサンプルプローブであり、それでしっかり正しく液面高さを測定し、その高さ情報を他の比色測定の分析ユニットに伝達するようにする。

検査動作で得た検体サンプル、及びサンプル容器内の液面情報を分析装置間で共有することで、以降の分析装置で液面検知を省略することができ、分析効率を向上することが可能となる。また、液面検知を省略しない場合であっても、先の分析装置で得た液面高さの情報と次の分析装置で得た液面高さの情報が異なっていた場合、例えば検体液表面に生じた泡により液面を誤検知したなどの判断をすることができるため、より信頼性の高い分析を行うことが可能となる。

自動分析装置では血液や尿などのサンプルと試薬を反応容器に分注し、分析する。近年、液面検知方式は静電容量方式が多く用いられるようになった。理由は、静電容量方式では、サンプルプローブ外径を細くすることが出来るためである。なぜ細くする必要があるかと言えば、反応液量低減によって、反応容器の大きさが非常に小さくなって（２mm×４mm程度）おり、この小さな反応容器にサンプルプローブを挿入するには静電容量式のプローブ（プローブ外径１mm以下）が最適である。誤検知をしないという点では電気導通方式の方が最も信頼性が高いが２本の電極が必要なため、プローブ外径が４mmとなってしまい反応容器に入らない場合も発生する。そのため静電容量式が多く用いられるようになってきた。この時、試料容器内の帯電状態によっては放電ノイズが発生してサンプル分注機構の液面検知ミスが生じる可能性がある。

現在のモジュラー方式の自動分析装置では、分注機構毎に液面高さを検知する検知手段を備えるのが一般的である。１つの分析装置の試料分注機構において、上記のような放電ノイズが発生して液面高さを誤検知した場合であってもその分析装置単独では、誤検知が発生したのかどうかを判断することはできない。本発明は、１つの分析装置で得た液面高さ（試料の量）の情報を他の分析装置と共有することにより、他の分析装置の分注装置から得られた液面高さの情報が正しいかどうかを検証することができる。これにより誤った液面情報に基づいた誤った分析を行うことを回避することができる。

以下図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は一般的な自動分析装置の分注機構周辺部概略図を示す。各部の機能は公知のものである為、詳細についての記述は省略する、サンプリング機構１のサンプリングアーム２は上下すると共に回転し、サンプリングアーム２に取り付けられたプローブ１０５を用いて、左右に回転するサンプルディスク１０２に配置されたサンプル容器１０１内の試料７を吸引し、反応容器１０６へ吐出するように構成されている。本図からもわかるように試料容器１０１のサンプルディスク１０２上への配置はサンプルディスク１０２上へ直接配置する場合や試験管（図示は無い）上にサンプル容器１０１を載せる事も可能なユニバーサルな配置に対応可能な構造のものが一般的である。

図１における自動分析装置の構成をさらに説明する。回転自在な試薬ディスク１２５上には分析対象となる複数の分析項目に対応する試薬のボトル１１２が配置されている。可動アームに取り付けられた試薬分注プローブ１１０は、試薬ボトル１１２から反応容器１０６へ所定量の試薬を分注する。

サンプル分注プローブ１０５は、サンプル用シリンジポンプ１０７の動作に伴ってサンプルの吸引動作、及び吐出動作を実行する。試薬分注プローブ１１０は、試薬用シリンジポンプ１１１の動作に伴って試薬の吸引動作、及び吐出動作を実行する。各サンプルのために分析すべき分析項目は、キーボード１２１、又はＣＲＴ１１８の画面のような入力装置から入力される。この自動分析装置における各ユニットの動作はコンピュータ１０３により制御される。

サンプルディスク１０２の間欠回転に伴ってサンプル容器１０１はサンプル吸引位置へ移送され、停止中のサンプル容器内にサンプル分注プローブ１０５が降下される。その下降動作に伴って分注プローブ１０５の先端がサンプルの液面に接触すると液面検出回路１５１から検出信号が出力され、それに基づいてコンピュータ１０３が可動アーム２の駆動部の下降動作を停止するよう制御する。次に分注プローブ１０５内に所定量のサンプルを吸引した後、分注プローブ１０５は上死点まで上昇する。分注プローブ１０５がサンプルを所定量吸引している間は、分注プローブ１０５とサンプル用ポンプ１０７流路間の吸引動作中の流路内圧力変動を圧力センサ１５２からの信号を用い圧力検知回路１５３で監視し、吸引中の圧力変動に異常を発見した場合は所定量吸引されていない可能性が高い為、当該分析データに対しアラームを付加する。

次にサンプリングアーム２が水平方向に旋回し反応ディスク１０９上の反応容器１０６の位置でサンプル分注プローブ１０５を下降し反応容器１０６内へ保持していたサンプルを吐出する。サンプルが入った反応容器１０６が試薬添加位置まで移動された時に、該当する分析項目に対応した試薬が試薬分注プローブ１１０から添加される。サンプル、及び試薬の分注に伴って試料容器１０１内のサンプル、及び試薬ボトル１１２内の試薬の液面が検出される。サンプル、及び試薬が加えられた反応容器内の混合物は、攪拌器１１３により攪拌される。混合物が収納された反応容器が測定手段１６２に移送され、同時にアクチュエータ１６０による遮蔽手段が開口し、各混合物の発光値、或いは吸光度が測定手段としてのフォトマルチプライヤ１６１、或いは光度計により測定される。発光信号は、Ａ／Ｄ変換器１１６を経由しインターフェース１０４を介してコンピュータ１０３に入り、分析項目の濃度が計算される。分析結果は、インターフェース１０４を介してプリンタ１１７に印字出力するか、又はＣＲＴ１１８に画面出力すると共に、メモリとしてのハードディスク１２２に格納される。測光が終了した反応容器１０６は、洗浄機構１１９の位置にて洗浄される。洗浄用ポンプ１２０は、反応容器へ洗浄水を供給すると共に、反応容器から廃棄を排出する。図１の例では、サンプルディスク１０２に同心円状に３列のサンプル容器１０１がセットできるように３列の容器保持部が形成されており、サンプル分注プローブ１０５によるサンプル吸引位置が各々の列に１個ずつ設定されている。

次に分析ユニットを複数台接続し構成された自動分析の一例を図２を用い以下に説明する。前述機能を有した分析ユニットを複数台接続し、これら分析ユニット間は試料搬送部により相互接続される。自動分析装置としてのＵ／Ｉは装置操作部により行われ、自動分析装置内部のインターフェースはイーサーネット（登録商標）などの適当な通信手段により行われる。サンプル容器は試料投入部より投入され試料搬送部により分析依頼された分析ユニットに搬送され、分析完了後にサンプル容器は試料搬出部へ適宜搬送される。図２では分析ユニット１ １０のみに依頼があった場合、或いは、分析ユニット１ １０，分析ユニット２ １１，分析ユニット４ １３に依頼があった場合の試料搬送経路を特定例と図示した。

次に、現状の自動分析装置が有す問題点を図３を用い以下説明する。試料搬送装置は図２で前述した通り分析ユニット１ １０，分析ユニット２ １１，分析ユニット４ １３に依頼があった場合とする。装置操作部１６により分析依頼されたサンプル容器１０１は試料投入部１４より投入され分析ユニット１ １０へ搬入され当該サンプルの分析を行う。搬入されたサンプルは前述のごとくサンプル容器１０１内にサンプル分注プローブ１０５が降下され、可動アーム２の駆動部の下降動作を停止後に分注プローブ１０５内に所定量のサンプルを吸引する。本吸引動作時に分注プローブがサンプルの液面を検知した場合、分析ユニット１ １０，分析ユニット２ １１，分析ユニット３ １２に順次搬送され個別に分注が作動される。それにより、分析ユニット１ １０でサンプルを正常に検知したとしても、分析ユニット２の分注プローブで検知ミスとなり、試料搬出部１５に搬送されてしまい、自動分析全体の信頼性を低下させる結果となる。

次に、本発明を適用した自動分析装置の動作を図３と図４を用い以下説明する。

分析ユニット１ １０には電解質（Ｎａ⁺，Ｋ⁺，Ｃｌ^-イオン）測定装置を配置している。分析ユニット１ １０のサンプルプローブ２０は電気導通方式２１なので信頼性は非常に高く故障することはまずない。また、検知方式がＯＮ／ＯＦＦ（導通／非導通）と単純なので、はっきりとした検知信号が得られる。

そして液面高さ２２も正確に認識できる。電解質の依頼が無くても、プローブだけは挿入して液面高さ２２を測定し、吸引位置２３まで下降する。この液面高さ情報を、自動分析装置全体を制御している装置操作部１６のＣＰＵに一旦送られ、そこから分析ユニット２ １１へ伝達される。分析ユニット２ １１の分注プローブ２４は静電容量方式の外径が細いプローブであり、細い反応容器に挿入が容易である。

分析ユニット２ １１の分注プローブ２４に該情報を伝達し、それを基にサンプル吸引時に分析ユニット１の液面位置２２の５mm上方の位置２５まで分注プローブ２４を高速で下降させ、液面位置２２の２mm上方の位置２６までに減速を行い、低速の一定速度で下降を継続し液面２７を検知し、液面から１.５mm下降した位置２８で停止する。図５に下降途中の液面検知信号出力、および下降速度のグラフを示す。従来の自動分析装置では下降開始直前４５＝プローブの先端が試料容器の入口付近でリセット信号を発生させ、その時の出力電圧をゼロ点とする。図５（１）の速度曲線では、従来の自動分析装置の検知速度曲線４１は、液面直前まで一定の速度であるのに対して、本発明を適用した場合、高速で移動し、図５（１）の速度曲線４０となる。図５（２）の検知信号パルス曲線では、検知信号を観測しながら試料容器の中に下降していき、信号がある一定値（閾値５１）以上になったところでプローブが液面に接触したと判定するようにしている。ところが、試料容器内の帯電状況（特にプラスチック製の真空採血管は帯電しやすく、血清分離するために遠心分離機などを使ったあとの帯電は非常に激しいものとなる）によっては、帯電時パルス４９は下降するにつれ静電容量が次第におおきくなり、液面が接触していないのに閾値５１を超えてしまいここでＢ部４４と誤検知してしまう。あるいは試料容器内面とプローブ間の放電が起こるとパスル信号４８には下降途中のＡ部４３でこぶ状の波形が発生する。これも閾値５１を超えてしまうと誤検知となってしまう。そこで本発明を適用したパルス信号５０では、液面高さがある程度の正確度で伝達されているので、液面上方２mm４２のところで液面検知信号のリセットトリガ信号を発し、帯電時のパスル信号４９では矢印部４６，放電時のパルス信号４８では矢印部４７をゼロ点と再認識するようにする。

プローブ５２の上下は、ステッピングモータで行われているのでモータに与えたパルス数を数えながら下降させてあるパルス数になったらリセットトリガ信号を発し、試料容器５３に進入すればよい。

再認識したゼロ点そこからの変化を見ているので、２mm上方から液面に接触するまでのわずかな距離と時間内では帯電による信号の上昇はわずかで、また放電も起こらず、液面検知の信頼性は格段に向上する。

その位置を分析ユニット２ １１の分注開始位置の基準位置とし、そこから液面２７を検知し、サンプルを吸引２９して液面が下降した分を補正した液面情報を、次に引き込まれる分析ユニット４ １３に伝達し同様の分注プローブの制御動作をすることにより、各分析ユニットの分注プローブが行う液面検知動作のミスを低減することで、処理時間を短縮し、自動分析装置としての最適な動作環境の提供に寄与することが可能となる。

第一分析ユニットに電解質測定ユニットを配置させたが、試料投入部１４から第一分析ユニットの間に、液面高さを確実に測定する液面検知専用機構を配置してその液面情報を各分析ユニットに伝達しても良い。

あるいは第一分析ユニットとして図６に示したようなアーム３０から２本のサンプルプローブ３１を並列で構成しプローブ間の導通を見るような液面検知もある。最近は反応容器３２のピッチ間隔が３mm程度と非常に小さくなっており、そのままのノズル間隔でも試料容器３３（内径８mm）に挿入が容易である。

最初に挿入して液面を測定する方式として、ノズル先端から空気を吐出しながら下降して、液面に接した瞬間のノズル内の圧力変動を検知する方法でもよい。

液面があらかじめ判っているということの別の利点も挙げることができる。おおよその液面が判っていると、液面近くまでサンプルプローブが高速で下降し、液面近くでスローダウン出来るため、分注時間の短縮、しいては自動分析装置の分析処理能力が向上できるという利点がある。

本発明が適用される分析ユニットの全体構成を示す概略図。 分析ユニットが複合台で構成された自動分析装置の全体構成概略図。 本発明が解決すべき課題。 本発明を適用した自動分析装置の概略図。 下降途中の液面検知信号出力、および下降速度のグラフ。 導通式液面検知装置の概略図。

符号の説明

１ サンプリング機構
１０ 分析ユニット１
１１ 分析ユニット２
１２ 分析ユニット３
１３ 分析ユニット４
１４ 試料投入部
１５ 試料搬出部
１８ 試料搬送部
２０ 分析ユニット１のサンプルプローブ
２１ 導通方式
２２ 分析ユニット１の液面高さ
２３，２９ 吸引位置
２４ 分析ユニット２のサンプルプローブ
２５ 分析ユニット１の液面高さ上方５mm位置
２６ 分析ユニット１の液面高さ上方２mm
２７ 分析ユニット２の液面高さ
２８ 分析ユニット２の液面高さ下方１.５mm位置
３０ アーム
３１ サンプルプローブ
３２ 反応容器
３３ 試料容器
１０１ サンプル容器（試料容器）
１５２ 圧力センサ
１５３ 圧力検知回路

Claims (8)

1. 試料を分注する分注機構を備えた分析装置が、試料を搬送する搬送ラインを介して接続された自動分析装置において、
   前記分析装置の前記分注機構が試料を分注する際に得た、試料の量に関する情報を他の分析装置に伝達する伝達機構を備えたことを特徴とする自動分析装置。
2. 請求項１記載の自動分析装置において、
   前記試料の量に関する情報は、試料容器の試料の液面の高さの情報であることを特徴とする自動分析装置。
3. 請求項１記載の自動分析装置において、
   前記分注機構は液面検知手段を備えたことを特徴とする自動分析装置。
4. 請求項３記載の自動分析装置において、
   前記液面検知手段は静電容量方式の液面検知機構であることを特徴とする自動分析装置。
5. 請求項３記載の自動分析装置において、
   一部の分析装置の液面検知方式が他の分析装置の液面検知方式と異なる方式を採用したことを特徴とする自動分析装置。
6. 請求項５記載の自動分析装置において、
   最初に試料分注プローブが試料容器内に挿入される分析装置の液面検知方式が電気導通方式を用いていることを特徴とする自動分析装置。
7. 請求項５記載の自動分析装置において、
   最初に試料分注プローブが試料容器に挿入される分析装置の液面検知方式が試料分注プローブ内の圧力変化方式を用いていることを特徴とする自動分析装置。
8. 請求項１記載の自動分析装置において、
   最初に分注するために試料分注プローブが試料容器に挿入される以前に、別の液面検知機構を使って液面検知を行って得た情報を複数の分析ユニット間で共有情報として使用することを特徴とする自動分析装置。

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