JP2021039102A - 検体検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】測定試料中の目的物質の有無を精度良く判定すること。【解決手段】実施形態に係る検体検査装置は、光学部、画像センサ、処理部、及び出力部を備える。光学部は、検査容器に設けられる光導波路に光を入射し、光導波路を伝播して光導波路から出射される光を検出する。画像センサは、光導波路を伝播する光に基づいて光導波路近傍に存在する粒子で散乱される光を光源として、光導波路についての画像信号を取得する。処理部は、光学部の出力と、画像センサの出力との少なくとも一方に基づいて、検査指標値を求める。出力部は、処理部の処理結果を出力する。【選択図】 図1

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、検体検査装置に関する。
抗原抗体反応を応用して、測定試料中の目的物質の有無を検査する検体検査装置が実用化されている。例えば、検体検査装置では、測定試料が収容される検査容器内の光導波路中を伝播する光の強度が測定される。そして、光が容器内の反応状態に応じてその強度を変化することを利用して測定試料中の目的物質の有無が判定される。
この種の検体検査装置では、光の減衰を利用しているため高感度な定量測定が可能である。しかしながら、光導波路を伝播する光の減衰は用いられる光導波路の膜厚に依存するため、場合によっては均一な測定感度が得られないおそれがある。また、測定試料中に含まれる目的物質の量が所定の上限量以上である場合、又は、所定の下限量以下である場合には、反応後の光強度は、反応前の光強度からのはっきりした減衰を示さない。すなわち、測定試料中の目的物質について高精度に判定するには、目的物質の濃度範囲に制限がある。
特表2007−525651号公報
本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題は、測定試料中の目的物質の有無を精度良く判定することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。
実施形態に係る検体検査装置は、光学部、画像センサ、処理部、及び出力部を備える。光学部は、検査容器に設けられる光導波路に光を入射し、前記光導波路を伝播して前記光導波路から出射される光を検出する。画像センサは、前記光導波路を伝播する光に基づいて前記光導波路近傍に存在する粒子で散乱される光を光源として、前記光導波路についての画像信号を取得する。処理部は、前記光学部の出力と、前記画像センサの出力との少なくとも一方に基づいて、検査指標値を求める。出力部は、前記処理部の処理結果を出力する。
図1は、第1の実施形態に係る検体検査装置の機能構成を表すブロック図である。 図2は、図1の反応ユニットを示す斜視図である。 図3は、図2のA−A断面を含む反応機構の詳細構成を示す断面図である。 図4は、本実施形態に係る測定動作シーケンスの一例を表すフローチャートである。 図5は、(A)光源の動作期間、(B)下磁場又は上磁場を印加する期間、(C)光強度の測定期間、(D)粒子個数の計測期間、及び(E)光強度の関係を表すタイミングチャートである。 図6は、図5のタイミングチャートの時刻t1における反応機構内の状態を表す断面図である。 図7は、図5のタイミングチャートの時刻t1から時刻t2の間におけるある時点の反応機構内の状態を表す断面図である。 図8は、図5のタイミングチャートの時刻t2における反応機構内の状態を表す断面図である。 図9は、図5のタイミングチャートの時刻t2から時刻t3の間の期間の前半におけるある時点の反応機構内の状態を表す断面図である。 図10は、図5のタイミングチャートの時刻t2から時刻t3の間の期間の後半におけるある時点の反応機構内の状態を表す断面図である。 図11は、図5のタイミングチャートの時刻t3から時刻t4の間における反応機構内の状態を表す断面図である。 図12は、第2の実施形態に係る測定動作シーケンスの一例を表すフローチャートである。
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る検体検査装置の機能構成を表すブロック図である。図1に示される検体検査装置1は、光検出回路12、磁場発生回路13、画像センサ14、出力インタフェース15、入力インタフェース16、処理回路17、及びメモリ18を備える。また、検体検査装置1は、後述する反応ユニット2を支持するための支持部(図示せず)を有する。
光検出回路12は、反応ユニット2へ光を入射し、反応ユニット2から出射された光を検出する。光検出回路12は、射出部121、受光部122、光源123、及び光検出器124を有する。なお、光検出回路12は、光学部の一例である。
射出部121は、出射窓であり、少なくとも開口さえしていればよい。例えば、射出部121は、光源123から発せられる光に対して透明(すなわち、カバーなどによる光の吸収が無視できる程度)であれば、光学ガラス、又は樹脂等でカバーされていてもよい。
光源123は、処理回路17の制御に従い、光線(光L1)を照射する。この光L1は、レーザダイオード(Laser Diode:LD)、又は発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)等から発生され、射出部121を介して出射される。また、光L1は、別途付加されるレンズ等により略平行に整形されてよい。光源123には、例えば、LD及びLED等のダイオード、及びキセノンランプ等が用いられる。
受光部122は、受光窓であり、少なくとも開口さえしていればよい。例えば、受光部122は、光検出器124へ入射する光に対して透明であれば、光学ガラス、又は透明な樹脂等によりカバーされていてもよい。
光検出器124は、受光部122に入射された光線(光L2)を検出する。光検出器124には、例えば、フォトダイオード、光電子増倍管等が用いられる。
磁場発生回路13は、処理回路17の制御に従い、磁場を発生させる。磁場発生回路13は、後述する上磁場印加部131、及び下磁場印加部132を有する。なお、磁場発生回路13は、磁場発生部の一例である。
上磁場印加部131及び下磁場印加部132は、例えば永久磁石及び電磁石等で構成される。動作中は、上磁場印加部131、下磁場印加部132、及び反応ユニット2は、検体検査装置1において、鉛直方向に配置される。反応ユニット2が支持部によって支持されると、上磁場印加部131は反応ユニット2の上方に位置し、下磁場印加部132は反応ユニット2の下方に位置する。すなわち、上磁場印加部131及び下磁場印加部132は、鉛直方向に、反応ユニット2を挟み込む構成となっている。
上磁場印加部131は、反応ユニット2に対し、鉛直方向上向きの磁力を発生する。下磁場印加部132は、反応ユニット2に対し、鉛直方向下向きの磁力を発生する。
画像センサ14は、例えばCCD(Charge−Coupled Device)センサ及びCMOS(Complementary Metal−Oxide Semiconductor)イメージセンサ等により実現される。画像センサ14は、支持部によって支持される反応ユニット2に対して、鉛直下方向に配置されている。画像センサ14は、反応ユニット2内で発生する散乱光を受光し、受光した光を電気信号としての画像信号へ変換する。
出力インタフェース15は、ディスプレイ151、及び報知器152などを有する、出力部の一例である。ディスプレイ151は、処理回路17からの指示に従って種々の情報を表示する。ディスプレイ151は、例えば液晶ディスプレイ、有機EL(electroluminescence)ディスプレイ、LEDディスプレイ、プラズマディスプレイ、またはCRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ等、任意のディスプレイが適宜利用可能である。報知器152は、処理回路17からの指示に従って種々の音、例えば、警告音、及び測定の完了通知音を発生する。報知器152は、例えば、スピーカー等により実現される。
入力インタフェース16は、ユーザから各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路17へ出力する。入力インタフェース16は、例えば、操作面へ触れることで指示が入力されるメンブレンスイッチ、タッチパネル、タッチパッド、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、またはトラックボール等の一つ以上の入力機器に接続されている。
メモリ18は、例えば、種々の情報を記憶するRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、SSD(Solid State Drive)、HDD(Hard Disk Drive)または集積回路記憶装置等の記憶装置である。また、メモリ18は、フラッシュメモリ、CD−ROM、またはDVD等の可搬性記憶媒体との間で種々の情報を読み書きする駆動装置等であってもよい。なお、メモリ18は、必ずしも単一の記憶装置により実現される必要は無い。例えば、メモリ18は、複数の記憶装置により実現されてもかまわない。
メモリ18は、本実施形態に係る一つ以上の制御プログラム等を記憶している。このプログラムは、例えば、メモリ18に予め記憶されていてもよい。また、例えば、非一過性の記憶媒体に記憶されて配布され、非一過性の記憶媒体から読み出されてメモリ18にインストールされてもよい。また、制御プログラムは、例えば、ネットワークからダウンロードされてメモリ18にインストールされてもよい。
処理回路17は、検体検査装置1の制御中枢として機能するプロセッサであり、処理部の一例である。処理回路17は、メモリ18等に記憶されているプログラムを実行することにより、当該プログラムに対応する機能、すなわち、システム制御機能171、光強度測定機能172、粒子個数計測機能173、及び判定機能174を実現する。なお、本実施形態では、単一の物理プロセッサによってシステム制御機能171、光強度測定機能172、粒子個数計測機能173、及び判定機能174が実現される場合を説明するが、これに限定されない。例えば、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することによりシステム制御機能171、光強度測定機能172、粒子個数計測機能173、及び判定機能174を実現してもかまわない。また、光強度測定機能172を実行する処理回路17は、第1の処理部の一例である。粒子個数計測機能173を実行する処理回路17は、第2の処理部の一例である。判定機能174を実行する処理回路17は、判定部の一例である。
また、システム制御機能171は、その動作がハードウェアによって実現されるものであってもよいし、ソフトウェアによって実現されるものであってもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。光強度測定機能172は、その動作がハードウェアによって実現されるものであってもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。粒子個数計測機能173は、その動作がハードウェアによって実現されるものであってもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。判定機能174は、その動作がハードウェアによって実現されるものであってもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
システム制御機能171は、入力インタフェース16から入力される入力情報に基づき、検体検査装置1における各部を統括して制御する機能である。
光強度測定機能172は、光強度測定に関して、検体検査装置1における各部を制御する機能であり、第1処理部の一例である。具体的には、光強度測定機能172において処理回路17は、光源123の動作のタイミングを制御する。光源123の動作には、例えば、所定の時間間隔でオンオフを交互に繰り返す点滅動作と、オン状態を維持する点灯動作とがある。光強度測定では、例えば点滅動作が用いられる。
また、光強度測定機能172において処理回路17は、磁場発生回路13による磁場を印加するタイミングを制御する。印加する磁場には、例えば、鉛直下向きの磁力を発生させる下磁場と、鉛直上向きの磁力を発生させる上磁場とがある。
さらに、光強度測定機能172において処理回路17は、光検出回路12から出力される光強度情報をモニタしている。処理回路17は、反応ユニット2内の反応の経過に伴う光強度の変化に基づき、測定試料中の目的物質Sの量に関する第1検査指標値を取得する。例えば、処理回路17は、反応ユニット2内の反応の経過に伴う光強度の変化に基づいて目的物質Sの含有量に関する数値(例えば、目的物質Sの濃度)を第1検査指標値として算出する。具体的には、この例では、処理回路17は、抗原抗体反応前の基準となる光強度と、抗原抗体反応後(例えば光強度測定終了時)の光強度との比較を基に、目的物質Sの濃度を算出する。
より具体的には、処理回路17は、抗原抗体反応前の光強度を基準として、抗原抗体反応後の光強度がどれだけ減少したかを示す光強度の低下率を算出する。その後、処理回路17は、光強度の低下率と目的物質Sの濃度との関係を示した検量線のデータを用いて、算出された光強度の低下率に対応する目的物質Sの濃度を得る。尚、検量線のデータは、メモリ18に記憶されていてもよい。
粒子個数計測機能173は、粒子個数計測に関して、検体検査装置1における各部を制御する機能であり、第2処理部の一例である。具体的には、粒子個数計測機能173において処理回路17は、光源123の動作タイミングを制御する。粒子個数計測では、例えば点灯動作が用いられる。
また、粒子個数計測機能173において処理回路17は、画像センサ14による撮像タイミングを制御する。処理回路17は、画像センサ14から出力される画像信号に基づき、目的物質Sの量に関する第2検査指標値を求める。具体的には、処理回路17は、画像センサ14から出力される画像信号から画像を生成する。処理回路17は、生成した画像に含まれる情報、例えば、光強度が所定の値より高い粒子の個数または密度、その他の種類の異なる一つ以上の指標値、又はこれらのうちいずれかの組み合わせを第2検査指標値として求める。また、第2検査指標値には、画像センサ14を用いて検出された光強度の平均値、合計値、又は分散値等が用いられてもよい。
判定機能174は、光強度測定の結果、及び/又は粒子個数計測の結果に基づき、測定試料中に目的物質があるか及びどれくらい含まれているかを判定する機能である。つまり、判定機能174は、測定試料中の目的物質の有無および含有の程度を判定する機能である。ここで、「目的物質の有無および含有の程度」は、例えば陰性または陽性に相当する。例えば、判定機能174において処理回路17は、目的物質Sの濃度が閾値(第1の閾値)以上の場合に「陽性」と判定し、目的物質Sの濃度が閾値未満の場合に「陰性」と判定する。また例えば、判定機能174において処理回路17は、計測された粒子個数が閾値(第2の閾値)以上の場合に「陽性」と判定し、計測された粒子個数が閾値未満の場合に「陰性」と判定する。
次に、検体検査装置1に装着される反応ユニット2について説明する。なお、反応ユニット2は、検査容器、反応容器、及び反応カートリッジ等と言い替えてもかまわない。反応ユニット2は、例えば、インフルエンザウイルス、アデノウイルス、又はRS(Respiratory Syncytial)ウイルス等のウイルス検査など、多種の目的に用いることが可能である。
図2は、図1の反応ユニットを示す斜視図である。図3は、図2のA−A断面を含む反応機構の詳細構成を示す断面図である。図2、及び図3に示される反応ユニット2は、外筐部21、両面テープ22、光導波路23、及び透明基板24を備える。
外筐部21は、例えばABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)等の樹脂により、略直方体形状に形成されている。外筐部21は、遮光目的で黒色に着色されてよい。外筐部21の下端には、略方形形状の第1凹部211が形成されている。また、第1凹部211内の上壁の一部には、略方形形状の第2凹部212が形成されている。第2凹部212内の上壁の一端部近傍には、外筐部21を上方に貫通する孔21aが形成され、反対側端部近傍には、外筐部21を上方に貫通する孔21bが形成されている。
両面テープ22は、上面が外筐部21の第1凹部211内の上壁に密接して配置され、側面が第1凹部211内の側壁に密接して配置される。両面テープ22は、外筐部21の第2凹部212が存在する位置には設けられていない、略枠形状を有する。
光導波路23は、一つ以上の光が透過する素材、例えば、石英ガラス、シリコン、熱硬化性樹脂、及び光硬化性樹脂等により形成される。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、及びアクリル樹脂等を用いることができる。光導波路23は、一部の上面が両面テープ22の下面に密着して配置され、その他の上面が第2凹部212内の空間と面するように配置されている。また、光導波路23は、側面が第1凹部211内の側壁に密接して配置されている。第2凹部212の空間と面する光導波路23の上面の部分には、目的物質Sと特異的に反応する性質の物質が固定されている。
透明基板24は、一つ以上の光が透過する素材により形成される。透明基板24は、上面が光導波路23の下面に密着して配置され、側面が第1凹部211の側面に密接して配置されている。両面テープ22、透明基板24、及び反応室25(後述される)を囲む外筐部21の内壁は、光導波路23を物理的に保護している。
外筐部21において、第2凹部212の上面、第2凹部212の側面、両面テープ22の内側側面、及び第2凹部212の空間と面する光導波路23の上面により反応室25が形成される。反応室25には、検査時において、水溶液、試薬成分30、及び試料が混和された検査液が注液される。なお、図3では、反応室25に検査液が収容された状態の反応ユニット2を例示している。検査液は、測定試料等と言い替えてもかまわない。
次に、反応ユニット2を装着した検体検査装置1によって行われる、測定試料中の目的物質Sの有無を検査する際の動作(測定動作)を説明する。以下では、試薬成分30は、目的物質Sを抗原として結合する性質の第1の抗体と、第1の抗体を担持する磁性粒子とを含むものとする。また、反応ユニット2の反応室25の底壁としての光導波路23の上面に固定された物質は、目的物質Sを抗原として第1の抗体とは異なる部位で結合する第2の抗体であるとする。
まず、医療スタッフ等のユーザは、患者などから取得した試料を、試薬成分30と液媒(純水)との溶液と混和させ、検査液を作成する。ユーザは、作成した検査液を例えば、反応ユニット2の孔21aから反応室25へ注入する。このとき、反応ユニット2の孔21bから空気が排出される。これにより、図3に示されるように、反応室25が検査液により満たされる。また、反応室25の底壁として機能する光導波路23の上面に検査液が接触することになる。
図4は、本実施形態に係る測定動作シーケンスの一例を表すフローチャートである。図5は、(A)光源の動作期間、(B)下磁場又は上磁場を印加する期間、(C)光強度の測定期間、(D)粒子個数の計測期間、及び(E)光強度の関係を表すタイミングチャートである。図4の測定動作には、光強度測定及び粒子個数計測の二つがある。図4の測定動作シーケンスは、反応室25に検査液が満たされた後に、入力インタフェース16を介してユーザから測定動作を開始する開始指示が入力されることによって開始する。
(ステップS101)
ユーザから開始指示が入力されると、検体検査装置1の処理回路17は、光強度測定機能172を実行する。光強度測定機能172において処理回路17は、光源123を制御し、光強度測定を開始する(時刻t0)。具体的には、処理回路17は、光強度測定期間(時刻t0から時刻t4までの期間)にわたって、光源123を周期的な点滅の動作、即ち点滅動作させる。光源123を点滅動作させる期間は、点滅動作期間と呼ばれてもよい。
光強度測定において、光源123は、前述の光L1を出射する。光源123から出射された光L1は、透明基板24を介して光導波路23に入射される。光導波路23に入射された光は、偏向された後、光導波路23内を全反射しながら伝搬する。光導波路23内を伝搬した光は、偏向された後、透明基板24および受光部122を介して光検出器124へ出射される。このとき、光導波路23は、透明基板24から入射されて透明基板24へと出射される光の光路となる。すなわち、光導波路23は、光ファイバーにおけるコア(心材)同様の役割を果たす。両面テープ22、及び透明基板24は、それぞれ光導波路23とは異なった屈折率を有する素材で形成されるため、光は光導波路23との境界面で全反射する。すなわち、両面テープ22、及び透明基板24は、光を光導波路23内に閉じ込めるクラッドとしての役割を果たす。
光検出器124は、反応ユニット2から出射された光L2を検出する。光検出器124は、処理回路17へ、所定の時間間隔(例えば、光源123の点滅動作に同期した時間間隔)で検出した光の強度に関するデータを出力する。
(ステップS102)
光強度測定が開始された後、光強度測定機能172において処理回路17は、例えば、下磁場の印加が開始されるタイミングを規定する情報に含まれる時間枠情報を用いて、時刻t0から所定の経過時間(第1の経過時間)が経過したか否か、すなわち下磁場の印加を開始する時刻t1に達したか否かを判断する。上記第1の経過時間は、例えば光強度測定を開始してからの光強度が所定の値に達するまでの時間でもよい。時刻t0から時刻t1の期間においては、測定される光強度は増加する。これは、検査液が反応室25を満たすため注入されると、保存安定性を高めるために予め光導波路23の上面に付着された糖を含有する水溶性の膜を溶解する現象によるものである。糖は、例えば二糖類である。時刻t1に達している場合、処理はステップS103へ進む。そうでなければ時刻t1まで待機する。
(ステップS103)
時刻t1に達した後、光強度測定機能172において処理回路17は、下磁場の印加を開始する。具体的には、処理回路17は、磁場発生回路13により反応ユニット2の反応室25に下磁場を印加させる。
図6は、図5のタイミングチャートの時刻t1における反応機構内の状態を表す断面図である。図6に示されるように、時刻t1において、下磁場が印加される。下磁場は、図6における鉛直方向(Z軸に沿った)下向きの矢印BDによって表されている。
図7は、図5のタイミングチャートの時刻t1から時刻t2の間におけるある時点の反応機構内の状態を表す断面図である。図7に示されるように、下磁場の印加は、検査液中で第1の抗体を担持する磁性粒子に、鉛直方向下向きの磁力を及ぼす。担持する第1の抗体と共に、磁性粒子は、重力、及び下方向の磁力により、反応室内25内において、光導波路23の上面へ向けて徐々に沈降する。磁性粒子が沈降すると、磁性粒子が担持する第1の抗体は、光導波路23の上面に結合されている第2の抗体と、目的物質Sとしての抗原を介して結合する。このため、図5に示されるように、下磁場印加が開始されると、光導波路23の近傍の領域で磁性粒子が増加し光強度が減少する。
(ステップS104)
下磁場の印加を開始した後、光強度測定機能172において処理回路17は、例えば下磁場の印加を終了するタイミングを規定する情報に含まれる経過時間を用いて、時刻t1から所定の経過時間(第2の経過時間)が経過したか否か、すなわち下磁場の印加を終了する時刻t2に達したか否かを判断する。上記第2の経過時間は、例えば時刻t1における光強度が所定の値まで減少するまでの時間でもよい。時刻t2に達している場合、処理はステップS105へ進む。そうでなければ時刻t2まで下磁場を印加し続ける。
(ステップS105)
時刻t2に達した後、光強度測定機能172において処理回路17は、下磁場の印加を終了する。具体的には、処理回路17は、磁場発生回路13に下磁場の発生と印加を停止させる。
図8は、図5のタイミングチャートの時刻t2における反応機構内の状態を表す断面図である。図8から理解されるように、下磁場の印加が停止された直後では、第1の抗体を担持する磁性粒子は、その下磁場による束縛(磁性粒子が磁力線に沿って短いチェーンのようにつながる状態)を保った状態となっている。
図9は、図5のタイミングチャートの時刻t2から時刻t3の間の前半における反応機構内の状態を表す断面図である。時刻t3とは、後述される上磁場の印加を開始する時刻である。下磁場の印加が停止されると、第1の抗体を担持する磁性粒子は、下磁場による束縛から解放されて自然沈降を開始する。これにより、光導波路23の近傍領域に存在する磁性粒子の数が増加する。下磁場の印加が停止されると、光強度は、図5に示されるように、オーバーシュートを発生させた後、徐々に減少する。オーバーシュートは、チェーン状につながっていた磁性粒子が、ばらけた瞬間に各ゆるんだ磁性粒子に水和する水分子の数が増加し、浮力が増加する現象に起因する。
図10は、図5のタイミングチャートの時刻t2から時刻t3の間の後半における反応機構内の状態を表す断面図である。ここで第1の抗体を担持する磁性粒子が自然沈降しきる、即ち規定センシングエリア(反応室25中に示される破線と光導波路23との間の領域)への進入するそれ以上の第1の抗体を担持する磁性粒子がなくなる。このとき、光導波路23の上面上の第1の抗体を担持する磁性粒子の一部は、目的物質Sを介して光導波路23の上面に固定された第2の抗体と特異的に結合する。このような第1の抗体を担持する磁性粒子は、光導波路23の上面に整列して堆積される。すなわち、センシングエリア内は、第1の抗体を介して固定化された磁性粒子を含む磁性粒子によりほぼ隙間なく占められた状態となる。
(ステップS106)
下磁場の印加を停止した後、光強度測定機能172において処理回路17は、例えば上磁場の印加が開始されるタイミングを規定する情報に含まれる経過時間を用いて、時刻t2から所定の経過時間(第3の経過時間)が経過したか否か、すなわち上磁場を印加する時刻t3に達したか否かを判断する。上記第3の経過時間は、例えば時刻t2における光強度が所定の割合まで減少するまでの時間でもよい。時刻t3に達している場合、処理はステップS107へ進む。そうでなければ時刻t3まで待機する。
(ステップS107)
時刻t3に達した後、光強度測定機能172において処理回路17は、上磁場の印加を開始する。具体的には、処理回路17は、磁場発生回路13により反応ユニット2の反応室25に上磁場を印加させる。
図11は、図5のタイミングチャートの時刻t3から時刻t4の間における反応機構内の状態を表す断面図である。図11に示されるように、上磁場の印加は、検査液中で第1の抗体を担持する磁性粒子に、鉛直上向きの磁力を及ぼす。上磁場は、図11における鉛直方向上向きの矢印BUによって表されている。上方向の磁力により、光導波路23の上面に沈んでいる磁性粒子のうち、光導波路23の上面に結合されている第2の抗体と抗原を介して結合していない第1の抗体を担持する磁性粒子は、光導波路23の近傍の領域(エバネッセント場)から引き離される。すなわち、第2の抗体と抗原とを介して結合している第1の抗体を担持している磁性粒子のみが光導波路23の近傍の領域に残留することになる。このため、図5に示されるように、上磁場印加が開始された直後は、光強度が増大し、所定の時間が経過すると光強度が安定する。
(ステップS108)
上磁場の印加を開始した後、光強度測定機能172において処理回路17は、例えば光強度測定を終了するタイミングを規定する情報に含まれる経過時間を用いて、時刻t3から所定の経過時間(第4の経過時間)が経過したか否か、すなわち光強度測定を終了する時刻t4に達したか否かを判断する。上記第4の経過時間は、例えば測定している光強度が収束するまでの時間でもよい。時刻t4に達している場合、処理はステップS109へ進む。そうでなければ時刻t4まで測定を続ける。
(ステップS109)
時刻t4に達した後、光強度測定機能172において処理回路17は、光強度測定を終了する。なお、後続する粒子個数計測のため、処理回路17は、磁場発生回路13による上磁場の印加を継続させる。
(ステップS110)
光強度測定機能172において処理回路17は、光強度測定の終了後、又は終了直前に、測定した光強度を用いて、測定試料中の目的物質Sの有無および含有の程度を判定可能か否かを判断する。このとき、処理回路17は、例えば、測定した光強度が抗原抗体反応前の基準となる光強度と比較して所定の強度を有しているか否か、又は、測定した光強度が所定の値に収束しているか否か等に基づき、目的物質Sの有無および程度を判定可能か否かを判断する。目的物質Sの有無および程度を判定可能である場合、処理はステップS111へ進む。判定可能でない場合、処理はステップS112へ進む。
(ステップS111)
光強度測定機能172において処理回路17は、例えば、抗原抗体反応前の基準となる光強度と、時刻t4の光強度とを比較し、目的物質Sの濃度を算出する。具体的には、処理回路17は、抗原抗体反応前の光強度と時刻t4の光強度とを用いて光強度の低下率を算出する。その後、処理回路17は、検量線のデータを用いて、算出された光強度の低下率に対応する目的物質の濃度を得る。
(ステップS113)
目的物質Sの濃度を算出すると、処理回路17は、判定機能174を実行する。判定機能174において処理回路17は、ステップS111で算出した目的物質Sの濃度に基づき、検査液中の目的物質の有無および含有の程度を判定する。具体的には、処理回路17は、目的物質Sの濃度が閾値以上の場合に「陽性」と判定し、目的物質Sの濃度が閾値未満の場合に「陰性」と判定する。
なお、処理回路17は、光強度の低下率に基づいて検査液中の目的物質の有無および含有の程度を判定してもよい。具体的には、この場合、処理回路17は、光強度の低下率が閾値以上の場合に「陽性」と判定し、光強度の低下率が閾値未満の場合に「陰性」と判定する。この場合、上記のステップS111において、必ずしも目的物質Sに関する濃度を算出する必要はない。
(ステップS114)
検査液中の目的物質Sの有無および程度を判定すると、処理回路17は、システム制御機能171を実行する。システム制御機能171において処理回路17は、ステップS113で判定された目的物質Sの有無および程度をディスプレイ151に表示させる。具体的には、処理回路17は、目的物質Sの有無および程度に関して、「陰性」または「陽性」の判定結果をディスプレイ151に表示させる。また、処理回路17は、ディスプレイ151に判定結果の確からしさを示す確率を一緒に表示させてもよい。ステップS114の後、処理は終了する。
(ステップS112)
目的物質Sの有無を判定できない場合、処理回路17は、粒子個数計測機能173にスイッチングして計測を開始する。つまり、処理回路17は、粒子個数計測機能173を実行する。粒子個数計測機能173において処理回路17は、光源123を制御し、粒子個数計測を開始する。具体的には、処理回路17は、光源123を点滅動作から点灯動作に切り替え、粒子個数計測期間(時刻t4から時刻t5までの期間)にわたって、光源123を点灯動作させる。光源123を点灯動作させる期間は、点灯動作期間と呼ばれてもよい。
粒子個数計測において、光源123は、光L1を出射する。光L1は、光導波路23と反応室25内の検査液、両面テープ22、及び透明基板24との境界面で全反射することによって光導波路23内を伝搬する。このような全反射状態において、境界面からしみ出した光、すなわちエバネッセント光が存在する。エバネッセント光は、光導波路23の近傍の領域に固定されている磁性粒子によって散乱する。
粒子個数計測期間の所定の時点において、処理回路17は、画像センサ14を制御し、エバネッセント光の散乱光を受光させ、受光させた光を画像信号へ変換させる。処理回路17は、画像センサ14で変換された画像信号に基づいて画像を生成する。処理回路17は、例えば、生成した画像に含まれる光点のうち、予め設定した大きさ以上の光点の数を計測する。予め設定した大きさ以上の光点は、例えば、光導波路23の上面に、第1の抗体、目的物質S、及び第2の抗体を介して結合された磁性粒子を表す。
(ステップS115)
粒子個数計測が開始された後、処理回路17は、例えば、粒子個数を全て計測したか否か、すなわち粒子個数計測を終了するか否かを判断する。粒子個数の計測が完了している場合、処理はステップS116へと進み、そうでなければ粒子個数の計測が完了するまで待機する。
(ステップS116)
粒子個数計測機能173において処理回路17は、粒子個数計測を終了する。
(ステップS117)
粒子個数計測が終了すると、処理回路17は、判定機能174を実行する。判定機能174において処理回路17は、ステップS112で計測した粒子個数に基づき、検査液中の目的物質Sの有無および含有の程度を判定する。例えば、処理回路17は、予め定めた粒子個数と、粒子個数計測結果とを比較し、検査液中の目的物質Sについての最終判定を実施する。具体的には、処理回路17は、計測された粒子個数が閾値以上の場合に「陽性」と判定し、計測された粒子個数が閾値未満の場合に「陰性」と判定する。
(ステップS118)
最終判定を実施すると、処理回路17は、システム制御機能171を実行する。システム制御機能171において処理回路17は、ステップS117で実施された最終判定の結果をディスプレイ151に表示させる。具体的には、処理回路17は、目的物質Sの有無および程度に関して、「陰性」または「陽性」の判定結果をディスプレイ151に表示させる。また、処理回路17は、判定結果の確からしさを示す確率を一緒に表示してもよい。ステップS118の後、処理は終了する。 以上のように、本実施形態では、検体検査装置1は、処理回路17の光強度測定機能172により、反応ユニット2内の光導波路を伝搬する光の強度を測定し、第1検査指標値を取得する。検体検査装置1は、処理回路17の粒子個数計測機能173により、光導波路の画像に基づいて第2検査指標値を取得する。そして、検体検査装置1は、処理回路17の判定機能174により、第1及び/又は第2検査指標値に基づき、検査液中の目的物質の有無および含有の程度を判定するようにしている。よって、本検体検査装置1は、光の減衰を利用した目的物質の定量測定と、視覚的情報を利用した目的物質の定量測定とを1回の検査シーケンスで実施し、最終的な判定を下すためにそれらの測定の結果を使うことが可能となる。また、光導波路中を伝搬する光は、画像センサ14によるモニタの際にも使用できるため、本検体検査装置1は、画像センサ14を使用するために別途光源を設ける必要がない。
(第1の実施形態の変形例)
第1の実施形態に係る検体検査装置1は、光強度測定を行った後に、粒子個数計測を行ったがこれに限らない。例えば、図4に示される例では、光強度に基づく判定結果が取得されない場合、粒子個数に基づく判定結果がディスプレイ151に表示される場合を説明したが、これに限定されない。
別の例では、検体検査装置1は、光強度測定と粒子個数計測とを並列又は同時に行ってもよい。具体的には、例えば、処理回路17は、ステップS108において、光強度が収束したと判断すると、粒子個数計測機能173を実行する。粒子個数計測機能173において処理回路17は、例えば、点滅動作を実施する光源123から照射される光によるエバネッセント光の散乱光についての画像を生成する。処理回路17は、例えば、生成した画像に含まれる光点のうち、予め設定した大きさ以上の光点の数を計測する。
また、光強度測定の結果(第1検査指標値)と画像センサ14の出力に基づく計測の結果(第2検査指標値)は、判定結果の取得の有無にかかわらず、ディスプレイ151に表示するようにしても良い。
また、第1の実施形態に係る検体検査装置1は、一連の動作の中で、光強度測定と、粒子個数計測とを行ったがこれに限らない。光強度測定と、粒子個数計測とが別々に実施され、光学部で検出された結果から求められる検査指標と、画像センサで検出された結果から求められる検査指標とがそれぞれ取得され、それらに基づく判定などがディスプレイ151に表示されてもよい。
また、第1の実施形態に係る検体検査装置1は、光学部で検出された結果から求められる第1検査指標値及び/又は画像センサで検出された結果から求められる第2検査指標値とに基づいて判定される目的物質の有無及び程度を表示するようにしている。しかしながら、表示されるのは目的物質の有無および程度に限定されない。第1及び/又は第2検査指標値それ自体がディスプレイ151に表示されても構わない。
また、第1の実施形態に係る検体検査装置1は、処理回路17の光強度測定機能172により第1検査指標値を取得し、粒子個数計測機能173により第2検査指標値を取得する場合を例に説明した。しかしながら、処理回路17により取得される検査指標値は、これらに限定されない。処理回路17は、第1及び第2検査指標値から、目的物質に関する第3検査指標値を取得してもよい。第3検査指標値は、例えば、第1検査指標値および第2検査指標値の相関性に関する指標値である。第1検査指標値および第2検査指標値は、同一対象について測定(計測)を行った結果なので、それらは相関性が高いと考えられる。例えば、処理回路17は、第1検査指標値および第2検査指標値の相関性が低いという第3検査指標値に基づいて、ユーザに対して相関性が低い旨の報知をしてもよい。
(第2の実施形態)
第1の実施形態に係る測定動作シーケンスは、光強度測定の終了後、又は終了直前に、測定試料中の目的物質Sの有無および含有の程度を判定可能かまたは判定すべきか否かを判断する。また、第1の実施形態の変形例に係る測定動作シーケンスは、上記判断を行わず、光強度測定と粒子個数計測とを並列又は同時に行っていた。第2の実施形態に係る測定動作シーケンスは、以下に説明されるように上記判断を行わず、光強度測定後に目的物質の有無などの判定を行った後に、粒子個数計測を行うか否かの判定を行う。
図12は、第2の実施形態に係る測定動作シーケンスの一例を表すフローチャートである。図12の測定動作には、光強度測定および粒子個数計測の二つがある。また、光強度測定のタイミングチャートは、図5と同様である。図12の測定動作シーケンスは、反応室25に検査液が満たされた後に、入力インタフェース16を介してユーザから測定動作を開始する開始指示が入力されることによって開始する。
なお、図12のステップS201からステップS209までの説明は、図4のステップS101からステップS109までと同様であるため省略する。ステップS209を実行した後、処理はステップS210へ進む。
(ステップS210)
光強度測定機能172において処理回路17は、例えば、抗原抗体反応前の基準となる光強度と、時刻t4の光強度とを比較し、目的物質Sの濃度を算出する。具体的には、処理回路17は、抗原抗体反応前の光強度と時刻t4の光強度とを用いて光強度の低下率を算出する。その後、処理回路17は、検量線のデータを用いて、算出された光強度の低下率に対応する目的物質Sの濃度を得る。
(ステップS211)
目的物質Sの濃度を算出すると、処理回路17は、判定機能174を実行する。判定機能174において処理回路17は、ステップS210で算出した目的物質Sの濃度に基づき、検査液中の目的物質Sの有無および含有の程度を判定する。具体的には、処理回路17は、目的物質Sに関する濃度が閾値以上の場合に「陽性」と判定し、目的物質Sに関する濃度が閾値未満の場合に「陰性」と判定する。
なお、処理回路17は、光強度の低下率に基づいて検査液中の目的物質の有無および含有の程度を判定してもよい。具体的には、処理回路17は、光強度の低下率が閾値以上の場合に「陽性」と判定し、光強度の低下率が閾値未満の場合に「陰性」と判定する。この場合、上記のステップS210において、必ずしも目的物質Sに関する濃度を算出する必要はない。
(ステップS212)
検査液中の目的物質Sの有無および程度を判定すると、処理回路17は、システム制御機能171を実行する。システム制御機能171において処理回路17は、ステップS211の判定結果に基づいて、粒子個数計測を実行するか否かを決定する。具体的には、処理回路17は、判定結果が「陽性」の場合には粒子個数計測を実行せずに、処理をステップS213へ進める。他方、処理回路17は、判定結果が「陽性」ではない場合、即ち「陰性」の場合に粒子個数計測を実行するため、処理をステップS214へ進める。
(ステップS213)
ステップS211において「陽性」と判定された後、処理回路17は、光強度測定において陽性と判定された旨の判定結果をディスプレイ151に表示させる。また、処理回路17は、判定結果の確からしさを示す確率を一緒に表示してもよい。ステップS213の後、処理は終了する。
(ステップS214)
ステップS211において「陰性」と判定された後、処理回路17は、粒子個数計測機能173にスイッチングして計測を開始する。尚、以降のステップS215からステップS217までの説明は、図4のステップS115からステップS117までと同様であるため説明を省略する。
(ステップS218)
ステップS217において最終判定を実施すると、処理回路17は、システム制御機能171を実行する。システム制御機能171において処理回路17は、最終判定の結果をディスプレイ151に表示させる。具体的には、処理回路17は、目的物質Sの有無および程度に関して、「陰性」または「陽性」の判定結果をディスプレイ151に表示させる。また、処理回路17は、判定結果の確からしさを示す確率を一緒に表示してもよい。さらに、処理回路17は、粒子個数計測による判定結果と共に光強度測定において陰性と判定された旨の先行の判定結果の注釈などをユーザに報知してもよい。ステップS218の後、処理は終了する。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、検体検査装置1は、測定試料中の目的物質の有無を精度良く判定することができる。
実施形態の説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、或いは、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA))等の回路を意味する。プロセッサは記憶回路に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成してもかまわない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、上記各実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて1つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、上記各実施形態における複数の構成要素を1つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…検体検査装置
12…光検出回路
121…射出部
122…受光部
123…光源
124…光検出器
13…磁場発生回路
131…上磁場印加部
132…下磁場印加部
14…画像センサ
15…出力インタフェース
151…ディスプレイ
152…報知器
16…入力インタフェース
17…処理回路
171…システム制御機能
172…光強度測定機能
173…粒子個数計測機能
174…判定機能
18…メモリ
2…反応ユニット
21…外筐部
21a,21b…孔
211…第1凹部
212…第2凹部
22…両面テープ
23…光導波路
24…透明基板
25…反応室
30…試薬成分
L1,L2…光
S…目的物質

Claims (10)

  1. 検査容器に設けられる光導波路に光を入射し、前記光導波路を伝播して前記光導波路から出射される光を検出する光学部と、
    前記光導波路を伝播する光に基づいて前記光導波路近傍に存在する粒子で散乱される光を光源として、前記光導波路についての画像信号を取得する画像センサと、
    前記光学部の出力と、前記画像センサの出力との少なくとも一方に基づいて検査指標値を求める処理部と、
    前記処理部の処理結果を出力する出力部と
    を具備する検体検査装置。
  2. 前記処理部は、
    前記光学部で検出された結果に基づき、前記検査容器に収容される試料に含まれ得る目的物質の量に関する第1検査指標値を求める第1処理部と、
    前記画像センサで取得された画像信号に基づいて前記目的物質の量に関する第2検査指標値を求める第2処理部と
    を備え、
    前記出力部は、前記第1及び第2検査指標値の少なくとも一方を前記処理結果として出力する、請求項1に記載の検体検査装置。
  3. 前記処理部は、前記画像センサで取得された画像信号に基づき、前記検査容器に収容される試料に含まれ得る目的物質の量に関する種類の異なる複数の検査指標値を求め、
    前記出力部は、前記検査指標値の一つ又は組み合わせを前記処理結果として出力する、請求項1に記載の検体検査装置。
  4. 前記処理部は、前記第1検査指標値と、前記第2検査指標値とに基づいて前記目的物質の量に関する第3検査指標値を求め、
    前記出力部は、前記第3検査指標値を前記処理結果として出力する、請求項2に記載の検体検査装置。
  5. 前記処理部は、
    前記光学部で検出された結果に基づき、前記検査容器に収容される試料に含まれ得る目的物質の量に関する第1検査指標値を求める第1処理部と、
    前記画像センサで取得された画像信号に基づいて前記目的物質の量に関する第2検査指標値を求める第2処理部と、
    前記第1検査指標値と、前記第2検査指標値とに基づいて前記試料中の前記目的物質の有無を判定する判定部と
    を備え、
    前記出力部は、前記目的物質の有無を前記処理結果として出力する、請求項1に記載の検体検査装置。
  6. 前記処理部は、
    前記画像センサで取得された画像信号に基づき、前記検査容器に収容される試料に含まれ得る目的物質の量に関する検査指標値を求める第2処理部と、
    前記検査指標値に基づいて前記試料中の前記目的物質の有無を判定する判定部と
    を備え、
    前記出力部は、前記目的物質の有無を前記処理結果として出力する、請求項1に記載の検体検査装置。
  7. 前記画像センサおよび前記光導波路は、前記画像センサが前記光導波路の鉛直下方に配置されるように構成される請求項1乃至6のいずれかに記載の検体検査装置。
  8. 前記光導波路は、一方の表面が前記検査容器に収容される検査液と接触するように設けられ、
    前記画像センサは、前記検査液と前記光導波路との境界面に生じるエバネッセント光が前記粒子で散乱される光を用いて前記画像信号を取得する請求項1乃至7のいずれかに記載の検体検査装置。
  9. 前記第1処理部は、前記目的物質に反応する第1成分と、前記光導波路の表面に固定され、前記目的物質に反応する第2成分を用いる前記試料中の反応の経過に伴う光の強度変化に基づき、前記目的物質の含有量に関する数値を前記第1検査指標値として算出する請求項2に記載の検体検査装置。
  10. 前記光学部は、点滅する光源から前記光導波路へ入射され、前記光導波路を伝播して前記光導波路から出射される光を検出し、
    前記画像センサは、点灯する光源から前記光導波路へ入射され、前記光導波路を伝播する光に基づく散乱光を、前記画像信号を取得するために用いる請求項1乃至9のいずれかに記載の検体検査装置。
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