JP2021117161A

JP2021117161A - 検体分析装置

Info

Publication number: JP2021117161A
Application number: JP2020011943A
Authority: JP
Inventors: 成池田; Shigeru Ikeda; 優介本波; Yusuke Motonami
Original assignee: Canon Medical Systems Corp
Current assignee: Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2040-01-28
Also published as: US20210231756A1; US11579215B2; JP7467137B2

Abstract

【課題】撮像部がカートリッジを撮像する際に、磁場印加部が障害とならないように磁場印加部を配置した検体分析装置を提供する。【解決手段】本実施形態に係る検体分析装置１は、検体と検体に含まれる検出対象物と結合する磁性粒子を収納するカートリッジ１００に対して磁場を印加する磁場印加部２０と、前記カートリッジ１００を撮像する撮像部１０と、前記撮像部１０により撮像した画像に基づいて解析処理を行う解析処理部３０とを備え、前記磁場印加部２０は、カートリッジ１００の第１側面側に設けられる電磁石２２と、前記電磁石２２により磁化する磁性部材２４と、前記磁性部材２４を移動する移動機構２６とを備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、検体分析装置に関する。

極微量のウイルスや生体物質等の検出対象物を高感度に検出することによって、感染症等の疾病を早期に診断することを可能にする検体分析装置が、多くの病院で利用されている。このような検体検査装置においては、例えば、検出対象物を含む検体とこの検体と特異的に結合する磁性粒子とをカートリッジに収納した上で、カートリッジに形成されたセンサエリアに捕捉された磁性粒子の個数を光学的な手段によって計数することによって、検体に含まれる検出対象物を高感度に検出および定量することができる。

この場合、検体分析装置に、センサエリアに捕捉された検出対象物を測定するために光学的な手段として撮像部を設けることにより、この撮像部を用いて磁性粒子の数を測定することが可能になる。そのためには、撮像部がカートリッジのセンサエリアを撮像する際に、磁場印加部が撮像の障害とならないように、撮像部と磁場印加部とを配置する必要がある。

特開２０１２−２１５５５３号公報特開２０１０−２１２５３１号公報国際公開第２０１０／０５８３０３号公報

本実施形態の目的は、撮像部がカートリッジを撮像する際に、磁場印加部が障害とならないように磁場印加部を配置した検体分析装置を提供することにある。

本実施形態に係る検体分析装置は、
検体と検体に含まれる検出対象物と結合する磁性粒子を収納するカートリッジに対して磁場を印加する磁場印加部と、
前記カートリッジを撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像した画像に基づいて解析処理を行う解析処理部とを備え、
前記磁場印加部は、
カートリッジの第１側面側に設けられる電磁石と、
前記電磁石により磁化する磁性部材と、
前記磁性部材を移動する移動機構とを備える。

第１実施形態に係る検体分析装置の構造を説明する側面レイアウト図である（磁性粒子を下方に移動させる磁場を印加した状態）。第１実施形態に係る検体分析装置の構造を説明する側面レイアウト図である（磁性粒子を上方に移動させる磁場を印加した状態）。第１実施形態に係る検体分析装置における磁性部材を上方から見た状態を示す図である。第１実施形態に係る検体分析装置における別な態様の磁性部材を上方から見た状態を示す図である。第１実施形態において電磁石が生成する磁場の磁束密度の変化を表すグラフを示す図である（磁性部材が反転位置にある場合）。第１実施形態において電磁石が生成する磁場の磁束密度の変化を表すグラフを示す図である（磁性部材が非反転位置にある場合）。第１実施形態に係る検体分析装置で実行される検体分析処理の一例を説明するフローチャートを示す図である。カートリッジのセンサエリアにおける磁性粒子の数に関する時間変化を表すグラフを示す図である。第２実施形態に係る検体分析装置の構造を説明する側面レイアウト図である（磁性粒子を下方に移動させる磁場を印加した状態）。第２実施形態に係る検体分析装置の構造を説明する側面レイアウト図である（磁性粒子を上方に移動させる磁場を印加した状態）。第２実施形態に係る検体分析装置における磁性部材を上方から見た状態を示す図である。第２実施形態に係る検体分析装置における別な態様の磁性部材を上方から見た状態を示す図である。第２実施形態において電磁石が生成する磁場の磁束密度の変化を表すグラフを示す図である（磁性部材が非反転位置にある場合）。第２実施形態において電磁石が生成する磁場の磁束密度の変化を表すグラフを示す図である（磁性部材が反転位置にある場合）。第２実施形態に係る検体分析装置で実行される検体分析処理の一例を説明するフローチャートを示す図である。第２実施形態に係る検体分析装置においてセンサエリアの撮像をする際のセンサエリアと撮像部の撮像範囲と磁性部材の位置関係の一例を示す図である。第２実施形態の変形例に係る検体分析装置の構造を説明する側面レイアウト図である（磁性粒子を下方に移動させる磁場を印加した状態）。第２実施形態の変形例に係る検体分析装置の構造を説明する側面レイアウト図である（磁性粒子を上方に移動させる磁場を印加した第１の状態）。第２実施形態の変形例に係る検体分析装置の構造を説明する側面レイアウト図である（磁性粒子を上方に移動させる磁場を印加した第２の状態）。第２実施形態の別な変形例に係る検体分析装置における磁性部材を上方から見た平面図である（虹彩絞りが絞られた状態）。第２実施形態の別な変形例に係る検体分析装置における磁性部材を上方から見た平面図である（虹彩絞りが開かれた状態）。

以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る検体分析装置を説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行うこととする。

〔第１実施形態〕
図１及び図２は、第１実施形態に係る検体分析装置１の構造を説明する側面レイアウト図である。特に、図１は、検体分析装置１がカートリッジ１００内の磁性粒子を下方に移動させる状態を説明する側面レイアウト図であり、電磁石２２が生成した磁場の磁束密度の変化を反転させる反転位置に磁性部材２４がある状態を示している。一方、図２は、検体分析装置１がカートリッジ１００内の磁性粒子を上方に移動させる状態を説明する側面レイアウト図であり、電磁石２２が生成した磁場を反転させない非反転位置に磁性部材２４がある状態を示している。

これら図１及び図２に示すように、本実施形態に係る検体分析装置１は、撮像部１０と、磁場印加部２０と、解析処理部３０とを備えて構成されている。

撮像部１０は、カートリッジ１００のセンサエリア上に結合している磁性粒子を１個１個識別して計数できるようにする、光学デバイスである。撮像部１０としては、例えば、光学顕微鏡や、光学顕微鏡にデジタルカメラ等を組み合わせた顕微撮像システムを用いることができる。カートリッジ１００におけるセンサエリアの照明方法としては、光学顕微鏡で通常用いられる落射／透過照明や明視野／暗視野照明を用いることができる。照明には、各種ランプから発生した光や、その光を光学フィルタで波長選別した光、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光など、磁性粒子の観察に適した照明手段を用いることができる。

本実施形態においては、撮像部１０は、カートリッジ１００が検体分析装置１にセットされた状態において、カートリッジ１００のセンサエリアを撮像するために、カートリッジ１００の下方に設置されている。また、本実施形態においては、撮像部１０は、磁場印加部２０における電磁石２２よりも、下方に設けられている。

磁場印加部２０は、磁場のオン／オフが可能な電磁石２２を備えて構成されている。電磁石２２は、永久磁石が組み合わされたものでもよく、或いは、ヨークが組み合わされたものでもよい。永久磁石としては、例えば、フェライト磁石やアルニコ磁石、サマリウムコバルト磁石、ネオジム磁石等の既存の如何なる永久磁石が用いられてもよい。電磁石２２は、磁場のオン／オフ時に磁場分布が歪むことを避け、また、磁場の強さを調整することもできる。磁場印加部２０がどのような構成であっても、その磁極はカートリッジ１００側に向いており、磁極のＳＮの方向軸とカートリッジ１００のセンサエリア面とが略直交するように磁場印加部２０を配置することが望ましい。

本実施形態においては、カートリッジ１００が検体分析装置１の支持フレームに載置された状態において、電磁石２２は、カートリッジ１００の上側に位置するように配置されており、検体に検出対象物が含まれているかどうかの分析を行う際に、カートリッジ１００を電磁石２２と撮像部１０とで挟むように配置されている。

さらに、磁場印加部２０は、磁場印加部２０により磁化する磁性部材２４を備えている。すなわち、磁性部材２４は、電磁石２２がオンとなり磁場を生成すると、磁化されて磁石として作用する。この磁性部材２４には、一般的な軟磁性材料を用いることができる。

この磁性部材２４の形状は任意である。本実施形態においては、磁性部材２４が反転位置にある場合には、この磁性部材２４がカートリッジ１００と撮像部１０との間の位置に挿入されることから、平板状の形状をなしていることが望ましい。検体分析装置１の上方から見た磁性部材２４の形状も任意である。例えば、図３に示すように、磁性部材２４は、円形の形状をなしていてもよいし、或いは、図４に示すように、矩形の形状をなしていてもよい。

さらに、磁場印加部２０は、磁性部材２４を移動する移動機構２６を備えている。すなわち、アクチュエータ等により構成された移動機構２６は、磁性部材２４の位置を、図１に示す反転位置と、図２に示す非反転位置との間で、移動させる。図１に示す反転位置は、電磁石２２がオンとなり磁場を生成した場合に、その磁場の磁束密度をカートリッジ１００の位置で反転させる位置である。この反転位置は、カートリッジ１００の近傍の位置である。図２に示す非反転位置は、電磁石２２がオンとなり磁場を生成した場合に、その磁場の磁束密度をカートリッジ１００の位置で反転させない位置である。この非反転位置は、カートリッジ１００から離れた位置である。

移動機構２６は、モーター等を備えており、磁性部材２４を水平方向に移動させたり、垂直方向に移動させたりすることができる。これにより、移動機構２６は、磁性部材２４を反転位置から非反転位置に移動させたり、非反転位置から反転位置に移動させたりすることができる。図１及び図２の例では、移動機構２６は、磁性部材２４を水平方向に移動させることにより、反転位置と非反転位置との間を相互に移動させている。つまり、反転位置と非反転位置は、互いに側方に並んだ位置にある。

解析処理部３０は、撮像部１０により撮像された画像に基づいて解析処理を行う。すなわち、図２に示す非反転位置に磁性部材２４を移動した状態で、撮像部１０はカートリッジ１００の底部に形成されているセンサエリアの撮像を行い、カートリッジ１００のセンサエリア画像を取得する。解析処理部３０は、このセンサエリア画像に基づいて、センサエリアにある磁性粒子の数を計数して、検体に含まれる検出対象物を高感度に検出する。つまり、解析処理部３０は、センサエリア画像に基づいて、センサエリアに結合された、検出対象物と結合する磁性粒子の数を画像解析によりカウントする。検出対象物の濃度としては、センサエリアに結合された磁性粒子の数が多ければ多いほど、その濃度が高いことを意味している。

カートリッジ１００は、検体に検出対象物が含まれるか否かを分析する際に、検体分析装置１にセットされる容器である。このカートリッジ１００には、検体と、この検体に含まれる検出対象物と結合する磁性粒子とが収納される。そして、検体に検出対象物が含まれているかどうかの分析を行う際には、このカートリッジ１００は検体分析装置１における支持フレームにセットされて載置される。このカートリッジ１００が検体分析装置１にセットされた状態が、図１及び図２の状態である。

カートリッジ１００の底面には、センサエリアが設けられている。このセンサエリアを形成する基板としては、撮像部１０により、センサエリア上に結合した磁性粒子を観察又は計数できるように光学的に透明な基板、例えば光学ガラスや石英ガラスなどを用いて構成されている。センサエリア上には、検出対象物と抗原抗体反応により特異的に結合できる物質、例えば抗体が固定されている。

本実施形態においては、カートリッジ１００が検体分析装置１の支持フレームにセットされた状態において、カートリッジ１００の上側（第１側面側）に、電磁石２２が位置するように構成されており、カートリッジ１００の下側（第２側面側）に、反転位置にある磁性部材２４が位置するように構成されている。換言すれば、反転位置は、カートリッジ１００と撮像部１０との間で、且つ、カートリッジ１００と撮像部１０とに挟まれた位置になる。

また、図２の非反転位置に磁性部材２４がある場合には、撮像部１０がカートリッジ１００の底面にあるセンサエリアを撮像する際に、撮像部１０によるカートリッジ１００の撮像の障害とはならない。一方、図１の反転位置に磁性部材２４がある場合には、撮像部１０がカートリッジ１００の底面にあるセンサエリアを撮像しようとすると、磁性部材２４が障害となり、カートリッジ１００の底面の撮像ができない。このため、本実施形態においては、撮像部１０によりカートリッジ１００の底面にあるセンサエリアの撮像を行おうとする場合には、移動機構２６により磁性部材２４を図２の非反転位置に移動させておく必要がある。

図５及び図６は、電磁石２２が生成した磁界の磁束密度の変化を表すグラフを示している。具体的には、図５は、図２に示す非反転位置に磁性部材２４が位置している場合の磁束密度の変化を示しており、図６は、図１に示す反転位置に磁性部材２４が位置している場合の磁束密度の変化を示している。

図５に示すように、図２の非反転位置に磁性部材２４がある場合、電磁石２２がオンとなり磁場を生成すると、磁束密度は、電磁石２２からカートリッジ１００に向けて、滑らかに減少する。このため、図２に示すように、カートリッジ１００の位置で上向きの磁場が生成され、カートリッジ１００に収納されている磁性粒子を上側に移動させる磁力が働く。

一方、図６に示すように、図１の反転位置に磁性部材２４がある場合、電磁石２２がオンとなり磁場を生成すると、磁束密度は、電磁石２２から遠ざかるにつれて減少するが、磁性部材２４が磁化されることから、この磁性部材２４の近傍で磁束密度は増加する。このため、図１に示すように、カートリッジ１００の位置で下向きの磁場が生成され、カートリッジ１００に収納されている磁性粒子を下側に移動させる磁力が働く。換言すれば、この磁束密度が電磁石２２から離れるにつれて増加する位置に、カートリッジ１００をセットすることにより、カートリッジ１００に収納された磁性粒子に下向きの磁場を印加して、下側に移動させる磁力を働かせることができる。本実施形態に係る検体分析装置１では、この特性を利用して、カートリッジ１００の上方に設けられた電磁石２２により、カートリッジ１００に収納された磁性粒子に、上向きの磁場と下向きの磁場を切り替えて、印加できるようにしている。

次に、図７及び図８に基づいて、図１及び図２に示した検体分析装置１の動作について説明する。図７は、本実施形態に係る検体分析装置１で実行される検体分析処理の内容を説明するためのフローチャートを示す図である。また、図８は、カートリッジ１００のセンサエリアにおける磁性粒子の数の時間変化を示すグラフの一例である。

図７に示すように、まず、検体分析装置１は、電磁石２２をオフの状態とする（ステップＳ１０）。磁性部材２４の位置は任意であり、反転位置にあってもよいし、非反転位置にあってもよい。但し、磁性部材２４の保磁力が大きく、電磁石２２をオフにしていても磁性部材２４に大きな磁化が残る場合は、磁性部材２４は非反転位置に移動させた方が望ましい。

この状態でユーザは、カートリッジ１００を検体分析装置１の支持フレームにセットし、検体と、この検体に含まれる検出対象物と結合する磁性粒子との混合液を、カートリッジ１００に注入する。この注入は、自動で行われてもよいし、手動で行われてもよい。

カートリッジ１００への混合液の注入が完了すると、検体分析装置１は、磁性部材２４を図１に示す反転位置に移動した上で、電磁石２２をオンにする（ステップＳ１２）。カートリッジ１００の検体分析装置１へのセットの完了は、検体分析装置１にセンサを設けて、このセンサによりカートリッジ１００のセットの完了を自動的に検知するようにしてもよし、或いは、ユーザが検体分析装置１に設けられたセット完了ボタンを押下することにより、検体分析装置１がカートリッジ１００のセットの完了を検知するようにしてもよい。

なお、ステップＳ１０にて、磁性部材２４が反転位置にある場合は、検体分析装置１は移動機構２６を駆動した磁性部材２４の移動は不要であるが、磁性部材２４が非反転位置にある場合は、検体分析装置１は移動機構２６を駆動して、磁性部材２４を非反転位置から反転位置に移動させる必要がある。

このように、反転位置に磁性部材２４が位置している状態で、電磁石２２をオンとすることにより、図６に示すように、カートリッジ１００の位置で磁束密度の変化が逆向きとなり、カートリッジ１００の磁性粒子に下向きの磁場を印加することができる。換言すれば、図６における磁束密度の変化が逆転する位置に、カートリッジ１００が位置するように、カートリッジ１００を支持する支持フレームを配置する必要がある。

カートリッジ１００に下向きの磁場が印加されると、カートリッジ１００に注入された混合液中で拡散している磁性粒子は、混合液中を沈降して、カートリッジ１００の底面にあるセンサエリアに侵入する。磁性粒子が沈降する際には、磁性粒子は検体に含まれる検出対象物と結合しながら沈降して、センサエリアの表面に達する。この磁性粒子の沈降速度は、下向きの磁場が印加されていることから、この下向きの磁場が印加されておらず重力のみで沈降する場合と比較して、速くなる。つまり、カートリッジ１００に下向きの磁場を印加することにより、磁性粒子の沈降に要する時間を短縮することができる。なお、磁場によって磁化された磁性粒子は磁力によって互いに吸着し、センサエリアの表面から上方に鎖状に配列した状態になる。

このステップＳ１２におけるセンサエリア上の磁性粒子の数の変化が、図８における時刻ｔ０〜時刻ｔ１に表されている。すなわち、混合液中の磁性粒子が沈降するので、センサエリア上の磁性粒子の数は時間の経過とともに、増大する。

次に、検体分析装置１は、電磁石２２をオフの状態とする（ステップＳ１４）。磁性部材２４の位置は任意であり、反転位置にあってもよいし、非反転位置にあってもよい。但し、磁性部材２４の保磁力が大きく、電磁石２２をオフにしていても磁性部材２４に大きな磁化が残る場合は、磁性部材２４は非反転位置に移動させた方が望ましい。

このステップＳ１４では、磁場が印加され鎖状に配列した状態から解放されて磁性粒子は重力により沈降し、センサエリア上の磁性粒子はさらに増加する。このステップＳ１４におけるセンサエリア上の磁性粒子の数の変化が、図８における時刻ｔ１〜時刻ｔ２に表されている。磁場から解放された磁性粒子は重力によって沈降しつつ自由拡散によってセンサエリア上を拡散移動するため、センサエリア上の磁性粒子は時刻ｔ１からさらに増加して飽和する。なお、このステップＳ１４における自由拡散の時間は、センサエリア上の磁性粒子が飽和してほぼ一定値になった後は、測定時間の短縮化を重視する場合は、短くすること、或いは、省略することも可能である。

カートリッジ１００の底面にあるセンサエリア上に侵入し自由拡散した、検出対象物と結合した磁性粒子は、この検出対象物を介して、センサエリアに固定されている抗体と抗原抗体反応を行い、センサ上に結合される。一方、検出対象物と結合していない磁性粒子は、センサエリアに固定されている抗体と結合はしない。このため、センサエリアに結合された磁性粒子の数が多いほど、検体に含まれる検出対象物の数が多いことを意味している。

次に、検体分析装置１は、磁性部材２４を図２に示す非反転位置に移動した上で、電磁石２２をオンにする（ステップＳ１６）。ステップＳ１４にて、磁性部材２４が非反転位置にある場合は、検体分析装置１は移動機構２６を駆動した磁性部材２４の移動は不要であるが、磁性部材２４が反転位置にある場合は、検体分析装置１は移動機構２６を駆動して、磁性部材２４を反転位置から非反転位置に移動する必要がある。このように、非反転位置に磁性部材２４が位置している状態で、電磁石２２をオンとすることにより、図５に示すように、カートリッジ１００の位置で磁束密度の変化は減少傾向を維持することとなり、カートリッジ１００の磁性粒子に上向きの磁場を印加することができる。

カートリッジ１００に上向きの磁場が印加されると、磁性粒子は混合液中を上側に移動する。しかし、抗原抗体反応でセンサエリアに結合した磁性粒子は、この上向きの磁場に抗して、センサエリアに結合したままの状態となる。つまり、検出対象物と結合した磁性粒子はセンサエリアに残ることとなる。

このステップＳ１６におけるセンサエリア上の磁性粒子の数の変化が、図８における時刻ｔ２〜時刻ｔ４に表されている。すなわち、時刻ｔ２〜時刻ｔ３は、上向きの磁場の影響で、センサエリアに結合していない磁性粒子が混合液の上側に向けて移動するので、センサエリア上の磁性粒子の数は減少する。しかし、センサエリアに結合していない磁性粒子がすべてセンサエリアから引き剥がされて上側に移動してしまうと、それ以上は、センサエリア上の磁性粒子の数は減少しない。この状態が図８の時刻ｔ３以降である。

ステップＳ１６で所定の時間が経過した後に、検体分析装置１は、撮像部１０を用いて、カートリッジ１００の下側から、センサエリアの撮像を行う（ステップＳ１８）。すなわち、センサエリアは光学的に透明な基板で形成されていることから、この透明な基板を介して、撮像したセンサエリア画像にはセンサエリアに固着している磁性粒子が映り込んでいる。この時刻が、図８における時刻ｔ４である。

次に、検体分析装置１は、解析処理部３０が、このセンサエリア画像の解析を行い、センサエリア画像に含まれている磁性粒子の数を計数する（ステップＳ２０）。すなわち、センサエリア画像の画像解析を行うことにより、センサエリアに残っている磁性粒子の数をカウントし、検体に検出対象物が含まれているか否かを判定し、また、検体に含まれる検出対象物の濃度を分析する。以上により、本実施形態に係る検体分析処理が終了する。

以上のように、本実施形態に係る検体分析装置１によれば、カートリッジ１００を検体分析装置１にセットした状態において、カートリッジ１００の上側に電磁石２２を設け、カートリッジ１００の下側にある磁性部材２４を反転位置と非反転位置との間で移動させることにより、カートリッジ１００の位置における、電磁石２２が生成した磁界の向きを切り換えるようにしたので、カートリッジ１００の下側の電磁石を省くことができる。このため、検体分析装置１の製造コストの低減を図ることができる。

また、下側の電磁石を省いた位置に、撮像部１０を配置することができるので、カートリッジ１００におけるセンサエリアの撮像を、撮像部１０を用いてカートリッジ１００の真下から行うことができる。

その一方で、撮像部１０によりカートリッジ１００の底面にあるセンサエリアの撮像を行う際には、撮像の障害とならないように、磁性部材２４は、反転位置の側方の位置である非反転位置に移動させることとした。このため、撮像部１０は、カートリッジ１００の混合液中の磁性粒子に上向きの磁場を印加しながら、カートリッジ１００のセンサエリアの撮像を円滑に行うことができる。

〔第２実施形態〕
上述した第１実施形態においては、カートリッジ１００の上側に電磁石２２を配置し、カートリッジ１００の下側に撮像部１０を配置したが、第２実施形態においては、この上下関係を逆転させ、カートリッジ１００の上側に撮像部１０を配置し、カートリッジ１００の下側に電磁石２２を配置するようにしたものである。以下、上述した第１実施形態と異なる部分を説明する。

図９及び図１０は、第２実施形態に係る検体分析装置１の構造を説明する側面レイアウト図であり、それぞれ、第１実施形態における図１及び図２に対応する図である。特に、図９は、検体分析装置１がカートリッジ１００内の磁性粒子を下方に移動させる状態を説明する側面レイアウト図であり、電磁石２２が生成した磁場の磁束密度の変化を反転させない非反転位置に磁性部材２４がある状態を示している。一方、図１０は、検体分析装置１がカートリッジ１００内の磁性粒子を上方に移動させる状態を説明する側面レイアウト図であり、電磁石２２が生成した磁場を反転させる反転位置に磁性部材２４がある状態を示している。

これら図９及び図１０に示すように、本実施形態に係る検体分析装置１は、上述した第１実施形態と同様に、撮像部１０と、磁場印加部２０と、解析処理部３０とを備えて構成されている。

但し、本実施形態においては、カートリッジ１００が検体分析装置１にセットされた状態で、撮像部１０はカートリッジ１００の上側（第２側面側）に位置しており、磁場印加部２０が備える電磁石２２はカートリッジ１００の下側（第１側面側）に位置している。このため、磁場印加部２０が備える磁性部材２４も、カートリッジ１００の上側に位置している。

本実施形態においては、この磁性部材２４は、環状の形状をなしている。図１１及び図１２は、本実施形態に係る検体分析装置１の磁性部材２４を上側から見た状態を示している。図１１の例では、環状の磁性部材２４は、矩形形状をなしており、その中央部分に開口部２４ａが形成されている。このため、開口部２４ａの形状も矩形形状である。一方、図１２の例では、環状の磁性部材２４は、円形形状をなしており、その中央部分に開口部２４ａが形成されている。このため、開口部２４ａの形状も円形形状である。本実施形態では、磁性部材２４が非反転位置に移動する場合には、この磁性部材２４の開口部２４ａに、撮像部１０が挿入される。なお、磁性部材２４が反転位置から非反転位置に移動する場合に撮像部１０を開口部２４ａに挿入できる構造であれば、磁性部材２４の形状や開口部２４ａの形状は任意である。

図９及び図１０に示すように、移動機構２６は、磁性部材２４を反転位置から非反転位置に移動させたり、非反転位置から反転位置に移動させたりすることができる。図９及び図１０の例では、移動機構２６は、磁性部材２４を垂直方向に移動させることにより、反転位置と非反転位置との間を相互に移動させている。つまり、反転位置と非反転位置は、互いに上下に並んだ位置にある。

図９に示すように、非反転位置に磁性部材２４を位置させる場合には、磁性部材２４を撮像部１０に挿入して、カートリッジ１００から磁性部材２４を遠ざける。すなわち、移動機構２６は、磁性部材２４の開口部２４ａに撮像部１０を貫通させつつ、磁性部材２４を上側に移動する。一方、反転位置に磁性部材２４を位置させる場合には、磁性部材２４を撮像部１０から抜去して、カートリッジ１００の近傍に磁性部材２４を位置させる。すなわち、移動機構２６は、撮像部１０が開口部２４ａを貫通しなくなる状態まで、磁性部材２４を下側に移動させて、磁性部材２４をカートリッジ１００に近接させる。換言すれば、反転位置は、カートリッジ１００と撮像部１０との間で、且つ、カートリッジ１００と撮像部１０とに挟まれた位置である。

カートリッジ１００の上面は、本実施形態においては、センサエリア上に結合した磁性粒子を上方から観察又は計数できるように光学的に透明な基板、例えば、光学ガラスや石英ガラスなどを用いて構成されている。カートリッジ１００の底面に形成されたセンサエリア上には、上述した第１実施形態と同様に、検出対象物と抗原抗体反応により特異的に結合できる物質、例えば抗体が固定されている。

図１３及び図１４は、本実施形態に係る検体分析装置１において、電磁石２２が生成した磁界の磁束密度の変化を表すグラフを示しており、上述した第１実施形態における図５及び図６に対応している。具体的には、図１３は、図９に示す非反転位置に磁性部材２４が位置している場合の磁束密度の変化を示しており、図１４は、図１０に示す反転位置に磁性部材２４が位置している場合の磁束密度の変化を示している。

図１３に示すように、図９の非反転位置に磁性部材２４がある場合、電磁石２２がオンとなり磁場を生成すると、磁束密度は、電磁石２２からカートリッジ１００に向けて、滑らかに減少する。このため、図９に示すように、カートリッジ１００の位置で下向きの磁場が生成され、カートリッジ１００に収納されている磁性粒子を下側に移動させる力が働く。

一方、図１４に示すように、図１０の反転位置に磁性部材２４がある場合、電磁石２２がオンとなり磁場を生成すると、磁束密度は、電磁石２２から遠ざかるにつれて減少するが、磁性部材２４が磁化されることから、この磁性部材２４の近傍で磁束密度は増加する。このため、図１０に示すように、カートリッジ１００の位置で上向きの磁場が生成され、カートリッジ１００に収納されている磁性粒子を上側に移動させる力が働く。換言すれば、この磁束密度が電磁石２２から離れるにつれて増加する位置に、カートリッジ１００をセットすることにより、カートリッジ１００に収納された磁性粒子に上向きの磁場を印加して、上側に移動させる力を働かせることができる。

次に、図１５に基づいて、図９及び図１０に示した検体分析装置１の動作について説明する。この図１５は、本実施形態に係る検体分析装置１で実行される検体分析処理の内容を説明するためのフローチャートを示す図である。なお、カートリッジ１００のセンサエリアにおける磁性粒子の数の時間変化は、第１実施形態における図８のグラフと同様であるので、適宜、図８を参照する。

この図１５に示すように、検体分析装置１は、電磁石２２をオフの状態とする（ステップＳ３０）。このステップＳ３０は、第１実施形態にけるステップＳ１０と同様である。すなわち、磁性部材２４の位置は任意であり、反転位置にあってもよいし、非反転位置にあってもよい。但し、磁性部材２４の保磁力が大きく、電磁石２２をオフにしていても磁性部材２４に大きな磁力が残る場合は、磁性部材２４は非反転位置に移動させた方が望ましい。

カートリッジ１００への混合液の注入が完了すると、検体分析装置１は、磁性部材２４を図９に示す非反転位置に移動した上で、電磁石２２をオンにする（ステップＳ３２）。上述した第１実施形態と同様に、カートリッジ１００の検体分析装置１へのセットの完了は、検体分析装置１にセンサを設けて、このセンサによりカートリッジ１００のセットの完了を自動的に検知するようにしてもよし、或いは、ユーザが検体分析装置１に設けられたセット完了ボタンを押下することにより、検体分析装置１がカートリッジ１００のセットの完了を検知するようにしてもよい。

なお、ステップＳ１０にて、磁性部材２４が非反転位置にある場合は、検体分析装置１は移動機構２６を駆動した磁性部材２４の移動は不要であるが、磁性部材２４が反転位置にある場合は、検体分析装置１は移動機構２６を駆動して、磁性部材２４を反転位置から非反転位置に移動させる必要がある。

このように、非反転位置に磁性部材２４が位置している状態で、電磁石２２をオンとすることにより、図９に示すように、カートリッジ１００の磁性粒子に下向きの磁場を印加することができる。

カートリッジ１００に下向きの磁場が印加されると、カートリッジ１００に注入された混合液中で拡散している磁性粒子は、混合液中を沈降して、カートリッジ１００の底面にあるセンサエリアに侵入する。磁性粒子が沈降する際には、磁性粒子は検体に含まれる検出対象物と結合しながら、沈降する。この磁性粒子の沈降速度は、下向きの磁場が印加されていることから、この下向きの磁場が印加されておらず重力のみで沈降する場合と比較して、速くなる。つまり、カートリッジ１００に下向きの磁場を印加することにより、磁性粒子の沈降に要する時間を短縮することができる。なお、磁場によって磁化された磁性粒子は磁力によって互いに吸着し、センサエリアの表面から上方に鎖状に配列した状態になる。

このステップＳ３２におけるセンサエリア上の磁性粒子の数の変化が、図８における時刻ｔ０〜時刻ｔ１に表されている。すなわち、混合液中の磁性粒子が沈降するので、センサエリア上の磁性粒子の数は時間の経過とともに、増大する。

次に、検体分析装置１は、電磁石２２をオフの状態とする（ステップＳ３４）。磁性部材２４の位置は任意であり、反転位置にあってもよいし、非反転位置にあってもよい。但し、磁性部材２４の保磁力が大きく、電磁石２２をオフにしていても磁性部材２４に大きな磁力が残る場合は、磁性部材２４は非反転位置から移動させない方が望ましい。

このステップＳ３４では、磁場が印加され鎖状に配列した状態から解放されて磁性粒子は重力により沈降し、センサエリア上の磁性粒子はさらに増加する。このステップＳ３４におけるセンサエリア上の磁性粒子の数の変化が、図８における時刻ｔ１〜時刻ｔ２に表されている。磁場から解放された磁性粒子は重力によって沈降しつつ自由拡散によってセンサエリア上を拡散移動するため、センサエリア上の磁性粒子は時刻ｔ１からさらに増加して飽和する。なお、このステップＳ３４における自由拡散の時間は、センサエリア上の磁性粒子が飽和してほぼ一定値になった後は、測定時間の短縮化を重視する場合は、短くすること、或いは、省略することも可能である。

次に、検体分析装置１は、磁性部材２４を図１０に示す反転位置に移動した上で、電磁石２２をオンにする（ステップＳ３６）。ステップＳ３４にて、磁性部材２４が反転位置に既に移動されている場合は、検体分析装置１は移動機構２６を駆動した磁性部材２４の移動は不要であるが、磁性部材２４が非反転位置にある場合は、検体分析装置１は移動機構２６を駆動して、磁性部材２４を非反転位置から反転位置に移動する。このように、反転位置に磁性部材２４が位置している状態で、電磁石２２をオンとすることにより、図１０に示すように、カートリッジ１００の位置で磁束密度の変化をカートリッジ１００の位置で逆転させることができ、カートリッジ１００の磁性粒子に上向きの磁場を印加することができる。

カートリッジ１００に上向きの磁場が印加されると、磁性粒子は混合液中を上側に移動する。しかし、抗原抗体反応でセンサエリアに結合した磁性粒子は、この上向きの磁場に対向して、センサエリアに結合したままの状態となる。つまり、検出対象物と結合した磁性粒子はセンサエリアに残ることとなる。

このステップＳ３６におけるセンサエリア上の磁性粒子の数の変化が、図８における時刻ｔ２〜時刻ｔ４に表されている。すなわち、時刻ｔ２〜時刻ｔ３は、上向きの磁場の影響で、センサエリアに結合していない磁性粒子が混合液の上側に向けて移動するので、センサエリア上の磁性粒子の数は減少する。しかし、センサエリアに結合していない磁性粒子がすべてセンサエリアから引き剥がされて上側に移動してしまうと、それ以上は、センサエリア上の磁性粒子の数は減少しない。この状態が図８の時刻ｔ３以降である。

ステップＳ３６で所定の時間が経過した後に、検体分析装置１は、撮像部１０を用いて、カートリッジ１００の上方から、センサエリアの撮像を行う（ステップＳ３８）。すなわち、カートリッジ１００の上面は光学的に透明な基板で形成されていることから、この透明な基板を介して、撮像したセンサエリア画像にはセンサエリアに固着している磁性粒子が映り込んでいる。この時刻が、図８における時刻ｔ４である。

図１６は、このときのセンサエリアと撮像部の撮像範囲と磁性部材の位置関係の一例を示す図である。この図１６に示すように、反転位置に磁性部材２４がある場合、磁性部材２４に、混合液中の磁性粒子が引き付けられる。このため、環状の形状の磁性部材２４に沿って、磁性粒子が捕集される。この結果、磁性部材２４の開口部２４ａには、上側に集まっている磁性粒子はなくなり、カートリッジ１００の上側から、カートリッジ１００の上面の透明な基板を介して、センサエリアを見通すことができる。すなわち、上向きの磁界の力により、混合液の上側に引き寄せられた磁性粒子は、磁性部材２４の磁力により、環状の磁性部材２４の環状部分に引き付けられて、開口部２４ａにある磁性粒子が取り除かれた状態となる。本実施形態では、この磁性粒子が取り除かれた開口部２４ａの領域を利用して、カートリッジ１００のセンサエリアの撮像を行い、センサエリア画像を取得するのである。

次に、検体分析装置１は、解析処理部３０が、このセンサエリア画像の解析を行い、センサエリア画像に含まれている磁性粒子の数を計数する（ステップＳ４０）。すなわち、センサエリア画像の画像解析を行うことにより、センサエリアに残っている磁性粒子の数をカウントし、検体に検出対象物が含まれているか否かを判定し、また、検体に含まれる検出対象物の濃度を分析する。以上により、本実施形態に係る検体分析処理が終了する。

以上のように、本実施形態に係る検体分析装置１によれば、カートリッジ１００を検体分析装置１にセットした状態において、カートリッジ１００の上側に撮像部１０を設け、カートリッジ１００の下側にある磁性部材２４を反転位置と非反転位置との間で移動させることにより、カートリッジ１００の位置における、電磁石２２が生成した磁界の向きを切り換えるようにしたので、カートリッジ１００の上側の電磁石を省くことができる。このため、検体分析装置１の製造コストの低減を図ることができる。

また、上側の電磁石を省いた位置に、撮像部１０を配置することができるので、カートリッジ１００におけるセンサアリアの撮像を、撮像部１０を用いてカートリッジ１００の真上から行うことができる。

その一方で、撮像部１０によりカートリッジ１００の底面にあるセンサエリアの撮像を行う際には、磁性部材２４が撮像の障害とならないように、磁性部材２４は、環状の形状に形成されていることから、磁性部材２４の開口部２４ａとカートリッジ１００の上面における透明な基板とを通して、カートリッジ１００のセンサエリアの撮像を行うことができる。

なお、本実施形態においは、移動機構２６は、磁性部材２４を垂直方向のみならず、水平方向にも移動させるようにしてもよい。すなわち、図１０の状態において、移動機構２６は、磁性部材２４を水平方向にも移動して、磁性部材２４がカートリッジ１００のセンサエリアから側方に離れた位置まで移動するようにしてもよい。この場合、カートリッジ１００に収納された磁性粒子のうち、上側に引き寄せられた磁性粒子は、磁性部材２４の水平方向への移動に伴って、カートリッジ１００の混合液中を水平方向へ移動して、撮像部１０によるセンサエリア上の撮像の障害にならない位置まで移動させることができる。

また、図１７乃至図１９に示すように、磁性部材２４を複数の磁性部材で構成することもできる。この図１７乃至図１９に示す例では、磁性部材２４を、第１の磁性部材２８ａと第２の磁性部材２８ｂの２つの磁性部材で構成している。第１の磁性部材２８ａは、第１実施形態に示したように平板状の形状をなしている。第２の磁性部材２８ｂは、第２実施形態に示したように環状の形状をなしている。

図１７に示すように、磁性部材２４が非反転位置にある場合には、第１の磁性部材２８ａも第２の磁性部材２８ｂも、反転位置から水平方向に移動した、カートリッジ１００から離れた位置にある。このため、電磁石２２がオンとなっても、電磁石２２が生成した磁界の磁束密度の変化が反転することはない。

そして、電磁石２２が生成した磁界の磁束密度の変化を反転させる場合には、まず、移動機構２６は、磁性部材２４を、図１８の反転位置に移動する。すなわち、第１の磁性部材２８ａも第２の磁性部材２８ｂも、撮像部１０とカートリッジ１００との間の反転位置に移動する。このため、２つの磁性部材により、磁束密度の変化を反転させることができ、カートリッジ１００の混合液中における磁性粒子に上向きの磁場を印加することができる。

所定の時間が経過して、磁性粒子が混合液の上側に集まった後、図１９に示すように、移動機構２６は、第２の磁性部材２８ｂは反転位置に残したまま、第１の磁性部材２８ａを非反転位置に移動させる。この図１９の状態になると、混合液の上側に引き寄せられた磁性粒子は、環状の形状の第２の磁性部材２８ｂに引き寄せられて、第２の磁性部材２８ｂに形成されている開口部の領域には、センサエリアに結合された磁性粒子以外は、磁性粒子がない状態が生成される。すなわち、上述した図１６に示したような磁性粒子の状態が形成される。このため、混合液の上側に集まった磁性粒子が撮像部１０による撮像の障害となることなく、カートリッジ１００の上方から撮像部１０がセンサエリアの撮像を行うことができる。

なお、第１の磁性部材２８ａと第２の磁性部材２８ｂとの上下関係は、逆であってもよい。すなわち、平板状の形状である第１の磁性部材２８ａが下側にあり、環状の形状の第２である磁性部材２８ｂが上側にあってもよい。

或いは、図２０及び図２１に示すように、磁性部材２４を虹彩絞りの形状に構成することもできる。図２０は、虹彩絞りが絞られた状態の磁性部材２４を上方から見た状態を示しており、図２１は、虹彩絞りが開いた状態の磁性部材２４を上方から見た状態を示している。

この磁性部材２４が反転位置にある場合には、図１８に示したように、磁性部材２４は撮像部１０とカートリッジ１００との間に挿入される。そして、カートリッジ１００の混合液中の磁性粒子に上向きの磁場を印加する場合は、図２０に示すように、磁性部材２４の虹彩絞りが絞られた状態となり、混合液中の磁性粒子が全体的に上側に引き寄せられる。

所定の時間が経過して、磁性粒子が混合液の上側に集まった後、図２１に示すように、磁性部材２４の虹彩絞りを開いた状態にする。すると、混合液の上側に集まった磁性粒子が磁性部材２４の形状に沿って引き寄せられて、虹彩絞りを開くことにより形成された開口部の領域には、センサエリアに結合した磁性粒子以外は、磁性粒子がない状態が生成される。すなわち、上述した図１６に示したような磁性粒子の状態が形成される。このため、混合液の上側に集まった磁性粒子が撮像部１０による撮像の障害となることなく、カートリッジ１００の上方から撮像部１０がセンサエリアの撮像を行うことができる。

なお、この図２０及び図２１の例では、磁性部材２４が非反転位置にある場合は、図９に示したように、虹彩絞りを開いた状態で上方に移動させることにより、虹彩絞りを開いたことにより形成された開口部に撮像部１０が貫通するようにしてもよいし、或いは、図１７に示したように、水平方向に移動して、カートリッジ１００から離れるようにしてもよい。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

１…検体分析装置、１０…撮像部、２０…磁場印加部、２２…電磁石、２４…磁性部材、２４ａ…開口部、２６…移動機構、２８ａ…第１の磁性部材、２８ｂ…第２の磁性部材、３０…解析処理部、１００…カートリッジ

Claims

検体と検体に含まれる検出対象物と結合する磁性粒子を収納するカートリッジに対して磁場を印加する磁場印加部と、
前記カートリッジを撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像した画像に基づいて解析処理を行う解析処理部とを備え、
前記磁場印加部は、
カートリッジの第１側面側に設けられる電磁石と、
前記電磁石により磁化する磁性部材と、
前記磁性部材を移動する移動機構とを備える検体分析装置。
前記磁性部材は、前記カートリッジにおける前記第１側面側と反対側の第２側面側に設けられる、請求項１に記載の検体分析装置。
前記移動機構で前記磁性部材を移動することにより、前記カートリッジ内の磁性粒子の移動方向を変える、請求項１又は請求項２に記載の検体分析装置。
前記移動機構は、前記磁性部材を、
前記電磁石が生成した磁場の磁束密度を前記カートリッジの位置で反転させる位置である反転位置と、
前記電磁石が生成した磁場の磁束密度を前記カートリッジの位置で反転させない位置である非反転位置と
の間で移動させる、請求項２に記載の検体分析装置。
前記電磁石が設けられる前記第１側面側は、前記カートリッジの上側であり、前記磁性部材が設けられる前記第２側面側は、前記カートリッジの下側であり、
前記反転位置は、前記カートリッジと前記撮像部との間で且つ前記カートリッジと前記撮像部とに挟まれた位置である、請求項４に記載の検体分析装置。
前記磁性部材は、平板状の形状をなしている、請求項５に記載の検体分析装置。
前記非反転位置は、前記撮像部が前記カートリッジを撮像する際に、前記撮像部が前記カートリッジを撮像するのに障害とならない、前記反転位置の側方の位置である、請求項５又は請求項６に記載の検体分析装置。
前記電磁石が設けられる前記第１側面側は、前記カートリッジの下側であり、前記磁性部材が設けられる前記第２側面側は、前記カートリッジの上側であり、
前記反転位置は、前記カートリッジと前記撮像部との間で且つ前記カートリッジと前記撮像部とに挟まれた位置である、請求項４に記載の検体分析装置。
前記磁性部材は、環状の形状をなしている、請求項８に記載の検体分析装置。
前記非反転位置は、前記磁性部材に形成されている開口部に、前記撮像部が挿入される、前記反転位置の上方の位置である、請求項９に記載の検体分析装置。
前記磁性部材は、平板状の形状の第１の磁性部材と、環状の形状の第２の磁性部材とを備えて構成されており、
前記磁性部材が前記反転位置にある場合には、前記反転位置にある前記第１の磁性部材と前記第２の磁性部材により磁性粒子を上側に集めた後、前記第１の磁性部材が前記非反転位置に移動する、請求項８に記載の検体分析装置。
前記磁性部材は、虹彩絞りの形状をなしており、
前記磁性部材が前記反転位置にある場合には、前記磁性部材の虹彩絞りを絞った状態で磁性粒子を上側に集めた後、虹彩絞りを開いた状態とする、請求項８に記載の検体分析装置。