JP3305181B2 - 尿中有形成分分析装置 - Google Patents
尿中有形成分分析装置Info
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Description
装置に関し、例えば、尿中に含有される血球、円柱、上
皮細胞、細菌などを検出する装置に関する。
た粒子に光を照射して前方または側方の蛍光および散乱
光を測光するようにした光学式装置や、電気抵抗式の粒
子計数器においてオリフィスに針状の部材を挿入して各
種サイズの粒子を計数するようにした装置などが知られ
ている(例えば、特開平4−337459号公報および
欧州出願公開公報第242971A2号参照)。
装置で尿中に含まれる粒子を分析すると、粒子の種類が
多いことや形態が複雑であるばかりでなく、その数や形
態が変化し易いため、粒子の分類や分析が難しいという
問題があった。特に従来の光学的情報では円柱と他の粒
子と区別するには不充分であった。この発明はこのよう
な事情を考慮してなされたもので、光学的情報を改善す
ることと、新しい解析パラメータを設定することにより
円柱か否かを判定し、さらにその円柱が内容物を含むか
否かを判定し、その粒子数を計数する尿中有形成分分析
装置を提供するものである。
分を含む試料液をシース液に包んで試料流を形成するシ
ースフローセルと、試料流に光を照射する光源と、各有
形成分から光学的情報を検出する光検出部と、検出され
た光学的情報に基づいて有形成分を分析する分析部を備
え、分析部は、検出された光学的情報からパラメータと
して蛍光発光時間Flwと散乱光発光時間Fscwを抽
出するパラメータ抽出部と、Fscw−Flwの分布図
を作成する分布図作成部と、作成された分布図の分布位
置により、有形成分が円柱か否かを判定する判定部を備
えた尿中有形成分分析装置を提供するものである。
形成分)は、主にヒトの尿に含まれる血球、円柱(cas
t)、粘液糸(mucous)および上皮細胞のような粒子であ
り、これらは予め蛍光染料や蛍光標識試薬によって処理
されたものであることが好ましい。
が、少量の血しょう蛋白(アルブミン)の存在のもとで
腎尿細管腔内において凝固沈殿したものが基質となり、
その基質内に血液細胞や腎尿細管上皮細胞などが包埋さ
れたものである。
細管腔を鋳型として形成されることからcastと呼ばれて
いる(円柱の存在は尿細管腔に一時的な閉塞があったこ
とを意味し、腎実質障害を示唆する所見として重要であ
り、とくに血液細胞、上皮円柱などの内容物を含むもの
は臨床的意義が高い)。
よって連通された上下2つのセルからなり、粒子を含む
試料液をシース液に包んで流すことにより流体力学的効
果によって試料液の流れを形成して細孔に粒子を一列に
通過させるようにしたものを用いることが好ましい。
えば、細孔に試料液を0.5〜10m/sec程度の速度で
流すものである。光源は、細孔を通過中、通過直前、又
は通過直後の粒子に、フローセルの外部から光ビームを
照射するものであり、これには、連続的に発光する(パ
ルス発光でないタイプのもの)レーザ光源に集光用レン
ズを付加したものを用いることが好ましい。照射するビ
ーム巾(流れ方向)は5〜30μmが好ましい。
せられる光学的情報つまり散乱光や蛍光を検出してパル
ス状の電気信号に変換するものであるが、これには、ホ
トダイオード、ホトトランジスタ又はホトマルチプライ
ヤーチューブなどを用いることができる。なお、分析部
は、CPU,ROMおよびRAMからなるマイクロコン
ピュータやパーソナルコンピュータによって構成される
ことが好ましい。
び散乱光についてのパルス信号の各波高値からそれぞれ
蛍光強度Flおよび散乱光強度Fscを抽出し、パルス
幅から蛍光発光時間(蛍光パルス幅)Flwおよび散乱
光発光時間(散乱光パルス幅)Fscwなどを抽出する
が、波高値の抽出にはピークホールド回路を、パルス幅
の抽出にはカウンタ回路を用いることができる。
における分布データF(X)に変換される。分布データ
はパラメータX1,X2,…,Xnから必要に応じて選
択されたm個(例えば2つ)のパラメータX1,X2,
…,Xmにより規定されるm次元特徴パラメータ空間の
座標(X1,X2,…,Xm)における度数F(X1,
X2,…,Xm)として形成される。そこで、分布図作
成部は、パラメータX1,X2,…,Xmを軸とする度
数分布図(ヒストグラムおよびスキャッタグラム)を作
成する。
より、円柱が内容物含有円柱か否かを判定する機能をさ
らに備えてもよい。
いて蛍光発光時間(蛍光パルス)が断続するとき、蛍光
発光時間の和をFlwとして算出することが好ましい。
その理由は、円柱の蛍光発光は、その内容物の発光であ
り、1つの円柱において蛍光発光時間が断続的になるた
めである。よって蛍光発光時間の和を算出しなければ正
しい内容物の情報を検出できない。また、断続する蛍光
パルスを積分した値はこの代用とすることもできるが正
確さで劣る。
を含む試料液をシース液に包んで試料流を形成するシー
スフローセルと、試料流に光を照射する光源と、各有形
成分から光学的情報を検出する光検出部と、検出された
光学的情報に基づいて有形成分を分析する分析部を備
え、分析部は、検出された光学的情報からパラメータと
して蛍光発光時間Flwと散乱光発光時間Fscwを抽
出するパラメータ抽出部と、Flw/Fscwの値によ
り有形成分が円柱か否かを判定する演算部を備えた尿中
有形成分分析装置を提供するものである。その原理は、
円柱以外の細胞膜は染色されて蛍光を発光するためFl
wとFscwがほぼ等しくなるのに反し、円柱の基質は
蛍光を発しないため、蛍光を発するのが染色された内容
物のみとなり、Flw<Fscwとなるためである。ま
た粘液糸も蛍光を発しないが、内容物をもたないためF
lw=0となる特徴がある。さらに、円柱と分類された
ものの中から、Fsc、Fl情報に基づいて粘液糸を除
外することが好ましい。
より円柱が内容物含有円柱か否かを判定する機能をさら
に備えてもよい。すなわち蛍光を発する内容物が多いほ
ど、加算されてFlwが大きくなる。したがってFlw
/Fscwが大きいほど内容物の占める比率が高くな
る。
いてこの発明を詳述する。なお、これによってこの発明
が限定されるものではない。
あり、1および2は弁、3は試料液容器(図示しない)
から希釈、染色などの前処理がなされた試料液を吸引す
る吸引ノズル、4はシリンジ、5はフローセル、6は試
料ノズル、7aは第1セル、7bは第2セル、8は弁、
9はシース液容器、10はシース液を第1セル7aに供
給する供給口、11は図2に示す断面を有し第1セル7
aと第2セル7bを接続する細孔であり、オリフィス状
のものを含む(以後、オリフィスと称して説明する)。
ス製の電極、13は第2セル7bに設けられた白金製の
電極、14は第2セル7bに設けられた排液口、15は
電極12を陰極として電極13を陽極として電極12と
電極13との間に接続された直流定電流電源、16は電
源15の出力電圧を増幅し信号29として出力する増幅
器である。
コンデンサーレンズ、19はビームストッパ、20はコ
レクターレンズ、21はピンホール、22はダイクロイ
ックミラー、23はフィルター、24はホトマルチプラ
イヤーチューブ、25はホトダイオード、26は試料ノ
ズル6から出力される試料液流、30はピンホール21
を有する遮光板である。
を所定時間開けると、陰圧により吸引ノズル3から試料
液(この実施形態では尿中有形成分を含む試料液)が弁
1、2の間に満たされる。
の試料液を試料ノズル6へ押し出すことにより、試料ノ
ズル6から試料液が第1セル7aに吐出される。それと
同時に弁8を開けることにより第1セル7aにシース液
が供給される。
さらにオリフィス11によって細く絞られてシースフロ
ーを形成する。オリフィス11の断面形状は図2に示す
ように一辺がdが100〜300μmの角穴を有し、光
学硝子(石英硝子も含む)で形成されている。
よって試料液に予め含まれた粒子を一個ずつオリフィス
11を介して一列に整列して流すことができる。オリフ
ィス11を通過した試料液とシース液は第2セル7bに
設けた排液口14から排出される。
の導電率(電気伝導度)、オリフィス11の穴寸法(断
面積)と穴長さ、試料液の導電率、試料液の流れの径に
よって決まる。
に定電流を流すことにより、電極12、13間の電気抵
抗と電流値により決まる直流電圧が発生する。また、オ
リフィス11を粒子が通過すると、オリフィス11の両
端の電気抵抗が変化するので、電気抵抗が粒子の通過中
だけ電極12、13間に発生する電圧がパルス状に変化
し、その変化分の最大値(パルスの波高値)はオリフィ
ス11を通過する粒子の大きさに比例する。この変化分
が増幅器16で増幅され抵抗信号29(パルス状のアナ
ログ信号)として出力される。
6へレーザ17から発振したレーザ光がコンデンサーレ
ンズ18で楕円形に絞られて照射される。その楕円形の
サイズは、試料の流れの方向には被験粒子径と同程度、
例えば10μm前後であり、試料の流れ方向と直交する
方向には被験粒子径より十分大きく、例えば100〜4
00μm程度である。
セル5を透過したレーザ光はビームストッパ19で遮光
される。レーザ光をうけた粒子から発せられる前方散乱
光及び前方蛍光はコレクターレンズ20により集光さ
れ、遮光板30のピンホール21を通過する。そして、
ダイクロイックミラー22に到達する。
ロイックミラー22を透過し、フィルター23で更に散
乱光が除かれた後にホトマルチプライヤーチューブ24
で検出され蛍光信号27(パルス状のアナログ信号)と
して出力される。また、散乱光はダイクロイックミラー
22で反射されホトダイオード25で受光されて散乱光
信号28(パルス状のアナログ信号)として出力され
る。
号27、散乱光信号28および抵抗信号29を処理する
分析部100のブロック図であり、パラメータ演算部2
00は、増幅器31〜33、直流再生回路34,35、
コンパレータ37,39、ピークホールド回路38,5
0、クロックゼネレータ52、カウンタ,42,44、
A/D変換器43,45,51、およびカウンタ用制御
回路46を備える。47はデータ格納部、48はデータ
処理部、49は表示部である。
作の概要を説明する。パルス状の散乱光信号28は増幅
器32で増幅され、直流再生回路35で直流レベルが固
定される。直流再生回路35から出力されるパルス信号
S2はコンパレータ39において、閾値Th1(図22
参照)と比較され、閾値Th1を超える期間(パルス
幅)Fscwがカウンタ44により散乱光発光時間(散
乱光パルス幅)として計時される。散乱光発光の最大値
がピークホールド回路50にとらえられて、A/D変換
器51によってA/D変換されて散乱光強度Fscが得
られる。
幅され、直流再生回路34で直流レベルが固定され信号
S1として出力される。信号S1はコンパレータ37で
閾値Th2(図23参照)と比較され、閾値Th2を超
える期間がカウンタ42で計時され蛍光発光時間(蛍光
パルス幅)Flwとなる。
ホールド回路38でとらえられてA/D変換器43によ
ってA/D変換され蛍光強度Flが得られる。
幅され、サンプルホールド回路40でピーク値(パルス
波高値)がホールドされA/D変換器45でデジタル値
に変換される。
よびA/D変換器43、45、51の出力信号は、デー
タ格納部47に格納されると共にヒトスグラムやデータ
処理部48に送られ粒子の弁別処理が行われる。
タグラム)に基づいて赤血球、円柱、硝子円柱、封入体
のある円柱などの分類が行われる。そして分類された粒
子はカウント(計数)され、試料1マイクロリットル当
たりの数に換算される。また、その結果は各種分布図と
共に表示部49に表示される。
ロック図である。図4において、61は各種の値や予想
領域などの条件を予め設定するためのデータの入力部で
あり、例えば、キーボードやマウスにより構成される。
する設定条件格納部である。62はデータ格納部47に
格納されたパラメータ情報に基づいて分布図、つまりF
l−Fsc,Fscw−Fl,Fscw−Flwについ
ての各スキャッタグラムやFl,Fsc,Flw,Fs
cwなどについての各ヒストグラムを作成する分布図作
成部、63は分布図作成部62で作成された分布図から
座標や領域を抽出する抽出部である。
図において各粒子の分画領域を決定する分画領域決定
部、65は分画領域内の粒子数の計数や各種の演算を行
う演算部、66は分画や計数の結果に異常を検出すると
警告を発する警告部、67は決定された分画領域に存在
する粒子の種類を判定する判定部である。そして、演算
部65の演算結果および警告部66の発する警告は分布
図作成部62で作成された分布図と同様に表示部49に
表示される。
について詳述する。 (1)分布図における分画領域の決定 この分析装置は、検出した粒子を分類するために、分布
図において分画領域を決定するが、その処理の一例を図
5のフローチャートを用いて説明する。
c分布図(スキャッタグラム)が作成されて、図6のよ
うに表示されると(ステップS1)、設定条件格納部6
1aに記憶されている、赤血球の分布の度数極大点が存
在すると予想される予想分画領域S0が呼出され、図7
に示すように設定される(ステップS2)。なお、入力
部61を用いて使用者が予想分画領域S0を変更するこ
ともできる。
定し度数がその閾値を越え周囲より大きい度数を持つ
点、つまり極大点P1,P2,……を図8のように抽出
する(ステップS3)。
領域を構成する1つの点であるとするマークが図9に示
すように付加される(図9では黒点として表されてい
る)(ステップS4)。
の点とが度数で比較され、度数の低い点は、図10に示
すようにマークが付加される(ステップS5〜S7)。
この処理がくり返されマーク付きの点の周囲に度数の低
い点がなくなると(ステップS6)、図11に示すよう
にマーク付きの点の集合が領域S1として決定される。
の処理が実行される。極大点P2については領域S2が
決定され(ステップS9〜S13)、図12のように、
領域S1と領域S2を合わせた領域が赤血球分画領域と
して決定される(ステップS14)。
同様に各分画領域が決定され、分画領域によって分類さ
れた粒子の度数が演算部65で計数され、表示部49に
表示される。
は、最初に1つ以上の極大点を決定し、後は各隣接点と
の度数の比較により領域を拡大していく方式であるの
で、分布形状が複雑でも、度数の極大点が多数存在して
も、また、分布数が少なくてもそれらの影響を受けるこ
となく分画領域を決定することができる。
布が多少シフトしていてもその影響を受けずに分画領域
を決定できる。
ば、処理対象の座標を少なくすることができるので、処
理工程の簡略化、高速化可能となる。例えば、4×4の
座標を1つに合併すると分布図の座標数は1/16にな
る。
行うようにしているので、次のその分析手順を説明す
る。
部62で作成されたFl−Fscの分布図について、図
13に示すように、非溶血赤血球が主として存在する領
域A、領域Aの赤血球よりも散乱光強度Fscが低く溶
血赤血球が主として存在する領域Bを決定する。
よりも散乱光強度Fscが低く溶血赤血球が存在する領
域Cが設定される(ただし領域Cは連鎖桿菌の出現頻度
は低い)。次に、分画領域決定部64は、分布図作成部
62で作成されたFscw−Fl分布図について、分画
領域決定部64により、図14に示すように、溶血赤血
球が存在する領域Dを決定する(ただし、領域Dは連鎖
桿菌が出現しうる)。
非溶血赤血球数R、領域Bに存在する溶血赤血球数r
1、そして領域Cと領域Dとに同時に存在する溶血赤血
球数r2をそれぞれ算出する。
を r=r1+r2 ……(1) RBC=R+r ……(2) により算出する。
る。例えば、Fscのヒストグラム(図24)で見たと
きに、非溶血赤血球数Rと溶血赤血球rとの比率が、8
0%対20%であっても、その比率は時間の経過によっ
て変化し、図25に示すように20%と80%になる。
赤血球数rの分布とが大きく重なりあうため、図25の
ような状態で溶血赤血球数rを計数しても、精度よく計
数できない。すなわち、溶血赤血球数rの計数値が所定
値以上になると、その計数値は不正確な値になると考え
られる。
化を考慮して入力部61により半固定的に設定される。
また、演算部65は、溶血赤血球比率hを、h=r/
(R+r)として算出し、hが所定値より大きい場合に
は、溶血赤血球の分布領域がバクテリアの分布領域と重
なり合うため分画異常とみなして警告部66が表示部4
9にその旨表示させる。
測定されていなかった溶血赤血球が計数されるので、尿
中の全赤血球数を求めることが可能となる。また、溶血
赤血球数をその経時変化に追従して精度よく測定するこ
とができる。
する機能を備えるが、その他にも、互いに種類の異なる
粒子が同一分画領域に混在すると判断した場合、分画不
能としてそれを警告するようにしている。その処理手順
を、まずシュウ酸カルシウムと赤血球を例にして説明す
る。
図が作成され、分画領域決定部64が図16のように、
分画領域Xを決定すると、分画領域決定部64は、予め
設定された赤血球が存在すると予想される領域S0と比
較する。シュウ酸カルシウムの領域Xは、領域S0とほ
とんど重なり合うが、領域S0に比べてFscが高いレ
ベルまで存在するので、その差が所定レベル以上になる
と、警告部66は、シュウ酸カルシウムの存在により赤
血球の分画が不可能であるとして警告を発する。
17のFl−Fsc分布図に示すように、設定された予
想領域S0を横切って存在するので、赤血球のみを正し
く分画できない。
部62で作成されたFlのヒストグラム(図18)につ
いて、その度数のピーク値aとa/5の度数における分
布幅bとの比b/aを所定値と比較する。この所定値
は、通常の赤血球のヒストグラム(図19)に基づいて
設定される。そこで、b/aが所定値より大きい場合に
は、警告部66はDHA結晶の存在により、赤血球の分
画が不可能であるとして警告を発する。
(粒子)を染色しておくと、血球、上皮、細菌および結
晶では、散乱光発光時間Fscwと蛍光発光時間Flw
との比率がほぼ同じ値になるが、円柱の蛋白質部分は、
染色が微弱であるためその比率が異なる。
れるので、内容物の密度に応じてその比率が変化する。
このような特性を利用してこの分析装置では、円柱の分
類を行うと共に、円柱を内容物を含む円柱と内容物を含
まない円柱(硝子円柱)とに分類するようにしている。
サイズLは、図22に示す散乱光パルス幅Fscwに比
例し、円柱Zが予め染色されていると、内容物Z1、Z
2、Z3のサイズL1、L2、L3は、図23に示す蛍
光信号のパルス幅Flw1、Flw2、Flw3にそれ
ぞれ比例する。
Th2は、図3のコンパレータ39、37に予め設定さ
れた閾値である。
幅、Flw1、Flw2、……Flwnが得られると
き、1つの円柱から得られるパルス幅F1wを
分布図作成部62が作成するFscw−Flw分布図で
は、図20に示すように赤血球分布領域T1と、白血球
分布領域T2と、上皮細胞分布領域T3は、ほぼ直線L
1上に配列し、円柱の分布領域T4は直線L2を境にし
て領域T1〜T3から離れて存在する。
側に分布する領域T4を円柱の分布領域として決定す
る。これは、また、スキャッタグラムの各座標におい
て、Flw/Fscwの値が直線L2の傾きより小さい
ときにその座標の属する領域は円柱領域であると決定し
てもよい。
少により、内容物含有円柱と内容物非含有円柱(硝子円
柱)とに分類される。従って、分類の基準となる直線L
3を入力61により図20のように設定すれば、判定部
67は、それを境界にして上側の領域T4aを内容物含
有円柱の分布領域、下側の領域T4bを硝子円柱の分布
領域というように分類する。
易に円柱を識別して計数することができるばかりでな
く、その円柱をさらに、内容物を含む円柱と、内容物を
含まない円柱に分類してそれぞれを計数することが可能
になる。
ある。
る。
域を示す説明図である。
る。
る。
とバクテリアのヒストグラムである。
とバクテリアのヒストグラムである。
Claims (6)
- 【請求項1】 尿中有形成分を含む試料液をシース液に
包んで試料流を形成するシースフローセルと、試料流に
光を照射する光源と、各有形成分から光学的情報を検出
する光検出部と、検出された光学的情報に基づいて有形
成分を分析する分析部を備え、分析部は、検出された光
学的情報からパラメータとして蛍光発光時間Flwと散
乱光発光時間Fscwを抽出するパラメータ抽出部と、
Fscw−Flwの分布図を作成する分布図作成部と、
作成された分布図の分布位置により、有形成分が円柱か
否かを判定する判定部を備えた尿中有形成分分析装置。 - 【請求項2】 判定部は、分布図の分布位置により、円
柱が内容物含有円柱か否かを判定する機能をさらに備え
てなる請求項1記載の尿中有形成分分析装置。 - 【請求項3】 パラメータ抽出部は、1つの有形成分に
ついて蛍光発光時間が断続するとき、蛍光発光時間の和
をFlwとして算出する請求項1記載の尿中有形成分分
析装置。 - 【請求項4】 尿中有形成分を含む試料液をシース液に
包んで試料流を形成するシースフローセルと、試料流に
光を照射する光源と、各有形成分から光学的情報を検出
する光検出部と、検出された光学的情報に基づいて有形
成分を分析する分析部を備え、分析部は、検出された光
学的情報からパラメータとして蛍光発光時間Flwと散
乱光発光時間Fscwを抽出するパラメータ抽出部と、
Flw/Fscwの値により有形成分が円柱か否かを判
定する演算部を備えた尿中有形成分分析装置。 - 【請求項5】 演算部はFlw/Fscwの値により円
柱が内容物含有円柱か否かを判定する機能をさらに備え
てなる請求項4記載の尿中有形成分分析装置。 - 【請求項6】 パラメータ抽出部は、1つの有形成分に
ついて蛍光発光時間が断続するとき、蛍光発光時間の和
をFlwとして算出する請求項4記載の尿中有形成分分
析装置。
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