JP3749321B2 - 自動分析装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体試料の成分分析等に使用される自動生化学分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
臨床検査における血清や尿等の生体試料の成分分析の大部分は、分光光度計を発展させた形態の自動化学分析装置によって行われている。
【０００３】
さて、一般に知られているように、試料溶液(試薬と試料の反応液)に含まれている各成分元素の濃度と各成分元素の吸光度とがランベルト・ベアーの法則に従うことから、この種の自動化学分析装置には、通常、数式１に示す対数変換処理を実行して、試料溶液を透過した光束に比例した光電流値Ｉfのレベル値Ｖoを算出するＬｏｇアンプ回路が内蔵されている。
【０００４】
Ｖo＝Ｋ・ｌｏｇ(Ｉf／Ｉp) ……（１）
ここで、Ｉpは、標準光束に比例したリファレンス電流値であり、Ｋは、回路の抵抗値等に応じて定まる比例定数(但し、Ｋ＞０)である。
【０００５】
即ち、従来の自動分析装置は、試料溶液を透過した光束に比例した光電流値を検出するための光学系と、検出された光電流値を用いて数式１で表す対数変換処理を実行するＬｏｇアンプ回路とを備える。そして、検査項目に応じた単色光成分を選択することができるように、試料溶液を透過した光をｍ個(通常、１２個)の単色光成分に分光する分光素子(例えば、回折格子等)と、受光した各単色光成分の光束を光電変換するフォトダイオードアレイ(例えば、シリコンフォトセンサアレイ等)とから光学系が構成されており、各単色光成分に対応して複数のＬｏｇアンプ回路が設けられている。そして、各Ｌｏｇアンプ回路から出力された電圧Ｖｏは、それぞれ、マルチプレクサを介してＡＤ変換器に入力された後、試料溶液に含まれている成分元素の吸光度としてＣＰＵに入力される。そして、ＣＰＵは、適当な変換定数を用いた変換処理により、この成分元素の吸光度を、当該成分元素の濃度値に変換する。
【０００６】
尚、生体試料等の成分分析では、近紫外線から近赤外線に至る迄の波長域で光電流Ｉpの検出を行う必要があるため、通常、この種の自動分析装置の光源には、約３４０ｎｍから８００ｎｍ程度の波長域の連続スペクトルを有するハロゲンランプが使用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
さて、自動化学分析装置では、キュベットに充填させた試料溶液の成分分析を行う。このキュベットは、使用前に充分に清浄な状態にされていることが前提であるが、時として、部分的に汚れ等が付着している場合がある。また、厚さの不均一なキュベットを使用してしまい、液層の厚さが不均一となっている場合もある。従って、光がキュベットを透過する位置によって測定データが変動する可能性があった。
【０００８】
また、近紫外線から近赤外線に至る迄の広範囲の波長域で光電流Ｉpの検出を行うため、上記従来の自動分析装置を使用する場合には、前準備として、全Ｌｏｇアンプ回路から出力される電圧がＡＤ変換器の定格範囲内に収まるように各Ｌｏｇアンプ回路に与えるリファレンス電流Ｉpを個別に設定しなければならないという問題があった。即ち、測定を開始する前に、必ず、基準液として純水(吸光度：０ ＡＢＳ)を用いて、各Ｌｏｇアンプ回路から出力される電圧Ｖｏをそれぞれ電圧計等で測定しながら、各Ｌｏｇアンプ回路に与えるリファレンス電流を調整するトリマを個々に操作し、全Ｌｏｇアンプ回路から、一律に、ＡＤ変換器の定格範囲の下限電圧が出力されてくる状態に初期設定しておく必要があった。このため測定をスムーズに開始することができなかった。
【０００９】
尚、実際には、調整時と測定時とにおける光源の発光状態及びキュベットの状態等の違いを考慮して、全Ｌｏｇアンプ回路から出力されてくる電圧が、ＡＤ変換器の定格範囲の下限電圧よりもやや高い値(例えば、入力電圧の許容範囲が０Ｖ〜１０ＶのＡＤ変換器を使用している場合には、約２Ｖ)となるように初期設定されることが多い。
【００１０】
また、装置に突発的な故障(例えば、光源や分光素子等の破損)が発生し、光電流ＩpのＳＮ比が極度に低下しても、各ＬｏｇＡｍｐ回路に与えるリファレンス電流値Ｉfの調整次第で一応の測定が完了してしまうため、その後に行われる診断において、誤差を含む不正な分析結果が参照され、誤診がなされる危険性があった。従って、こうした危険性を未然に阻止するためには、測定中に、常時、リファレンス電流が所定の範囲内に収まっているか否かを監視している必要があった。
【００１１】
そこで、本発明は、より信頼性の高い成分分析を簡単に行うことができる自動分析装置を提供することを第一の目的とする。また、故障診断機能を備えた自動分析装置を提供することを第二の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
キュベット内の試料溶液に含まれている成分元素の吸光度から前記成分元素の濃度を算出する濃度算出手段を備えた自動分析装置であって、
複数の単色光成分を含む光を前記キュベットに照射する光源と、
前記キュベットと前記光源とを相対的に運動させる移動機構と、
前記光源から前記キュベットに光が照射されている間、前記キュベットを介して前記キュベット内の試料溶液を透過した光に含まれている各単色光成分の強度を検出する光検出器と、
前記光検出器が検出した各単色光成分の強度のレベル値として、それぞれ、前記光検出器が検出した各単色光成分の強度と基準値との比の対数を算出する対数変換器と、
前記対数変換器が算出した各単色光成分の強度のレベル値をそれぞれ時間積分し、当該各単色光成分の強度のレベル値の時間積分値に比例した時間を、前記試料溶液に含まれている成分元素の吸光度として前記濃度算出手段に与える積分型ＡＤ変換器と、
を備え、
当該積分型ＡＤ変換器は、
各単色光成分毎に当該単色光成分の強度のレベル値を時間積分する複数の積分回路を備え、
当該自動分析装置は、
予め定められた基準となる吸光度を有する基準液を透過した光に含まれている各単色光成分の強度のレベル値の時間積分値に比例した基準時間を記憶する記憶手段と、
前記試料溶液の成分分析に先立ち、前記記憶手段が記憶している各基準時間を用いて、前記対数変換器が前記各単色光成分の強度のレベル値の算出に用いる基準値をそれぞれ補正する基準値補正手段と、
を備える、
ことを特徴とする自動分析装置を提供する。
【００１３】
このような構成とすれば、キュベットに光を走査照射している間に検出される各単色光成分の強度のレベル値が積分型ＡＤ変換器でデジタル変換されるため、光検出器により検出された各単色光成分の強度に含まれている誤差(特に、キュベットの部分的な汚れ等の影響による誤差)が積分型ＡＤ変換器が有している積分特性によって除去される。従って、試料溶液に含まれている成分元素の吸光度として上記時間を用いることにより、変動のない測定データ(即ち、安定な測定データ)を得ることができる。即ち、本自動分析装置によれば、より信頼性の高い成分分析を行うことができる。
【００１４】
また、試料溶液に含まれている成分元素の濃度の算出に先立って、予め、基準液を透過する光に含まれている各単色光成分の強度のレベル値に比例した基準時間を算出しておき、この基準時間を用いて、前記対数変換器が各単色光成分の強度のレベル値の算出に用いる各基準値を自動的に補正するようにすれば、ユーザが面倒な初期設定(即ち、各Ｌｏｇアンプ回路に与えるリファレンス電流の調整に相当)を行う必要がなくなる。従って、スムーズに測定を開始することができるようになる。
【００１５】
更に、測定中に、前記対数変換器が算出した各単色光成分の強度のレベル値と、このレベル値を算出する際に基準値として用いた基準時間とから各単色光成分の強度を逆算し、この強度が所定の範囲を超えて変動した場合に、測定を停止するようにすれば、誤診の原因となる不正な測定データの出力を未然に防止することができる。また、このとき、アラーム等で警告を発すると共に、各単色光成分の強度の変動具合に応じて定まる故障の種別を表示する故障診断機能を付加すれば、ユーザが、迅速に、装置の故障に対して妥当な措置をとるができるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る実施の一形態について説明する。
【００１７】
最初に、図１により、本実施の形態に係る自動分析装置の基本構成について説明する。
【００１８】
本自動分析装置は、キュベット１内の試料溶液２５(試料と試薬の反応液)に含まれている成分元素の吸光度を測定する測定部Ａと、後述の成分分析処理や本装置全体の制御処理等を実行する処理部Ｂとを備える。
【００１９】
測定部Ａは、試料を充填させた試料カップ７が載置された試料ディスク６と、試薬を充填させた試薬ボトル９が載置された試薬ディスク８と、キュベット１が載置された反応ディスク２と、ポンプ１１の吸引を利用して試薬ディスク８上の試薬ボトル９から反応ディスク２上のキュベット１へ試薬を分注する試薬分注機構５と、ポンプ１０の吸引を利用して試料ディスク６上の試料カップ７から反応ディスク２上のキュベット１へ試料を分注する試料分注機構４と、キュベット１に分注された試薬と試料を撹拌する撹袢機構１２と、試料と試薬の化学反応を促進するためにキュベット１を保温する加温機構３(例えば、循環式の恒温水槽等)と、キュベット１内の試料溶液(試料と試薬の反応液)に含まれている成分元素の吸光度を測定する検出機構と、検出機構による成分検出終了後にポンプ１４から供給される純水によってキュベット１を洗浄する洗浄機構１３とを備える。
【００２０】
また、処理部Ｂは、ＣＰＵ１９と、後述の成分分析処理等が定義されたプログラムや各種データを記憶したメモリ２０と、ユーザからの入力を受け付ける入力装置(例えば、キーボード２３等)と、キュベット１内の試料溶液２５の成分検出結果等を出力する出力装置(例えば、プリンタ２１、ＣＲＴ２２、スピーカ等)とを備え、これらはインターフェースバス１８により相互に接続されている。
【００２１】
そして、処理部ＢのＣＰＵ１９の制御により、各ディスク２,６,８の回転に伴って、試薬分注機構５によるキュベット１への試薬の分注処理、試料分注機構４によるキュベット１への試料の分注処理、撹袢機構１２によるキュベット１内の試料と試薬の撹拌処理、検出機構によるキュベット１内の試料溶液２５に含まれる成分元素の吸光度の測定処理、洗浄機構１３によるキュベット１の洗浄処理が連続的に行われるようになっている。
【００２２】
さて、本自動分析装置の測定原理を明確にしておくため、図２に示すように、検出機構の基本構成について説明しておく。
【００２３】
本検出機構は、反応ディスクの回転により通過してゆくキュベット１に連続スペクトルを有する光を照射する光源１５(例えば、ハロゲンランプ等)と、キュベット１に充填された試料溶液２５を透過してくる光を分光する分光素子１６(例えば、回折格子やプリズム等)と、分光素子１６により形成されるスペクトル線像の強度分布を検出するフォトダイオードアレイ１７(例えば、シリコンフォトセンサアレイ等)と、フォトダイオードアレイ１７が同時に検出した各スペクトル線像の強度のレベル値を算出する変換ユニット２４とを備える。
【００２４】
そして、変換ユニット２４は、図３に示すように、ＣＰＵ１９との間のデータ入出力等を制御するマイクロプロセッサ３２と、フォトダイオードアレイ１７から出力された各光電流Ｉf1,...,Ｉｆnのレベル値Ｖｏ1,...,Ｖｏn(アナログデータ)を算出するＬｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnと、マイクロプロセッサ３２からの制御信号に従って各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnにリファレンス電流Ｉｐ1,...,Ｉｐnを与えるＤＡ変換器３３ａ1,...,３３ａnと、各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnから出力されるアナログデータＶｏ1,...,Ｖｏnをデジタル変換するＡＤ変換器３６とから構成されている。
【００２５】
このように検出機構を構成することにより、測定部ＢのＣＰＵ１９には、キュベット１に充填されている試料溶液２５を透過してくる光に含まれている各単色光成分の強度のレベル値のデジタルデータ(即ち、キュベット１に充填された試料溶液２５に含まれている成分元素の吸光度に相当するデータ)が入力される。
【００２６】
尚、本実施の形態では、ＡＤ変換器として、入力信号を積分する機能を有する積分型ＡＤ変換器を採用している。この積分型ＡＤ変換器とは、マイクロプロセッサ３２からの制御信号に従って各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnの出力信号Ｖｏ1,...,Ｖｏnを時間積分する積分回路２８ａ1,...,２８ａnと、マイクロプロセッサ３２からの制御信号に従って各積分回路２８ａ1,...,２８ａnからの出力信号を時系列に転送するマルチプレクサ２９と、マルチプレクサ２９から転送されてくる信号に比例した時間だけクロックパルスを出力するゲート回路３０と、ゲート回路３０から出力されるクロックパルス数を測定するカウンタ３１とから構成されたＡＤ変換器である。
【００２７】
こうした積分型ＡＤ変換器を採用することにより、キュベットに光が走査照射されている間に各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnから出力されてくるアナログデータＶｏ1,...,Ｖｏnに含まれている不規則雑音を除去することができる。従って、キュベット１に局所的な汚れ等の光の吸収によってフォトダイオードアレイ１７の出力信号が変動しても、その影響を除去することができる。
【００２８】
また、従来技術の欄で説明した対数変換処理(数式１参照)を実行すべき各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnとしては、何れも、通常の分光光度計に内蔵されているＬｏｇアンプ回路の同様な周知の回路構成を備えたＬｏｇアンプ回路、即ち、２つのＬｏｇアンプと２つのトランジスタとから構成されたＬｏｇアンプ回路(図４参照)を採用している。
【００２９】
次に、この自動分析装置を用いた成分分析処理について説明する。
【００３０】
成分分析処理の開始を指示する命令が入力装置２３から入力されると、本自動測定装置は、成分分析処理に先立って、各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnに与えるリファレンス電流Ｉｐ1,...,Ｉｐnの補正処理を実行する。即ち、ＣＰＵ１９は、反応ディスク２を回転させながら、洗浄機構１３によるキュベット１への純水の分注処理、検出機構によるキュベット１内の純水の吸光度の測定処理を連続的に行う。この間、検出機構の変換ユニット２４のマイクロプロセッサ３２は、各ＤＡ変換器３３ａ1,...,３３ａnを制御し、カウンタ３１に積分型ＡＤ変換器３６の定格範囲の下限値と等しい値がラッチされるように、各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnに与えられているリファレンス電流Ｉｐ1,...,Ｉｐnを予め定められた範囲内でそれぞれ補正する。その結果、光源の明るさ等の測定条件の変化によって生じるオフセットが相殺されるため、常に、積分型ＡＤ変換器３６の定格範囲を最大限に活用することができるようになる。尚、補正後の各リファレンス電流Ｉｐ1,...,Ｉｐnの値は、成分分析処理中の装置状態を判定する際の基準データとしてメモリ２０に格納される。
【００３１】
以上の補正処理が終了したら、本自動測定装置は、ＣＰＵ１９の制御に従って、以下に示す成分分析処理を実行する。即ち、各ディスク２,６,８を回転させながら、試薬分注機構５によるキュベット１への試薬分注処理、試料分注機構４によるキュベット１への試料分注処理、撹袢機構１２によるキュベット１内の試料と試薬の撹拌処理、検出機構によるキュベット１内の試料溶液２５に含まれる成分元素の吸光度の測定処理、洗浄機構１３によるキュベット１の洗浄処理を連続的に実行する。
【００３２】
具体的には、試薬分注機構５が、試薬ディスク８の回転により送られてくる試薬ボトル９内の試薬を、反応ディスク２の回転により送られてくるキュベット１に順次分注しており、一方では、試料分注機構４が、試料ディスク６の回転により送られてくる試料カップ７内の試薬を、反応ディスク２の回転により送られてくるキュベット１に順次分注している。その後、撹袢機構１２が、反応ディスク２の回転により送られてくるキュベット１内に充填されている試薬と試料を充分に撹袢する。尚、キュベット１内の試料と試薬の呈色反応を速やかに進行させるために、この間、キュベット１は、加温機構３によって適当な温度に保温されている。
【００３３】
そして、検出機構は、反応ディスク２の回転によりキュベット１が光源１５の前を通過してゆく過程で(即ち、光源１５からの光がキュベット１に走査照射されている過程で)逐次算出される各単色光成分の強度のレベル値を、それぞれ、不規則雑音に対する積分特性を有する積分型ＡＤ変換器３６によってデジタル変換した後、キュベット１内の試料溶液２５に含まれている成分元素の吸光度データとしてＣＰＵ１９に入力する。
【００３４】
そして、ＣＰＵ１９は、入力された吸光度データを単色光成分毎にメモリ２０に格納しておき、オペレータが検査項目を入力した場合に、メモリ２０から、オペレータが入力した検査項目に応じて定まる単色光成分の吸光度データを読み出し、この吸光度データを、適当な変換定数を用いた変換処理によって濃度値に変換する。
【００３５】
そして、洗浄機構１３は、反応ディスク２の回転により送られてくるキュベット１を洗浄する。尚、洗浄されたキュベット１は、反応ディスク２の回転により送られて再度の使用に供される。
【００３６】
このように、本自動分析装置は、各Ｌｏｇアンプ回路に与えるリファレンス電流の初期設定からキュベットの洗浄処理までの一連の処理を全て自動的に実行する機能を有しているため、本自動分析装置を実際の臨床検査に導入すれば、従来オペレータに課されていた作業負担を大幅に削減することができる。
【００３７】
ところで、このような成分分析処理を実行している間、ＣＰＵ１９は、更に、メモリ２０に記憶されている基準データ(現在、各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnに与えられているリファレンス電流Ｉｐ1,...,Ｉｐnの値)を用いて、以下に示す装置状態の判定処理を絶えず実行している。即ち、ＣＰＵ１９は、成分分析処理中に、各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnが算出した各スペクトル線像の強度のレベル値と、上記メモリ２０に記憶されている基準データと、従来技術の欄で説明した数式１とを用いて、フォトダイオードアレイ１７から出力される各光電流値Ｉf1,...,Ｉｆnを逐次逆算し、各光電流値Ｉf1,...,Ｉｆnの変動ΔＩf1,...,ΔＩｆnが許容範囲を超えた場合に、装置が故障したと判定する。そして、現在行っている成分分析処理を停止すると共に、出力装置から判定結果を出力して(例えば、スピーカからアラーム音等を発して)、オペレータに警告を与える。従って、装置の故障によって、後の誤診の原因となる可能性のある不正な測定データが出力される事態を回避することができる。また、光電流は故障の種別に応じて固有の変動を示すことから、装置の故障の種別と光電流の変動データとを対応付けた故障情報を予めメモリ２０にしておけば、この故障情報と上記逆算した各光電流値Ｉf1,...,Ｉｆnとを用いて、装置の故障の種別を判定することも可能である。そして、装置の故障の種別を上記警告と共に出力装置から出力するようにすれば、オペレータが装置の故障に対して迅速かつ的確な対応をすることができるようになる。尚、各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnに与えるリファレンス電流Ｉｐ1,...,Ｉｐnの補正処理によって、何れか一のＬｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnに上記予め定められた範囲を超えるリファレンス電流Ｉｐ1,...,Ｉｐnが与えられることとなった場合にも、ＣＰＵ１９は、装置が故障したと判定して同様な処理を実行する。
【００３８】
以上で、本自動分析装置を用いた成分分析処理の説明を終わる。
【００３９】
尚、本自動分析装置は、以上に示したような独立した形態で使用する必要はない。例えば、各所に設置された自動分析装置と、センターに設置された情報処理装置とをモデムを用いて回線で相互に接続し、適当なタイミングで、上記判定処理により得られる装置状態に関する情報を各自動分析装置から情報処理装置に転送するようにすれば、センターにおいて複数の自動分析装置の稼働状態を一元管理することもできる。
【００４０】
また、本実施の形態では、変換ユニット２４の小型化を図るために、マルチプレクサ２９を用いて、複数の積分回路２８ａ1,...,２８ａnからの出力信号を１台のゲート回路３０と１台のカウンタ３１とによって時系列に処理するようにしているが、変換ユニット２４の設置空間に比較的余裕があるならば、マルチプレクサを用いることなく各積分回路２８ａ1,...,２８ａnにそれぞれゲート回路とカウンタを接続し、複数の積分回路２８ａ1,...,２８ａnからの出力信号を同時に処理するようにしても構わない。
【００４１】
また、各積分回路２８ａ1,...,２８ａnのスタートトリガとストップトリガをマイクロプロセッサのＩＲＱとして、各積分回路２８ａ1,...,２８ａnのスタートパルスが発生した時点からストップパルスが発生した時点まで間にゲート回路が発生するクロックパルスを、マイクロプロセッサに内蔵されているカウンタで並列に計数するようにすれば、積分型ＡＤ変換器３６の回路構成を更に簡略化することができると共に、積分型ＡＤ変換器３６の処理の高速化を図ることができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係る自動分析装置によれば、簡単な操作で、より信頼性の高い成分分析を行うことができる。また、故障診断機能を付加したことにより、各種故障を早期に発見し、誤診の原因となる不正な測定データの混入を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る自動分析装置の基本構成を示した図である。
【図２】図１のＬｏｇアンプ回路の基本構成を示した図である。
【図３】図１の変換ユニットの基本構成を示した図である。
【図４】図２のＬｏｇアンプの基本構成を示した図である。
【符号の説明】
１…キュベット１
２…反応ディスク
３…加温機構
４…試料分注機構
５…試薬分注機構
６…試料ディスク
７…試料カップ
８…試薬ディスク
９…試薬ボトル
１０，１１，１４…ポンプ
１２…撹拌機構
１３…洗浄機構
１５…光源
１６…分光素子
１７…フォトダイオードアレイ
１８…インターフェースバス
１９…ＣＰＵ
２０…メモリ
２１…プリンタ
２２…ＣＲＴ
２３…キーボード
２４…変換ユニット
２６ａ1，．．．,２６ａn…Ｌｏｇアンプ
２８ａ1，．．．,２８ａn…積分回路
２９…マルチプレクサ
３０…ゲート回路
３１…カウンタ
３２…マイクロプロセッサ
３３ａ1,...,３３ａn…ＤＡ変換器
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体試料の成分分析等に使用される自動生化学分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
臨床検査における血清や尿等の生体試料の成分分析の大部分は、分光光度計を発展させた形態の自動化学分析装置によって行われている。
【０００３】
さて、一般に知られているように、試料溶液(試薬と試料の反応液)に含まれている各成分元素の濃度と各成分元素の吸光度とがランベルト・ベアーの法則に従うことから、この種の自動化学分析装置には、通常、数式１に示す対数変換処理を実行して、試料溶液を透過した光束に比例した光電流値Ｉfのレベル値Ｖoを算出するＬｏｇアンプ回路が内蔵されている。
【０００４】
Ｖo＝Ｋ・ｌｏｇ(Ｉf／Ｉp) ……（１）
ここで、Ｉpは、標準光束に比例したリファレンス電流値であり、Ｋは、回路の抵抗値等に応じて定まる比例定数(但し、Ｋ＞０)である。
【０００５】
即ち、従来の自動分析装置は、試料溶液を透過した光束に比例した光電流値を検出するための光学系と、検出された光電流値を用いて数式１で表す対数変換処理を実行するＬｏｇアンプ回路とを備える。そして、検査項目に応じた単色光成分を選択することができるように、試料溶液を透過した光をｍ個(通常、１２個)の単色光成分に分光する分光素子(例えば、回折格子等)と、受光した各単色光成分の光束を光電変換するフォトダイオードアレイ(例えば、シリコンフォトセンサアレイ等)とから光学系が構成されており、各単色光成分に対応して複数のＬｏｇアンプ回路が設けられている。そして、各Ｌｏｇアンプ回路から出力された電圧Ｖｏは、それぞれ、マルチプレクサを介してＡＤ変換器に入力された後、試料溶液に含まれている成分元素の吸光度としてＣＰＵに入力される。そして、ＣＰＵは、適当な変換定数を用いた変換処理により、この成分元素の吸光度を、当該成分元素の濃度値に変換する。
【０００６】
尚、生体試料等の成分分析では、近紫外線から近赤外線に至る迄の波長域で光電流Ｉpの検出を行う必要があるため、通常、この種の自動分析装置の光源には、約３４０ｎｍから８００ｎｍ程度の波長域の連続スペクトルを有するハロゲンランプが使用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
さて、自動化学分析装置では、キュベットに充填させた試料溶液の成分分析を行う。このキュベットは、使用前に充分に清浄な状態にされていることが前提であるが、時として、部分的に汚れ等が付着している場合がある。また、厚さの不均一なキュベットを使用してしまい、液層の厚さが不均一となっている場合もある。従って、光がキュベットを透過する位置によって測定データが変動する可能性があった。
【０００８】
また、近紫外線から近赤外線に至る迄の広範囲の波長域で光電流Ｉpの検出を行うため、上記従来の自動分析装置を使用する場合には、前準備として、全Ｌｏｇアンプ回路から出力される電圧がＡＤ変換器の定格範囲内に収まるように各Ｌｏｇアンプ回路に与えるリファレンス電流Ｉpを個別に設定しなければならないという問題があった。即ち、測定を開始する前に、必ず、基準液として純水(吸光度：０ ＡＢＳ)を用いて、各Ｌｏｇアンプ回路から出力される電圧Ｖｏをそれぞれ電圧計等で測定しながら、各Ｌｏｇアンプ回路に与えるリファレンス電流を調整するトリマを個々に操作し、全Ｌｏｇアンプ回路から、一律に、ＡＤ変換器の定格範囲の下限電圧が出力されてくる状態に初期設定しておく必要があった。このため測定をスムーズに開始することができなかった。
【０００９】
尚、実際には、調整時と測定時とにおける光源の発光状態及びキュベットの状態等の違いを考慮して、全Ｌｏｇアンプ回路から出力されてくる電圧が、ＡＤ変換器の定格範囲の下限電圧よりもやや高い値(例えば、入力電圧の許容範囲が０Ｖ〜１０ＶのＡＤ変換器を使用している場合には、約２Ｖ)となるように初期設定されることが多い。
【００１０】
また、装置に突発的な故障(例えば、光源や分光素子等の破損)が発生し、光電流ＩpのＳＮ比が極度に低下しても、各ＬｏｇＡｍｐ回路に与えるリファレンス電流値Ｉfの調整次第で一応の測定が完了してしまうため、その後に行われる診断において、誤差を含む不正な分析結果が参照され、誤診がなされる危険性があった。従って、こうした危険性を未然に阻止するためには、測定中に、常時、リファレンス電流が所定の範囲内に収まっているか否かを監視している必要があった。
【００１１】
そこで、本発明は、より信頼性の高い成分分析を簡単に行うことができる自動分析装置を提供することを第一の目的とする。また、故障診断機能を備えた自動分析装置を提供することを第二の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
キュベット内の試料溶液に含まれている成分元素の吸光度から前記成分元素の濃度を算出する濃度算出手段を備えた自動分析装置であって、
複数の単色光成分を含む光を前記キュベットに照射する光源と、
前記キュベットと前記光源とを相対的に運動させる移動機構と、
前記光源から前記キュベットに光が照射されている間、前記キュベットを介して前記キュベット内の試料溶液を透過した光に含まれている各単色光成分の強度を検出する光検出器と、
前記光検出器が検出した各単色光成分の強度のレベル値として、それぞれ、前記光検出器が検出した各単色光成分の強度と基準値との比の対数を算出する対数変換器と、
前記対数変換器が算出した各単色光成分の強度のレベル値をそれぞれ時間積分し、当該各単色光成分の強度のレベル値の時間積分値に比例した時間を、前記試料溶液に含まれている成分元素の吸光度として前記濃度算出手段に与える積分型ＡＤ変換器と、
を備え、
当該積分型ＡＤ変換器は、
各単色光成分毎に当該単色光成分の強度のレベル値を時間積分する複数の積分回路を備え、
当該自動分析装置は、
予め定められた基準となる吸光度を有する基準液を透過した光に含まれている各単色光成分の強度のレベル値の時間積分値に比例した基準時間を記憶する記憶手段と、
前記試料溶液の成分分析に先立ち、前記記憶手段が記憶している各基準時間を用いて、前記対数変換器が前記各単色光成分の強度のレベル値の算出に用いる基準値をそれぞれ補正する基準値補正手段と、
を備える、
ことを特徴とする自動分析装置を提供する。
【００１３】
このような構成とすれば、キュベットに光を走査照射している間に検出される各単色光成分の強度のレベル値が積分型ＡＤ変換器でデジタル変換されるため、光検出器により検出された各単色光成分の強度に含まれている誤差(特に、キュベットの部分的な汚れ等の影響による誤差)が積分型ＡＤ変換器が有している積分特性によって除去される。従って、試料溶液に含まれている成分元素の吸光度として上記時間を用いることにより、変動のない測定データ(即ち、安定な測定データ)を得ることができる。即ち、本自動分析装置によれば、より信頼性の高い成分分析を行うことができる。
【００１４】
また、試料溶液に含まれている成分元素の濃度の算出に先立って、予め、基準液を透過する光に含まれている各単色光成分の強度のレベル値に比例した基準時間を算出しておき、この基準時間を用いて、前記対数変換器が各単色光成分の強度のレベル値の算出に用いる各基準値を自動的に補正するようにすれば、ユーザが面倒な初期設定(即ち、各Ｌｏｇアンプ回路に与えるリファレンス電流の調整に相当)を行う必要がなくなる。従って、スムーズに測定を開始することができるようになる。
【００１５】
更に、測定中に、前記対数変換器が算出した各単色光成分の強度のレベル値と、このレベル値を算出する際に基準値として用いた基準時間とから各単色光成分の強度を逆算し、この強度が所定の範囲を超えて変動した場合に、測定を停止するようにすれば、誤診の原因となる不正な測定データの出力を未然に防止することができる。また、このとき、アラーム等で警告を発すると共に、各単色光成分の強度の変動具合に応じて定まる故障の種別を表示する故障診断機能を付加すれば、ユーザが、迅速に、装置の故障に対して妥当な措置をとるができるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る実施の一形態について説明する。
【００１７】
最初に、図１により、本実施の形態に係る自動分析装置の基本構成について説明する。
【００１８】
本自動分析装置は、キュベット１内の試料溶液２５(試料と試薬の反応液)に含まれている成分元素の吸光度を測定する測定部Ａと、後述の成分分析処理や本装置全体の制御処理等を実行する処理部Ｂとを備える。
【００１９】
測定部Ａは、試料を充填させた試料カップ７が載置された試料ディスク６と、試薬を充填させた試薬ボトル９が載置された試薬ディスク８と、キュベット１が載置された反応ディスク２と、ポンプ１１の吸引を利用して試薬ディスク８上の試薬ボトル９から反応ディスク２上のキュベット１へ試薬を分注する試薬分注機構５と、ポンプ１０の吸引を利用して試料ディスク６上の試料カップ７から反応ディスク２上のキュベット１へ試料を分注する試料分注機構４と、キュベット１に分注された試薬と試料を撹拌する撹袢機構１２と、試料と試薬の化学反応を促進するためにキュベット１を保温する加温機構３(例えば、循環式の恒温水槽等)と、キュベット１内の試料溶液(試料と試薬の反応液)に含まれている成分元素の吸光度を測定する検出機構と、検出機構による成分検出終了後にポンプ１４から供給される純水によってキュベット１を洗浄する洗浄機構１３とを備える。
【００２０】
また、処理部Ｂは、ＣＰＵ１９と、後述の成分分析処理等が定義されたプログラムや各種データを記憶したメモリ２０と、ユーザからの入力を受け付ける入力装置(例えば、キーボード２３等)と、キュベット１内の試料溶液２５の成分検出結果等を出力する出力装置(例えば、プリンタ２１、ＣＲＴ２２、スピーカ等)とを備え、これらはインターフェースバス１８により相互に接続されている。
【００２１】
そして、処理部ＢのＣＰＵ１９の制御により、各ディスク２,６,８の回転に伴って、試薬分注機構５によるキュベット１への試薬の分注処理、試料分注機構４によるキュベット１への試料の分注処理、撹袢機構１２によるキュベット１内の試料と試薬の撹拌処理、検出機構によるキュベット１内の試料溶液２５に含まれる成分元素の吸光度の測定処理、洗浄機構１３によるキュベット１の洗浄処理が連続的に行われるようになっている。
【００２２】
さて、本自動分析装置の測定原理を明確にしておくため、図２に示すように、検出機構の基本構成について説明しておく。
【００２３】
本検出機構は、反応ディスクの回転により通過してゆくキュベット１に連続スペクトルを有する光を照射する光源１５(例えば、ハロゲンランプ等)と、キュベット１に充填された試料溶液２５を透過してくる光を分光する分光素子１６(例えば、回折格子やプリズム等)と、分光素子１６により形成されるスペクトル線像の強度分布を検出するフォトダイオードアレイ１７(例えば、シリコンフォトセンサアレイ等)と、フォトダイオードアレイ１７が同時に検出した各スペクトル線像の強度のレベル値を算出する変換ユニット２４とを備える。
【００２４】
そして、変換ユニット２４は、図３に示すように、ＣＰＵ１９との間のデータ入出力等を制御するマイクロプロセッサ３２と、フォトダイオードアレイ１７から出力された各光電流Ｉf1,...,Ｉｆnのレベル値Ｖｏ1,...,Ｖｏn(アナログデータ)を算出するＬｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnと、マイクロプロセッサ３２からの制御信号に従って各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnにリファレンス電流Ｉｐ1,...,Ｉｐnを与えるＤＡ変換器３３ａ1,...,３３ａnと、各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnから出力されるアナログデータＶｏ1,...,Ｖｏnをデジタル変換するＡＤ変換器３６とから構成されている。
【００２５】
このように検出機構を構成することにより、測定部ＢのＣＰＵ１９には、キュベット１に充填されている試料溶液２５を透過してくる光に含まれている各単色光成分の強度のレベル値のデジタルデータ(即ち、キュベット１に充填された試料溶液２５に含まれている成分元素の吸光度に相当するデータ)が入力される。
【００２６】
尚、本実施の形態では、ＡＤ変換器として、入力信号を積分する機能を有する積分型ＡＤ変換器を採用している。この積分型ＡＤ変換器とは、マイクロプロセッサ３２からの制御信号に従って各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnの出力信号Ｖｏ1,...,Ｖｏnを時間積分する積分回路２８ａ1,...,２８ａnと、マイクロプロセッサ３２からの制御信号に従って各積分回路２８ａ1,...,２８ａnからの出力信号を時系列に転送するマルチプレクサ２９と、マルチプレクサ２９から転送されてくる信号に比例した時間だけクロックパルスを出力するゲート回路３０と、ゲート回路３０から出力されるクロックパルス数を測定するカウンタ３１とから構成されたＡＤ変換器である。
【００２７】
こうした積分型ＡＤ変換器を採用することにより、キュベットに光が走査照射されている間に各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnから出力されてくるアナログデータＶｏ1,...,Ｖｏnに含まれている不規則雑音を除去することができる。従って、キュベット１に局所的な汚れ等の光の吸収によってフォトダイオードアレイ１７の出力信号が変動しても、その影響を除去することができる。
【００２８】
また、従来技術の欄で説明した対数変換処理(数式１参照)を実行すべき各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnとしては、何れも、通常の分光光度計に内蔵されているＬｏｇアンプ回路の同様な周知の回路構成を備えたＬｏｇアンプ回路、即ち、２つのＬｏｇアンプと２つのトランジスタとから構成されたＬｏｇアンプ回路(図４参照)を採用している。
【００２９】
次に、この自動分析装置を用いた成分分析処理について説明する。
【００３０】
成分分析処理の開始を指示する命令が入力装置２３から入力されると、本自動測定装置は、成分分析処理に先立って、各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnに与えるリファレンス電流Ｉｐ1,...,Ｉｐnの補正処理を実行する。即ち、ＣＰＵ１９は、反応ディスク２を回転させながら、洗浄機構１３によるキュベット１への純水の分注処理、検出機構によるキュベット１内の純水の吸光度の測定処理を連続的に行う。この間、検出機構の変換ユニット２４のマイクロプロセッサ３２は、各ＤＡ変換器３３ａ1,...,３３ａnを制御し、カウンタ３１に積分型ＡＤ変換器３６の定格範囲の下限値と等しい値がラッチされるように、各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnに与えられているリファレンス電流Ｉｐ1,...,Ｉｐnを予め定められた範囲内でそれぞれ補正する。その結果、光源の明るさ等の測定条件の変化によって生じるオフセットが相殺されるため、常に、積分型ＡＤ変換器３６の定格範囲を最大限に活用することができるようになる。尚、補正後の各リファレンス電流Ｉｐ1,...,Ｉｐnの値は、成分分析処理中の装置状態を判定する際の基準データとしてメモリ２０に格納される。
【００３１】
以上の補正処理が終了したら、本自動測定装置は、ＣＰＵ１９の制御に従って、以下に示す成分分析処理を実行する。即ち、各ディスク２,６,８を回転させながら、試薬分注機構５によるキュベット１への試薬分注処理、試料分注機構４によるキュベット１への試料分注処理、撹袢機構１２によるキュベット１内の試料と試薬の撹拌処理、検出機構によるキュベット１内の試料溶液２５に含まれる成分元素の吸光度の測定処理、洗浄機構１３によるキュベット１の洗浄処理を連続的に実行する。
【００３２】
具体的には、試薬分注機構５が、試薬ディスク８の回転により送られてくる試薬ボトル９内の試薬を、反応ディスク２の回転により送られてくるキュベット１に順次分注しており、一方では、試料分注機構４が、試料ディスク６の回転により送られてくる試料カップ７内の試薬を、反応ディスク２の回転により送られてくるキュベット１に順次分注している。その後、撹袢機構１２が、反応ディスク２の回転により送られてくるキュベット１内に充填されている試薬と試料を充分に撹袢する。尚、キュベット１内の試料と試薬の呈色反応を速やかに進行させるために、この間、キュベット１は、加温機構３によって適当な温度に保温されている。
【００３３】
そして、検出機構は、反応ディスク２の回転によりキュベット１が光源１５の前を通過してゆく過程で(即ち、光源１５からの光がキュベット１に走査照射されている過程で)逐次算出される各単色光成分の強度のレベル値を、それぞれ、不規則雑音に対する積分特性を有する積分型ＡＤ変換器３６によってデジタル変換した後、キュベット１内の試料溶液２５に含まれている成分元素の吸光度データとしてＣＰＵ１９に入力する。
【００３４】
そして、ＣＰＵ１９は、入力された吸光度データを単色光成分毎にメモリ２０に格納しておき、オペレータが検査項目を入力した場合に、メモリ２０から、オペレータが入力した検査項目に応じて定まる単色光成分の吸光度データを読み出し、この吸光度データを、適当な変換定数を用いた変換処理によって濃度値に変換する。
【００３５】
そして、洗浄機構１３は、反応ディスク２の回転により送られてくるキュベット１を洗浄する。尚、洗浄されたキュベット１は、反応ディスク２の回転により送られて再度の使用に供される。
【００３６】
このように、本自動分析装置は、各Ｌｏｇアンプ回路に与えるリファレンス電流の初期設定からキュベットの洗浄処理までの一連の処理を全て自動的に実行する機能を有しているため、本自動分析装置を実際の臨床検査に導入すれば、従来オペレータに課されていた作業負担を大幅に削減することができる。
【００３７】
ところで、このような成分分析処理を実行している間、ＣＰＵ１９は、更に、メモリ２０に記憶されている基準データ(現在、各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnに与えられているリファレンス電流Ｉｐ1,...,Ｉｐnの値)を用いて、以下に示す装置状態の判定処理を絶えず実行している。即ち、ＣＰＵ１９は、成分分析処理中に、各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnが算出した各スペクトル線像の強度のレベル値と、上記メモリ２０に記憶されている基準データと、従来技術の欄で説明した数式１とを用いて、フォトダイオードアレイ１７から出力される各光電流値Ｉf1,...,Ｉｆnを逐次逆算し、各光電流値Ｉf1,...,Ｉｆnの変動ΔＩf1,...,ΔＩｆnが許容範囲を超えた場合に、装置が故障したと判定する。そして、現在行っている成分分析処理を停止すると共に、出力装置から判定結果を出力して(例えば、スピーカからアラーム音等を発して)、オペレータに警告を与える。従って、装置の故障によって、後の誤診の原因となる可能性のある不正な測定データが出力される事態を回避することができる。また、光電流は故障の種別に応じて固有の変動を示すことから、装置の故障の種別と光電流の変動データとを対応付けた故障情報を予めメモリ２０にしておけば、この故障情報と上記逆算した各光電流値Ｉf1,...,Ｉｆnとを用いて、装置の故障の種別を判定することも可能である。そして、装置の故障の種別を上記警告と共に出力装置から出力するようにすれば、オペレータが装置の故障に対して迅速かつ的確な対応をすることができるようになる。尚、各Ｌｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnに与えるリファレンス電流Ｉｐ1,...,Ｉｐnの補正処理によって、何れか一のＬｏｇアンプ回路２６ａ1,...,２６ａnに上記予め定められた範囲を超えるリファレンス電流Ｉｐ1,...,Ｉｐnが与えられることとなった場合にも、ＣＰＵ１９は、装置が故障したと判定して同様な処理を実行する。
【００３８】
以上で、本自動分析装置を用いた成分分析処理の説明を終わる。
【００３９】
尚、本自動分析装置は、以上に示したような独立した形態で使用する必要はない。例えば、各所に設置された自動分析装置と、センターに設置された情報処理装置とをモデムを用いて回線で相互に接続し、適当なタイミングで、上記判定処理により得られる装置状態に関する情報を各自動分析装置から情報処理装置に転送するようにすれば、センターにおいて複数の自動分析装置の稼働状態を一元管理することもできる。
【００４０】
また、本実施の形態では、変換ユニット２４の小型化を図るために、マルチプレクサ２９を用いて、複数の積分回路２８ａ1,...,２８ａnからの出力信号を１台のゲート回路３０と１台のカウンタ３１とによって時系列に処理するようにしているが、変換ユニット２４の設置空間に比較的余裕があるならば、マルチプレクサを用いることなく各積分回路２８ａ1,...,２８ａnにそれぞれゲート回路とカウンタを接続し、複数の積分回路２８ａ1,...,２８ａnからの出力信号を同時に処理するようにしても構わない。
【００４１】
また、各積分回路２８ａ1,...,２８ａnのスタートトリガとストップトリガをマイクロプロセッサのＩＲＱとして、各積分回路２８ａ1,...,２８ａnのスタートパルスが発生した時点からストップパルスが発生した時点まで間にゲート回路が発生するクロックパルスを、マイクロプロセッサに内蔵されているカウンタで並列に計数するようにすれば、積分型ＡＤ変換器３６の回路構成を更に簡略化することができると共に、積分型ＡＤ変換器３６の処理の高速化を図ることができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係る自動分析装置によれば、簡単な操作で、より信頼性の高い成分分析を行うことができる。また、故障診断機能を付加したことにより、各種故障を早期に発見し、誤診の原因となる不正な測定データの混入を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る自動分析装置の基本構成を示した図である。
【図２】図１のＬｏｇアンプ回路の基本構成を示した図である。
【図３】図１の変換ユニットの基本構成を示した図である。
【図４】図２のＬｏｇアンプの基本構成を示した図である。
【符号の説明】
１…キュベット１
２…反応ディスク
３…加温機構
４…試料分注機構
５…試薬分注機構
６…試料ディスク
７…試料カップ
８…試薬ディスク
９…試薬ボトル
１０，１１，１４…ポンプ
１２…撹拌機構
１３…洗浄機構
１５…光源
１６…分光素子
１７…フォトダイオードアレイ
１８…インターフェースバス
１９…ＣＰＵ
２０…メモリ
２１…プリンタ
２２…ＣＲＴ
２３…キーボード
２４…変換ユニット
２６ａ1，．．．,２６ａn…Ｌｏｇアンプ
２８ａ1，．．．,２８ａn…積分回路
２９…マルチプレクサ
３０…ゲート回路
３１…カウンタ
３２…マイクロプロセッサ
３３ａ1,...,３３ａn…ＤＡ変換器
Claims (3)
- キュベット内の試料溶液に含まれている成分元素の吸光度から前記成分元素の濃度を算出する濃度算出手段を備えた自動分析装置であって、
複数の単色光成分を含む光を前記キュベットに照射する光源と、
前記キュベットと前記光源とを相対的に運動させる移動機構と、
前記光源から前記キュベットに光が照射されている間、前記キュベットを介して前記キュベット内の試料溶液を透過した光に含まれている各単色光成分の強度を検出する光検出器と、
前記光検出器が検出した各単色光成分の強度のレベル値として、それぞれ、前記光検出器が検出した各単色光成分の強度と基準値との比の対数を算出する対数変換器と、
前記対数変換器が算出した各単色光成分の強度のレベル値をそれぞれ時間積分し、当該各単色光成分の強度のレベル値の時間積分値に比例した時間を、前記試料溶液に含まれている成分元素の吸光度として前記濃度算出手段に与える積分型ＡＤ変換器と、
を備え、
当該積分型ＡＤ変換器は、
各単色光成分毎に当該単色光成分の強度のレベル値を時間積分する複数の積分回路を備え、
当該自動分析装置は、
予め定められた基準となる吸光度を有する基準液を透過した光に含まれている各単色光成分の強度のレベル値の時間積分値に比例した基準時間を記憶する記憶手段と、
前記試料溶液の成分分析に先立ち、前記記憶手段が記憶している各基準時間を用いて、前記対数変換器が前記各単色光成分の強度のレベル値の算出に用いる基準値をそれぞれ補正する基準値補正手段と、
を備える、
ことを特徴とする自動分析装置。 - 請求項１記載の自動分析装置であって、
前記積分型ＡＤ変換器は、更に、
前記各積分回路が算出した前記各単色光成分の強度のレベル値の時間積分値を時系列に転送するマルチプレクサと、
前記マルチプレクサから時系列に転送されてくる前記各単色光成分の強度のレベル値の時間積分値に比例する時間を順次算出する逆積分回路と、
を備える、
ことを特徴とする自動分析装置。 - 請求項１または２記載の自動分析装置であって、
前記対数変換器が算出した各単色光成分の強度のレベル値と前記記憶手段が記憶している各基準時間とを用いて、前記各単色光成分の強度を算出する光量算出手段と、
前記光量算出手段が算出した各単色光成分の強度値の変動を検出する変動検出手段と、
前記変動検出手段が検出した変動が所定の範囲を超えた場合に、当該自動分析装置の故障を判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果を出力する警告手段と、
を備え、
前記濃度算出手段は、前記判定手段の判定結果に応じて前記試料溶液に含まれている成分元素の濃度の算出を停止する、
ことを特徴とする自動分析装置。
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