JP3972012B2 - 試料分注機構及びそれを備えた自動分析装置 - Google Patents

試料分注機構及びそれを備えた自動分析装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は試料を試薬と混合することにより試料中の特定成分の定性・定量分析を行うための分析装置の試料分注機構及び自動分析装置に係り、特に時間あたりの分注処理能力の高い試料分注機構及びそれを備えた自動分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
血液，尿等の生体試料中の特定成分分析に用いられる医用自動分析装置を例にとり説明すると、このような自動分析装置は、患者数の多い大病院，中小病院，医院から検査を請け負い検査を行う検査センターなどにおいて効率良く分析を行うのになくてはならない装置になっている。
【０００３】
このような自動分析装置は、コンパクトでより多種類の分析ができ、かつ処理速度の高いものが望まれており、従来種々のものが提案されている。
【０００４】
処理速度を高める一つの手段としては、試料分注速度の向上が挙げられる。２つのサンプリングノズルを設け、各サンプリングノズルは異なったタイミングで１つのサンプル容器から２つの反応容器にサンプリング可能な試料分注機構を備えた自動化学分析装置が特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、一つのサンプリングアームに複数のサンプリングノズルを設け、夫々のノズルは独立した吐出制御が可能な試料分注装置が特許文献２に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平３−１４０８６９号公報
【特許文献２】
特開２００１−６６３１６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の方法はそれぞれの分注プローブが異なったタイミングで分注動作可能なことから６００テスト／時間と同等の動作で１２００テスト／時間に対処させることができるとしている。しかし、実施例の記載に基づけば、２つの分注プローブは１つのプローブ軸で支持されており、２つの分注プローブは全く独立して試料の分注動作はできないものと考えられる。すなわち、構造上２つの分注プローブを同一のプローブ回転平面上に配置することができないと考えられるので、２つの分注プローブの分注動作を同期させる必要があると考えられる。
【０００８】
また、特許文献２に記載の方法は２つの分注プローブが同一の分注アームに設けられているので、同様に異なったタイミングで分注動作ができないものと思われる。
【０００９】
本発明の目的は、複数の分注プローブを各々独立して分注動作が可能な試料分注プローブを備え分注速度の向上、フレキシブルな分注動作タイミングを可能にした、試料分注プローブ及びそれを備えた自動分析装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の試料分注プローブは医用自動分析装置に好適であるが、これに限らず、無機／有機試料の分析装置等にも適用できることは言うまでもない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題解決手段は次の通りである。
【００１２】
分析対象試料を収容する複数の試料容器を載置可能で、かつ該複数の試料容器の配置を変更可能な機構を備えた試料容器搭載機構と、分析対象試料と試薬を混合する反応容器を複数載置可能で、かつ該複数の反応容器の配置を変更可能な機構を備えた反応容器搭載機構と、試料を前記試料容器から分取し、前記反応容器へ吐出するための試料分注機構と、を備えた試料分注装置において、
前記試料分注装置は、試料の分取，吐出のためのノズルを複数備え、かつ該ノズルは各々独立して試料の分取，吐出のためのノズルの上下動作が可能であり、かつ該ノズルは各々独立して前記試料容器と前記反応容器の間で移動可能な機構を備えたことを特徴とする試料分注装置。
【００１３】
試料容器搭載機構は試料容器の位置を移動させることができるものであれば、どのような形態のものでも良い。例えば、複数の試料容器を周上に配置するサンプルディスクを備えた物でも良い。この場合、サンプルディスクと表現しているが必ずしも円板状である必要はない。そのため「ディスクの周上」という表現を用いているが、円板状のディスクの場合は円周上と読み替えることができる。
【００１４】
また、試料容器を１つまたは複数搭載できるラックを用い、このラックを移動させる形態のものであっても良い。
【００１５】
反応容器搭載機構も同様である。反応ディスクのような形態であっても良いし、反応容器が直線的に移動できるようなものであっても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の各試料分注機構は試料を採取し、前記反応容器に試料を吐出する動作を繰り返す。複数のノズルを有することにより一つの試料分注機構が試料採取後に反応ディスクへ試料を吐出している最中にその他のノズルが試料の採取を行うことにより試料採取の待機時間を埋めることが可能となり、高速処理を実現することが可能となる。
【００１７】
複数の試料分注機構が独立に分注動作可能であることにより頻繁に試料容器からの採取動作が可能となるが、これに伴い試料容器の採取位置への移動時間が短くなるため試料容器を所定の場所へ移動する時間がなくなり、ひいては処理能力を落とす要因となるが、各試料分注機構が複数の試料採取位置から採取可能とすることにより処理能力の低下を防ぐことができる。
【００１８】
ノズルは試料採取位置と前記反応ディスクとの往復運動が可能な移動機構を備えれば良く、試料分注機構の移動軌跡は直線的であっても湾曲であっても良いが、各々の試料分注機構が独立に動作可能となるために互いに干渉しない手段を有することが必要である。例えば同一平面内での試料分注機構が動作を行う場合、試料採取位置と反応ディスクとの間にて互いの動作を拘束させないよう試料分注機構の動作軌跡上に逃げ位置を設けたり、全く軌跡が干渉しないように機構を配置する。もしくは機構の移動部を上下に配置することにより互いに干渉しないようにする。もしくは試料採取位置と反応ディスクとの中点に回転軸を設け、この回転軸により複数の試料分注機構を試料採取位置または反応ディスクに移動させる機構が考えられる。回転軸による移動の場合複数の試料採取位置または複数の反応ディスク位置に試料分注機構を移動させるため各試料分注機構に回転軸以外の移動手段を有することがあってもよい。
【００１９】
またノズルに液面検知機能を備え、前記液面検知機能にて試料容器内に確実に試料を採取するにあたり最低限度の試料があるかどうかの確認を行っても良い。複数の試料分注機構を有する分析装置の場合、任意の試料分注機構にて試料容器内に確実に試料を採取するのに十分量の試料がないと判定された時点でその判断結果を元に次に同一の試料から採取を行う試料分注装置は予定していた試料容器からの試料採取を中止し次に採取を行う試料容器へ採取元を変更することにより不要動作を減らすことが可能となる。
【００２０】
また、ノズルに詰まり検知機能を備え、前記詰まり検知機能にて試料容器内に流路内の詰まりの発生要因の存在有無を確認しても良い。複数の試料分注機構を有する分析装置の場合、任意の試料分注機構にて試料容器内に詰まり要因が存在するとされたら時点でその判断結果を元に次に同一の試料から採取を行う試料分注装置は予定していた試料容器からの試料採取を中止し次に採取を行う試料容器へ採取元を変更することにより無駄動作を減らすことが可能となる。
【００２１】
また、ノズルが何らかの異常により動作不可能となった場合でも、独立に動作可能な複数の試料分注機構を有することにより、全ての試料分注機構が異常により動作不可能とならなければ、正常動作中の試料分注機構にて分析動作を継続することが可能となる。
【００２２】
また、複数のノズルのうち少なくとも１つのノズルが動作可能であれば、複数の試料分注機構のうち動作可能な試料分注機構のみを動作させることで分析を実行することが可能となる。
【００２３】
試料分注では流路内での薄まり回避を目的として反応容器に分注する量以外にダミーを吸引している。このダミーは最終的には洗浄槽へ吐出・廃棄される。複数の試料分注機構を有することにより処理能力は上がるが、例えば小児試料のように試料量が極端に少ない場合などは処理能力を落としてでも該当試料に依頼された全ての項目を分析することの方が価値がある。例えば試料容器の情報により全ての試料分注機構を使うのではなく特定の試料分注機構のみで試料の採取・分注を行うことにより少量の試料の場合であっても依頼された全ての項目を分析できるようにする。前記例のように試料容器種別にて動作の切り分けを行う場合、例えば操作画面から本機能の有効／無効を設定できるようにすることにより、より付加価値の高い装置を提供できる。
【００２４】
ノズルの数は多いほうが高速処理が可能であるが、機構同士の逃げ位置を設けなければならない、試料の反応容器への吐出後の試薬吐出用の試薬分注機構の増加などスペースの問題が発生する等の問題が生じるので、処理能力等に応じて適宜選択することが望ましい。
【００２５】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施例の上面図、図２は斜視図である。反応ディスク３６には反応容器３５が円周上に並んでいる。反応ディスク３６の内側に試薬ディスク４２が、外側に試薬ディスク４１が配置されている。試薬ディスク４１，４２にはそれぞれ複数の試薬容器４０が円周上に載置可能である。１つの試薬容器４０には２つの試薬が入る。反応ディスク３６の近くにサンプル容器１０を載せたラック１１を移動する搬送機構１２が設置されている。試薬ディスク４１と試薬ディスク４２の上にレール２５，２６が配置され、レール２５にはレールと平行な方向および上下方向に移動可能な試薬プローブ２０，２１が、レール２６にはレールと３軸方向に移動可能な試薬プローブ２２，２３が設置されている。試薬プローブ２０，２１，２２，２３はそれぞれ試薬用ポンプ２４と接続している。反応容器３５と搬送機構１２の間には、回転及び上下動可能なサンプルプローブ１５，１６が設置されている。
【００２６】
サンプルプローブ１５，１６は回転軸を中心に円弧を描きながら移動してサンプル容器から反応容器へのサンプル分注を交互に行う。お互いの動きが干渉しないよう、プローブ高さを変えられる機構を備え、分注タイミングと高さの調整を予めプログラムされた通りに実行するようになっている。
【００２７】
更に別の態様のサンプル分注機構の構成を図３および図４を用いて説明する。図３はサンプルプローブの軌跡を装置上面から示したもの、図４はサンプルプローブの構造を装置前面から示したもの、図５はサンプルプローブの移動機構を示す斜視図である。サンプルプローブ１５，１６はラック１１上のサンプルプローブによる吸引位置にあるサンプル容器６１と反応容器３５のうちサンプルプローブにて試料吐出位置となる反応容器６２に移動する。サンプルプローブ１５は前記サンプル容器６１と反応容器６２に加え洗浄位置６３の３個所に移動可能であり６５はサンプルプローブ１５の軌跡を示している。一方サンプルプローブ１６は前記サンプル容器６１と反応容器６２に加え洗浄位置６４の３箇所に移動可能であり６６はサンプルプローブ１６の軌跡を示している。
【００２８】
サンプルプローブ１５はサンプル容器６１と反応容器６２との前後方向の移動を図には示していない駆動源によりレール７１に沿って移動可能でありさらに洗浄位置６３とサンプル容器６１および反応容器６２との左右方向の移動を図には示していない駆動源によりレール７３に沿って移動可能である。前後方向の移動動作と左右方向の移動動作とは、どちらか一方の動作に対し他方が追従して動作を行う。これによりサンプルプローブヘッド７５はレール７１とレール７３により構成される平面内を移動可能となるとともに、上下動作機構を有するノズル７７により３次元空間を移動可能となる。
【００２９】
同様にサンプルプローブ１６はサンプル容器６１と反応容器６２との前後方向の移動を図には示していない駆動源によりレール７２に沿って移動可能でありさらに洗浄位置６３とサンプル容器６１および反応容器６２との左右方向の移動を図には示していない駆動源によりレール７４に沿って移動可能である。前後方向の移動動作と左右方向の移動動作とは、どちらか一方の動作に対し他方が追従して動作を行う。これによりサンプルプローブヘッド７６はレール７２とレール７４により構成される平面内を移動可能となるとともに、上下動作機構を有するノズル７８により３次元空間を移動可能となる。
【００３０】
またサンプルプローブ１５，１６は液面検知機能および詰まり検知機能を有し、サンプルプローブ１５，１６はそれぞれサンプル用ポンプ１４に接続している。サンプルプローブ１５，１６はそれぞれ独立な駆動系により制御されている。
【００３１】
３６の周囲には、攪拌装置３０，３１，光源５０，検出光学装置５１，容器洗浄機構４５が配置されている。容器洗浄機構４５は洗浄用ポンプ４６に接続している。サンプルプローブ１５，１６，試薬プローブ２０，２１，２２，２３，攪拌装置３０，３１のそれぞれの動作範囲に洗浄ポート５４が設置されている。サンプル用ポンプ１４，試薬用ポンプ２４，洗浄用ポンプ４６，検出光学装置５１，反応容器３５，試薬ディスク４１，試薬プローブ２０，２１，２２，２３，サンプルプローブ１５，１６はそれぞれコントローラ６０に接続している。
【００３２】
この装置を用いての分析手順を説明する。
【００３３】
サンプル容器１０には血液等の検査対象の試料が入れられ、ラック１１に載せられて搬送機構１２によって運ばれる。
【００３４】
サンプルプローブ１５または１６によりサンプル容器６１内の試料は採取された試料は、反応容器６２へ分注される。
【００３５】
サンプルプローブ１５の初期位置は洗浄位置６３でありサンプルプローブ１６の初期位置は洗浄位置６４である。
【００３６】
サンプルプローブ１５は試料吸引位置へレール７１およびレール７３上を移動し、試料容器６１上でサンプルプローブヘッド７５が下降動作を行い試料吸引後に上昇し反応容器６２へ吸引した試料を吐出するために移動し、サンプルプローブ１６は試料吸引位置６１へレール７２およびレール７４上を移動し、試料容器６１上でサンプルプローブヘッド７６が下降動作を行い試料吸引後に上昇し反応容器６２へ吸引した試料を吐出するために移動する。
【００３７】
たとえば、サンプルプローブ１５からサンプルを吸引する場合、図６に示したタイムチャートのようにサンプルプローブ１５は試料吸引位置へ移動、試料吸引の後反応容器６２へ吸引した試料を吐出するために移動する。サンプルプローブ１５の反応容器６２への移動とともにサンプルプローブ１６は洗浄位置６４からサンプル容器６１へ移動を開始する。この際にサンプルプローブ１５とサンプルプローブ１６とはお互いがぶつからないようにするためにサンプルプローブ１５は洗浄位置６３を経由して反応容器６２へと移動を行う。同様にサンプルプローブ１６がサンプル容器６１からの試料吸引を終えたら洗浄位置６４を経由して反応容器６２へ試料吐出のために移動する。これにより当該サンプル容器から試料を吸引する時間の短縮が可能となる。図６に示したタイムチャートの動作を行うためには２つのサンプリングプローブが交差しないように機構を配置すればよく、これを実現させる機構として前記図５で示した機構構成以外の実施例を図７，図８に示す。
【００３８】
図７と図５との違いは、図５ではサンプルプローブの移動軌跡に沿った曲線のレール１０１を用いていたが、図７では平面内の駆動を行うためにレールを２軸（７１，７２）設けている点である。
【００３９】
図８は図５において曲線レール１０１にて２つのサンプルプローブの干渉（接触）を回避していたのを直角に交わる２本のレールではなく鈍角に交差する２本の直線レールを用いることによりサンプルプローブヘッド７５と７６との干渉を避けている。
【００４０】
また当該サンプル容器からの試料吸引が予定分終了した際には搬送機構１２により次のサンプル容器がサンプル吸引位置にラック１１を搬送する。
【００４１】
また、図５，図７，図８のようにレールに沿って移動する分注機構にサンプルプローブが設けられているのではなく、該移動機構に分注アームを設け、該分注アームを回転移動または平行移動させることにより、分注可能な位置を調整可能とすることもできる。
【００４２】
一定量の試薬が試薬ディスク４１又は４２に設置された試薬容器４０から試薬プローブ２０又は２１又は２２又は２３から分注され、攪拌装置３０，３１にて攪拌し、一定時間反応した後検出光学装置５１により測定され、測定結果として、図には明示されていない制御コンピュータに出力される。測定項目がさらに依頼されている場合は上記のサンプリングを繰り返し、サンプルプローブ１５が反応容器３５に採取した試料を吐出している最中にサンプルプローブ１６がサンプル容器１０から採取を行う。以後同一サンプル容器１０の測定項目を終了した時点で次のサンプル容器１０からサンプルプローブ１５又は１６にて試料が採取され、サンプルプローブ１５又は１６でラック１１上にある全てのサンプル容器１０について、設定された全ての測定項目のサンプリングが終了するまで繰り返される。
【００４３】
サンプルプローブ１５又は１６と試薬プローブ２０又は２１又は２２又は２３とは任意の組み合わせが可能である。これによりサンプルプローブ１５又は１６のいずれかがなんらかの異常により動作の継続が不可能となった場合でも他方のサンプルプローブにて分析装置上に配置される全ての試薬項目に対し分析動作を継続することが可能となる。
【００４４】
またサンプリングプローブ１５又は１６のいずれか一方がすでに異常があることがわかっている場合、異常があるサンプルプローブのみを有効として分析を開始することができる。
【００４５】
またサンプルプローブ１５または１６いずれかにて、各々が有する詰まり検知機能によりサンプル容器１０内の試料に詰まり要因が混入していると試料切れと判定された場合には、詰まりを検出したサンプルプローブは洗浄ポート５４にて流路洗浄を行い、他方のサンプルプローブは該当試料からの採取動作を中止しラック１１上の次のサンプル容器１０からの試料採取に遷移することが可能である。状態判断により急遽ラック１１上のサンプル容器１０を試料採取位置への移動動作が間に合わない場合においても、サンプルプローブ１５又は１６は複数の位置より試料の採取が可能であるため必要以上の空きサイクルを発生させることなく分析動作を継続することが可能である。
【００４６】
また特に幼児試料のようにサンプル容器内の試料が極端に少ない場合はサンプルプローブ１５または１６のいずれか一方のみを使用することで試料採取時に必要となる、サンプルプローブ内での薄まり防止のための反応容器３５には吐出されず洗浄槽へ廃棄されるダミーを減らすことができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上に示したように、本発明において独立に動作可能である複数の試料分注装置を持つ分析装置では時間あたりの処理能力が高く付加価値の高い自動分析装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した自動分析装置の上面図。
【図２】本発明を適用した自動分析装置の斜視図。
【図３】本発明のサンプル分注プローブの動作を上から見た図。
【図４】本発明のサンプル分注プローブを横から見た図。
【図５】本発明のサンプル分注プローブ機構の斜視図。
【図６】分注タイミングを示すタイミングチャート。
【図７】本発明の別の実施例を示す図。
【図８】本発明の別の実施例を示す図。
【符号の説明】
１０…サンプル容器、１１…ラック、１２…搬送機構、１４…サンプル用ポンプ、１５，１６…サンプルプローブ、２０，２１，２２，２３…試薬プローブ、２４…試薬用ポンプ、２５，２６…レール、３０，３１…攪拌装置、３５…反応容器、３６…反応ディスク、４０…試薬容器、４１，４２…試薬ディスク、４５…容器洗浄機構、４６…洗浄用ポンプ、５０…光源、５１…検出光学装置、５４…洗浄ポート、６０…コントローラ、６１…サンプル吸引位置のサンプル容器、６２…サンプル吐出位置の反応容器、６３…サンプルプローブ１の洗浄位置、６４…サンプルプローブ２の洗浄位置、６５…サンプルプローブ１５の軌跡、６６…サンプルプローブ１６の軌跡、７１，７２…サンプルプローブ１６用レール１、７３，７４…サンプルプローブ１６用レール２、７５…サンプルプローブ１５ヘッド、７６…サンプルプローブ１６用ヘッド、７７…サンプルプローブ１５用ノズル、７８…サンプルプローブ１６用ノズル。

Claims (5)

  1. 試料を分注するためのノズルをそれぞれのサンプルプローブヘッドに備えた、複数のサンプルプローブと、
    該サンプルプローブ毎に設けられ、該サンプルプローブを平面内で移動させるためのレールと、該サンプルプローブを該レールに沿って移動させるサンプルプローブ駆動機構と、
    を備え、
    更に前記サンプルプローブヘッドの移動軌跡は閉じたループを形成し、該ループの軌跡上には、試料容器と反応容器を位置付けることができ、前記複数のサンプルプローブを該試料容器と該反応容器の間で交互に往復させるように前記サンプルプローブ駆動機構を制御する制御手段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、
    前記閉じたループが、上方からみて概楕円形状，四角形状，ひし形形状のいずれかをしていることを特徴とする自動分析装置。
  3. 請求項１または２に記載の自動分析装置において、
    前記複数のサンプルプローブの少なくとも１つのノズルに容器中の試料の液面を検知する液面機能を備え、該液面検知機能で検知した液面に関する情報を他のノズルに伝達する機能を備えたことを特徴とする自動分析装置。
  4. 請求項１または２に記載の自動分析装置において、
    前記複数のサンプルプローブの少なくとも１つのノズルに、ノズルの詰まりを検知する詰まり検知機能を備え、
    試料内の詰まり要因の混入有無情報を他のノズルに伝達する機能を備えたことを特徴とする自動分析装置。
  5. 請求項１または２に記載の自動分析装置において、
    前記複数のサンプルプローブの任意の前記ノズルを使用停止とし他のノズルにて試料分注を実行できる機構を備えたことを特徴とする自動分析装置。
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