JP4225915B2 - サンプル層面位置検出システム - Google Patents

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Description

本発明は、サンプル層面位置(sample level)検出システムに関する。
血液サンプルを含む試験管が、該サンプルについて検査される検査室に到着すると、注文された検査を行うのに十分な量のサンプルがあるかどうか決定しなければならない。より具体的には、前記サンプルが遠心機で分離された後、前記サンプル中の赤血球と、血清または血漿との量を決定する必要がある。
ときには、前記サンプルを保存するために有機性分離ゲルが前記試験管に添加される場合がある。前記ゲルは、前記血清と赤血球との間の疎水性障壁を提供して、該赤血球が前記血清の成分を代謝することを防止する。したがって、前記サンプル中にゲルが存在するかどうかも決定する必要がある。
これらのタスクは伝統的に目視により行われている。しかし、一般に、前記試験管が検査室に到着する前に、多数のラベルが該試験管に貼付される。多層のラベルは、目視を、不可能ではないにしても、非常に時間がかかり困難なものにする。したがって、ラベルで覆われた試験管中に要求された検査を行うのに十分な量のサンプルが存在するかどうかを、容易に、迅速に、安価に、信頼性を持って、そして、安全に決定することには必要性がある。
発明の概要
本発明は、垂直軸を有し、血清または血漿を含む上層と、細胞を含む下層とを含む容器内の界面を検出する方法を提供することによって、上記の必要性を満たす。前記容器は、ゲルを含む中間層を含み、キャップを有することもある。前記容器は、プラスチックまたはガラスでできた試験管の場合があり、1または2以上の前記界面を見えなくする1または2以上のラベルを有する場合がある。
血清、血漿、ラベルおよび前記容器の材料を実質的に透過するが、前記細胞で実質的に遮られる、第1の検出光ビームが、前記容器の垂直軸に投光される。第1の検出光ビームは、前記材料でできた容器の壁と、血清と、血漿と、ラベルとを含む前記容器を透過するが、前記細胞を透過しない。第2の検出光ビームは、血清、血漿および細胞で実質的に遮られるが、前記材料およびラベルを実質的に透過し、前記容器の垂直軸に投光される。第2の検出光ビームの一部は、前記材料でできた容器の壁と、前記ラベルとを含む容器とを透過するが、血清、血漿および細胞を透過しない。直接か、あるいは、光ファイバーケーブルを介するかのいずれかによるレーザが、前記光ビームを投光することができる。
その後、第2の検出光ビームの実質的な部分を検出することなく、前記容器を透過した第1の検出光ビームの一部は、前記容器の垂直軸に沿う位置の関数として検出される。同様に、第1の検出光ビームの実質的な部分を検出することなく、前記容器を透過する第2の検出光ビームの一部は前記容器の垂直軸に沿う位置の関数として検出される。その後、前記界面の位置が、検出された前記一部から決定される。
第1および第2の検出光ビームは、それぞれの投光器によって投光されることがあり、それぞれの検出器によって検出されることがある。前記光ビームは前記容器の長手方向の軸に実質的に直交することが好ましく、コプレーナ(coplanar)であってもよい。
さらに、本発明は、垂直軸を有し、血清または血漿を含む上層と、細胞を含む下層とを含む容器の少なくとも1の界面の位置を検出するための装置を提供する。第1の投光器は、血清および血漿と、前記容器の材料とを実質的に透過するが、前記細胞で実質的に遮られる、第1の検出光ビームを前記容器に投光する。第1の検出光ビームの一部は、前記容器を透過する。第2の投光器は、血清、血漿および細胞で実質的に遮られるが、前記材料を実質的に透過する、第2の検出光ビームを前記容器に投光する。第2の検出光ビームの一部は、前記容器を透過する。
第1の検出器は、該容器を透過した第1の検出光ビームの一部を、前記容器の垂直軸に沿った位置の関数として検出する。第2の検出器は、該容器を透過した第2の検出光ビームの一部を、前記容器の垂直軸に沿った位置の関数として検出する。プロセッサは、前記検出器と動作可能に接続されて、検出された前記一部から界面の位置を決定する。


発明の詳細な説明
本発明は、血清、赤血球およびゲルのスペクトル特性を利用して、可視光および赤外光の両方を用いるサンプル層面位置検出システムを提供する。
血清は水溶液であるから、その吸光特性は本質的に水と同じである。図1は水の吸光スペクトルを示す。見てわかるとおり、1500nmの波長では、水の吸光係数は約20cm−1である。1cmの厚さの水について、透過率は約2x10−9で、これは、この波長の光については、水が実質的に不透明な物質であることを意味する。したがって、試験管壁のラベルが赤外光強度を5−6OD未満しか変化させない場合には、前記ラベルを通して前記血清の存在を検知することはまだ可能である。
本発明は、可視光および赤外光の両方に透過性がある材料であって、ラベルの干渉を著しく抑制する材料で作られた、試験管その他の容器の内容物のスペクトル測定値を得る。それゆえ、前記血清、ゲルおよび赤血球の界面は、複数のラベルの存在下であっても検出可能である。前記容器の材料は、ソーダ石灰、ホウケイ酸またはPyrex(登録商標)ガラスか、ポリプロピレン、ポリメチルペンタン、ポリカーボネート等のプラスチックかであることが典型的であるが、必要ではない。
前記ゲルは、約1.04の比重のポリマーゲルであることが典型的であるが、必要ではない。さらに、前記ゲルは、引用によりここに取り込まれる米国特許第5,547,577号明細書に開示される、水またはアルコールの存在下でジベンジリジン(dibenzylidine)ソルビトールでゲル化されたポリジメチルシロキサン−ポリエチレンオキシド共重合体のうちの1つを含む、シリコーンゲルであることが典型的であるが、必要ではない。前記ゲルは、凝集(clotting)を促進するシリカまたはガラスの粒子と混合される場合がある。代替的に、本発明は、ゲルに対して、前記細胞と血清とを分離するプラスチックのフィルターとともに用いられることがある。
図2を参照して、血清215およびゲル217は可視光に対して大抵の場合透過性があるけれども、赤血球219は実質的に不透明である。さらに、ゲル217は赤外光に対して透過性があるけれども、赤血球219および血清215は実質的に不透明である。したがって、サンプル試験管221が血清215および赤血球219を分離するためのゲル217を有するとき、赤外光を用いて異なるセクションを「透視する(see through)」ことが可能である。赤外光測定値225は、赤外光ビーム241が空気213を通過するときには高く、該赤外光ビームが血清215に向けて導かれるとき低下し、ゲル217に向けて導かれるとき比較的高く、赤血球219に向けて導かれるとき再び低下する。
図3を参照して、サンプル試験管221が血清215および赤血球219を分離するゲルを有しないとき、前記赤外光は全面的に両方の媒質に吸光される。したがって、空気213と血清215との間の界面だけが赤外光によって検知できる。しかし、血清215は可視光には大抵の場合透過性があるけれども、赤血球219は基本的に不透明であるため、2波長の光の組み合わせは前記サンプル試験管中の全ての界面を検出できる。赤外光測定値225は、赤外光ビーム241が空気213を透過するときは高いが、該赤外光ビームが血清215に向けて投光されるときには低くなる。前記測定値は、赤外光ビーム241が赤血球219に向けて投光される間は高い。可視光測定値223は、可視光ビーム239が空気213および血清215に向けて投光される間は高いけれども、前記可視光ビームが赤血球219に向けて投光されるときには低くなる。
次に、図2−5を参照して、好ましいが必要ではない実施態様では、可視光源201および赤外光源203という2光源が、サンプル試験管221を上から下までスキャニングする。前記可視光は、約300nmないし約1200nmの範囲内にあることが好ましいが、必要ではない。前記波長が300nm未満の場合には、前記容器がプラスチックでできていると、該容器によって吸光される場合がある。前記波長が1200nmを超える場合には、水が吸光しはじめる。しかし、可視光は約400nmないし約1000nmの範囲内の波長を有することがより好ましい。約500ないし約800nmの範囲の波長は、安価なレーザが入手可能であるため、最も好ましいが、必要ではない。具体的には、416nm、635nm、670nmおよび780nmの波長が、これらの波長のレーザが容易に入手可能であるため好ましいが、必要ではない。
長波長の光は、約1.4μmないし約6.8μmの範囲内であることが必要ではないものの、好ましいが、これは、前記ゲルおよび一部のプラスチック材料が約2.8μm−3.8μmの波長内に吸光帯があるからであり、前記長波長の光は約1.45μmから約2.8μmまでか、約3.8μmから約6.8μmまでかであることがより好ましい。前記長波長の光の下限は、該光を前記血清が吸光することが確実であるように、約1.4μmである。上限は、前記容器を透過する波長によって定まる。
レーザ・ダイオードおよびLEDは、必要ではないものの、好ましい光源である。本発明とともにレーザ・ダイオードを使用する大きな利点の一部は、信号のクロス・トークがなく、光がラベルを透過することである。例えば、出力30mWのGaTIPレーザ・ダイオード(λ=670nm)が「短波長」の光源として用いられる場合があり、出力6mWのGaAsPレーザ・ダイオード(λ=1550nm)が赤外または「長波長」の光源として用いられる場合がある。
好ましい代替的な実施態様では、日亜の青紫(violet)レーザ・ダイオードを含む、いかなる種類の適当な波長の半導体レーザでも使用可能である。代替的には、He−Ne(λ=633nm)、Ar+(λ=488nmまたは514nmまたはこれらの混合)、Nd:YAG(λ=1.06μmまたは0.53μm)のような、適当な波長のいずれかのガスまたは固体レーザを使用してもよい。別の代替的な好ましい実施態様では、図5に示すとおり、光ファイバーコネクタが光路を制限するために用いられる。高輝度光がフィルターとともに使用可能である。ハロゲンランプが光源として使用可能であるが、血清は光の近赤外領域(すなわち、約800ないし1200nmの波長)に対して大抵の場合透過性があるので、3−5ODの遮光フィルター(blocking filter)を使う場合でも、光が赤外光検出器に漏れて検知される。したがって、1500nmの光の血清と空気の間の9ODのコントラストは著しく低下して、ラベルの干渉を抑制できない場合がある。
可視光検出器209および赤外光検出器211という2検出器が、該試験管を透過する可視光ビーム239および赤外光ビーム241の一部を、それぞれ試験管221の垂直軸227に沿った位置の関数として検出するように配置される。使用される検出器は、可視光または「短波長」光検出器としてのSiPINフォトダイオードと、赤外または「長波長」光検出器としてのInGaAs光検出器とであることが好ましいが、必要ではない。
好ましくは、光源201および203と、光検出器209および211とは、可視光検出器209が有意の量の赤外光を検出せず、赤外光検出器211が有意の量の可視光を検出しないように、配置される。これは図2−4に示すとおり、前記光源および検出器を、容器の垂直軸227と実質的に直交するが角度をつけて隔てられた平面で、コプレーナに配置することによって達成されることが好ましいが、必要ではない。例えば、前記光源は同一平面状で互いに90度の位置に配置でき、前記検出器は、正反対の位置、すなわち、それぞれの光源から180度の位置に配置される。
図4を特に参照して、ラベル409を有する試験管221は、動作コントローラ403と動作可能に連結される試験管ホルダ401に戴置される。動作コントローラ403が試験管221を持ち上げると、ラベルへの透過性をより高くするためにレンズ411によってコリメートされた可視光ビーム239および赤外光ビーム241が、前記試験管の下方に移動する。検出器205および207は、試験管221およびその内容物を透過する光ビーム239および241の一部を検出する。赤外光検出器207からの信号は、可視光検出器205からの信号とともに、パソコン407によって、解析の前にデュアル・ゲイン(dual gain)用増幅器405で処理される。
血清の頂部229は、前記赤外光スキャニングが空気から血清に移動したことを示す赤外光測定値225の特徴的な低下があるときに検出される。血清の頂部229の位置は、赤外光検出器207からの測定値225が最初に劇的に降下して予め設定された閾値より低くなるところに設定される。
同様に、細胞の頂部237は、前記可視光スキャニングが血清215およびゲル217から赤血球219に移動したことを示す可視光測定値223の特徴的な低下があるときに検出される。この低下は、可視光検出器205からの測定値223が劇的に降下して予め定められた閾値より低くなる第1の事象として検出される。細胞の頂部237の位置は、可視光検出器209からの測定値223が降下しはじめるところに設定される。
細胞の頂部237から血清の頂部229までの範囲内の赤外光スキャニングのデータは、ゲル217が前記容器に存在するかどうか決定するために調査される。この範囲内に、前記赤外光スキャニングのデータが、ゲルのプロフィール、すなわち、十分に高くて持続した測定値225を含む場合には、ゲル217が前記容器に存在する。かかる場合には、ゲルの頂部233の位置は、赤外光測定値225が予め定められた閾値を超えて上昇した位置に設定される。ゲルの底部235の位置は細胞の頂部237と同じ位置に設定され、血清の底部231の位置はゲルの頂部233と同じ位置に設定される。それでなければ、血清の底部231は細胞の頂部237と同じ位置に設定される。
必要ではないが、任意的に、可視光および赤外光のチャンネルからの測定値は10を底とする対数を適用することにより、対数スケールに変換される。これが変換の前に行われる場合には、前記可視光および赤外光の測定値が正のデータのみを含むことを担保するために、定数が加算される。
前記測定値のノイズの効果を減少させるために、平滑化畳み込みフィルター(例えば、増感型Savitzky Golayフィルター)を前記データに用いることがある。
試験管221その他の容器は、スキャニングのときにキャップ240が付いている場合も付いていない場合もあるため、キャップのデータを検出して除去する方法が本発明とともに用いられることがある。キャップ240は、可視光測定値223および赤外光測定値225の両方が前記スキャニングの最初の部分で予め定められた閾値より低下するときに検出される。キャップ240が検出される場合には、アルゴリズムが、前記試験管のキャップに関連する位置、可視光測定値および赤外光測定値を除去するために用いられることがある。
エラーチェック機構(error checking)が本発明とともに用いられることが好ましいが、必要ではない。用いられる場合がある複数のチェックの例は以下のとおりである。約5mL分の長さの低下(drop)がないかどうか前記赤外光チャンネルを検索することによって、「ストリップ」として知られる、過度に厚くて狭いラベルを同定するアルゴリズム。予想される(一般にゲルは約12mLで、一部は2倍の幅で約25mLである)範囲外のゲルの幅についてチェックするアルゴリズム。ゲルが検出される場合に、可視光チャンネルで見つかった細胞の頂部の位置が、赤外光チャンネルで見つかったゲルの底部の位置と一致することを確かめるアルゴリズム。これらの3つのチェックは、ストリップの除去による前記データの変更か、ゲルチェック手順の繰り返しかにつながる場合がある。
実験的な研究結果は図6に示される。可視光および赤外光の使用により図示されるとおりのサンプル測定値が得られた。エラーの発生率は低かった。約800本のサンプル試験管がテストされ、3%のエラー発生率であった。しかし、赤外光の光路に少なくとも1枚のラベルがあるときには、エラー発生率は0%であった。
本発明は、その好ましい実施態様の一部を参照してかなり詳細に説明されたが、他の実施態様も可能である。例えば、試験管または容器が静止して光源および光検出器が該試験管または容器の垂直軸に沿って移動することも可能である。また、場合によっては、前記容器は細胞およびゲルを含まないこともあり、その場合には、検出される唯一の界面は、血漿または血清と、前記容器内の空気との間の界面である。したがって、添付する請求の範囲の趣旨および範囲は、ここに含まれる好ましい実施態様の記載に必ずしも限定されるべきではない。
請求の範囲、要約および図面を含む本明細書に開示される全ての発明の特徴と、開示されたいずれかの方法または工程の全てのステップとは、かかる発明の特徴および/またはステップの少なくとも一部が相互に排除する組み合わせを除いて、いかなる組み合わせで組み合わされてもかまわない。請求の範囲、要約および図面を含む本明細書に開示されるそれぞれの発明の特徴は、特段の明記がないかぎり、同一、均等または類似の目的の役割を果たす代替的な発明の特徴に置換可能である。したがって、特段の明記がないかぎり、開示されたそれぞれの発明の特徴は、均等または類似の発明の特徴の上位概念の1の実施例にすぎない。
特定の機能を実行するための「手段」または特定の機能を実行するための「ステップ」と明示的に表記されないいかなる請求項の構成要件も、米国特許法大112条に定める「ステップ」のための「手段」に関する規定のとおりに解釈されるべきではない。
水の吸光スペクトルを示すグラフ。 分離ゲルが存在するサンプル試験管を解析するための本発明のシステムの模式図。 分離ゲルが存在しないサンプル試験管を解析するための本発明のシステムの模式図。 本発明のサンプル層面位置検出システムの好ましい実施態様の正面図。 本発明の光ファイバーコネクタを用いるサンプル層面位置検出システムの代替的な好ましい実施態様の拡大正面図。 本発明を用いた結果のグラフ。
符号の説明
201 可視光源
203 赤外光源
205 可視光検出器
207 赤外光検出器
209 可視光検出器
211 赤外光検出器
213 空気
215 血清
217 ゲル
219 赤血球
221 サンプル試験管
223 可視光測定値
225 赤外光測定値
227 垂直軸
229 血清の頂部
231 血清の底部
233 ゲルの頂部
235 ゲルの底部
237 細胞の頂部
239 可視光ビーム
241 赤外光ビーム
401 試験管ホルダ
403 動作コントローラ
405 増幅器
407 パソコン
409 ラベル
411 レンズ

Claims (19)

  1. 少なくとも1つの層の血清または血漿を含む、垂直軸を有する容器内の少なくとも1つの界面の位置を検出する方法であって、
    a)前記血清および血漿と、前記容器の材料とを実質的に透過する第1の検出光ビームを前記容器に投光するステップであって、第1の検出光ビームの一部は前記容器を透過する、ステップと、
    b)血清または血漿で実質的に遮られるが、前記容器の材料を実質的に透過する第2の検出光ビームを前記容器に投光するステップであって、第2の検出光ビームの一部は前記容器を透過する、ステップと、
    c)第2の検出光ビームの実質的な部分を検出することなく、前記容器を透過した第1の検出光ビームの一部を前記容器の垂直軸に沿った位置の関数として検出するステップと、
    d)第1の検出光ビームの実質的な部分を検出することなく、前記容器を透過した第2の検出光ビームの一部を前記容器の垂直軸に沿った位置の関数として検出するステップと、
    e)検出された両前記一部から少なくとも1つの界面の位置を決定するステップとを含む、方法。
  2. 少なくとも1つの層の血清、血漿または細胞を含む、垂直軸を有する容器内の少なくとも1つの界面の位置を検出する方法であって、
    a)血清、血漿および前記容器の材料を実質的に透過するが、細胞で実質的に遮られる第1の検出光ビームを前記容器に投光するステップであって、第1の検出光ビームの一部は前記容器を透過する、ステップと、
    b)前記容器の材料を実質的に透過するが、血清、血漿および細胞で実質的に遮られる第2の検出光ビームを前記容器に投光するステップであって、第2の検出光ビームの一部は前記容器を透過する、ステップと、
    c)第2の検出光ビームの実質的な部分を検出することなく、前記容器を透過した第1の検出光ビームの一部を前記容器の垂直軸に沿った位置の関数として検出するステップと、
    d)第1の検出光ビームの実質的な部分を検出することなく、前記容器を透過した第2の検出光ビームの一部を前記容器の垂直軸に沿った位置の関数として検出するステップと、
    e)検出された両前記一部から少なくとも1つの界面の位置を決定するステップとを含む、方法。
  3. 前記容器は第1および第2の壁を有し、
    (a)前記容器を透過する第1の検出光ビームの一部は、
    (i)前記容器の垂直軸に投光され、(ii)第1の壁を実質的に透過し、(iii)前記血清および血漿を実質的に透過するが、前記細胞で実質的に遮られ、(iv)第2の壁を実質的に透過する、第1の検出光ビームの一部であり、
    (b)前記容器を透過する第2の検出光ビームの一部は、
    (i)前記容器の垂直軸に投光され、(ii)第1の壁を実質的に透過し、(iii)前記血清、血漿および細胞で実質的に遮られ、(iv)第2の壁を実質的に透過する、第2の検出光ビームの一部である、
    請求項2に記載の方法。
  4. 決定される前記界面の位置は、空気と前記容器の内容物との間の位置である、請求項1、2または3に記載の方法。
  5. 少なくとも2層を含み、少なくとも1つの層は血清および血漿のうち少なくとも1つを含む上層であり、少なくとも1つの層は細胞を含む下層である、請求項2または3に記載の方法。
  6. 前記容器は、前記上層および下層の間にゲルの層を含む、請求項2、3または4に記載の方法。
  7. 前記ゲルは、第1および第2の検出光ビームに対して実質的に透過性がある、請求項6に記載の方法。
  8. 前記容器、第1の壁または第2の壁の材料は、プラスチックまたはガラスである、請求項1−7のいずれかに記載の方法。
  9. 前記容器は試験管である、請求項1−8のいずれか1つに記載の方法。
  10. 1枚または2枚以上のラベルが前記容器に貼付されている、請求項1−9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 前記容器は、少なくとも1つの界面を見えなくする1または2枚以上のラベルが外側に貼付されている、請求項1−10のいずれか1つに記載の方法。
  12. 1枚または2枚以上のラベルが前記容器に貼付され、第1および第2の検出光ビームのうちの1または2以上が前記ラベルを実質的に透過する、請求項1−11のいずれか1つに記載の方法。
  13. 第1および第2の検出光ビームは、投光器によって投光され、検出器によって検出され、該投光器および検出器は、前記光ビームが前記容器の軸と実質的に直交する方向から該容器を照射するように、実質的に整列される、請求項1−12のいずれか1つに記載の方法。
  14. キャップが前記容器を覆う、請求項1−13のいずれか1つに記載の方法。
  15. 前記光ビームは、レーザまたは光ファイバーケーブルによって投光される、請求項1−14のいずれか1つに記載の方法。
  16. 第1の光ビームの波長は約300nmから約1200nmまでであり、第2の光ビームの波長は、約1.4μmから約2.8μmまでか、約3.8μmから約6.8μmまでであるかのいずれかである、請求項1−15のいずれか1項に記載の方法。
  17. 垂直軸を有し、血清および血漿のうち少なくとも1つを含む上層と、細胞を含む下層とを含む容器内の少なくとも1つの界面の位置を検出するシステムであって、
    a)血清、血漿および前記容器の材料を実質的に透過するが、前記細胞で実質的に遮られる可視光の第1の検出光ビームを前記容器に投光するための第1の光源と、
    b)血清、血漿および細胞で実質的に遮られるが、前記容器の材料を実質的に透過する赤外光の第2の検出光ビームを前記容器に投光するための第2の光源と、
    c)第2の検出光ビームの実質的な部分を検出することなく、前記容器を透過した第1の検出光ビームの一部を前記容器の垂直軸に沿った位置の関数として検出するための第1の検出器と、
    d)第1の検出光ビームの実質的な部分を検出することなく、前記容器を透過した第2の検出光ビームの一部を前記容器の垂直軸に沿った位置の関数として検出するための第2の検出器と、
    e)検出された両前記一部から少なくとも1つの界面の位置を決定するためのプロセッサとを含む、システム。
  18. 第1の光ビームの波長は約300nmから約1200nmまでであり、第2の光ビームの波長は、約1.4μmから約2.8μmまでか、約3.8μmから約6.8μmまでであるかのいずれかである、請求項17に記載の方法。
  19. 垂直軸を有し、血清、血漿および細胞のうち少なくとも1つを含む層を含む容器内の少なくとも1つの界面の位置を検出する装置であって、
    a)血清、血漿および前記容器の材料を実質的に透過するが、前記細胞で実質的に遮られる可視光の第1の検出光ビームを前記容器に投光するための第1の光源であって、第1の検出光ビームの一部は前記容器を透過する、第1の光源と、
    b)血清、血漿および細胞で実質的に遮られるが、前記容器の材料を実質的に透過する可視光の第2の検出光ビームを、前記容器に投光するための第2の光源であって、第2の検出光ビームの一部は前記容器を透過する、第2の光源と、
    c)前記容器を透過した第1の検出光ビームの一部を前記容器の垂直軸に沿った位置の関数として検出するための第1の検出器と、
    d)前記容器を透過した第2の検出光ビームの一部を前記容器の垂直軸に沿った位置の関数として検出するための第2の検出器と、
    e)前記検出器に動作可能に接続され、検出された両前記一部から前記界面の位置を決定するためのプロセッサとを含む、装置。
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