JP4283995B2 - 精子分析システム - Google Patents

Description

【０００１】
本願は、１９９８年２月１９日に出願された米国特許仮出願第６０／０７５，２１６号の利益を請求する。
【０００２】
（発明の背景）
一般的に、本発明は精子試料の受精能力、即ち、生殖能力を研究室以外の場所で迅速、かつ、安価に分析する装置および方法に関し、より詳細には、分析を自動的に実行し、かつ、それによって得られた性能指数を出力するコンピュータ化されたモジュールに、精子入力を提供するのに、使用者がほんの僅かな数の簡単な機械的工程を実施する前記の種類の装置および方法に関する。
【０００３】
過去数十年間、動物達（一般的に、魚類から人類までの動物）は通常の生殖能力の実質的な低下を示している。殆どの種において、この問題はオスおよびメスの両方に同じように現れている。この低下は、世界環境の汚染と、地球温暖化と、反ダーウィン的な医療行為と、生殖能力を無視した望ましい形質の選択と、多数の他の要因とに起因している。この低下の現実は明白であり、かつ、世界中で観測されているが、その原因は明らかではない。
【０００４】
人類に重要な種の場合、この低下は我々の過ちによることが多い。一部の食用動物は人々の特定の味覚に合うように注意深く交配されてきたが、これはその種の生殖能力の犠牲のうえに成り立っている。例えば、七面鳥および鶏は白身の肉の生産を最大限に高めるために交配され、これは生殖能力の明らかな犠牲の上に成り立っている。外見や、パフォーマンスなどの特徴を何世代にもわたって選択されてきたペットおよび役畜も、生殖能力の大きな低下を見せている。家禽、牛、豚および他の食用動物の生殖能力の低下は、世界中で、少なくとも１０億ドルの年間損失を引き起こしている。
【０００５】
種に関係なく、メスの生殖能力をチェックできる幾つかのテクニック（身体検査、ホルモンワークアップ、採卵および他のテストを含む）がある一方で、オスの生殖能力をチェックできるのは、２つの測定値群、即ち、“精子数”および化学的性質しかない。生殖能力が低下したオスの大半は、その精子数を特徴付けることによって識別できる。化学的欠陥が精子数による識別が可能な別の問題を伴っていない場合、この化学的欠陥を有するオスを発見することは非常に希なことである。“精子数”を決定するためには、まず精子、即ち、精子細胞の見かけ上のサイズを大きくするのに、ある種の拡大を行い、次いで、これらの精子を人またはコンピュータによって数える。一部の種の場合、１ミリリットル中に、１０億個を越す数の精子細胞が含まれている。このため、これらの速く移動する精子細胞は非常に小さく、顕微鏡を使ったとしても、計数は困難である。計数の精度を高めるために、試料を複数のセグメントに分割するのに、光学格子が使用されることが多い。人である観察者およびコンピュータのどちらで数えるにせよ、（１）単位体積当たりの精子細胞の数と、（２）精子細胞の運動性と、時には、（３）精子細胞の一般形状、即ち、“形態学”とを決定するために、精子細胞の数が数えられる。一般的に、精子数を数えた結果は、これらのファクターと、オスの一般的な健康状態を反映する体積、色、ｐＨなどの他のファクターとを含むレポートである。しかし、実質的に全ての種に共通する非常に重要な１つの測定値としては、卵子内に侵入できる運動能力を有する精子細胞の数が挙げられる。本明細書において、“精子数”とは、“健康な精子数”、即ち、卵子内に侵入可能な精子細胞の濃度を意味する。
【０００６】
生殖能力低下を治療するために、メスの生殖能力を高め得る立証済みの治療方法（ホルモンのスペクトルを含む）があり、食用動物の場合、平均同腹子サイズを大きくするのに、メスに作用する特定の獣医学的薬剤を利用できる。しかし、オスの生殖能力は全く別の問題である。医学および獣医学における努力にもかかわらず、種に関係なく、生殖能力の低下したオスの非常に僅かなパーセント（＜１〜２％）だけが、精子数を高くする治療を施し得る状態にある。ほぼ全てのケースおよび全ての種において、オスの生殖能力低下に対する効果的な治療方法は存在しない。
【０００７】
一般的な食用動物の場合、多数のメスと交尾するための競争が、オスの間に存在する。数において優勢な生殖能力の低下したオスは多数のメスを妊娠させることを試み、数において劣勢な生殖能力の更に高い競争相手を追いやってしまう。この結果、多数のメスの繁殖能力は低くなり、非常に高価になる。獣医学的妊娠医学、特に、食用動物に適用される獣医学的妊娠医学では、生殖能力低下は予測可能な直接的影響を及ぼす。従って、フードストック内のオスの受精能力を迅速、かつ、安価に測定し、これによって、生殖能力の低下したオスをストックから間引きし、生殖能力のあるオスのみがメスを争うようにすることは、最も効果的である。
【０００８】
精液試料の受精能力、即ち、生殖能力を決定する従来技術は、コンピュータ利用精液分析（computer assisted semen analysis、略して、“CASA”）と、顕微鏡検査と、スパームクオリティアナライザ（Sperm Quality Analyzer、略して、“SQA”）と呼ばれる装置と、研究室内で行われ、よって、野外での実時間分析には不適切な生化学アッセイとを基本的に含むだけである。ＣＡＳＡは顕微鏡、１つ以上のビデオカメラ、ビデオ画像変換ハードウェア、コンピュータおよび１つ以上のディスプレイを用いて行われる。ＣＡＳＡシステムは３つの会社によって３０，０００ドルから５０，０００ドルを上回る範囲の価格で開発された。一般的に、これらのシステムは病院の臨床研究室で使用するにしても高過ぎるものであり、食用動物の品種改良家（例：鶏の新種改良家）にとっては、間違いなく高過ぎるものといえる。顕微鏡検査の場合、従来の研究室用の顕微鏡を使用し、通常は、計数を容易にする目的で細かくエッチングされた格子上に配置された非常に薄いフィルム内に、試料を押入する装置と一緒に、この顕微鏡を使用する。この方法は時間がかかるうえに、費用が高く（特に、労力に関する費用）、結果は、単位体積当たりの精子の密度を数える人の能力に依存しており、主観的といえる。
【０００９】
ＳＱＡは、精子銀行、不妊治療クリニックおよび研究室で、精子の特定の特徴を測定するために使用されているコンピュータ化された装置である。正確な内部容積を有する透明な毛細管内に、精子試料を吸引する。試料が毛細管内に上昇した後、キャリアを長尺状スロット内に挿入し、同長尺状スロット内では、較正された光線が毛細管の小さなセグメントを照射すべく光ファイバコンジットによって案内される。光線の反対側に位置する毛細管の側面には、光検出器が設けられており、該光検出器は毛細管を通過する光線内における非常に小さな摂動の発生およびその頻度を検出する。毛細管内の精子細胞の動きによって引き起こされたこれらの摂動は、デジタルデータに変換され、コンピュータへ送信される。コンピュータは、周知のアルゴリズムをこのデータに適用し、数値で表された精子運動性インデックス（Sperm Motility Index、略して、SMI）を形成し、このインデックスは精子試料の精子の質または相対的生殖能力を反映する任意のスケールで示されている。人のＳＭＩ値は、完全に無精子症の患者における０の値から質の高い精子における１６０ＳＭＩユニットを上回る値までの範囲にわたっている。実質的に、これは運動能力を有する精子細胞の数と、その運動性とを示す測定値である。
【００１０】
本発明は、生殖能力の性能指数（例：ＳＭＩまたはこれに類するデータ）を形成するのに、ＳＱＡの複数の原理のうちの一部（特定量の精液に含まれる精子の動きの光学的検出）を使用するが、ＳＱＡにおける多くの問題点を解消する。更に、本発明は、ＳＱＡに使用されている方法と比べて新しく、かつ、ユニークな方法を含む。更に、本発明はＳＱＡに関連する周知でない特徴（例：本発明を汚れた動物環境に適合可能にする特徴）を提供する。これに関し、ＳＱＡは研究室内の環境で使用すべく設計されており、読取りを行うためにキャリアを挿入するスロットの汚染に関する重大な問題を有している。微少な泥がスロット内に容易に入り込み、誤った読取りを引き起こし得るとともに、スロットをきれいにするために、装置をかなり分解する必要がある。本発明は汚染される可能性が更に低く、もし汚染されたとしても、迅速、かつ、簡単にきれいにできる。更に、本発明は複数のポータブル測定モジュールを提供し、各ポータブル測定モジュールを充電し、かつ、少なくとも１つのプリンタおよびディスプレイに接続するためのケース内に、同ポータブル測定モジュールを差し込むことが可能である。更に、ＳＱＡは正確を期するために基本テストを４回実行するので、ＳＭＩ値を提供するために４０秒を要する。本発明は、測定モジュールによって複数のテストを並行して実施することを可能にする新たな使い捨て毛細管キャリアを提供し、これによって、分析毎に要する時間をＳＱＡにおける時間の何分の一かに減らし、食用動物産業における実用性を高めている。
【００１１】
人または動物のいずれに使用するにせよ、本発明はオスの生殖能力を決定するための最もコスト効果の高い技術である。これは、安価な機器（以下に詳述）しか必要としない点と、最小限のユーザートレーニングと、１回のテストにかかる低い消耗品コストと、迅速に表示される結果とに起因する。生殖能力を測定するビジネスでは、時は金なりなので、この最後の理由は非常に重要である。別の重要な効果としては、結果を出すのに、主観が全く入らない点が挙げられる。コンピュータが全ての判断を下す。研究室の科学者達による複数の並行サンプリングの結果は、主観が介在することにより幅の広い釣鐘状の曲線を描くが、本発明に基づく並行測定には、殆どむらがなく、測定結果は釣鐘状の曲線ではなく、寧ろ、“スパイク状”をなす。
【００１２】
本発明の効果を示す例は養鶏産業に関連している。“ブロイラー”は食肉用に飼育されている鶏である。米国ブロイラー産業は、世界中のどの地域よりも更に高い効率で、年間約９０億羽を孵化させている。これら９０億個の卵は、約７００万羽の雄鶏によって受精された約７千万羽の雌鳥が産み落とした約１０７億個の卵から孵化したものである。しかし、雄鶏のかなりのパーセントは生殖能力が低下しており、これによって、産み落とされた全卵の約１６％の損失、即ち、約１７億ドルの損失が起きている。これまでのところ、生殖能力のある雄鶏と生殖能力の低下した雄鶏との違いを見分ける実用的であって、かつ、コストの点で効果のある方法はなく、この結果、養鶏産業は８４％の孵化率しか達成できていない。しかし、ミシシッピーステートユニバーシティで行われたＳＱＡを使用したクリスマックダニエル（Chris McDaniel）博士の研究は、ＳＭＩと、卵子内への精子の侵入および生きた精子の濃度との間に正の相関関係がある一方で、ＳＭＩと、死んだ精子のパーセントとの間には負の相関関係があることを確認した。マックダニエル博士は、ブロイラーの繁殖用の雄の生殖能力を改善するのに、ＳＭＩを使用できることを、これらの相関関係が示していると結論づけた。研究中、マックダニエル博士は、雄鶏に使用するＳＭＩスケールと、雄鶏の精子試料を希釈する割合とを定めた“マックダニエルプロトコル（McDaniel protocol）”として現在知られているものを開発した。雄鶏の精液は、１ミリリットル当たり数十億個の精子細胞の濃度を有するので、希釈が必要であり、この希釈によって、精液の濃度は測定機器の最も直線性の高い範囲内に収まる。好ましい希釈は、精子１に対して希釈剤（簡単な生理食塩水）５の割合である。これに関連して、本発明は迅速に、清浄に、正確に、そして安価に、雄鶏または他の任意の種の精子試料を適切な割合で希釈する手段を更に含む。
【００１３】
要するに、本発明は、生殖能力の低下した雄鶏または他の任意の種のオスを識別して、繁殖グループから間引きし、これによって、生殖能力と、結果として得られる子孫の数とを改善する簡単で、コスト的に有効であり、かつ、効果が立証された方法を提供する。
【００１４】
本発明の他の効果および属性は以下の説明を読むことによって簡単に理解できる。
【００１５】
（発明の概要）
本発明の目的は、複数のオスの動物の受精能力、即ち、生殖能力を迅速、正確、かつ、安価に現場で分析するためのポータブルシステムを提供することにあり、ここでいう現場とは、動物を飼育している場所（例：家畜小屋、鶏舎または野外）を意味する。
【００１６】
本発明の更に別の目的は、前記のシステムであって、生殖能力の示度を迅速に得るために、使用者がほんの僅かな数の簡単な機械的工程（例：精液をキャリア内に吸引する工程、キャリアをポータブル分析モジュール内に挿入する工程、ボタンを押す工程など）を現場で実施するシステムを提供することにある。
【００１７】
本発明の更に別の目的は、前の段落で述べたシステムであって、精子運動性インデックス（“ＳＭＩ”）値または相対的生殖能力を示す別のインデックスを形成するシステムを提供することにある。
【００１８】
本発明の更に別の目的は、前の２つの段落でそれぞれ述べたシステムであって、清浄でない動物環境での使用が可能なシステムを提供することにある。
【００１９】
本発明の更に別の目的は、前の３つの段落でそれぞれ述べたシステムであって、各精子試料を安価な精子キャリア内に集め、同精子キャリアを分析のための測定モジュール内に配置し、測定後、同精子キャリアを好ましくは廃棄するシステムを提供することにある。
本発明の更に別の目的は、前の段落で述べたシステムであって、精子キャリア内での精子試料の較正された希釈を可能にするように、精子キャリアが設計されているシステムを提供することにある。
【００２０】
本発明の更に別の目的は、前記の複数の段落で述べたシステムであって、複数の測定モジュールに電圧を印加し、かつ、これらの測定モジュールを少なくともプリンタおよびディスプレイに接続するためのモジュールキャリア内に、これらの測定モジュールを差し込むことが可能なシステムを提供することにある。
【００２１】
更に別の目的は、前記の複数の段落で述べたシステムであって、運動性以外の示度を得るため（例：運動性と一緒に、精子密度を測定するための無精液示度（semen-absent reading）を得るため）に使用するキャリア内を通る少なくとも１つの追加光学通路を有するシステムを提供することにある。
【００２２】
更に別の目的は、前記の複数の段落で述べたシステムであって、運動性と一緒に、精液試料の精子密度の測定が可能なシステムを提供することにある。
【００２３】
本発明の更に別の目的は、前記のシステムであって、試料を採取した種を識別するのに、プロセッサが読み取れるコードを表示した試料キャリアを有するシステムを提供することにある。
【００２４】
本発明の更に別の目的は、前の段落で説明したシステムであって、時間が経過した後、精液試料溶液の作用により、前記のコードをプロセッサによって判読できなくするシステムを提供することにある。
【００２５】
明示または暗示されている前記の目的および他の目的は、精子試料キャリアと、“読取装置”モジュールとを有する精子分析システムによって達成される。精子試料キャリアは、（１）チャンバと、精子試料を出し入れするために設けられたチャンバ内への開口とを形成しているシャンクと、（２）精子試料をチャンバ内に吸引するための手動ポンプと、（３）チャンバを横切り貫通して延びる複数の異なる光子通路とを有する。モジュールは（１）オペレータからの駆動信号に反応するプロセッサと、（２）駆動信号に応じて、プロセッサにより電圧が印加され、各光子ビームを各光子通路を通じて送るための光子源（例：光源）と、（３）各光子通路を通る光子ビーム内での摂動の発生および頻度を示す信号を形成し、該信号をプロセッサに伝えるために、各光子通路に対して設けられた複数の光検出器と、（４）チャンバ内の精子の運動性を示す定量化された性能指数を形成するために、複数の光検出器の信号を処理するのに、プロセッサが実行するアルゴリズムと、（５）前記の性能指数をオペレータに伝える手段とを有する。光子源は光源と、複数の光子コンジット（例：光ファイバケーブル）とを含むことが好ましく、各コンジットは光子を光源から受け取り、次いで、該光子を各光子通路の一端に入射させるべく案内し、光子通路から出射する光子を検出するために、各光検出手段が光子通路の他端に配置されている。システムは、キャリアのチャンバ内の精子試料のドナーの生物学的分類をプロセッサに伝えるために、精子試料キャリア上に設けられた証印を更に有することが好ましい。システムは、閉ざされた複数のキャビティを形成しているトレイを有することが好ましく、各キャビティは正確な量の精液希釈剤を含む。キャリアから精液試料を希釈剤内に放出し、これらを一緒に撹拌するために、キャリアのシャンクが突破できる壊れやすいシールによって、キャビティを閉じることが好ましく、テストを実施するために、前記の混合物はキャリア内に吸引される。
【００２６】
（好ましい実施形態の説明）
図１〜図３には、毛細管４を装着した精子試料キャリア２を有する従来のＳＱＡを示す。精子試料は毛管作用によってキャリア内に吸引される。キャリアを研究室のデスクトップ分析コンピュータ６のスロット（図示略）内に挿入する。オペレータの入力によりテストを開始した際、コンピュータは光線８を形成し、光線８はキャリアが形成している孔１０，１２を通じて毛細管を透過して照らす。毛細管を透過した光線は光検出器１４によって検出される。光線に対する検出器のレスポンスをデジタル化し１６、次いで、コンピュータに送信し、コンピュータはアルゴリズムをこれに適用する。これを４回繰り返し、対象試料のＳＭＩ値を形成するために、これら４回のテストの結果を比較し、かつ、統合する。次いで、この値をオペレータに対して表示する１８。このプロセスは、試料ごとに少なくとも１分（１回のテストに要する１０秒と、準備時間とを合わせた時間）を要する。
【００２７】
図４〜図６には、ディスク状ハンドル２２および長尺状シャンク２４を有する本発明に基づく精子試料キャリア２０を示す。シャンクは長手方向チャネル２６を形成しており、ハンドルの中心に位置する弾性を有する可撓性バルブ２８を作動させることによって形成した真空を好ましくは使用して、精子試料を長手方向チャネル２６内に吸引する。キャリアはプラスチックから形成することが好ましく、キャリアの好ましい全体寸法としては、７ｃｍの全長と、２ｃｍのハンドル直径と、約１．５ｍｍｘ０．３ｍｍのチャネルを含む２ｍｍの厚さとが挙げられる。バルブの真下には、チャネル２６に連通したポンプチャンバ３０がある。バルブを押下した時、バルブはチャンバの体積を減少させ、空気をチャンバおよびチャネルから追い出すとともに、バルブが記憶形状に戻る時、バルブは一時的な真空を形成し、この真空によって、試料はチャネル内の印が付けられた位置まで吸引される。毛管作用によって試料が吸引されるのを単に待つのと比べて、これは遙かに速いプロセスである。この真空吸引法は粘度の高い精液（雄鶏の精液など）にも効果がある一方で、毛管作用はこのような状況下では効果がないか、または頼りにならない。チャンバの体積を減らせる範囲はスペーサー３２によって制御することが好ましく、例えば、スペーサー３２は、チャンバ３０の底から突出する成形されたリッジにしてもよい。試料をチャネル内に吸引した後、同試料の保持が可能なように、チャネルの内寸は設定されている。以下に詳述するように、精子試料を希釈し、その後、希釈された試料をチャネル内に吸引して戻すために、精子試料を効果的に一時的に吸引する方法を、前記のポンピングアクションは更に提供している。
【００２８】
図４および図６に示すように、キャリアは、透明プラスチックから形成することが好ましいが、その頂面には、ロゴおよび他の情報が印刷されており、ペイントによって境界が画定されていて光線の透過が可能な特定の開口部を除けば、キャリアはほぼ不透明になっている。複数ある開口部のうちの４つの開口部３４は、光学測定に使用される。片側において、光源３６がチャネルを照らし、反対側において、光検出器３８（１つの開口部３４に対して１つの光検出器３８が整列されている）が開口部を通過した光線４０を検出する。ＳＱＡの場合のように、複数の同種のテストを順次実施するのではなく、寧ろ、複数の同種のテストを並行して実施することを可能にするために、複数の開口部を設けることが好ましい。精液を採取した種を識別するための複数ビットパターンを形成するために、２進コード化された複数の光学開口部４２（ここでは、例として、“１１１”の２進パターンとしてのみ示す）が設けられていることが好ましい。異なる種のキャリアには、異なるビットパターンが設けられている。例えば、前記のコードは試料が雄鶏から採取されたことを示し得る一方で、“０１１”のコードは試料が雄牛から採取されたことを示し得る。コンピュータは、対応する較正を選択するのに、この情報を使用する。
【００２９】
図６に示すように、下から光学開口部を通過する光線をフォーカスすることを補助するために、チャネル２６の頂部３２の横断面はレンズ形をなしている。試料の更に広い断面から出射した更に多い量の光線を光検出器に到達させ、これによって、計算に使用する情報の量を増大させることを保証するために、レンズ形に設計されている。
【００３０】
図７に示すように、試料キャリア２０は、二枚貝の殻のように開いたハンドル２２を有する中空シャンク２４として成形することが好ましい。次いで、二枚貝の殻の端を重ねて閉じ、超音波でこれを溶接する。次いで、適切な部分を不透明にし、操作メッセージを伝えるために、シルクスクリーン印刷または他の印刷を組立体に施す。使用直前に剥離して廃棄する紙カバーによって、これを包装することが好ましい。この紙は、チャネル２６の入口と、インクによって境界が画定されている光学開口部と、プラスチックとを使用時まで保護する。
【００３１】
図８および図９には、所定位置に配置された試料キャリア２０に重ねて閉じる二枚貝の殻のような形をなす精子試料“読取装置”を有する分析モジュール４４Ａを示す。
【００３２】
光源４８と、読取り中のキャリアの各光学開口部にそれぞれ整列した複数の半透明スポット５２（図１０参照）まで光線を光源４８から伝搬するための複数の光ファイバコンジット５０とを内部に収容した基部４６を、読取装置は有する。これらの半透明スポットから出射した光線は、キャリアを通過し、読取装置の頂部５４内に設けられた対応する複数の光検出器３８によってそれぞれ検出される。頂部はバネを装着したヒンジによって取り付けられており、分析を開始するのに、閉じることが必要なスイッチとしても機能するので、常には開いていることが好ましい。読取りを行うキャリアの光学開口部を半透明スポットおよび光検出器に対して適切に整列させるために、同キャリアは正確に位置決めされており、この位置決めは４つのペグ５６によって行うことが好ましい。これに代えて、モジュールは、読取りのためにキャリアをその内部に配置する位置決め溝またはシート（図示略）を形成し得る。キャリアを読取るためには、頂部を閉じて、スイッチ５８を作動させる。モジュールの内部に位置するコンピュータは分析を行い、その後、ＳＭＩ値をディスプレイパネル６０を通じて表示する。特に、読取装置（頂部および基部の両方）の複数の光ターミナルは面一になっており、これによって、これらの光ターミナルを難なく拭いてきれいにできるので、前記の二枚貝の殻のデザインは、光学通路の清掃を非常に容易にする。この結果、光学通路の汚染による誤った読取りの可能性を大幅に低減する。
【００３３】
図１０および図１１に移り、分析モジュールは図８に示す１つの光学読取装置を有する単一のチャネル４４Ａとするか、または図１０に示す複数の読取装置を有する複数のチャネル４４Ｂとすることができる。モジュール内のプロセッサの速度および能力に基づいて、１つを越す数のキャリアの読取りを同時に行えるので、後者はテストプロセスの更なる加速を実現する。各分析モジュールは、充電式電池から電力の供給を受けるとともに、滅菌可能なパッケージ内に完全に密閉することが好ましい。動物を捕らえ、その動物から精液試料を採取しながら、延長コードを引きずり回ることが不可能でないにしろ非常に困難な動物環境（例：鶏舎）では、電池の電力は非常に効果的である。使用者がテストを迅速に実行し、与えられた動物のスコアに基づいて、その動物を繁殖用のストックから取り除くか否かを決定することを、携帯性は可能にする。更に、分析モジュールは情報を不揮発性フラッシュメモリ内に格納することが好ましく、これによって、オペレータは、例えば、雄鶏のグループから得た全てのデータを蓄積し、後で、これらのデータを印刷することが可能になる。
【００３４】
図１１に示すように、分析モジュールはキャリングケース６２内に入れて保管し、搬送し、かつ、再充電することが好ましく、分析モジュールをケースに戻す際、各モジュールからのデータを選択的に印刷して、管理のための決断をサポートするために、蓄積情報を形成することが可能である。前記のように、ケース内に収納されたモジュールは対応する各サドル内に配置されており、同サドルはモジュールをケース内の回路に誘導結合または容量結合している。それぞれのサドル内において、モジュールは再充電され、かつ、プリンタに接続されているか、またはケース内に配置された中間プロセッサに接続されている。モジュール内の開口部および／または亀裂から入り込んだ汚染物によって、ケースおよびその回路が汚染されることを避けるために、各分析モジュールをケース内の充電システムに誘導結合し、かつ、ケース内のデータポートに容量結合することが好ましい。更に、ケースは関連する情報を表示するためのディスプレイパネル６４と、再充電プロセス６６およびプリンタ６８を制御するためのオペレータ制御装置とを提供する。
【００３５】
図１２および図１３に移り、精子の運動性を測定するのに、多くの種の精液は希釈が必要であるか、または好ましい。更に、食用動物（特に、家禽）の測定の場合、多くのテストを同時に行う。従って、正確な希釈を実現する迅速、簡単、かつ、安価な方法を提供するために、希釈トレイ７０が開発された。希釈トレイは、複数の同様のキャビティ７２を形成する平坦なトレイからなる（キャビティ７２はトレイ内に成形されていることが好ましい）。各キャビティ内には、研究産業で周知の正確な量の生理食塩水７４が入っている。生理食塩水または他の希釈剤の量はキャリアの精液チャネル（図５の符号２６）の容積のある倍数であり、この倍数は種と、その精液の粘度とに基づいている。次いで、トレイ全体を壊れやすいフィルム７６（薄いアルミフォイルなど）によって被覆し、全てのキャビティを密閉して隔離するように、トレイに接着する。フィルムカバー上の円形のマーク７８は、各キャビティの正確な位置を示している。キャリア２０内の精液試料を希釈するために、キャリア２０の先端を、希釈トレイ内の未使用のキャビティを被覆しているフォイルに突き刺す。次いで、キャリアのハンドル上に設けられたバルブを押下して、精液をキャビティ内に放出して、希釈剤に加える。次いで、試料を希釈剤内で撹拌するのに、キャリアの先端を使用する。そして、キャリアの先端を希釈された試料内に浸漬した状態で、チャネル内の気体または液体を排出すべく、バルブを押下することによって、混合物をキャリア内に再吸引する。圧力を緩めることによって、キャリアは希釈された試料を吸引して、チャネルを再充填する。事実上、キャリアは“点眼器”のように機能し、試料の放出および再吸引が可能である。次いで、キャリアの先端を払拭してきれいにする。次いで、分析のために、キャリアを光学読取装置内に配置する。
【００３６】
オペレーションでは、各分析モジュールを作動させた際、同分析モジュールは読取装置内の４つの光学読取通路が“清浄”であるか否かを最初にチェックする。分析モジュールは光源に電圧を印加し、４つの光検出器からの示度をそれぞれ入手する。全ての示度が正常範囲内である場合、モジュールは４つの全ての通路が清浄であると推定する。１つ以上の通路の示度が正常範囲外である場合、モジュールは通路が汚染されていることを示すフラグを立てる。次いで、モジュールは、自身の分析手順をそれに応じて調整する。例えば、４つの全ての通路が清浄な場合、モジュールは４つの並行分析（１つの通路に対して１つの分析）を実施し、ＳＭＩまたはこれに類するデータに到達するために、これらの分析結果を比較する。通路のうちの１つが汚染されている場合、モジュールは３つの汚染されていない通路を使って３つの並行分析を実施し、続いて、これらの汚染されていない通路のうちの１つを使って４番目の分析を実施し、これによって、ＳＭＩを得るために、４つの示度を比較できる。通路のうちの２つが汚染されている場合、モジュールは汚染されていない通路を使って２つの並行分析を実施し、続いて、比較のための４つの分析結果を得るために、更に２つの並行分析を実施する。４つの光学通路のうちの３つが汚染されていたとしても、１つの清浄な通路を使って４つの連続分析を実施することによって、モジュールは正確な分析を依然実施できる。
【００３７】
比較する示度の数は、必要とされる精度によって主に決定される点に注意する必要がある。４つの示度を必要としない状況や、４つを越す数の示度が必要となる状況もあり得る。
【００３８】
分析モジュールが清浄な通路を決定し、自身の分析手順を設定した後、オペレータは精液キャリアを光学チャンバ内に配置する、即ち、図８に示すように、複数のペグの間に配置する。次いで、オペレータは蓋を閉じ、これによって、分析プロセスを開始するか、または少なくとも準備し、次いで、実際のテストを開始する。この時点で、モジュール内のコンピュータは光源を再びオンにする。次いで、コンピュータは、精液を採取した種をキャリア上の２進ビットパターンによって決定し、それに応じて自己較正を行う。ビットパターンが全く検出されない場合、テストは実施されず、コンピュータはこのキャリアが妥当なキャリアでないことを表示する。清浄な光学通路を通って、キャリア内の精液試料を通過した光線に基づき、コンピュータは前記のアルゴリズムを使用して精子の運動性を決定する。次いで、テストデータを不揮発性メモリ内に格納し、テストしたオスに関する現場での判断をオペレータが行うことを可能にするために、結果を表示する。そして、モジュールは同じ種の別のオスから採取した別の試料のテストをすぐに行うことができる。これにより、オペレータは群れまたは集団などの中を歩き回って、同じモジュール（但し、テスト毎に別のキャリアを使用する）を使った複数のテストを実施できる。ユニットをケースに戻した際、モジュール内の電池は再充電され、モジュール内に格納されているデータは、好ましくはケース内のストレージにダウンロードされ、印刷可能な状態になる。次いで、任意にて、オペレータは印刷モードを選択し、自分がテストした全てのオスのプリンタ出力を得る。ケースは複数のモジュールを保持できるので、複数のオペレータが動物グループの中を歩き回って、テストを行い、データを収集できる。そして、全てのモジュールから得られた全てのデータは、後からの印刷や、更なる分析を目的とした別のコンピュータへの転送を行うために、ケース内にダウンロードされる。
【００３９】
図１４に示すように、複数の光学通路、即ち、光子通路は１つの同じサイズである必要はなく、符号８０で示すように、試料を検出するための更に大きな窓を形成すべく更に大きくしてもよい。例えば、チャネルの更に広い断面は、相対吸光度に基づいて流体の静的光学密度を測定することを可能にする。更に、基準光学通路８２から得られた光検出器信号と、精液を含んでいないチャネルの部分を通過する通路から得られた光検出器信号と、精液を充填したチャネルの部分を通過する通路から得られた光検出器信号とを比較することによって、精子密度を測定できる。差は全細胞濃度を指している。これを実施する別の方法としては、空のキャリアでの示度を獲得し、この示度を記憶しておき、次いで、これを精液が充填されたキャリアからの示度と比較することが挙げられる。いずれの場合にも、精子の生殖能力の更に正確な評価を提供するために、運動性示度と一緒に、密度計による測定を使用できる。
【００４０】
前記の説明および図面は例示を目的とするだけであり、本発明は前記の実施形態に限定されることはなく、全ての別例と、等価なものと、変更例と、エレメントをアレンジし直したものとを網羅することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のＳＱＡ精子試料キャリアの斜視図である。
【図２】 図１の試料キャリアの中央縦断面図である。
【図３】 従来のＳＱＡのオペレーションの方法を示す図である。
【図４】 本発明に基づく精子試料キャリアの斜視図である。
【図５】 図２の試料キャリアの５−５線における断面図である。
【図６】 本発明の光学を示す機能図である。
【図７】 図５と同じ線における断面図であるが、事前に製造された状態の試料キャリアを示している。
【図８】 本発明に基づく分析モジュールの斜視図である。
【図９】 本発明に基づく分析モジュールの光学的特徴を示す機能図である。
【図１０】 本発明に基づくデュアル分析モジュールの斜視図である。
【図１１】 本発明に基づく分析モジュールキャリアの斜視図である。
【図１２】 本発明に基づく希釈トレイの一部を破断して示す平面図である。
【図１３】 精子試料を希釈する本発明に基づく方法を示す図である。
【図１４】 追加示度（例：精子密度を決定するための基準示度である無精液示度など）を得るために使用する追加光学通路を提供する別の試料キャリアの機能図である。

Claims (21)

1. （ａ）（１）チャンバと精子試料を出し入れするために設けられた前記チャンバ内への開口とを形成しているシャンクと、
   （２）精子試料を前記チャンバ内に吸引するための手動手段と、
   （３）前記チャンバを横切り貫通して延びる複数の異なる光子通路と
   を有する精子試料キャリアと、
   （ｂ）オペレータからの駆動信号に反応するプロセッサと、
   （ｃ）前記駆動信号に応じて、前記プロセッサにより電圧が印加され、各光子ビームを前記各光子通路を通じて送るための光子源手段と、
   （ｄ）前記各光子通路を通る前記光子ビーム内での摂動の発生および頻度を示す信号を形成し、前記信号をプロセッサに伝えるために、前記各光子通路に対して設けられた複数の光検出手段と、
   （ｅ）前記チャンバ内の精子の運動性を示す定量化された性能指数を形成するために、前記複数の光検出手段の信号を処理するのに、前記プロセッサが実行するアルゴリズムと、
   （ｆ）前記性能指数をオペレータに伝える手段と
   を含む精子分析システム。
2. 前記シャンクは透明であり、前記シャンクの周りには、コーティングが施され、前記コーティング内の複数の開口部を除いて、前記コーティングは前記シャンクを不透明にしており、前記各光子通路は、互いに整列した一対の前記開口部によって形成されており、前記一対の開口部は前記チャンバの互いに対向する２つの側部にそれぞれ位置している請求項１に記載のシステム。
3. 前記チャンバの壁を更に有し、前記壁は前記光子通路を通り抜ける光子をフォーカスするためのレンズ形を有している請求項２に記載のシステム。
4. 前記光子源は光源と複数の光子コンジットとを含み、前記各コンジットは光子を前記光源から受け取り、次いで、前記光子を各光子通路の一端に入射させるべく案内し、前記光子通路から出射する光子を検出するために、各光検出手段が前記光子通路の他端に配置されている請求項１に記載のシステム。
5. 前記精子試料キャリア上に設けられた証印を更に有し、前記証印は前記プロセッサによる読取りが可能であり、さらに前記証印は、少なくとも前記キャリアのチャンバ内の精子試料のドナーの生物学的分類に関する情報を前記プロセッサに伝える請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記証印は前記複数の光子通路のサブセットを有し、前記サブセットの各光子通路は半透明または不透明であり、これによって、２進ビットの情報を伝える請求項５に記載のシステム。
7. 前記証印サブセットの各不透明光子通路は不透明スポットを有し、前記不透明スポットは、前記精液試料チャンバの内壁上であって、光子が前記不透明光子通路を通り抜けるのをブロックする位置に設けられている請求項６に記載のシステム。
8. 前記精液試料に接触して、時間が経過した後、前記不透明スポットは前記精液試料の作用によって分解し、前記時間は、使用者が前記キャリア内に含まれる前記精液試料から運動性示度を獲得することを可能にする十分な長さである請求項７に記載のシステム。
9. 前記試料を吸引する手段はポンプを含み、前記ポンプを駆動した際、前記ポンプは流体を前記チャンバから放出し、続いて、前記ポンプを解放した際、前記ポンプは流体を吸引すべく前記チャンバ内に部分的真空を形成し、前記ポンプの駆動は所定量の流体を吸引するように制限されている請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシステム。
10. 前記試料を吸引する手段は、前記試料チャンバに連通した指で圧縮できる弾性空気チャンバを含み、前記弾性空気チャンバを圧縮した際、流体を前記試料チャンバから放出するために、前記弾性空気チャンバは空気を前記試料チャンバを通じて追い出し、続いて、前記弾性空気チャンバを解放した際、流体を吸引するために、前記試料チャンバ内に部分的真空を形成するのに、前記弾性空気チャンバは前記試料チャンバから空気を吸引し、前記空気チャンバの圧縮は所定量の流体を吸引するように制限されている請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシステム。
11. （ａ）閉ざされた複数の同様のキャビティを形成しているトレイと、
    （ｂ）前記各キャビティは正確な量の精液希釈剤を含むことと、
    （ｃ）キャリアから精液試料を前記希釈剤内に放出し、これらを一緒に撹拌するために、前記キャリアのシャンクを前記キャビティの内部に挿入するための手段を、前記各キャビティは有し、テストを実施するために、前記混合物は前記キャリア内に吸引されること
    を含む請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシステム。
12. 前記キャビティは、前記キャリアのシャンクが貫通できる壊れやすいシールによって閉ざされている請求項１１に記載のシステム。
13. 前記プロセッサ、前記光子源手段および前記複数の光検出手段を含むポータブルモジュールを更に有し、前記ポータブルモジュールは、
    （ａ）キャリアを位置決めし、かつ、着座させるための手段を有する基部と、 （ｂ）着座したキャリアを前記基部との間に挟むために、前記基部上で閉じることが可能であって、かつ、清掃のために前記基部から分離できる壁と、
    （ｃ）前記着座したキャリアの光子通路は、前記光子源手段および各光検出手段の間に整列し、かつ、これらに連通していること
    を更に含む請求項１乃至４、９および１１のうちのいずれか一項に記載のシステム。
14. 前記基部および壁は二枚貝の殻のように開閉する請求項１３に記載のシステム。
15. 前記光子源手段は前記基部に含まれ、前記光検出手段は前記壁に含まれている請求項１３に記載のシステム。
16. 前記モジュールは電池駆動式であり、複数の分析の結果および他の関連する情報を、前記プロセッサによって格納させることが可能なメモリを更に有する請求項１３に記載のシステム。
17. 複数のモジュールを収納しかつ搬送するためのポータブルケースをさらに備えている請求項１３に記載のシステム。
18. （ａ）前記各モジュールに電圧を印加するために、前記各モジュールに対して提供された再充電可能な電池と、
    （ｂ）前記ケース内に含まれ、かつ、前記モジュールを再充電する手段と、
    （ｃ）更なる処理を施すために、前記モジュールのメモリから情報をダウンロードし、かつ、格納するケースプロセッサ手段と
    を更に有する請求項１７に記載のシステム。
19. 前記複数の光子通路のうちの１つは、精液を含んでいないポイントに配置されており、前記１つの光子通路を基準通路として認識するとともに、試料の精子密度を定量化するために、前記基準通路からの光検出信号と、他の複数の光子通路信号のうちの１つとを使用する前記プロセッサによって実行される第２アルゴリズムを更に有する請求項１乃至５、９、１１および１３のうちのいずれか一項に記載のシステム。
20. （ａ）チャンバと、精子試料を出し入れするために設けられた前記チャンバ内への開口とを形成しているシャンクと、
    （ｂ）精子試料を前記チャンバ内に吸引するための手動手段と、
    （ｃ）精子の特徴を光検出するために、前記チャンバを横切り貫通して延びる複数の異なる光子通路と
    を有する精液試料キャリア。
21. 前記シャンクは透明であり、かつ、光学的に透明な複数の開口部を有し、前記各光子通路は、互いに整列した一対の前記開口部によって形成されており、前記一対の開口部は前記チャンバの互いに対向する２つの側部にそれぞれ位置している請求項１に記載のシステム。

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