JP5478360B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は自動分析装置に関し、特に、生体サンプルを分注・分析する自動分析装置において、試料と試薬の反応時間を短縮あるいは延長する手法に関する。

自動分析装置は、反応容器に入れた生体サンプルと試薬を混合して反応させ、所定の反応時間後に反応液に光を当て、通過した光の吸光度から生体サンプルに含まれる特定成分の濃度を算出する装置である。

近年、自動分析装置においては、検査項目によっては、反応時間を長くしないと正確な測定ができないもの、あるいは、緊急測定が必要な項目で反応時間を短くして検査を行いたい検査項目など様々な検査項目を取り扱わなければならなくなった。

これに対する対応として、反応ディスクの停止位置を時々変則的にかえることにより実現しているものがある（特許文献１）。

特開平８−３１３５３８号公報

しかしながら、反応ディスクの停止位置を時々変則的にかえる特許文献１の方式では、処理能力の低下を避けることができない。なぜならば、自動分析装置は反応ディスク停止時に試薬／試料の分注動作，反応容器内液の攪拌動作，反応容器出し入れあるいは反応容器の洗浄動作が同時に行われているが、反応ディスクの停止位置が一時的にある動作だけのために変則的になると他の同時並列動作に支障をきたすからである。一方、反応ディスクの停止位置を時々変則的にかえないためには、空きサイクルを数多く設けて動作の干渉を回避して実現せざるを得ないことになる。空きサイクルを数多く設けると処理能力は著しく低下してしまい、処理能力が１／１０に低下する場合もある。

本発明は、上記の課題に鑑み、反応時間が異なる複数の分析が混在している場合でも、処理能力が低下しにくい自動分析装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の分析装置を提供する。

複数の容器を円周上あるいは閉ループ回動上に保持する保持部を複数有し、当該複数の容器を移動させるディスクと、当該ディスク上の容器内に試薬を分注する試薬分注機構と、当該ディスク上の容器内に試料を分注する試料分注機構と、を備えた分析装置において、前記容器を前記ディスク上の保持部に載置する容器移送機構を備え、当該容器移送機構は、前記ディスク上の複数の保持部に前記容器を載置可能となるように駆動することを特徴とする分析装置。

本発明によれば、反応時間の短縮あるいは延長された項目が同時分析可能となりかつ処理能力の低下を極力少なくできる。

本発明における装置の各機構のレイアウトを示す。 反応ディスクへの反応容器の出し入れ機能，試薬や試料の分注機能，攪拌機能のアクセス場所を示す。 反応ディスクの移動停止動作に合わせた各機構のタイムチャートを示す。 基準動作シーケンスをアニメーション的に説明した図。 基準動作シーケンスをアニメーション的に説明した図。 基準動作シーケンスをアニメーション的に説明した図。 基準動作シーケンスをアニメーション的に説明した図。 基準動作シーケンスをアニメーション的に説明した図。 緊急分析を割り込ませた場合のシーケンスをアニメーション的に説明した図。 緊急分析を割り込ませた場合のシーケンスをアニメーション的に説明した図。 基準動作シーケンスにおける反応過程をまとめた図。 緊急分析シーケンスにおける反応過程をまとめた図（例１）。 緊急分析シーケンスにおける反応過程をまとめた図（例２）。

実施例の説明に入る前に、発明の要点を述べる。

従来の自動分析装置では、試薬の分注機構のアームが反応ディスクにアクセスできる位置は、通常固定である（１箇所もしくはアームが通過する円弧上の２箇所）。また反応容器は、反応ディスクに対して固定された位置から搭載されている。

本発明は、反応容器移送機構を備えることにより、反応容器は反応ディスクに対して複数の位置から搭載することが可能となった。一方、反応容器移送機構が反応ディスクにアクセスする位置は複数あるが、試薬の分注機構等のアームの動作範囲にはアクセスしないようになっている。これにより、分注機構については複雑な動作及び制御を行わなくても、反応容器の搭載位置及びタイミングを調整することにより、試薬の反応時間を調整することができ、同じディスク上で反応時間の異なる複数の分析が実行可能となる。

以下図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明に係る自動分析装置の機構要素の配置を示したものである。

自動分析装置には、試薬と生体サンプルを反応させる反応ディスク１が備えられている。反応ディスク１には、例として２０個の穴が開いており、その穴には１〜２０の穴番号１９がふられている。反応ディスクは、反応ディスク駆動機構（図示せず）により回転可能である。その反応ディスクが回転すると穴番号１９も一緒に回転することになる。

さらに反応ディスク１が停止したときの穴位置に静止座標としてＡ〜Ｘまで識別番号５をつけている。この識別番号５Ａ〜Ｘは反応ディスク１が回転しても動かない。マガジン４上に整列設置された反応容器２を反応容器移送機構３が掴んで搬送する。反応容器移送機構３が搬送移動できる範囲は反応容器移送機構可動領域６内である。反応容器移送機構３はマガジン上の３６ヶ所の反応容器位置、反応ディスク１上の固定座標Ｔ，Ｕ，Ｘ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇにある穴にアクセス可能である。反応容器移送機構可動領域６は、後述する試薬分注機構及び試薬分注機構の可動範囲とは重ならない領域である。

さらに、反応容器移送機構３は、反応容器攪拌機構１４，反応容器保持部１５，反応容器廃棄口１８に移動可能である。

第一試薬（Ｒ１）分注機構のアーム１１が設置され、第一試薬プローブ軌跡２４が静止座標ＯとＬを通るように配置されている。さらに第二試薬（Ｒ２）分注機構のアーム１０が設置され、第二試薬プローブ軌跡２５が静止座標Ｍを通るように配置されている。試薬ディスク７上に設置された試薬８，９を反応ディスク上の反応容器に分注できる。試料（Ｓ）分注機構のアーム１３が設置され、試料プローブの移動軌跡２３が静止座標ＬとＩを通るように配置されている。静止座標Ｊにはシッパノズル１６が配置され測定ユニット１７に反応液が導入され測定が行われる。

反応ディスク駆動機構，反応容器移送機構３，反応容器攪拌機構１４，第一試薬（Ｒ１）分注機構のアーム１１，試料（Ｓ）分注機構のアーム１３等は、コンピュータ２６で制御する。

なお、反応ディスク駆動機構により反応ディスクは回転するが、穴が２０個の場合、１８°（＝３６０°／２０）分回転することを１ピッチ移動するという。

次に図２によって反応ディスク１上にある反応容器へのアクセス位置を整理して説明する。

通常の分析では、アクセスは以下の順に行われる。
（１）静止座標Ａにて反応容器が供給される（Ｖ-in）。
（２）静止座標Ｏにて第一試薬Ｒ１が分注される（Ｒ１）。
（３）静止座標Ｌにて試料Ｓが分注される（Ｓ）。
（４）静止座標Ｍにて第二試薬Ｒ２が分注される（Ｒ２）。
（５）静止座標Ｇにて反応容器が反応容器移送機構３で取出され、図１で示した反応容器攪拌機構１４に運ばれる（ＭＩＸ-out）。
（６）静止座標Ｔにて攪拌後の反応容器が反応容器移送機構により戻される（ＭＩＸ-return）。
（７）静止座標Ｊにてシッパノズルが挿入吸引され反応液の濃度などが測定される（ＳＩＰ）。
（８）静止座標Ｄにて反応容器が反応容器廃棄口１８に廃棄される（Ｖ-out）。
また、反応時間を短縮する緊急分析（ＳＴと表示する）については、アクセスは以下の順に行われる。上記（１）〜（８）のステップのうち、（１），（２），（３），（６）が変更される。
（１）′静止座標Ｔにて緊急分析時の反応容器が供給される（Ｖ-in(ＳＴ)）。
（２）′静止座標Ｌにて緊急分析時の第一試薬の分注が行われる（Ｒ１(ＳＴ)）。
（３）′静止座標Ｉにて緊急分析時の試料Ｓの分注が行われる（Ｓ(ＳＴ)）。
（４）静止座標Ｍにて第二試薬Ｒ２が分注される（Ｒ２）。
（５）静止座標Ｇにて反応容器が反応容器移送機構３で取出され、図１で示した反応容器攪拌機構１４に運ばれる（ＭＩＸ-out）。
（６）′静止座標Ｕにて緊急分析時の攪拌後の反応容器が反応容器移送機構により戻される（ＭＩＸ-return(ＳＴ)）。
（７）静止座標Ｊにてシッパノズルが挿入吸引され反応液の濃度などが測定される（ＳＩＰ）。
（８）静止座標Ｄにて反応容器が反応容器廃棄口１８に廃棄される（Ｖ-out）。

図２における表示ＢＯＸ２０内に表示されている文字は、図４−１〜図４−５以降で動作をアニメーション的に説明した場合のサイクル番号と停止期間（ａあるいはｂ）を示す。

処理を行う場合のタイムシーケンスについて説明する。

図３に基本タイムシーケンスを示す。

通常の分析の場合のタイムシーケンスは、以下のとおりである。
Ｉ．反応ディスク１は停止期間ａだけ停止する。

停止期間ａの間に以下の動作が行われる。
（１）静止座標Ａにて反応容器が供給される（Ｖ-in）。
（３）静止座標Ｌにて試料Ｓが分注される（Ｓ）。
（４）静止座標Ｍにて第二試薬Ｒ２が分注される（Ｒ２）。
（７）静止座標Ｊにてシッパノズルが挿入吸引され反応液の濃度などが測定される（ＳＩＰ）。
緊急分析がある場合は、
（１）′静止座標Ｔにて緊急分析時の反応容器が供給される（Ｖ-in(ＳＴ)）。
（３）′静止座標Ｉにて緊急分析時の試料Ｓの分注が行われる（Ｓ(ＳＴ)）。
も同時に行われる。
II．反応ディスク移動機構により、反応ディスク１が６ピッチ分移動する。
III．反応ディスク１は停止期間ｂだけ停止する。

停止期間ｂの間に以下の動作が行われる。
（２）静止座標Ｏにて第一試薬Ｒ１が分注される（Ｒ１）。
（５）静止座標Ｇにて反応容器が反応容器移送機構３で取出され、図１で示した反応容器攪拌機構１４に運ばれる（ＭＩＸ-out）。
（６）静止座標Ｔにて攪拌後の反応容器が反応容器移送機構により戻される（ＭＩＸ-return）。
（８）静止座標Ｄにて反応容器が反応容器廃棄口１８に廃棄される（Ｖ-out）。
緊急分析がある場合は、
（２）′静止座標Ｌにて緊急分析時の第一試薬の分注が行われる（Ｒ１(ＳＴ)）。
（６）′静止座標Ｕにて緊急分析時の攪拌後の反応容器が反応容器移送機構により戻される（ＭＩＸ-return(ＳＴ)）。
も同時に行われる。
IV．反応ディスク移動機構により、反応ディスク１が３ピッチ分移動する。

以下Ｉ〜IVの動作を繰り返すことになる（Ｉ〜IVで１サイクルとなる）。１サイクルで９ピッチ進むことになるが、１サイクルの移動ピッチ数９と反応ディスク１の穴の個数２０は互いに素なので、９ピッチの移動を繰り返すことにより、反応ディスク１上の反応容器２０個すべてを使うことができる。穴の個数と移動ピッチ数はこれに限られず、１サイクルの移動ピッチ数と反応ディスク上の穴の個数が互いに素であれば、反応ディスク上の反応容器をすべて使うことができる。

次に図４−１〜図４−５にて動作をアニメーション的に説明していく。

ここで、上記のタイムシーケンスＩ〜IV（つまり、ｎａ→ｎｂ→（ｎ＋１）ａ ｎ＝１，２，…）を１サイクルと呼び、ｎａ→ｎｂ及びｎｂ→（ｎ＋１）ａをそれぞれ０.５サイクルと呼ぶ。

図４−１〜図４−５は基準的な反応時間（Ｒ１分注からＳＩＰ測定まで１８.５サイクル）の項目の分析の場合である。表示ボックス２０の中に１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ・・・・と記載されているが、１ａの意味は第一サイクル目の停止期間ａの状態（シーケンスのＩの状態）を示し、１ｂの意味は第一サイクル目の停止期間ｂの状態（シーケンスのIIIの状態）を示し、２ａの意味は第二サイクル目の停止期間ａの状態（シーケンスのＩの状態）を示し、２ｂの意味は第二サイクル目の停止期間ｂの状態（シーケンスのIIIの状態）を示す。

反応ディスクの丸内に記載された番号ｘｘは、ｘｘ番目テストの反応容器や反応液が充填されていることを示す。各サイクルのａ→ｂ（例えば、１ａ→１ｂ）の間には反応ディスク１が６ピッチ時計方向に回転（シーケンスのIIの状態）、各サイクルのｂ→次のサイクルのａ（例えば、１ｂ→２ａ）間には３ピッチ時計方向に回転（シーケンスのIVの状態）している。以後同様の繰り返しを行っていく。

以降の説明では穴番号１の反応容器（番号１）の説明のみ行い、他の穴番号に関しては、図において番号のみ記載する。

他の反応容器も１サイクルずつ順次ずれて同じ道筋をたどる。

以上が基準反応時間でのシーケンスである。それを整理すると図６のようになり、Ｒ１分注（１ｂ）からＳＩＰ測定（２０ａ）まで１８.５サイクルであり、これが通常の反応時間である。

次に図５−１，図５−２を用いて緊急測定（反応時間が短い）の割込みシーケンスについて説明する。

緊急測定は反応時間が短く一律に決められている。緊急測定依頼がされると、コンピュータ２６は、反応ディスク１上の空いている穴があるか確認する。空いている穴があれば、次に、分注機構などの動作がタイミング的にすでに予約されている動作と干渉しないかをチェックする。さらに、攪拌後に戻す位置の穴も空いているかをチェックする。このようなチェックをして割り込んでも問題なしとなったら割り込みを開始する。割り込みシーケンスを以下に説明する。

以上の緊急測定項目の割込みをまとめると図７のようになり、Ｒ１分注からＳＩＰ測定まで７.５サイクルという短い反応時間になることがわかる。

今回の緊急割込み例は、Ｒ２の分注と攪拌は通常タイミングと変えずに行い前半（第一試薬分注（Ｒ１(ＳＴ)）から第二試薬分注（Ｒ２）まで）を４.５サイクルに後半（第二試薬分注（Ｒ２）から吸引（ＳＩＰ）まで）を３サイクルに短縮した例を示した。

図８には後半のみを３サイクルに短縮した例を示す。この場合は、上記のとおり、反応容器の攪拌後に反応容器移送機構により反応容器を戻す位置を変えればよい。

なお、割り込みをしやすくするために何サイクルかに一回空きサイクルを設けておけば待ち時間を短くすることが可能である。

さらなる応用例として反応容器保持部１５（図１）を用いると、いろんな反応シーケンスが実現できる。反応容器攪拌機構１４からすぐに戻さずに一旦反応容器保持部１５に置く。これは、次の反応容器が攪拌機構にやってくるので反応容器攪拌機構１４に保持し続けることはできないからである。

Ｖ-inのタイミングで新たな反応容器は供給せずに、反応容器保持部１５にある反応容器を目的の穴に戻せばいろんな反応シーケンスが可能となる。各項目の反応シーケンスを組んで行った時に、反応ディスクに戻したいタイミングでも反応容器移送機構可動領域６に穴が来ていない（領域の外にある）場合は待機位置に一旦置き別のタイミング（領域内に来たとき）で戻せばよい。このアイドリング方式を使えばバラエティーに富んだ反応シーケンスが組める。この反応容器保持部１５が複数あれば、さらにバラエティーに富んだ反応シーケンスが組める。

他の実施例として、反応時間の延長方法を説明する。図４−１〜図４−５の１４ｂでＭＩＸ-returnを静止座標Ｔに戻したが、静止座標Ｕに戻せば９サイクル時間を長くすることができる。当然スケジューリングで穴番号２は使用せず空けて置く必要がある。

上記実施例では、第二試薬分注（Ｒ２）の位置が通常の場合と、緊急検体の場合とで同じ位置で分注する実施例を用いて説明した。例えばＲ１とＲ１(ＳＴ)の分注位置が違っているが、これを統一するためには、Ｒ１(ＳＴ)の時だけ６ピッチ回らず３ピッチで一時停止してＲ１(ＳＴ)分注動作だけを実施してすぐさらに３ピッチ移動すれば、処理能力の低減を抑えて、反応時間が異なる分析を同時に行うことができる。

また、緊急分析用の反応容器を載せる反応ディスク１上の適切な穴が埋まっている場合もあるが、この場合も同様に、分注位置で一時的に停止して試薬分注を行うこともできる。

１ 反応ディスク
２ 反応容器
３ 反応容器移送機構
４ マガジン
５ 識別番号
６ 反応容器移送機構可動領域
７ 試薬ディスク
８ 第一試薬
９ 第二試薬
１０ 第二試薬分注機構のアーム
１１ 第一試薬分注機構のアーム
１２ 試料Ｓ
１３ 試料（Ｓ）分注機構のアーム
１４ 反応容器攪拌機構
１５ 反応容器保持部
１６ シッパノズル
１７ 測定ユニット
１８ 反応容器廃棄口
１９ 反応ディスク上の穴番号
２０ 表示ボックス
２１ 停止期間ａにおける並列動作処理仕事
２２ 停止期間ｂにおける並列動作処理仕事
２３ 試料（Ｓ）分注機構のアームの駆動範囲
２４ 第一試薬分注機構のアームの駆動範囲
２５ 第二試薬分注機構のアームの駆動範囲
２６ コンピュータ

Claims (4)

1. 複数の容器を円周上あるいは閉ループ回動上に保持する保持部を複数有し、当該複数の容器を移動させ、移動軌跡上の複数の座標に前記保持部の各々を停止させるディスクと、
   前記ディスクに供給するための新規容器を保持するマガジンと、
   前記複数の座標のうちの異なる２座標に位置する保持部に保持された容器に対して試料を分注可能な試料分注機構と、
   前記ディスクの外に取り出された容器に対して攪拌処理を実行する攪拌機構と、
   分析が終了し前記ディスクの外に取り出された容器を廃棄する容器廃棄機構と、
   前記マガジン、前記ディスク、前記攪拌機構および前記容器廃棄機構の間で容器を移送する容器移送機構と、
   前記各機構の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、分析項目の分析時間の長さに応じて、前記容器移送機構が、新規容器を前記マガジンから前記ディスクに供給する際の保持部の座標、および、前記攪拌機構から取出された容器を前記ディスクに移送する際の保持部の座標を切り替えるように制御するとともに、前記試料分注機構が、試料を分注する対象となる容器が保持されている保持部の座標を切り替えることを特徴とする分析装置。
   
2. 請求項１の分析装置において、
   前記ディスク上の容器内に試薬を分注する試薬分注機構を備え、
   前記容器移送機構は、前記試薬分注機構及び前記試料分注機構の駆動範囲に含まれない保持部に、前記容器を載置可能となるように駆動することを特徴とする分析装置。
   
3. 請求項１の分析装置において、
   前記容器移送機構は、前記攪拌機構による攪拌が終了した容器を、取り出し元の保持部とは別の保持部に戻すことを特徴とする分析装置。
   
4. 請求項１の分析装置において、
   前記ディスクから取り出され前記攪拌機構にて攪拌処理された容器を、前記ディスクの保持部に移送する前に一時的に保持する容器保持部を備えたことを特徴とする分析装置。

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