JP5480399B2

JP5480399B2 - 自動分析装置

Info

Publication number: JP5480399B2
Application number: JP2012545756A
Authority: JP
Inventors: 憲一西墻; 悟郎吉田
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2031-11-22
Also published as: JPWO2012070557A1; EP2645108B1; EP2645108A1; US20130243652A1; JP2014081392A; WO2012070557A1; CN103238073A; EP2645108A4; JP5777747B2

Description

本発明は血液、尿などの生体サンプルの分析を行う臨床検査用の自動分析装置に係り、特に装置の自動起動機能を備えた自動分析装置に関する。

臨床検査用の自動分析装置では、検査にかかるランニングコストの削減および地球環境保護を目的として、待機時の消費電力の低減が求められている。その半面、医療サービス向上のため診療時間外での緊急検査依頼に対する迅速診断も求められている。夜間などの緊急検査依頼に対応するためには装置を活動状態にしておく必要があり、そのため消費電力低減に貢献することができない。そこで患者検体が検査室に到着する前にシステムを活動状態にする手法として特許文献１記載の技術が提案されている。

特開２００３−１２１４４９号公報

特許文献１記載の技術では、遠隔地から制御することによってユーザが装置設置場所に赴くまでの時間分立ち上げ時間を短縮することが可能だが、検体を検査することが決定してからシステムの立ち上げ指令が行われる仕組みのため、検査依頼からのシステムを立ち上げ分析に必要な安定性が確保されるまでの時間は、従来どおり必要である。

本発明の目的は、夜間などの緊急検査依頼に対応可能であり、かつ消費電力を低減した自動分析装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の構成は以下の通りである。

試料と試薬を反応させる反応容器と、該反応容器中の反応を測定する測定部とを備えた自動分析装置において、自動分析装置を構成する構成要素のうち、装置内の温度を上昇させる加熱源となる構成要素、装置内の温度を下降させる冷熱源となる構成要素について、それらのうちの少なくとも２つ以上に構成要素毎に電源のＯＮ／ＯＦＦを実行する電源スイッチと、装置起動後の装置内温度の上昇スピードに対応した複数の起動モードを選択する選択手段を備え、該選択手段で選択した起動モードに応じて、前記構成要素毎に設けられた電源スイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する制御機構を備え、前記起動モードは、通常起動モードと急速起動モードからなり、前記急速起動モードは、前記加熱源となる構成要素の出力を前記通常起動モードよりも大きくすることで、装置内の温度を急速に上昇させ、前記通常起動モードよりも短時間で分析可能な状態に遷移させるモードである自動分析装置。

前記測定部は、例えば、反応容器内の反応液に光を照射する光源と、反応液を透過してきた光を複数波長に分光し、波長毎に受光した光の強度を測定する比色分析（生化学分析）や、反応液中の標識体から放射される光の強度を光電子増倍管などで測定する化学発光、電気化学発光などの測定（免疫分析）などがあるが、反応物の測定ができるものであれば、光の強度測定以外の物理量変化の測定であっても良い。このような測定部は通常、測定部の環境温度の変化によって、測定値が変化することが多いが、環境温度の変化により敏感に影響を受ける測定部に対し本発明は好適である。前記構成要素のうち、加熱源とは例えば、ヒータ（例えば反応容器中の反応液の温度を予め設定した温度にするために設ける）、測定部の光源、試料、試薬などを所定量分注するための分注機構を動作させるためのモータ、あるいは分注機構を所定の位置に移動させるためのモータなどがある。これらに限らず、所定の動作をする際に、周りに熱を放射するものであればすべて加熱源となり得る。また、冷熱源とは、試薬を収容した試薬容器を試薬容器内の試薬の劣化を防止するため所定温度に冷却するための冷却機構（試薬を冷却するため冷却機構の外部と熱交換をするものは、加熱源となるが、冷却水を循環させる方式の冷却機構の場合は、周りも冷却するため冷熱源となる）や、装置内の電子基板の温度を所定温度以下にするための冷却ファンがある。これも構成要素の外の温度を低下させる機能を備えるものであれば冷熱源となり得る。

複数の起動モードとは、夜間に緊急検体を測定する必要に迫られた場合、停止している装置を安定した測定が可能な程度の装置内温度（特に測定部の温度）にできるだけ短時間で上昇させる緊急検体測定モード、装置立ち上げに要する電力をできるだけ少なくする省エネモードなどがある。これらのモードは装置起動時のみに作用するだけでなく、装置停止時であっても加熱源のいくつかを稼動させておき、装置内を予熱することで装置内温度が所定温度に上昇する速度を上げるようなものであっても良い。これらは、ユーザの要求に応じて種々の起動モードが設定されても良い。予め装置メーカが設定した起動モードを備えるだけでなく、ユーザがあらたな起動モードを作成することができる機能があっても良い。その場合は、各構成要素毎に加熱源としての加熱量、冷熱源としての冷熱量を予め記憶しておき、記憶された加熱量、冷熱量の組み合わせを、画面表示を見ながら取捨選択して設定するようなユーザインターフェースがあっても良い。

夜間などの緊急検査依頼に対応可能であり、かつ消費電力を低減した自動分析装置を提供することができる。

臨床検査用の自動分析装置について、装置の全体構成を示した図である。本発明における各制御対象の制御接続について、構成を示した図である。（実施例）制御対象に対する電源制御について、詳細な構成を示した図である。（実施例）システム起動時の制御対象に対する電源制御について、詳細な仕組みを示した図である。本発明による電源制御の効果を示した図である。本発明による各起動モードにおける制御の時間推移を示した図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は本発明で使用する生化学自動分析装置の全体構成図である。分析部１０１は受電するための主スイッチであるメインＳＷ１０２、使用時に装置を活動状態とするためのスイッチである操作ＳＷ１０３、制御部１０４、機構駆動部１０５、及び操作ＳＷ１０３の状態に関わらず常時分析用の試薬を保冷しておくための試薬保冷部１０６により構成される。

制御部１０４は、制御用電源１０７、ＣＰＵ１０８、メモリ１０９、記憶媒体１１０、機構駆動部１０５を制御するための入出力であるＩ／Ｏ１１１、アナログ信号をデジタルに変換して測定データを取り込むためのＡＤＣ１１２、及び、操作部１１３と通信を行うためのインターフェース部であるＩ／Ｆ１１４により構成される。

機構駆動部１０５は、機構用電源１１５、駆動回路１１６、検体容器１１７内の検体を反応容器１１８に分注する検体分注機構１１９、反応容器１１８に試薬を注入する試薬分注機構１２０、反応容器内の混合液を攪拌する攪拌機構１２１、混合液の吸光度を測定する多波長光度計１２２、使用し終わった反応容器を洗浄する洗浄機構１２３、反応を安定させるために反応系を一定温度に保つ恒温槽１２４、恒温槽の温度制御を行う恒温槽温度制御部１２５などから構成されている。分析部１０１では機構用電源１１５と駆動回路１１６が制御部のＩ／Ｏ１１１からの信号によって制御されて各機構を駆動し、反応容器１１８内で検体と試薬を混合してこの混合液を多波長光度計１２２とＡＤＣ１１２を用いて各分析項目に応じた波長で吸光度測定して検体を分析する。

試薬保冷部１０６は、試薬を低温保存し分析動作を安定させる一方、装置の電源を遮断し分析動作を行っていない間に試薬の保冷庫として機能する。このため、試薬保冷部１０６は制御部１０４や機構駆動部１０５の電源を遮断した状態でも通電される必要がある。

図２に本発明における発熱に関する制御対象２０１の接続について示す。発熱に関する制御対象２０１には、試薬保冷部２０２、装置内を冷却する冷却ファン２０３、恒温槽を温めるヒータ２０４、光度計の光源であるランプ２０５、機構駆動部にて駆動回路により制御されるモータ２０６などで構成される。これら制御対象は独立した制御スイッチ２０７によって、主電源２０８から供給され、トランス２０９を経由した電力の給電をＯＮ／ＯＦＦすることができる。

図３に本発明における制御対象３０１の接続および制御方法について示す。主電源３０２から制御スイッチ３０３を経由して制御対象３０１に供給された電力は、電力センサ３０４によって電力値３０５に変換される。制御対象３０１から放出された熱放出３０６は温度センサ３０７によって捕らえられ、温度測定値３０８に変換される。ＣＰＵ３０９は電力値３０５と温度測定値３０８を入力としてＣＰＵ３０９内の制御パラメータに基づいて、制御スイッチ３０３の次の状態を指令する。また制御パラメータを自動的に作成する手段として、ＣＰＵ３０９には制御スイッチ３０３の組み合わせを記録したテストパターン３１０を入力する機能を備える。

図４に本発明におけるシステム起動時における詳細な電源制御の方法を示す。分析部４０１には分析安定性に関わる部分に温度センサ１４０２および温度センサ２４０３を設け、温度推移１４０４および温度推移２４０５を監視する。また、光度計４０６の出力値の推移を光度計測定値推移４０７として監視する。光度計測定値推移４０７の安定は、温度推移１４０４および温度推移２４０５の安定と密接に関わっている。

制御系４０８では温度推移１４０４、温度推移２４０５および光度計測定値推移４０７の安定度の目標値４０９に収束させるために、現在の安定度に対して、ある決められた制御パラメータ４１１を利用して、現在値４１０を目標値４０９に近づける制御を行う。

制御パラメータ４１１は各制御対象に対して、各監視結果に対してどのくらいの重み付けで制御を掛けるかという、重み付け度４１２を多次元で設定した内容としている。本制御パラメータは、ユーザの都合に合わせて設定値を変更したり、あらかじめ複数の種類のパラメータを準備しておき、ユーザが自由に選択可能なものとする。これにより従来どおりの起動時間で立ち上げることや、急速立ち上げを選択すること、さらに消費電力を抑えた立ち上げを選択などをすることが可能となる。

図５は本発明における電源制御の効果について示したものである。温度と時間のグラフ５０１では、電源ＯＮ５０２からの温度上昇推移を示している。通常の温度推移５０３は、従来の技術での電源ＯＮ５０２からの温度推移を示し、装置安定点５０４にて装置が分析に適した安定な状態となる。通常スリープ有り温度推移５０５は、装置起動速度短縮などの目的で電源ＯＮ５０２前にあらかじめ特定部分のみ通電をしておく場合の温度推移である。急速起動温度推移５０６は発熱に関する制御対象に対して、装置安定点５０４に到達するまでの時間が短縮するよう、前述の方法により制御を行った場合の温度推移である。急速スリープ有り温度推移５０７は、さらに時間短縮のために電源ＯＮ５０２前にあらかじめ特定部分のみ通電しておく場合の温度推移である。

消費電力と時間のグラフ５０８では、電源ＯＮ５０２からの消費電力推移を示している。通常電力推移５０９は、従来の技術での電源ＯＮ５０２からの消費電力推移を示し、装置が分析に適した安定な状態になった時間を装置安定点５０４として示している。急速起動電力推移５１０は、装置安定点５０４に到達するまでの時間が短縮されるよう、前述の方法により制御対象の制御を行った場合の電力推移である。省エネ電力推移５１１は、装置安定点５０４に到達するまでの時間短縮と、装置起動時の消費電力低減の両立を図った場合の電力推移である。

図６は第二の実施例として、本発明における制御対象、装置内安定度を示す温度推移、装置の消費電力を示す。各起動モードにおける制御の時間推移601では、消費電力611、反応槽温度612、装置内温度613、ヒータ出力614、モータ出力615、ランプ出力616、冷却ファン出力617を時間軸を合わせて並べて示している。またグラフの線は本発明を適用した装置で選択可能な起動モードの違いの例であり、それぞれ通常起動モード621、急速起動モード622、低始動電力モード623、予熱起動モード624を示す。また時間軸のマークとして、装置起動631の時刻、また各モードで分析開始可能時刻を示す、予熱起動モードスタンバイ632の時刻、急速起動モードスタンバイ633の時刻、通常起動モードスタンバイ634の時刻、低始動電力モードスタンバイ635の時刻をそれぞれ示す。

通常起動モード621は従来の起動方法による時間推移である。
急速起動モード622は、熱源として寄与するヒータ出力614、モータ出力615、ランプ出力616をできるだけ大きくし、冷却に寄与する冷却ファン出力617をできるだけ小さくするか動作停止することで、反応槽温度612および装置内温度613を、急速に上昇させ、通常に比べ短時間で分析可能な状態に遷移することができ、使用者の待ち時間の短縮を図ることができる。

また、通常、装置立ち上げ時に同時に複数の負荷が動作することで装置始動時に消費電力が最も上昇する。低始動電力モード623は、ヒータ出力、モータ出力、ランプ出力、冷却ファン出力などの負荷のピーク出力を時間的にずらすことで、始動時の消費電力集中を抑えることができる。よって、装置および使用者の設備として準備すべき電源設備の容量を低くすることができ、初期導入コストを抑えることに寄与できる。

また、予熱起動モード614は、休止中に制御対象をある程度稼動させておくことで、反応槽温度612や装置内温度613を休止中でもある程度高い状態に保っておき、装置起動631後に分析可能になるまでの時間（予熱起動モードスタンバイ632）に推移するためのモードである。本モードでは、休止中から迅速に分析可能な状態にすることができ、夜間など休止中に必要になった際の緊急検体の分析依頼にも有効である。

上述のように、本発明では、図２に示す、自動分析装置における発熱源、冷熱源である各構成要素の電源のＯＮ／ＯＦＦを個別に実行させる機能を備え、かつ各構成要素毎のＯＮ／ＯＦＦによる自動分析装置内の温度上昇／下降の基礎データを記憶しておく機能を備える。この構成により、装置を電源ＯＦＦの状態から、分析が開始できる状態にすぐに立ち上げたい場合は、発熱源となる構成要素の電源をＯＮとし、かつ必要に応じ、発熱源へのエネルギー供給を増加することにより、通常の立ち上げ動作に比して短時間で測定可能な温度になるようにすることができる。この場合、冷熱源である冷却ファン、試薬保冷部などをＯＮ状態にしないことで、装置内温度上昇のスピードを向上し、かつ消費電力を低減することもできる。また、装置内温度を正確に制御するために、装置内に温度計（１つ、または複数）を設け、温度計の情報に基づいてフィードバック制御を行っても良い。

また、装置立ち上げ動作をより短時間にしたい場合には、待機状態であっても、発熱源となる構成要素の一部をＯＮの状態のままとし、予熱状態を維持するというような運用が可能となる。

すなわち、本発明は電源立ち上げを行う臨床用の自動分析装置において、装置内温度に関与する負荷の電源制御を各制御対象単位に制御することを可能にしたことで、そのため従来の方式に比べ温度安定までの時間を自由に制御することができ、温度の安定までの時間を短縮させることが可能である。また、負荷毎に電源制御が可能となるため、ユーザの要求に応じた待機電力の組み合わせの設定および起動時の負荷電力の制御がきめ細かくでき、省エネルギーの程度をユーザが選択可能なことはもとより、立ち上がって安定するまでの時間もユーザが自由に選択することが可能となる。

１０１、４０１分析部
１０２メインＳＷ
１０３操作ＳＷ
１０４制御部
１０５機構駆動部
１０６試薬保冷部
１０７制御用電源
１０８ＣＰＵ
１０９メモリ
１１０記憶媒体
１１１Ｉ／Ｏ
１１２ＡＤＣ
１１３操作部
１１４Ｉ／Ｆ
１１５機構用電源
１１６駆動回路
１１７検体容器
１１８反応容器
１１９検体分注機構
１２０試薬分注機構
１２１攪拌機構
１２２多波長光度計
１２３洗浄機構
１２４恒温槽
１２５恒温槽温度制御部
２０１、３０１制御対象
２０２試薬保冷部
２０３冷却ファン
２０４ヒータ
２０５ランプ
２０６モータ
２０７、３０３制御スイッチ
２０８、３０２主電源
２０９トランス
３０４電力センサ
３０５電力値
３０６熱放出
３０７温度センサ
３０８温度測定値
３０９ＣＰＵ
３１０テストパターン
４０２温度センサ１
４０３温度センサ２
４０４温度推移１
４０５温度推移２
４０６光度計
４０７光度計測定値推移
４０８制御系
４０９目標値
４１０現在値
４１１制御パラメータ
４１２重み付け度
５０１温度と時間のグラフ
５０２電源ＯＮ
５０３通常の温度推移
５０４装置安定点
５０５通常スリープ有り温度推移
５０６急速起動温度推移
５０７急速スリープ有り温度推移
５０８消費電力と時間のグラフ
５０９通常電力推移
５１０急速起動電力推移
５１１省エネ電力推移
６０１各起動モードにおける制御の時間推移
６１１消費電力
６１２反応槽温度
６１３装置内温度
６１４ヒータ出力
６１５モータ出力
６１６ランプ出力
６１７冷却ファン出力
６２１通常起動モード
６２２急速起動モード
６２３低始動電力モード
６２４予熱起動モード
６３１装置起動
６３２予熱起動モードスタンバイ
６３３急速起動モードスタンバイ
６３４通常起動モードスタンバイ
６３５低始動電力モードスタンバイ

Claims

試料と試薬を反応させる反応容器と、該反応容器中の反応を測定する測定部と、を備えた自動分析装置において、
自動分析装置を構成する構成要素のうち、装置内の温度を上昇させる加熱源となる構成要素、装置内の温度を下降させる冷熱源となる構成要素について、それらのうちの少なくとも２つ以上に構成要素毎に電源のＯＮ／ＯＦＦを実行する電源スイッチと、
装置起動後の装置内温度の上昇スピードに対応した複数の起動モードを選択する選択手段を備え、
該選択手段で選択した起動モードに応じて、前記構成要素毎に設けられた電源スイッチのＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する制御機構を備え、
前記起動モードは、通常起動モードと急速起動モードからなり、前記急速起動モードは、前記加熱源となる構成要素の出力を前記通常起動モードよりも大きくすることで、装置内の温度を急速に上昇させ、前記通常起動モードよりも短時間で分析可能な状態に遷移させるモードであ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において、
装置内温度を測定する温度計を備え、該温度計の測定値に基づいて、前記制御機構の制御を可変とする機能を備えた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において、
前記構成要素毎に電源のＯＮ／ＯＦＦをした場合の、装置内温度の変化パターンを記憶する記憶機構を備え、前記選択手段で選択した起動モードに適した装置内温度の変化パターンを、該記憶機構に記憶された装置内温度の変化パターンから選択し、該変化パターンを具現化するように前記構成要素毎の電源のＯＮ／ＯＦＦを前記制御機構が制御す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において、
前記選択手段で選択した起動モードに対応して、装置起動時以外でも前記構成要素のなかのいずれかを電源ＯＮの状態に維持するように制御する制御機構を備えた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において、
前記加熱源となる構成要素は、反応容器中の反応液の温度を予め設定した温度にするために設けられたヒータと、試料又は試薬を所定量分注するため、又は、所定の位置に移動させるために分注機構を動作させるモータであることを特徴とする自動分析装置。
請求項１又は５記載の自動分析装置において、
前記起動モードは、さらに低始動電力モードを含み、前記低始動電力モードは、前記加熱源となる構成要素の出力負荷のピークを前記通常起動モードよりも時間的にずらすことで、前記通常起動モードよりも消費電力を抑えるモードであることを特徴とする自動分析装置。
請求項６記載の自動分析装置において、
前記加熱源となる構成要素は、反応容器中の反応液の温度を予め設定した温度にするために設けられたヒータと、試料又は試薬を所定量分注するため、又は、所定の位置に移動させるために分注機構を動作させるモータであることを特徴とする自動分析装置。