JP5556144B2 - 血球細胞分析装置、血球細胞分析方法及び血球細胞分析システム - Google Patents
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Description
本発明においては、血球細胞を含む懸濁液の複素誘電率スペクトルを測定し、その値から求めた誘電変数や電気的物性値から血球細胞の状態変化を検出しているため、従来の方法に比べて、手間や時間がかからない。このため、薬剤の効果や副作用を、容易にかつ短時間で評価することが可能となる。
この血球分析装置では、誘電変数として誘電緩和強度及び/又は誘電緩和周波数を算出してもよく、また、電気的物性値として、膜キャパシタンス及び/又は細胞質導電率を算出してもよい。
更に、この装置には、採取血液から測定用の懸濁液を調整する前処理部を設けてもよい。
更にまた、検出結果を表示する表示部を設け、誘電変数、電気的物性値及び血球細胞の状態変化の程度のうち1又は2以上の値が、予め設定された健常域から外れているときに、前記表示部に警告を表示することもできる。
更にまた、測定部に、懸濁液が通流する流路の一部に血球細胞が個別に通過可能な狭窄部を形成した流路デバイスを設け、この狭窄部において一の血球細胞を含む懸濁液の複素誘電率スペクトルを測定することもできる。
本発明においては、血球細胞を含む懸濁液の複素誘電率スペクトルを測定し、その値から求めた誘電変数や電気的物性値から血球細胞の状態変化を検出しているため、薬剤の効果や副作用を、手間をかけずに短時間で評価することが可能である。
この分析方法では、懸濁液に、検出対象の血球細胞以外の血球細胞が含まれていてもよい。
また、検出対象の血球細胞は、例えば赤血球又は白血球である。
本発明においては、血球細胞を含む懸濁液の誘電変数や電気的物性値から血球細胞の状態変化を検出しているため、入院患者、通院患者にかかわらず、更に在宅患者であっても、薬剤の効果や副作用を、容易に評価することが可能となる。
この分析システムでは、測定装置と検出装置と記憶装置とが通信ネットワークを介して接続されていてもよい。
1.第1の実施の形態
(血球細胞分析装置により複数の血球細胞を含む懸濁液全体を評価する例)
2.第2の実施の形態
(血球細胞分析装置により個々の血球細胞を評価する例)
3.第3の実施の形態
(誘電分光法により血球細胞の状態を分析する血球細胞分析システムの例)
[血球細胞分析装置の全体構成]
本発明の第1の実施形態に係る血球細胞分析装置は、誘電分光法により、懸濁液に含まれる血球細胞の状態変化を検出し、創薬プロセスや臨床現場において、薬剤の効果や副作用について評価する際に使用されるものである。図1は本実施形態の血球細胞分析装置の構成を示すブロック図である。
本実施形態の血球細胞分析装置1では、少なくとも検出対象の血球細胞を含有する懸濁液2を使用して測定を行う。ここで、検出対象とする血球細胞は、薬剤投与に伴い、その薬効や副作用によって状態が変化するものであればよく、例えば赤血球、白血球及び血小板などが挙げられる。
図2は図1に示す測定部3の構成を模式的に示す図である。図2に示すように、測定部3は、一対の平行平板電極32a,32bを備えた測定用セル31を備えており、検出対象の血球細胞20を含む懸濁液2は、測定用セル31内に充填される。また、測定用セル31の電極32a,32bは、それぞれ伝送線33を介して測定器34に接続されており、この測定器34により懸濁液2の複素誘電率スペクトルが測定される。
測定用セル31は、懸濁液2の複素誘電率スペクトル測定に影響しないものであればよく、例えばアクリル系樹脂やポリエーテルサルフォン樹脂などにより形成することができる。また、電極32a,32bの大きさ及び間隔も特に限定されるものではなく、測定周波数や印加電圧などに応じて適宜設定することができる。更に、測定用セル31やその周辺部には、測定用セル31に懸濁液2を導入するための機構、測定後の懸濁液2を排出するための機構、測定の前後に測定用セル31内を溶媒などで洗浄するための機構など、測定に付随する作業に関する種々の機構を設けることもできる。
測定器34は、測定対象の周波数範囲において、複素誘電率測定を実施できるものであればよく、例えばインピーダンスアナライザー、ネットワークアナライザー及び時間領域反射オシロスコープなどを使用することができる。
検出部4では、電子計算機などにより、測定部3で測定された複素誘電率スペクトルに基づいて、懸濁液2の誘電変数及び/又は電気的物性値を算出し、その値から薬剤投与に伴う血球細胞20の状態変化を検出する。具体的には、先ず、複素誘電率スペクトルから、誘電変数である誘電緩和強度や誘電緩和周波数などを、また、電気的物性値である膜キャパシタンスや細胞質導電率などを算出する。
前述した測定部3で測定する懸濁液2は、検体毎に作業者が調整してもよいが、血球細胞分析装置1に、患者などから採取した血液検体に対して、必要に応じて、分離、抽出及び希釈などの前処理を自動で行う前処理部5を設けてもよい。その場合、調整された懸濁液2を、測定部3の測定セル31内に自動で注入する機構を設けることにより、人手を介さずに、全ての作業を行うことができるため、分析時間を短縮できると共に、作業効率を向上させることができる。
記憶部6は、基準となる誘電変数及び/又は電気的物性値などが記憶されたデータベースであり、例えば、健常者で測定した値や同じ患者について過去に測定した値、或いはシミュレーションなどにより求めた値が記憶されている。そして、検出部4において、これらの値と測定部3で測定された値とを比較することにより、血球細胞20の状態変化の有無や程度を、容易に検出することができる。
解析部7は、誘電変数、電気的物性値及び血球細胞の状態変化の程度のうち1又は2以上の値に基づいて、適正な薬剤投与量を算出するものである。そして、その算出結果は、検出部4における検出結果と共に、表示部8に表示される。これにより、臨床現場における服薬用量管理を効率化することができる。
表示部8は、検出部4や解析部7と接続されている。そして、この表示部8には、例えば、検出部4で算出した誘電変数や電気的物性値、検出部4で検出した血球細胞の状態、検出部4での検出結果が設定範囲から外れていたときの警告、解析部7で算出した適正な薬剤投与量などが表示される。
次に、前述の如く構成された血球細胞分析装置1の動作、即ち、血球細胞分析装置1を使用して血球細胞に対する薬剤の影響を評価する方法について説明する。図3は本実施形態の血球細胞分析装置1の動作例を示すフローチャート図である。
図3に示すように、本実施形態の血球細胞分析装置1では、先ず、前処理部5において、血液検体に、分離、抽出、希釈などの処理を施し、測定に使用する懸濁液2を調整する。その際用いる血液の採取方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法を適用することができる。また、必要に応じて、調整された懸濁液2に、適切な濃度で薬剤を添加してもよい。
次に、測定部3において、複数の血球細胞20を含む懸濁液2全体の複素誘電率を、印加する交流電圧の周波数の関数として測定する。具体的には、所定間隔を空けて対向配置された平行平板電極31a,32bを備える測定用セル31に、懸濁液2を充填する。そして、伝送線33を介して電極31a,32bと電気的導通が確保された精密インピーダンス測定器(測定器34)により、予め設定した周波数範囲にわたり、複素インピーダンス測定を行う。
次に、検出部4において、複素誘電率スペクトルから検出用データFn(t)を算出する。なお、ここでいう検出用データにおける「Fn」は誘電変数又は電気的物性値を示し、「t」は測定時刻である。
懸濁液2のように、細胞を含む溶液の複素誘電率の周波数依存性(周波数分散)、即ち、複素誘電率スペクトルは、おおよそ1MHz〜数十MHzの領域に、含有する細胞の性状に応じて特徴的な変化、即ち、誘電緩和を示すことが知られている。このような細胞溶液の複素誘電率スペクトルは、下記数式(1)に示す緩和関数の和として表すことができる。
細胞溶液の複素誘電率スペクトルは、細胞を取り巻く溶媒の誘電率や導電率にも依存し、純粋に細胞を構成する相の電気的物性値のみを反映したものではない。しかしながら、公知の解析手法を利用することにより、この複素誘電率スペクトルから細胞を構成する相(例えば、細胞膜、細胞質、核膜、核質など)の電気的物性値、即ち、誘電率及び導電率を得ることができる。
次に、検出部4において、算出した検出用データFn(t)と、例えば記憶部6に記憶された健常者のデータとを照合し、血球細胞の状態変化を検出する。具体的には、検出用データFn(t)が、予め設定された健常域の範囲内であるか、否かを判定する。その際、検出用データFn(t)としては、誘電変数及び電気的物性値のうち1又は2以上の値を使用することができる。
ステップS4における照合の結果、検出用データFn(t)の値が、健常域の範囲内である場合は、表示部8に問題ない旨表示する(ステップS5)。一方、検出用データFn(t)の値が、健常域の範囲から外れていた場合は、表示部8に警告を表示する(ステップS6)。
なお、図3に示す動作例では、検出部4で算出した検出用データFn(t)そのものを基に、血球細胞の状態変化を検出しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、血球細胞の状態変化の度合いに基づき検出することもできる。図4及び図5は本実施形態の血球細胞分析装置1における他の動作例を示すフローチャート図である。
更に、本実施形態の血球細胞分析装置1では、解析部8において適正な薬剤投与量を算出し、その結果を表示部8に表示することもできる。具体的には、前述した検出用データFn(t)、増減幅Gn(t)又は時間変化の大きさF´n(t)の値や、記憶部6に記憶された基準値などに基づき、血球細胞が適正状態になる薬剤投与量を算出する。
[血球細胞分析装置の全体構成]
図6(a)は本発明の第1の実施形態の血球細胞分析装置における複素誘電率スペクトル測定時の懸濁液の状態を示す概念図であり、図6(b)は第2の実施形態の血球細胞分析装置における複素誘電率スペクトル測定時の懸濁液の状態を示す概念図である。図6(a)に示すように、第1の実施形態の血球細胞分析装置では、溶媒22中に複数の血球細胞20,21が分散されている懸濁液2について評価しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、血球細胞20を個別に評価することもできる。
図7は本実施形態の血球細胞分析装置で使用する流路デバイスの構成例を示す断面図である。図7に示すように、本実施形態の血球細胞分析装置で使用する流路デバイス40は、例えば、厚さ方向の通流位置が相互に異なる2本の流路47a,47bを、狭窄部42aを介して連通する構成とすることができる。
[血球細胞分析システムの構成]
本発明の第3の実施形態に係る血球細胞分析システムは、誘電分光法により、懸濁液に含まれる血球細胞の状態変化を検出するものであり、薬剤の効果や副作用を評価する際に使用される。具体的には、本実施形態の血球細胞分析システムは、少なくとも、懸濁液の複素誘電率スペクトルを測定する測定装置と、測定結果から血球細胞の状態変化を検出する検出装置とを備えている。
血液は、真空採血管(EDTA 2k入り)を用いて、約2ml採取した。そして、採血管を静かに2回転倒混和した後、ヘマトクリット遠心機専用のガラスキャピラリー3本に全血を充填して、ヘマトクリット遠心機にセットし、回転数を7000rpmとして、3分間遠心した。遠心後直ちに、装置に備わる目盛りを用いて、血漿と分離された赤血球成分の割合、即ちヘマトクリット値(Hct)を読み取った。
図8は横軸に薬剤投与開始後の経過日数をとり、縦軸に誘電緩和強度Δεと誘電緩和周波数fをとって、免疫抑制剤服用患者から採取した赤血球の誘電変数の変化を示すグラフ図である。また、図9は横軸に単位面積あたりの膜キャパシタンスCMをとり、縦軸に細胞質の導電率σCをとって、健常者及び免疫抑制剤服用患者の赤血球構成相の電気的物性値を示した図である。
2 懸濁液
3 測定部
4 検出部
5 前処理部
6 記憶部
7 解析部
8 表示部
20、21 血球細胞
22 溶媒
31 測定用セル
32a、32b 電極
33 伝送線
34 測定器
40 流路デバイス
41、43 カバー層
42 中間層
42a 狭窄部
44、45 接着層
46a、46b 電極
47a、47b 流路
Claims (12)
- 1又は複数の血球細胞を含む懸濁液の複素誘電率スペクトルを測定する測定部と、
該測定部で測定された複素誘電率スペクトルに基づいて、前記懸濁液の誘電変数及び/又は電気的物性値を算出し、その値から薬剤投与に伴う血球細胞の状態変化の有無及び程度を検出する検出部と、
基準となる誘電変数及び/又は電気的物性値が記憶された記憶部と、
前記誘電変数、前記電気的物性値及び前記血球細胞の状態変化の程度のうち1又は2以上の値に基づいて、適正な薬剤投与量を算出する解析部と、
を有し、
前記検出部では、測定値と前記記憶部に記憶された規準値とを比較して、前記血球細胞が予め設定された健常域の範囲内であるか否かを判定する血球細胞分析装置。 - 前記記憶部に記憶された規準となる値は、健常者で測定した値、同一患者について過去に測定した値又は計算により算出した値である請求項1に記載の血球細胞分析装置。
- 更に、検出結果を表示する表示部を有し、
誘電変数、電気的物性値及び血球細胞の状態変化の程度のうち1又は2以上の値が、予め設定された健常域から外れているときは、前記表示部に警告が表示される請求項1又は2に記載の血球細胞分析装置。 - 前記誘電変数は誘電緩和強度及び/又は誘電緩和周波数であり、前記電気的物性値は膜キャパシタンス及び/又は細胞質導電率である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の血球細胞分析装置。
- 採取血液から測定用の懸濁液を調整する前処理部を有する請求項1乃至4のいずれか1項に記載の血球細胞分析装置。
- 前記測定部は、前記懸濁液が通流する流路の一部に血球細胞が個別に通過可能な狭窄部が設けられた流路デバイスを備えており、
前記狭窄部において一の血球細胞を含む懸濁液の複素誘電率スペクトルを測定する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の血球細胞分析装置。 - 1又は複数の血球細胞を含む懸濁液の複素誘電率スペクトルを測定する工程と、
測定された複素誘電率スペクトルに基づいて、前記懸濁液の誘電変数及び/又は電気的物性値を算出し、その値から薬剤投与に伴う血球細胞の状態変化の有無及び程度を検出する工程と、
を有し、
前記検出する工程では、測定値と規準値とを比較して、前記血球細胞が予め設定された健常域の範囲内であるか否かを判定し、
前記血球細胞が予め設定された健常域の範囲外であった場合には、前記誘電変数、前記電気的物性値及び前記血球細胞の状態変化の程度のうち1又は2以上の値に基づいて、適正な薬剤投与量を算出する解析工程を行う血球細胞分析方法。 - 前記懸濁液に検出対象の血球細胞以外の血球細胞が含まれている請求項7に記載の血球細胞分析方法。
- 検出対象の血球細胞が赤血球である請求項7又は8に記載の血球細胞分析方法。
- 検出対象の血球細胞が白血球である請求項7又は8に記載の血球細胞分析方法。
- 1又は複数の血球細胞を含む懸濁液の複素誘電率スペクトルを測定する測定装置と、
該測定装置で測定された複素誘電率スペクトルに基づいて、前記懸濁液の誘電変数及び/又は電気的物性値を算出し、その値から薬剤投与に伴う血球細胞の状態変化を検出する検出装置と、
基準となる誘電変数及び/又は電気的物性値が記憶された記憶装置と、
前記誘電変数、前記電気的物性値及び前記血球細胞の状態変化の程度のうち1又は2以上の値に基づいて、適正な薬剤投与量を算出する解析装置と、
を有し、
前記検出装置では、測定値と前記記憶装置に記憶された規準値とを比較して、前記血球細胞が予め設定された健常域の範囲内であるか否かの判定を行う血球細胞分析システム。 - 前記測定装置と前記検出装置と前記記憶装置とが通信ネットワークを介して接続されている請求項11に記載の血球細胞分析システム。
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