JP5730218B2

JP5730218B2 - 分析装置

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Publication number: JP5730218B2
Application number: JP2011551910A
Authority: JP
Inventors: 利幸稲邊; 牧野　彰久; 彰久牧野; 足立　作一郎; 作一郎足立
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2031-01-27
Also published as: EP2530454A4; US20120288409A1; JPWO2011093402A1; CN102741680A; CN102741680B; WO2011093402A1; EP2530454A1

Description

本発明は、測定対象に光を照射して、測定対象にて散乱する光を測定する分析装置に関わる。

測定対象に光を照射してその散乱光を測定する装置として、例えば免疫反応測定検査における抗原抗体試料からの散乱光測定に関する技術が特許文献１に開示されている。上記免疫反応測定検査においては、測定対象に光を照射して散乱光を求めることにより、免疫反応などの時間や測定感度を分析する。

特開昭６０−４０９３７号公報

散乱光を用いた分析装置にて、気泡などの異物が測定対象に混入した場合、あるいは反応容器内に付着した場合に、ノイズとして検出されて測定結果に影響を与える。このノイズの影響を低減するため、検出器からの出力を一定時間積分することによりＳ／Ｎ比特性を改善する方法があるが、積分時間は測定対象の時間的変化により制約があるだけでなく、反応容器内に気泡などの異物が付着した場合はＳ／Ｎ比特性の改善効果を望めない。

また、複数の検出器を用いて散乱光を検出して、その出力を平均化或いは差分を求めることによりＳ／Ｎ比を改善する方法も考えられるが、気泡などの異物の挙動は不規則であるため、Ｓ／Ｎ比特性を悪化する可能性がある。

本発明の目的は、散乱光を用いる分析装置にて気泡などの異物が測定対象に混入した場合、あるいは反応容器内に付着した場合に、その影響を低減すると共にＳ／Ｎ比特性を改善することにある。

本発明は、光の照射より測定対象から散乱する散乱光を検出器で測定する分析装置にあって、測定対象に照射した光の光軸に垂直な平面上かつ光軸を中心とする円周上に少なくとも２つの検出器を配置することを特徴とする。

更に具体的には、本発明は、測定対象体を格納する反応容器と反応容器に光を照射する光源部と、測定対象体にて散乱する光の散乱強度を測定する検出器と、検出器の出力を測定する検出回路部と、検出回路部からの出力を処理する演算部と、検出回路部からの出力を保存する記録部を有する分析装置にあって、光源部から反応容器に照射する光軸に垂直な平面上かつ光軸を中心とする円周上に２つ以上の検出器を配置することを特徴とする。

このような分析装置において、円周上に配置した全ての検出器からの出力はそれぞれの検出器に対応した検出回路部にて増幅する。増幅した検出信号は演算部に入力してその変化を測定および解析するとともに、一定間隔毎に記録部に保存する。

演算部にて検出器からの出力変化が急激に変化したことを検知した場合、該当する検出器からの出力は無効として測定結果から除外する。その後、測定終了後、記録部に保存した測定結果のうち、除外した検出器以外の出力を平均化処理して測定結果を算出する。

本発明によれば、散乱光を用いる分析装置にて、測定対象に気泡などの異物が混入した場合、あるいは反応容器内に付着した場合に、その影響を低減すると共にＳ／Ｎ特性を改善することができる。

本発明の実施例１に関わるもので、分析装置の一部の概略図である。本発明の実施例１に関わるもので、図１の検出回路からの出力信号例の概略図である。本発明の実施例１との対比に挙げた実施例に関わるもので、複数の検出器を異なる角度に配置した分析装置の一部の概略図である。本発明の実施例１との対比に挙げた実施例に関わるもので、図３の検出回路からの出力信号例の概略図である。本発明の実施例１に関わるもので、分析装置の動作フローチャートである。本発明の実施例２に関わるもので、検出回路部の概略図である。本発明の実施例２に関わるもので、補正係数の算出例のフローチャートである。本発明の実施例１にかかわるもので、２ヶ所の２０°散乱光を同時測定したときに光量データの挙動が異なる場合の一例を示す実測データである。

本発明の実施形態について、実施例１、２を挙げて以下に説明する。

実施例１を、図１から図５を参照して説明する。

図１は本発明の実施例１の分析装置の一部の概略図、図２は図１の検出回路からの出力信号例の概略図、図３は複数の検出器を異なる角度に配置した分析装置の一部の概略図、図４は図３の検出回路からの出力信号例の概略図、および図５は実施例１の分析装置の動作フローチャートである。

図１において、分析装置は光源１より測定対象に光を照射する。測定対象は、測定対象体３が入る反応容器２である。測定対象は、血液検体、尿検体、その他の各種検体などの測定対象体、測定対象体が入った反応容器等の少なくとも一つを含む。

測定対象にて散乱した光の強度は、光軸４に垂直な平面上かつ光軸４を中心とする円周上に配置した２個以上の検出器５にて測定する。光軸４が測定対象に入射する角度は、測定対象の入射面に対し垂直であるのが望ましい。この実施例では、光軸４を中心とする円周上に配置された４つの検出器５は等間隔に置かれ、４つの検出器５は光軸４に対して同じ傾き角度θ（例えば、２０°）でセットされる。傾き角度は０°から３０°で選択する。検出器５と光源１は測定対象を隔てて配置される。

光源１はＬＥＤやハロゲンランプ等、自然光に類するものが望ましい。例えば、光源１は単一波長のＬＥＤを使用する。血液検体に含まれるヘモグロビンやビリルビンの影響を避けるためには単一光源の波長は６００〜１０００ｎｍが望ましい。検出器５はフォトダイオードを使用する。光源１と検出器５は測定対象との間隔が３０ｍｍ程度にセットされる。

検出回路部６では、対応する検出器５からの出力を電圧に変換して増幅する。演算部７では各検出回路６からの出力をデジタル値に変換して記録部８に保存する。上位制御部９では保存したデータを元に最終的な測定結果を出力して表示部１０に表示して、オペレータに結果を知らせる。

この分析装置の測定例を、図５を参照して説明する。

反応容器２に測定対象体３を注入後、測定を開始する。まず、測定対象体３による散乱光の強度を、光軸４を中心として円周上に配置した４個の検出器５にて測定する（Ｓ１１）。各検出器からの出力は各検出回路６にて増幅して、演算部７において一定間隔毎にデジタル値に変換する。デジタル値となった測定結果は記録部８に保存する（Ｓ１２）。保存データが一定数、例えば５個以上になったとき（Ｓ１３）、各データの偏差から測定結果に気泡などの異物によるノイズがないか判定する（Ｓ１４）。

以下に判定方法例を記載する。

まず、保存データに対して古い順に番号を振り分け、新しい順から５個のデータに対して１つ前のデータとの偏差とその平均値を算出する。この平均値により気泡などの異物によるノイズの有無を判定する。

例えば、凝集反応の場合、気泡などの異物の影響がなければ、図２の検出器からの出力１１〜１３のように、散乱光の強度は一様に変化して、偏差の平均値は０以上になり、正常と判定する。一方、気泡などの異物が反応容器２あるいは測定対象体３に混入すると、図２の検出器からの信号１４のようにノイズ１５が発生する。図８に、実際の測定で得られた２ヶ所の２０°散乱光の検出器からのデータを示す。No.１検出器からのデータは正常であるのに対して、No.２検出器からのデータには異常な挙動が見られる。

このとき、ノイズ周辺の上記偏差の平均値は０未満となり、異常と判定する。このとき処理するデータ数を少なくする、或いは判定基準を０に近づけると、より高周波なノイズあるいは振幅が小さいノイズの影響を除外できる。しかし、一方では気泡などの異物以外のノイズも除外されるため、処理するデータ数および判定基準は測定対象により変更できるものとする。

気泡などの異物によるノイズがあると判定した場合は、上位制御部９に異常と判定した検出回路部の出力を報告する（Ｓ１５）。以上の処理を測定終了まで繰り返す。

ステップ１６の判定がYESとなり測定が終了すると、上位制御部９は記録部８に記録した検出器の出力１１〜１４のデータを読み出す（Ｓ１７）。このとき、上記にて気泡などの異物によるノイズがあると判定した出力、例えば図２の検出器の出力１４は無効として（Ｓ１９）、残りの出力１１〜１３を平均化し（Ｓ２０）、その結果を表示部１０に表示して（Ｓ２１）、測定結果をオペレータに報告する。

また、上記にて出力１１〜１４までの全てにおいて気泡などの異物によるノイズがあると判定した場合（Ｓ１８の判定がYES）には、全ての出力を平均化し（Ｓ２２）、その結果を表示部１０に表示するとともに注意表示によりオペレータに異常を知らせる（Ｓ２３）。

上記のような測定方法により、気泡などの異物の影響を低減できる。また、複数の検知器からの出力を平均化することにより、非周期性のノイズを低減してＳ／Ｎ特性を改善できる。

これに対して、図３のように複数の検出器１６を測定対象に照射する光軸に対して異なった角度θ₁，θ₂，θ₃に配置した場合は、気泡などの異物の影響を受けたデータを無効化することにより、その影響を低減することはできる。

しかし、図３のように光軸に対して異なった角度に検出器を設置した場合、各検出器からの出力は図４のように時間経過による出力信号の変化が異なる。このため、例えば検出器からの出力１８と１９を平均化した場合と、検出器からの出力１９と２０を平均化した場合のそれぞれの結果は同一とはならない。つまり、図３のように異なる角度に検出器を配置した場合は、ノイズの影響を受け無効とする検出器により異なる測定結果となるため、測定結果の平均化はできず、Ｓ／Ｎ比特性改善ができない。

したがって、複数の検出器を、光軸４を中心とする円周上に配置し、光軸に対する検出器の傾きを全部同じにすることがＳ／Ｎ比特性改善に有効である。

また、本発明の実施例２を図６および図７を参照して説明する。

図６は本発明の実施例２に関わる検出回路部の概略図、図７は補正係数の算出例のフローチャートである。

図６にて検出器２１としてフォトダイオードを用いた場合、その暗電流、および検出回路部２５のオペアンプ２２のバイアス電流、オフセット電圧により検出回路部２５は散乱光の強度に依存しない固有のオフセット誤差を生じる。

さらに、検出回路部２５の回路素子２４にも許容差があるため、散乱光の強度に依存する検出回路の増幅率の誤差も生じる。そのため、実施例１のように気泡などの出の影響を低減するため、ノイズがあると判定した検出回路部を無効として残りの検出回路の出力を平均した場合、その絶対値は無効とする検出器の配置や数量により誤差が生じるため、再現性低下の原因となる。

そこで、測定を開始する前に、図７のフローチャートのように各検出器および検出回路部の補正係数を算出する。その補正係数を用いて測定結果に対して演算することにより検出器および検出回路部毎の誤差を低減して再現性を向上する。

以下に図７を参照して補正係数の算出方法例を記載する。

まず、光源１１の発光を停止して（Ｓ３１）、フォトダイオード２１の暗電流、オペアンプ２２のバイアス電流およびオフセット電圧による検出器の出力（ａ）を測定し（Ｓ３２）、各検出器の補正係数として保存する（Ｓ３３）。補正係数（ａ）はフォトダイオードの暗電流およびオペアンプ２２のバイアス電流およびオフセット電圧による上記オフセット誤差の補正に用いる。あるいは補正係数に応じて検出回路部２５の基準電圧発生回路２３の電圧を可変して、上記オフセット誤差を補正する。

さらに補正係数（ａ）を決定後、光源を点灯し（Ｓ３４）、反応容器に水などの出力調整用の液体を注入して（Ｓ３５）、各検出器の出力（ｂ）を測定する（Ｓ３６）。また、演算部２５にて、各検出回路の出力（ｂ）と上記補正係数（ａ）の差の平均値（ｃ）を算出する（Ｓ３７）。さらに、演算部２５にて、各検出器の出力（ｂ）と補正係数（ａ）の差と上記平均値（ｃ）の比率により、検出器毎に補正係数（ｄ）を算出する（Ｓ３８）。補正係数（ｄ）は、検出回路部２５の回路素子２４による上記増幅率の誤差の補正に用いる。

演算部２６では上記補正係数（ａ）と（ｄ）を用いて、以後の測定結果に対して補正係数（ａ）との差を算出して、その結果を補正係数（ｄ）にて除算する処理を追加する（Ｓ３９）。また、オフセット補正を基準電圧発生回路２３の電圧を可変して実施する場合は、上記演算部処理にて、測定結果に対して補正係数（ａ）との差を算出する処理を行わない。その後、反応容器を洗浄し（Ｓ４０）、測定を開始する。

以上のように補正係数により測定結果に対して演算することにより、気泡などの異物による影響を低減、およびＳ／Ｎ比特性を改善するとともに、検出器および検出回路部毎の固有誤差を低減して測定結果の再現性を向上することができる。

他の実施例について図を引用せずに説明する。

１つの検出器と複数（４つ）の光源は測定対象を間に介して配置される。複数（４つ）の光源は測定対象と検出器を通る線を中心とする円周上に配置される。複数（４つ）の光源は等間隔に配置する。測定対象は、光源に向き合う光源面と検出器に向き合う検出面が平行になっている。

測定対象と検出器を通る線は、測定対象の光源面および検出面に垂直に交差する。このため、測定対象と検出器を通る線を中心とする円周上に配置される複数（４つ）の光源は、前記通る線に対して同じ傾き角度で配置される。傾き角度は２０°程度にする。１つの検出器の受光面は前記通る線に対し垂直に向く。したがって、検出器は光源の光で測定対象から生じる散乱光を測定できる。光源はＬＥＤ、検出器はフォトダイオードを使用する。

複数（４つ）の光源を順番に点滅させる。点滅を回転移動するように順番に繰り返すことにより、１つの検出器で前述した図２に示す散乱光の強度を測定できる。

すなわち、図２に示すような散乱光の強度変化は、血液凝固の場合で、変化開始から変化終了までの時間が６０秒位である。この時間、変化開始の前、および変化終了の後を含む経過中に点滅を高速で繰り返し、点滅に同期する検出器の検知出力を個々の光源毎に時系列的にまとめることにより、図２に示す散乱光の強度測定に近似する測定可能になる。

この分析測定の方式は、検出器が一つ、検出回路も一つであるので、構成を簡素化できる。

１光源
２反応容器
３測定対象体
４光源から測定対象へ照射する光軸
５光軸を中心とした円周上に配置した検出器
６検出回路部１
７演算部１
８記録部
９上位制御部
１０表示部
１１図１の検出器ＤＥＴ１からの出力例
１２図１の検出器ＤＥＴ２からの出力例
１３図１の検出器ＤＥＴ３からの出力例
１４図１の検出器ＤＥＴ４からの出力例
１５気泡などの異物に起因するノイズ
１６光軸に対して異なる角度に配置した検出器
１７検出回路部２
１８図２の検出器ＤＥＴ１からの出力例
１９図２の検出器ＤＥＴ２からの出力例
２０図２の検出器ＤＥＴ３からの出力例
２１検出器（フォトダイオード）
２２オペアンプ
２３基準電圧発生回路
２４回路素子
２５検出回路部３
２６演算部３

Claims

血液検体を格納する反応容器と、
前記反応容器に光を照射する光源部と、
前記血液検体にて散乱する光の散乱強度を測定する検出器と、
前記検出器の出力を測定する検出回路部と、
前記検出回路部からの出力を処理する演算部と、
前記検出回路部からの出力を保存する記録部を有する分析装置にあって、
前記検出器は、前記光源部から前記反応容器に照射する光軸に垂直な平面上かつ光軸を中心とする円周上であって、前記反応容器を挟んで前記光源部に対向するように２つ以上配置され、
前記演算部は、前記２つ以上の検出器のそれぞれに対して当該検出器の出力に基づく一定間隔毎の複数のデータ間において新しい順から１つ前のデータとの偏差とその平均値を算出し、前記平均値に基づいて各検出器の出力が異常かどうかを判定し、
当該判定の結果、出力が異常と判定された検出器の出力を除外し、前記除外がされない残りの検出器の出力を演算処理して平均化することを特徴とする分析装置。
請求項１記載の分析装置にあって、
前記円周上に配置された前記検出器から測定に用いる検出器を選択することを特徴とする分析装置。
請求項１記載の分析装置にあって、
前記円周上に配置された前記検出器の出力を前記検出回路部または前記演算部にて補正することを特徴とする分析装置。