JP6433859B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は生体試料中の成分を測定する自動分析装置に関する。

自動分析装置においては、生体試料と試薬とを反応させるために、試料容器や試薬容器に収容された、試料や試薬を分注プローブで吸引し、反応容器に吐出する。

分注プローブにより試料又は試薬を吸引する際には、分注プローブの先端部を試料又は試薬に浸漬する必要があるが、分注プローブの浸漬量が大きいと、分注プローブへの液体付着量が増加し、クロスコンタミネーションが発生して分析精度の低下を招く可能性がある。

このため、吸引対象液の液面を、静電容量等の変化により検知し、分注プローブの浸漬量を調整する技術が知られている。

ところで、吸引対象液の液面上部に膜や泡が存在していると、静電容量等の物理量も変化するため、正確な液面の位置を検知することができず、分注プローブの吸引対象液への浸漬量を正確に調整することができない。

そこで、特許文献１には、「試料または試薬の液面に存在する泡の検出および消泡を行うことができ、分析装置の信頼性向上や、ユーザによる泡の確認作業の手間を軽減することができる自動分析装置を提供する」ことを目的として、「試料格納容器と、試料格納容器内の試料を撮像する撮像部と、撮像部で撮像された画像に基づいて、試料の表面に発生した泡、または試料格納容器内に発生した液膜を検出する画像解析部と、試料格納容器内に超音波を照射する超音波発生源およびホーンと、画像解析部で検出された検出結果に基づいて、超音波発生源およびホーンから、試料格納容器内に超音波を照射させ、試料格納容器内の泡または液膜を消滅させる装置制御部と、を備えた」自動分析装置が開示されている。

さらに、特許文献１には、外乱光により、液面の泡又は液膜を撮像部が正確に検知することが妨害されることを抑制するために、撮像部、照明部、複数の試料容器が配置される試料格納容器架設手段および超音波発生源の全体を囲う遮光手段が記載されている。

特開２０１４−１４５６２１号公報

上述したように、自動分析装置では、試料表面の泡や膜などの状態が液面高さの誤検知を引き起こし分析性能の低下につながる。この問題を防止するために、試料を分注する直前の液面状態を把握することが求められている。

このため、試料分注機構と液面検知機構とは構造上近くに、できれば同一の箇所であることが望ましく、試料と撮像部との間に分注機構がアクセス可能な構造が求められる。

しかし、撮像部周辺に分注機構などが存在することにより、これらの試料液面への写りこみが増大し、液面状態判定のアルゴリズムのノイズ源となるという課題がある。

特許文献１に記載の遮光手段は、撮像部、照明部、複数の試料容器が配置される試料格納容器架設手段および超音波発生源の全体を囲う構造となっており、撮像部に付属する照明から出る光が周辺構造や遮蔽壁内部の構造に反射し試料液面上に写りこむことを想定していない。このため、液面の状態を正しく検出できない可能性がある。

本発明の目的は、試料又は試薬を分注する直前の液面状態を把握し、かつ、撮像部に付属する照明から出る光の影響を抑制して、正確に液面を検知でき、正確な量の試料又は試薬を分注可能な自動分析装置を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成される。

自動分析装置において、検体試料容器を搬送する検体容器搬送機構と、試薬容器が配置される試薬架設部と、検体試料と試薬が分注される反応容器が配置される反応部と、反応部に配置された反応容器内の検体試料の反応を検出する反応検出部と、上記試薬架設部に配置された上記試薬容器から試薬を吸引し、上記反応部に配置された反応容器に吐出する試薬分注機構と、上記検体容器搬送機構により、検体試料分注位置に搬送された検体試料容器から検体試料を吸引し、上記反応部に配置された反応容器に吐出する検体試料分注機構と、検体泡検知機構とを備える。

検体泡検知機構は、上記検体試料分注位置の上方に配置される撮像部及び照明部と、上記撮像部及び照明部と上記検体試料分注位置との間に配置され、上記照明部からの光を上記検体試料分注位置に照射させ、外部光から遮蔽する遮蔽構造体であり、この遮蔽構造体の側面には、上記検体試料分注機構が、上記遮蔽構造体の内部に移動し、かつ上記内部から外部に移動可能な開口が形成された上記遮蔽構造体とを有し、上記撮像部により、上記検体試料分注位置に位置する検体試料容器内の液面を撮像する。

本発明によれば、試料又は試薬を分注する直前の液面状態を把握し、かつ、撮像部に付属する照明から出る光の影響を抑制して、正確に液面を検知でき、正確な量の試料又は試薬を分注可能な自動分析装置を実現することができる。

本発明の実施例が適用された自動分析装置の全体概略構成成図である。 本発明の実施例による検体泡検知機構の説明図である。 本発明の実施例による検体泡検知機構の遮蔽構造体の斜視図である。 本発明の実施例による検体泡検知機構の遮蔽構造体突起物の高さと突起物間の距離との説明図である。 本発明の実施例における検体試料の分注動作フローを示す図である。 本発明の実施例２における遮蔽構造の説明図である。

本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

（実施例１）
本発明の実施例１が適用された自動分析装置の全体概略構成について説明する。

図１は、上記自動分析装置の全体概略構成図である。図１において、自動分析装置１００は、血液や尿などの生体サンプル（検体試料）を収容する複数の試料容器１１７が収納された検体試料搬送ラック１１８と、試料搬送ラック１１８を搬送するラック搬送ライン（検体容器搬送機構）１２１と、試薬容器保管部であって検体試料の分析に用いる種々の試薬が収容された複数の試薬容器１１５が収納・保温される架設部１０１と、検体試料と試薬を反応するための複数の反応容器１０７が収納された反応ディスク（インキュベータディスク（反応部））１０２と、回転駆動や上下駆動により試料容器１１７から反応ディスク１０２に収容された反応容器１０７に検体試料を分注する試料分注機構１３０と、回転駆動や上下駆動により試薬容器１１５から反応ディスク１０２に収容された反応容器１０７に試薬を分注する試薬分注機構１０３と、反応液の分析を行う反応検出部１０４と、自動分析装置１００全体についての操作を行い表示するための操作表示部１とを備えている。

また、自動分析装置１００は、未使用である複数の反応容器１０７や分注チップ１０８が収納された反応容器収納部１１０、及び、その交換・補充用にスタンバイされた反応容器ホルダ１２１と、分注チップ１０８及び反応容器１０７を把持して搬送する搬送機構１１１とを備えている。

搬送機構１１１は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向（図示せず）に移動可能に設けられ、反応容器ホルダ２１１に収納された反応容器１０７を反応ディスク１０２に搬送したり、検体試料分注用ディスポーザブルチップ１０８をチップ装着場所１１９に搬送したりする。

反応ディスク１０２に配置された反応容器１０７内の反応液は、シッパ１０５により、反応検出部１０４に移動され、検体試料と試薬との反応が検出される。試薬分注機構１０３の試薬分注プローブは、試薬プローブ洗浄機構１１４にて洗浄される。

試薬架設部１０１上の試薬容器１１５に収容された試薬は、試薬攪拌機構１１２により攪拌され、試薬攪拌機構１１２の攪拌棒は、攪拌棒洗浄機構１１３により洗浄される。

なお、符号２１は反応液置換機構、符号３１は磁気分離部、符号４１は再分散用攪拌装置、符号１０９はグリッパである。

試料分注機構１０７の分注プローブは、試料搬送ラック１１８上の試料容器１１７上に配置された検体泡検知機構１１内に移動し、試料容器１１７に収容された検体試料を吸引する。そして、試料分注機構１０７は、反応ディスク１０２の試料分注場所１２０に移動し、分注プローブから検体試料を試料分注場所１２０に位置する反応容器１０７に吐出する。

ここで、自動分析装置とは、人の血液や尿に由来する検体試料と、試薬を分注して混合攪拌し、反応から得られる光学的特性を自動で測定する装置である。

自動分析装置において、検体試料や試薬の分注精度を高め、クロスコンタミネーションを防止するために、検体試料または試薬の液面高さを検出し、分注の際に分注プローブの検体試料液面への突っ込み量を小さくし、分注プローブ先端に検体試料や試薬をできるだけ付着させないことが求められている。

検体試料や試薬の液面高さを検出する方法として、分注プローブの静電容量や吸引圧力を用いて液面を検出する技術が一般的に知られており、検体試料表面に泡や膜が存在すると液面高さ検知の妨げとなる。この泡の検知を実現するために、カメラによる画像認識やレーザーによる泡検知が有効な対策として提案されている。

本発明の実施例１においては、上記検体泡検知機構１１により、検体試料の泡を検知する。

図２は検体泡検知機構１１の説明図であり、図３は検体泡検知機構１１の遮蔽構造体の斜視図である。なお、図２は、位置関係等の説明図であり、図２に示した撮像部２０２、照明部２０１、遮蔽構造体２０４、検体分注機構１３０の大小関係は、必ずしも正確なものを表したものではない。

図２において、検体泡検知機構１１は、撮像部２０２と、この撮像部２０２の下方に位置し、リング状となっている照明部２０１と、遮蔽構造体２０４とを備え、撮像部２０２は照明部２０１の中央開口部及び遮蔽構造体２０４の内部空間を介して、検体試料吸引位置１２２に位置する検体容器１１７に収容された検体試料表面を撮像する。つまり、遮蔽構造体２０４は、検体試料吸引位置１２２の上方に配置される。

遮蔽構造体２０４は、図２及び図３に示すように、側面の一部が開口された円筒形状（又は筒状）となっており、照明部２０１と対向する上面部には照明撮像用開口部３０２が形成され、検体試料吸引位置と対抗する下面部には、検体試料分注用開口部３０５が形成されている。

また、遮蔽構造体２０４の側面には略逆Ｌ字形状の開口部３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃが形成されている。開口部３０４ａは、遮蔽構造体２０４の上面部から下面部に延びる長方形状であり、開口部３０４ｂは、水平方向に延びる長方形状となっている。また、開口部３０４ｃは、遮蔽構造体２０４の上面部から、中央部付近まで延びる長方形状となっている。

試料分注機構１３０は、試料分注プローブ１０６と、この試料分注プローブ１０６を支持するアーム２１７と、このアーム２１７を上下駆動、回転駆動させる上下回転駆動部２１８とを備えている。上下回転駆動部２１８によりアーム２１７を回転させて、試料分注プローブ１０６、アーム２１７を開口部３０４ａ、３０４ｂを介して、遮蔽構造体２０４の内部に移動させる。そして、上下回転駆動部２１８によりアーム２１７を、開口部３０４ｃを介して下方に移動させ、試料分注プローブ１０６を、検体試料分注用開口部３０５の下方に位置する試料容器１１７に接近させる。

試料分注プローブ１０６が検体試料を吸引した後、上下回転駆動部２１８は、アーム２１７を試料分注プローブ１０６と共に上方向に移動させた後、回転させて、開口部３０４ａ及び３０４ｂを介して、試料分注プローブ１０６及びアーム２１７を遮蔽構造体２０４の内部から外部へと移動させる。

そして、反応ディスク１０２に配置された反応容器１０７に、試料分注用プローブ１０６から検体試料を吐出する。

遮蔽構造体２０４の内面には、リング形状の内乱光遮断手段２０５が複数形成されている。これら複数の内乱光遮断手段は、略等間隔で形成されている。なお、図２に示した内乱光遮断手段２０５の数と、図３に示した内乱光遮断手段２０５の数とは異なっているが、光源である照明部２０１と検体試料との距離や撮像部２０２の仕様に依存し、図２は、内乱光遮断手段２０５が２個の場合の例を示し、図３は内乱光遮断手段２０５が５個の場合の例を示す。

本実施例１において、照明部２０１は試料容器１１７の液面の上方からリング状の照明光を試料容器１１７内の試料液面に向けて照射する。撮像部２０２では、液面に写った照明光の形状または色情報、数情報等に基づいて液面に泡があるか否かを判定する。

撮像部２０２であるカメラによる泡検知の場合、ＬＥＤやその他の照明機構により、液面上の輝度の確保が必要となる。撮像対象となる試料は試料容器１１７の縁との間にメニスカスを生じて凹レンズ状液面となるため、室内灯など自動分析装置外からの外乱光２０３だけでなく、照明部２０１からの光が周辺構造に反射し試料液面に写りこむ可能性がある。

この写りこみを防止するために遮蔽構造体２０４が必要となるが、照明部２０１からの光が、遮蔽構造体２０４の内面で反射し、さらなる写りこみの原因となる場合がある。

遮蔽構造体２０４の内面を艶消しの黒色塗装を施すことが考えられるが、黒色塗装を施しても、照明部２０１からの光線が遮蔽構造体２０４の壁内部面との間で臨界角を超えると全反射し、液面に写りこむ結果となる。

本発明の実施例１では、遮光構造体２０４の壁内部面からの反射を防ぐための内乱光遮断手段２０５を備え、反射する光線の一次ないし二次側を遮断する。

なお、内乱光遮断手段２０５は、例えば、図３に示すように、筒状の遮断構造体２０４の内壁面に周状に設けられた突起構造である。上述したように、突起物である内乱光遮断手段２０５の大きさと間隔は、光源である照明部２０１と試料の距離と大きさおよび撮像部２０２のレンズ仕様に依存するが、望ましくは薄い板金状で黒色の表面塗装されたものがよい。

また、突起構造先端での反射を減らすことが求められる。突起物の高さの合計は、照明部２０１の大きさ以上あれば、突起物の間隔を適正化して遮光をおこなうことができる。また、突起物の高さは、撮像の視野の広がりや撮像対象物の大きさなどにより決定される。

図４は、上記突起物（突起構造）の高さと、突起物間の距離（突起間隔）との説明図である。

図４において、光源（照明部２０１）の大きさ（半径）をａ、試料容器１１７の大きさ（半径）をｂ、光源２０１及び試料容器１１７の軸から遮蔽構造体２０４までの距離をｃ、遮蔽構造体２０４の全反射が起きる臨界角をθとすると、全反射による映り込みが発生する光源２０１と被写体との距離ｄは以下の式（１）で表される。

ｄ≧（２ｃ−ａ−ｂ）／（ｔａｎθ） ・・・（１）
このとき、光源２０１から（ｃ−ａ）／（ｔａｎθ）の距離に突起を設けることで反射光を遮断できる。つまり、光源２０１から突起までの距離を、上記式（１）の距離ｄより小とすれば、突起物により遮蔽構造体２０４の内面からの反射光が試料容器１１７に到達することを防止することができる。ただし、半径ｂが半径ｃより大であることが前提である。

突起物の高さは画像認識部（撮像部２０２）の視野角によって最大高さの制約がある。このため、間隔を開けて複数の突起構造を設けることで、視野角を確保しながら反射を抑えることができる。
突起物の厚みを無視すると、光源の大きさと、複数の突起構造の高さｈの合計を一致させる。最適な突起物の間隔はｈ／（ｔａｎθ）となる。

図５は、本発明の実施例１における検体試料の分注動作フローを示す図である。

図５のステップＳ１において、検体搬送ラック１１８に配列された検知容器１１７が、検体泡検知機構１１の下方位置まで移動される。次に、ステップＳ２において、照明部２０１からの照明が検体分注用開口部３０５の下方に位置する検体容器１１７の検体試料液面に向けて照射され、撮像部２０２により検体試料の液面が撮像される。

そして、ステップＳ３において撮像部２０２が撮像した画像が解析され、検体試料の液面に泡が存在するか否かが判定される。ステップＳ３において、検体試料の液面に泡が存在しないと判定された場合は、ステップＳ５に進み、検体試料の分注動作が行われる。つまり、検体分注用ディスポーザブルチップ１０８を装着した試料分注プローブ１０６及びアーム２１７が遮蔽構造体２０４に形成された開口部３０４ａ、３０４ｂを介して、遮蔽構造体２０４の内部側に移動され、アーム２１７が開口部３０４を介して下方に移動されることにより、検体分注用ディスポーザブルチップ１０８が検体容器１１７の液面に向かって移動し、静電容量の変化等を検知することにより液面に到達したことが判断される。そして、所定量の検体試料が試料分注プローブ１０６内に吸引される。その後、試料分注プローブ１０６は、上昇して回転し、遮蔽構造体２０４の外部に移動して反応ディスク１０２上の反応容器１０７の配置位置まで移動し、吸引していた検体試料を反応容器１０７に吐出する。

ステップＳ５の試料分注動作が終了すると、ステップＳ２に戻り、検体容器１１７の液面が撮像され、以降、ステップＳ３の画像判定がなされ、泡が検知されなければ、ステップＳ５が実行される。これらの動作は、１検体試料に対して、指定サイクル数繰り返される。

ステップＳ３において、検体試料液面に泡が存在すると判定した場合は、アラームを発行し、操作表示部１にその旨を表示させる。そして、ステップＳ６に進み、検体搬送ラック１１８を移動させて次の検知容器１１７について、ステップＳ２〜Ｓ５と同様な動作が実行される。

なお、図５に示した上記動作は、操作表示部１又は図示しない制御部により制御される。

以上のように、本発明の実施例１の検体泡検知機構１１によれば、他の機器を包囲することなく、外乱光を遮蔽して、照明部２０１からの光を一検体容器の液面に照射して、撮像でき、かつ、上記液面を撮像した位置における検体容器に収容された検体試料を吸引可能に構成される。さらに、検体泡検知機構１１の内面には、照明部２０１からの光が上記内面に反射して、さらに検体容器内の液面に反射することを回避するための内乱光遮断手段２０５が形成されている。

したがって、本発明の実施例１によれば、試料を分注する直前の液面状態を把握し、かつ、撮像部に付属する照明から出る光の影響を抑制して、正確に液面を検知でき、正確な量の試料を分注可能な自動分析装置を実現することができる。

なお、遮蔽構造体２０４の材質は、金属、プラスチック等を使用することができる。

また、上述した実施例１は、本発明を検体試料の液面泡検知に適用した場合の例であるが、試薬の液面泡検知にも適用可能である。

（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。なお、自動分析装置の全体構成は、実施例１と同様であるので、図示及び詳細な説明は省略する。

図６は本発明の実施例２における遮蔽構造４００の説明図である。図６において、遮光構造４００は、両端が開放され、上端開口部よりも下端開口部が大きく形成され、傾斜した内壁面４０１を有する構造である。つまり、遮蔽構造体４００は、外形が、上端部が平面形状となった円錐形状を有している。

上記開口部側（上端部側）に照明部２０１、撮像部２０２（図示省略）が配置され、下端開口部側に検体試料容器１１７が配置される。遮光構造４００の内乱光遮断手段は、遮光手段の傾斜した内壁面４０１に相当する。

遮蔽構造４００にも、実施例１における開口部３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃが形成されているが、図示は省略する。

照明部２０１から発せられた光は遮光手段である傾斜した内壁面４０１に反射して、検体試料容器１１７の液面に到達しない、もしくは内壁面４０１が臨界角に達しないため、試料液面に周囲構造物の写り込みが生じない。

本発明の実施例２においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

上述した本発明の実施例１、２の他に、遮蔽構造の遮光手段として、内壁（内面）がスポンジ等の多孔質物質で覆われ、照明部から発せられた光が内壁で乱反射もしくは吸収され、試料液面に到達する光量を分散し、撮像のノイズ成分を低減する構成とする実施例も可能である。この場合、内壁を覆う多孔質物質はできれば黒色であることが望ましい。

また、遮光構造の開口部３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃの形状は、検体試料分注機構１３０の構造と動作に依存する。必要な遮光構造が確保されていれば、開口部３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃの形状は図示した例に限定しない。また、開口部３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃに、扉やシャッター等の検体試料分注機構１３０の動作にあわせて可変する構造を含んでもよい。

さらに、遮蔽構造体２０４、４００は、試料容器又は試薬容器を一つ以上覆う構造を備え、装置によっては複数の試薬容器を同時に外部から遮蔽する構造とすることもできる。つまり、遮蔽構造体２０４、４００の上面部には照明撮像用開口部が形成され、上記遮蔽構造体２０４、４００の下面部には検体試料分注用開口部が形成され、上記検体試料分注用開口部は、複数の上記検体試料容器１１７を覆う形状とすることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。遮蔽構造の形状は、遮蔽性を保持していれば、箱型や多角形でも可能であり、筒状の構造に限定するものではない。

１・・・操作表示部、１１・・・検体試料泡検知機構、２１・・・反応液置換機構、３１・・・磁気分離部、４１・・・再分散用攪拌装置、１００・・・自動分析装置、１０１・・・試薬架設部、１０２・・・反応ディスク、１０３・・・試薬分注機構、１０４・・・反応検出部、１０５・・・シッパ、１０６・・・検体試料分注機構、１０７・・・ディスポーザブル反応容器、１０８・・・検体試料分注用ディスポーザブルチップ、１０９・・・グリッパ、１１１・・・搬送機構、１１２・・・試薬攪拌機構、１１３・・・攪拌棒洗浄機構、１１４・・・試薬分注プローブ洗浄機構、１１５・・・試薬容器、１１７・・・検体試料容器、１１８・・・検体試料搬送ラック、１１９・・・チップ装着場所、１２０・・・検体試料分注場所、１２１・・・容器ホルダ、２０１・・・照明部、２０２・・・撮像部、２０３・・・外乱光、２０４、４００・・・遮蔽構造、２０５、４０１・・・内乱光遮断手段、３０２・・・照明・撮像用開口部、３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃ・・・分注機構用開口部、３０５・・・検体試料分注用開口部

Claims (6)

1. 検体試料容器を搬送する検体容器搬送機構と、
   試薬容器が配置される試薬架設部と、
   検体試料と試薬が分注される反応容器が配置される反応部と、
   反応部に配置された反応容器内の検体試料の反応を検出する反応検出部と、
   上記試薬架設部に配置された上記試薬容器から試薬を吸引し、上記反応部に配置された反応容器に吐出する試薬分注機構と、
   上記検体容器搬送機構により、検体試料分注位置に搬送された検体試料容器から検体試料を吸引し、上記反応部に配置された反応容器に吐出する検体試料分注機構と、
   上記検体試料分注位置の上方に配置される撮像部及び照明部と、上記撮像部及び照明部と上記検体試料分注位置との間に配置され、上記照明部からの光を上記検体試料分注位置に照射させ、外部光から遮蔽する遮蔽構造体であり、この遮蔽構造体の側面には、上記検体試料分注機構が、上記遮蔽構造体の内部に移動し、かつ上記内部から外部に移動可能な開口が形成された上記遮蔽構造体とを有し、上記撮像部により、上記検体試料分注位置に位置する検体試料容器内の液面を撮像する検体泡検知機構と、
   を備えることを特徴とする自動分析装置。
2. 請求項１に記載の自動分析装置において、
   上記遮蔽構造体の内面には、複数の突起物が形成されていることを特徴とする自動分析装置。
3. 請求項２に記載の自動分析装置において、
   上記遮蔽構造体は、円筒もしくは角筒の形状を有することを特徴とする自動分析装置。
4. 請求項１に記載の自動分析装置において、
   上記遮蔽構造体の内面は、多孔質物質で覆われていることを特徴とする自動分析装置。
5. 請求項１に記載の自動分析装置において、
   上記遮蔽構造体は、上端部が平面形状となった円錐形状を有し、上記上端部側に上記撮像部及び照明部が配置されることを特徴とする自動分析装置。
6. 請求項１に記載の自動分析装置において、
   上記遮蔽構造体の上面部には照明撮像用開口部が形成され、上記遮蔽構造体の下面部には検体試料分注用開口部が形成され、上記検体試料分注用開口部は、複数の上記検体試料容器を覆う形状であることを特徴とする自動分析装置。

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