JP7105577B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、血液、尿など生体試料の定性・定量を行う自動分析装置に係り、試薬プローブを用いて試薬容器内の試薬を液面検知する方式に関する。

血液や尿など液体試料の多項目の成分を分析する自動分析装置においては、多数の試薬が用意され、正確な分析動作、信頼性の高い測定結果が求められている。これらを実現するためには、様々な要素が求められる。特に試薬を正確に分注できることは基本的な機能要件の一つである。試薬を正確に分注するためには、試薬を吸引するプローブ先端が、吸引時に試薬液面に接触していることが必須である。

ユーザーが新しい試薬容器を試薬ディスク内に投入する際、その後の分析動作で正確な試薬分注を行うためには、試薬容器内の充填量を確認し、試薬プローブが試薬液面に接触するまでに必要な下降量を算出する必要がある。これを、試薬登録という

試薬容器内の充填量確認方法としては、これまでに試薬吸引時の圧力を利用した方式、試薬プローブの静電容量変化をモニターする方式など、種々の方式が提案されている。しかしながら、これらの検知方式では、液面揺れの影響を受けない状態で行うことが求められる。特に試薬登録時、液面揺れの影響により試薬プローブが液面と接触、非接触を繰り返していた場合、正確な液面確認が行えない。

一方で、自動分析装置の処理能力向上を目的として、試薬ディスクの大型化、回転動作の高速化が進んでいる。その結果、分析動作中の試薬容器内液面の揺れは大きくなる傾向にある。

特開２０１０－１９０８１１(特許文献１)では、試薬登録時に静電容量変化を用いた方式によって試薬液面を検知する。前記の液面揺れの影響を避けるために、試薬ディスクは予め定めた一定の動作周期時間を一単位とした場合に、二単位以上の時間を使って試薬登録するための試薬容器を液面検知位置に搬送している。

特開２０１０－１９０８１１号公報

特許文献１の方法では、液面が静定するまでの時間が必要であることから、試薬登録の液面検知に二単位の動作周期時間を要している。この方法では、分析動作中に試薬登録を行おうとする場合は、動作スケジューリング設計が非常に困難となるため、分析開始前のスタンバイ中に試薬登録を行うための試薬ディスク制御に特化した方法といえる。

本発明の目的は、分析動作と同じ動作周期中に試薬登録時の試薬容器内の液面検知を正確、且つ迅速に行うことで、試薬登録により処理能力を落とさない自動分析装置を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の構成は、以下のとおりである。

本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例をあげるならば、試料を試料容器から反応容器に分注する試料プローブを備えた試料分注機構と、試薬を試薬容器から反応容器に分注する試薬プローブを備えた試薬分注機構と、前記反応容器に収容された反応溶液を分析する分析機構と、複数の試薬容器を搭載し前記試薬プローブが試薬分注を行う試薬分注位置まで所定の前記試薬容器を移動させる試薬容器移動機構と、前記試薬プローブによる試薬吸引時の圧力変化から前記試薬容器内の所定の高さにおける試薬の有無を検知する試薬液面検知機構と、前記試料分注機構、前記試薬分注機構、前記分析機構、前記試薬容器移動機構及び前記液面検知機構の動作を一定の動作周期に従って制御する制御部を備え、前記制御部は、試薬容器が前記試薬容器移動機構に搭載されて最初に行う前記試薬の有無の検知を第一の動作周期内で、試薬容器から反応容器に試薬を分注するための試薬吸引動作を第二の動作周期内で行い、前記第二の動作周期内において前記試薬プローブが前記試薬容器から前記試薬を分注するために試薬吸引を開始するタイミングと、前記第一の動作周期内において前記液面検知機構による試薬有無を検知するための試薬吸引動作を開始するタイミングを比較すると、前記第一の動作周期内の試薬吸引動作を開始するタイミングが遅いように制御する、自動分析装置である。

上記課題を解決すための他の例をあげるならば、試料を試料容器から反応容器に分注する試料プローブを備えた試料分注機構と、試薬を試薬容器から反応容器に分注する試薬プローブを備えた試薬分注機構と、前記反応容器に収容された反応溶液を分析する分析機構と、複数の試薬容器を搭載し前記試薬プローブが試薬分注を行う試薬分注位置まで所定の前記試薬容器を移動させる試薬容器移動機構と、前記試薬容器内の試薬液面を前記試薬プローブが試薬液面に到達した際の静電容量変化を用いて検知する試薬液面検知機構と、前記試料分注機構、前記試薬分注機構、前記分析機構、前記試薬容器移動機構及び前記液面検知機構の動作を一定の動作周期に従って制御する制御部を備え、前記制御部は、試薬容器が前記試薬容器移動機構に搭載されて最初に行う前記試薬液面検知を第一の動作周期内で、試薬容器から反応容器に試薬を分注するための試薬吸引動作を第二の動作周期内で行い、前記第二の動作周期内で前記液面検知機構により静電容量検知による液面到達を判定するタイミングと、前記第一の動作周期内において前記液面検知機構による静電容量検知による液面到達を判定するタイミングを比較すると、前記第一の動作周期内において前記液面検知機構が静電容量検知による液面到達を判定するタイミングが遅いように制御する、自動分析装置である。

上記構成の自動分析装置によれば、分析動作時と同じ単位動作周期時間内で正確な試薬液面検知を行うことができる。そのことにより、各構成ユニットの動作スケジューリングに特殊な動作サイクルを組み込む必要がなく、迅速に試薬登録を行うことができ、検査時間を短縮し測定する試料の劣化を回避できる。また、単位動作周期内で試薬登録動作が完結するため、動作スケジューリング設計が容易となる。

本発明の実施形態にかかる自動分析装置の概略図である。 従来の圧力検知方式を用いて液面検知を行う試薬プローブの構成図である。 従来の圧力検知方式で試薬登録を行う場合のフローチャートである。 従来の静電容量検知方式を用いて液面検知を行う試薬プローブの構成図である。 従来の静電容量検知方式で試薬登録を行う場合のフローチャートである。 本発明の圧力検知方式を用いて液面検知を行う試薬プローブの構成図である。 本発明の圧力検知方式で試薬登録を行う場合のフローチャートである。 本発明の静電容量検知方式を用いて液面検知を行う試薬プローブの構成図である。 本発明の静電用容量検知方式で試薬登録を行う場合のフローチャートである。 図２、図３に示した従来の圧力検知方式と、図６、図7に示した本発明の圧力検知方式における動作タイミングを比較した図である。 図４、図５に示した従来の静電検知方式と、図８、図９に示した本発明の静電検知方式における動作タイミングを比較した図である 本発明の一の動作周期内における動作タイミングの模式図である。 本発明の実施形態の自動分析装置にかかる試薬容器の断面概略図である。

本発明の自動分析装置の実施形態を説明する。

図１は、本発明の実施形態にかかる自動分析装置の概略図である。

図１において自動分析装置は、反応ディスク１に円周状に複数個配置された反応容器２の中に試料と試薬を各々分注して反応させ、この反応溶液を測定する装置である。

反応ディスク１の近くには、分析対象となる試料が収容された試料容器３を1個以上搭載した試料ラック４を搬送する試料搬送機構５が配置されている。

反応ディスク1と試料搬送機構５の間には、回転及び上下動可能な試料分注機構６が配置されている。

試料分注機構６は試料プローブ７を有しており、分注量を操作する機構である試料シリンジ８に接続している。試料プローブ７を試料容器３に収容された試料中に挿入し、試料シリンジ８を作動させて試料を吸引する。試料を吸引した試料プローブ７は回転移動して反応容器２へと試料を吐出することで試料の分注を行う。試料プローブ７の稼動範囲には試料プローブ７の洗浄を行う洗浄槽９が配置されている。

試薬ディスク１０の中には複数の試薬容器１１を複数個円周状に設置可能である。試薬ディスク１０と、図示されていない試薬ディスクを回転させるためのモーター等の駆動機構が、試薬容器移動機構である。

この試薬ディスク１０は試薬吸引口(図示なし)が設けられたカバーによって覆われており、試薬容器１１を保冷しながら保管する。反応ディスク1と試薬ディスク１０の間には、回転及び上下動可能な試薬分注機構１２、１３が設置されている。試薬分注機構１２、１３は試薬プローブ１４、１５を有しており、分注量を操作する試薬シリンジ１６に接続している。

試薬プローブ１４、１５を試薬吸引口から試薬ディスク１０にアクセスして、試薬ディスク１０に設置された試薬容器１１の中に収容された試薬中に挿入し、試薬シリンジ１６を作動させて試薬を吸引する。試薬を吸引した試薬プローブ１４，１５は、回転移動して反応容器２へと試薬を吐出することで試薬の分注を行う。試薬プローブ１４，１５の稼動範囲には、試薬プローブ１４、１５の洗浄を行う洗浄槽１７，１８が配置されている。

反応容器２内の反応溶液を攪拌するための攪拌機構１９、２０は、回転及び上下動が可能であり、稼動範囲内には攪拌機構１９、２０を洗浄するための洗浄槽２１、２２が配置されている。

また、反応ディスク１の周辺には、反応容器２内の反応溶液を介して得られる光源２３からの透過光を測光することで反応溶液の吸光度を測定する分光光度計２４や、分析に使用した反応容器を洗浄する洗浄機構２５等が配置されていて、洗浄機構２５には洗浄用ポンプ２６が接続されている。

コンピュータ２７は、自動分析装置内の上述した各機構の動作を制御すると共に、得られた吸光度から分析対象となる試料中の所定の成分の濃度を求める演算処理を行う。コンピュータ２７は、記憶部２７Ａと制御部２７Ｂを備える。記憶部２７Ａは、半導体メモリ又はハードディスク等の記憶媒体である。制御部２７Ｂはコントローラである。

以上が自動分析装置の一般的な構成である。

上述のような自動分析装置による分析対象試料の分析処理は、一般的に以下の順に従い実行される。

まず、試料搬送機構５によって反応ディスク１近くに搬送された試料ラック４の上に搭載された試料容器３内の試料を、試料分注機構６の試料プローブ７により反応ディスク１上の反応容器２へと分注する。次に、分析に使用する試薬を、試薬ディスク１０上の試薬容器１１から試薬分注機構１２、１３により先に試料を分注した反応容器２に対して分注する。続いて、撹拌機構１９、２０で反応容器２内の試料と試薬との反応溶液の撹拌を行う。

その後、光源２３から発された光を反応溶液の入った反応容器２に透過させ、透過光の
光度を分光光度計２４により測定する。分光光度計２４により測定された吸光度を、Ａ／Ｄコンバータおよびインターフェイスを介してコンピュータ２７に送信する。そしてコンピュータ２７にて分析対象試料の所定の成分濃度の演算処理を行い、得られた測定結果を表示部（不図示）等にて表示させる。光源２３、分光光度計２４、Ａ／Ｄコンバータ(不図示)は分析機構である。

次に、試薬ディスク１０に新規に搭載された試薬容器１１を初めてシステムに登録する際、期待した液量があるかどうかを確認するための液面検知、即ち試薬登録について説明する。

図２は従来の、圧力検知を用いた液面検知機構の構成図の一例である。試薬シリンジ１６は、駆動機構２８とプランジャ２９を有し、バルブ３０を通してポンプ３１に接続されている。試薬シリンジ１６は制御部２７Ｂによって制御され、試薬を吸引吐出する。試薬シリンジ１６と試薬プローブ１４は、分注流路３３を介して接続されている。圧力センサ３４は、プランジャ２９と試薬プローブ１４の間に配置されている。なお、試薬プローブ１４について説明しているが、試薬プローブ１５においても同様の構成である。

圧力センサ３４はＡＤ変換器３６と接続されている。ＡＤ変換器３６は、制御部２７Ｂから出力される試薬プローブ１４下降終了の信号をトリガーとして、圧力センサ３４から出力されるアナログ電圧データをデジタル変換する。

データ抽出部３７は、ＡＤ変換器３６から圧力波形のデジタルデータを受け取り、異常判定部３８に引き渡す。異常判定部３８は、圧力データを解析し試薬プローブ１４が試薬を吸引出来ているか否かを判定する。圧力センサ３４、ＡＤ変換器３６、データ抽出部３７、異常判定部３８は、試薬液面検知機構である。

なお、制御部２７Ｂはモーター４２を制御して試薬プローブ上下駆動機構４３を動作させ、試薬プローブ１４を上下動させることができる。

試薬を吸引する前に、制御部２７Ｂは、バルブ３０を開いて分注流路３３と試薬プローブ１４の内部をポンプ３１から供給されるシステム液３９で満たす。次に制御部２７Ｂは、試薬プローブ１４の先端が空中にある状態で、駆動機構２８によりプランジャ２９を下降動作させ、分節空気４０を吸引する。

次に制御部２７Ｂは、試薬プローブ１４を試薬プローブ上下駆動機構４３により試薬容器１１の中に下降させ、その先端が試薬に浸かった状態でプランジャ２９を所定量下降して試薬をプローブ内に吸引する。これにより、吸引液４１として当該試薬が試薬プローブ１４内に吸引される。

図３は図２で示した分注機構が試薬ディスク１０に新規に搭載された試薬容器１１を初めて試薬ディスクに投入する際、即ち試薬登録を行う際に、所定の液量があるかどうかを確認するための液面検知動作の従来のフローチャートである。

図３においては試薬プローブ１４の動作フローを例に説明するが、試薬プローブ１５の動作フローも同様である。

ステップＳ３１では、試薬容器がセットされた試薬ディスク１０が試薬吸引位置へ試薬容器を回転移動する。同時に試薬プローブ１４は試薬分注機構１２によって試薬吸引位置に移動する。

試薬容器１１には試薬充填量情報が記録されたＲＦＩＤタグやバーコードが張り付けられている。自動分析装置は、図示されていないＲＦＩＤタグやバーコードの読取機構を備えていて、試薬登録時にこれらの記憶媒体から試薬充填量情報を読み取ることができる。

ステップＳ３２では試薬プローブ１４は、所定の高さから試薬プローブ上下駆動機構４３により試薬吸引位置の試薬容器１１内へ下降する。この時の試薬プローブ１４の下降は、試薬液面の揺れが静定するのを待つために、試薬ディスク停止後に一定時間(一動作周期時間)待機するか、または試薬プローブの下降速度を分析動作時の下降速度よりも遅くして行われる。以降の説明では、試薬プローブ下降速度を遅くする方式を従来法として説明する。尚、従来法では下降速度を遅らせているため、試薬吸引のタイミングを分析動作時と同様にすると一の動作周期内で試薬登録を終了することができず、自動分析装置がスタンバイ状態の時にしか試薬登録を実行することができない。

ステップＳ３３において、試薬プローブ１４は規定位置まで下降した後に停止し、試薬シリンジ１６を動作させて規定量の試薬を吸引する。試薬プローブが下降する規定位置、即ち試薬プローブ下降量は、前記試薬容器のＲＦＩＤタグやバーコードから読み取られた試薬充填量から算出される液面高さと、充填量誤差、装置間差を考慮した余剰突っ込み量から算出される。また、分析動作中に試薬空吸いが起こるリスクをさけるため、試薬登録時の試薬プローブが下降する規定位置は分析動作中の規定位置よりも高く、即ち試薬プローブの下降量が分析動作中の試薬プローブの下降量よりも少なくなるように設定している。

ステップＳ３４では、試薬プローブ１４の吸引中圧力変動データを解析し、下降した試薬プローブが試薬を吸引できたか否かにより、試薬の有無を判定する。吸引できたか否かの判定は、マハラノビス距離、線形判別など、統計学的手法によって実施される。ステップＳ３４において、試薬が吸引された場合、即ち試薬容器１１内に試薬があると判
定された場合、ステップＳ３５へ進む。

ステップＳ３５では試薬プローブ１４は試薬プローブ上下駆動機構４３により上限点に上昇する。

ステップＳ３６では、試薬の充填量に応じた試薬のテスト可能回数および試薬の残量を記憶部２７Ａに登録する。

ステップＳ３４において、試薬が吸引されない場合、即ち試薬容器１１内に試薬が規定量充填されていないと判定された場合は、ステップＳ３７に進み、充填量不足としてアラームを発生するなどの異常処理が行われる。

図４は従来の、静電容量検知を用いた液面検知機構の構成図の一例である。プローブ、シリンジといった基本的な構成は図２と同じである。また、制御部２７Ｂが試薬プローブ上下駆動機構４３を制御し、試薬プローブ１４を上下動させることができることも図２と同様である。

試薬プローブ１４には静電容量検出部４４が接続されている。静電容量検出部４４は試薬プローブ１４の静電容量を出力できる。静電容量検出部４４は例えば、制御部２７Ｂが試薬プローブ１４を液面へ下降開始させる信号をトリガーとして、静電容量値を出力する。

静電容量検出部４４と異常判定部４５は、試薬液面検知機構である。

図５は図４で示した分注機構が、試薬登録を行う際に所定の液量が試薬容器にあるかどうかを確認するための液面検知動作の従来のフローチャートである。

ステップＳ５１は図３のＳ３１と同様である。

ステップＳ５２では、試薬プローブ１４は、静電容量検出部に静電容量値を出力させた状態で下降し、試薬プローブ先端が液面に触れて静電容量が閾値を超えるまで、試薬プローブ上下駆動機構４３により下降を続ける。

ステップＳ５３では、試薬プローブ１４の下降動作中に静電容量検出部４４の出力する静電容量変化が閾値を上回ると、即ち液面信号が検知されると、制御部２７Ｂが停止信号を出力し、下降動作が停止する。

従来法では試薬プローブの下降中に静電容量を継続してモニターしており、誤検知を防止のために液面が静定した後に試薬プローブの下降を開始するか、試薬プローブの下降速度を遅らせていた。そのため、一動作周期内で試薬登録を終了することができず自動分析装置がスタンバイ状態の時にしか試薬登録を実行することができなかった。

ステップＳ５４では、試薬プローブ１４の下降動作停止から所定の時間経過後、制御部２７Ｂによる静電容量値の再確認、即ち試薬プローブが液面に到達しているかの判定が実施され、判定結果が試薬プローブ１４の停止高さと共に異常判定部４５に出力される。なお、本説明では試薬液面の泡等による誤検知を避ける為に所定の時間後に再確認、即ち液面到達の判定を行うとしているが、試薬プローブ下降動作の停止と同時に再確認、即ち液面到達の判定を行ってもよい。

異常判定部４５で、試薬プローブ１４が液面に触れていると判定され、かつ試薬プローブ１４が停止している高さ、即ち試薬液面の高さが前記試薬容器のＲＦＩＤタグやバーコードから読み取られた試薬充填量から算出される液面高さの規定範囲内であると判定された場合は、液有及び異常下降無として、ステップＳ５５に進む。

ステップＳ５５では試薬プローブ１４を試薬プローブ上下駆動機構４３により上限点まで上昇させる。

ステップＳ５６ではステップＳ５３での試薬プローブ１４の下降動作量から試薬液面高さを求めて試薬のテスト可能回数を記憶部２７Ａに登録する。

ステップＳ５４において、異常判定部４５で試薬プローブ１４が液面に触れていないと判定された場合、または試薬プローブ１４が停止している高さ、即ち試薬液面の高さが前記試薬容器のＲＦＩＤタグやバーコードから読み取られた試薬充填量から算出される液面高さの規定範囲内でないと判定された場合は、液なしまたは異常下降ありとしてステップＳ５７に進み、アラームを発生する等の異常処理を行う。

（実施例１）
次に、本発明における試薬の液面検知について説明する。本発明における試薬登録時の液面検知は、自動分析装置の分析動作の一の動作周期中に行うことが可能である。試薬登録とは、ユーザーが新しい試薬容器を試薬ディスク内に投入する際、その後の分析動作で正確な試薬分注を行うために、試薬容器内の充填量を確認し、試薬プローブが試薬液面に接触するまでに必要な下降量を算出し、試薬の残量を記憶部に登録する作業である。

図６は、本発明における圧力検知を用いた液面検知機構の構成図である。

図２との違いは制御部２７ＢとＡＤ変換機の間にタイミング検出部３５が接続されている点である。タイミング検出部３５は、制御部２７Ｂを監視し、試薬シリンジ１６の動作終了タイミングと動作開始からの経過時間を取得する機能を有している。タイミング検出部３５は、試薬シリンジ１６が停止した後、ＡＤ変換器３６に対してデジタル変換を実施するよう指示する。ＡＤ変換器３６は、その指示に応じて、圧力センサ３４から出力されるアナログ電圧データをデジタル変換する。圧力センサ３４、ＡＤ変換器３６、データ抽出部３７、異常判定部３８は、試薬液面検知機構である。また、制御部２７Ｂは試薬プローブ上下駆動機構４３を制御し、所定のタイミングで試薬プローブ１４を上下動させることができる。

図７は図６で示した分注機構が試薬登録時の液面検知を実施する際のフローチャートである。本発明における液面検知方式では、試薬吸引タイミングの制御によって試薬登録時の液面検知所要時間を短縮し、分析動作時と同じ単位動作周期内で実施可能としている。

ステップＳ７１は従来法における図３のステップＳ３１と同様である。

ステップＳ７２は従来法における図３のステップＳ３２と異なり、試薬プローブ１４は試薬プローブ上下駆動機構４３により分析動作中と同じ速度で下降する。なお、試薬プローブ１４の下降速度は一動作周期時間内で試薬登録が終了できる条件、即ち下記のステップＳ７３で試薬吸引が完了できる条件であれば、任意に設定することができる。

ステップＳ７３では従来法図３のステップＳ３３と同様に試薬シリンジ１６を作動させて試薬を吸引する。

試薬プローブ１４が下降する規定位置、即ち試薬プローブ１４の下降量は図３と同様である。即ち、試薬容器のＲＦＩＤタグやバーコードから読み取られた試薬充填量から算出される液面高さと、充填量誤差、装置間差を考慮した余剰突っ込み量から算出される。

また、分析動作中に試薬プローブによる試薬の空吸いが起こるリスクをさけるため、試薬登録時の試薬プローブが下降する規定位置は、分析動作の開始サイクルで試薬プローブが下降する規定位置よりも高く、すなわち試薬プローブ下降量は分析動作中の下降量よりも少なく設定している。いいかえると、試薬登録時に算出された液面高さに対して試薬プローブが下降する際の余剰突っ込み量は、分析動作時に算出された液面高さに対して試薬プローブが下降する余剰突込み量よりも少なく設定されている。

従来法と異なる点は、試薬シリンジ１６が動作可能なタイミングを、分析動作中に試薬シリンジ１６が動作可能なタイミングと同じにしているという点である。液面検知動作時に吸引する試薬は、分析の必要がないため、分析動作中の試薬分注のための最小の試薬吸引量よりも少ない試薬吸引量に設定可能である。液面検知動作時に吸引する試薬量は試薬液性、試薬プローブ流路長、流路径、シリンジ動作の加減速パターンによって異なる。一方、試薬吸引量が多いほど試薬吸引有無の誤判別率は低下する傾向を持つ。この判別方式において、正常に吸引できたか否かの判断は、吸引時の圧力データを統計学的手法で解析することで行われる。この時に用いられる判別パラメータは、前記の試薬液性、試薬プローブ流路長、流路径、シリンジ動作の加減速パターンといった条件を網羅した圧力データから算出され、自動分析装置のコンピューター２７の記憶部２７Ａにあらかじめ格納させておく。

液面検知、すなわち試薬有無を検知するための試薬吸引時間を最短にするための試薬吸引量は、前記判別パラメータを用いて収集データを判別した時、あらゆる条件で誤判別がない試薬吸引量の最小値を求めることで得られる。なお、試薬吸引量を試薬の種類によって異なる量に設定できるように、即ち試薬の種類によって試薬吸引量を可変にできるようにしてもよい。

図６に示した構成ではタイミング検出部３５が試薬プローブ下降動作終了後から試薬吸引動作開始までの時間を監視しており、試薬シリンジ１６に割り当てられている動作時間内の任意のタイミングで試薬シリンジ１６に吸引動作を開始させることができる。

従って、試薬シリンジ１６の動作時間内の前半では液面静定の時間を確保するために待機させ、後半で液面検知のための試薬吸引を行うといった動作が可能となる。即ち、試薬液面が静定するまで、試薬吸引動作を開始するタイミングを遅くするように制御することができる。これにより、一の単位動作周期時間内で、正確な試薬液面の検知を行うことが可能となる。

液面静定時間を最長に確保するため、単位動作周期内で試薬シリンジ１６に割り当てられる動作時間の終了時間、即ち試薬プローブが上限点に上昇を開始するタイミングにあわせて液面検知のための試薬吸引が終了するように制御するのが望ましい。

なお、ステップＳ７２で説明したように、試薬プローブの下降動作は、液面検知のための試薬吸引を開始する前に試薬プローブが試薬有無を検知するための所定の高さに到達するように制御すればよい。

ステップＳ７４、Ｓ７５、Ｓ７６は従来法図３のステップＳ３４、Ｓ３５，Ｓ３６と同様である。

ステップＳ７４において、試薬容器１１内の所定の高さに試薬が無いと判定された場合はステップＳ７７に進み、充填量不足としてアラームを発生させるなどの異常処理が行われる。

本方式は、前記のとおり分析動作中と同じ動作周期内で行うため、異常処理を行った場合でもステップＳ７８においてステップＳ７５と同様のタイミングで試薬プローブを上限点に上昇させ、ステップＳ７１の試薬ディスク、プローブ回転動作に戻ることができる。

本方式では、分析動作中と同じ動作周期内で液面検知を行うことができるため、異常処理後のリトライ動作のスケジューリングが容易に設計できる。リトライ動作の際は、ステップＳ７２における試薬プローブ１４の下降量を、一回目のステップＳ３２における下降量より増やしても良い。即ち、Ｓ７４の規定位置を、一回目のステップよりも低くしてもよい。ただし、分析動作の開始時に試薬プローブ１４が下降する規定位置よりは低くしないこととする。もしくは、リトライ動作により検出された試薬液面を基準にして、分析開始時の試薬プローブが下降する余剰突込み量を追加してプローブ下降量を設定してもよい。

また、このリトライ動作は、異常処理が行われた次の動作サイクルで実行しても良いし、次のサイクルで他の動作を実行してから、それ以降の動作サイクルで実行してもよい。

このリトライ動作で試薬が規定量充填されていると確認された場合には、試薬プローブ下降量の増加分、即ち低下した試薬プローブの規定位置の高さから試薬残量および測定可能回数を計算して記憶部２７Ａに登録する。

リトライ動作でも試薬ボトル１１内に試薬が確認できなかった場合は、図示していないがＳ７７において充填量不足としてアラームを出して、当該試薬容器の登録を中止する。リトライ動作を許容する回数は、ユーザーが指定することができる。

後述する実施例２に対する利点は、吸引時の圧力変動をデータとして判定するため、試薬プローブが試薬容器のキャップなどに接触していても、誤検知しない点である。

分析動作中において、ラック４に搭載された試料容器３内の試料は、試料搬送機構５によって反応ディスク１近くの試料分注位置に搬送される。搬送後、試料は試料プローブ７により反応ディスク１上の反応容器２へと分注される。

試薬登録を分析動作に割り込ませた場合、この時点で当該試料の分注動作はストップし、試料容器３は試料搬送機構５上に待機する。従来方式では、分注済みの試料に対して必要な試薬を全て分注したあと、試薬登録動作を開始した。試薬登録動作終了まで、試料容器３は試料搬送機構５で待機し続けるため、時間経過とともに試料中の水分が蒸発し、試料は濃縮される。濃縮された試料溶液内ではたんぱく質の凝集など様々な変化が起こり、正常な分析結果が得られなくなる恐れがある。そのため、試薬登録動作は迅速に終了する必要があり、分析動作と同じ動作周期内で迅速に試薬登録を行うことが出来る本発明は非常に有効である。

（実施例２）
図８は、本発明における静電容量検知を用いた液面検知方式の構成図である。

図4との違いは、制御部２７Ａとモーター４２の間にタイミング検出部３５が接続されている点である。タイミング検出部３５は、制御部２７Ｂを監視し、静電容量検出部４４からの出力のモニターを開始するタイミング、異常判定部に異常判定を行わせるタイミングと動作開始からの経過時間とを取得する機能を有している。静電容量検出部４４と異常判定部４５は、試薬液面検知機構である。

制御部２７Ｂは試薬プローブ上下駆動機構４３を制御し、所定のタイミングで試薬プローブ１４を上下動させることができる。

図９は上記図１０で示した分注機構が試薬登録時の液面検知を実施する際のフローチャートである。

また、ステップＳ８１、Ｓ８３、Ｓ８４、Ｓ８５、Ｓ８６、Ｓ８７の説明は、対応する図５のステップＳ５１、Ｓ５２、Ｓ５３、Ｓ５４、Ｓ５５、Ｓ５６と同じである。図５と異なる点は試薬プローブ上下駆動機構４３による試薬プローブ１４の下降動作が二段階に分かれていることである。

ステップＳ８２では試薬プローブを例えば試薬液面上５ｍｍの高さまで下降させ、所定の時間を経過後にステップＳ８３で静電容量値をモニターしながら試薬プローブ１４を液面まで下降させる。ステップＳ８２における液面上からの高さは、試薬ディスク半径、回転速度、回転量、試薬液性によって最適値が異なる。

本実施例では静電容量値のモニターを試薬プローブの下降動作２にあわせて開始しているが、下降動作1の開始とともにモニターを開始してもよいし、所定の高さまで試薬プローブを下降させて静止した後に、モニターを開始してもよい。

なお、本実施例では下降動作のステップを二段階にしたが、液面静定後に試薬プローブが想定される試薬液面高さに到達するように制御すればよく、試薬プローブの下降開始時間を遅らせる、試薬プローブの下降速度を遅くする、または試薬プローブ下降動作を三回以上に分けるような制御も可能である。

本実施例では、試薬容器から反応容器に試薬を分注する試薬分注のための動作周期で試薬プローブを下降させる場合に比べて、試薬吸引動作が不要な為に、より遅いタイミングで試薬プローブが液面を検知して停止し、その後液面到達を判定するように制御することができる。これにより、一の単位動作周期時間内で、正確な試薬液面の検知を行うことが可能となる。

液面静定時間を最長に確保するため、単位動作周期内で試薬シリンジ１６に割り当てられる動作時間の終了時間、即ち試薬プローブが上限点に上昇を開始するタイミングにあわせて液面到達の判定を行うように制御するのが望ましい。なお、試薬の種類（液性）によって、試薬液面検知機構による液面到達を判定するタイミングを変更して設定できるように、すなわち液面到達を判定するタイミングを可変とすることもできる。

Ｓ８５で所定の高さに試薬がないと判定されて異常処理おこなった後に、ステップＳ８９で試薬プローブを上昇させて、次以降の動作周期でリトライ動作を行える点は、実施例１と同様である。本実施例においてもリトライ動作が可能であり、リトライ動作の場合の下降動作は、最初の下降動作と同じでも良く、最初の下降動作よりも遅く想定される液面高さに到達するようにしてもよい。分析動作中と同じ動作周期内で液面検知を行うことができるため、リトライ動作のスケジューリングが容易に設計できる点は実施例１と同様である。

実施例１と比較した時の利点は、試薬プローブ下降前後の静電容量の変化で判定を行うため、実施例１のように統計学的手法による解析よりも短い時間で判定結果が出力できる点である。

図１０は、従来法の図２、図３と、実施例１の図６、図７における液面検知動作タイミングを比較した図である。

自動分析装置の一の分析動作周期としては、図７のステップＳ７１の試薬ディスク、プローブ回転動作時間、ステップＳ７５の試薬プローブ上限点上昇動作時間を含むが、図１０においては、従来法と比較するために、試薬ディスク回転が停止してから、試薬プローブが上限点異動を開始するまで、すなわち試薬プローブの下降および試薬吸引が可能な時間に注目している。試薬吸引が可能な時間は、試薬シリンジの動作が割り当てられている時間である。

図１０の試薬プローブ下降時間は、図３、図７におけるステップＳ３２、Ｓ７２、液面検知時間は、ステップＳ３３、Ｓ７３に相当する。

前記のように、圧力検知方式を用いた液面検知動作では、試薬登録時の試薬プローブの下降量を分析動作中の試薬プローブの下降量よりも少なく、すなわち試薬登録時の試薬プローブが下降する際の余剰突っ込み量を、分析動作時の試薬プローブの余剰突っ込み量よりも少なくしている。従って試薬液面の揺れが液面検知結果に与える影響は、分析動作中よりも大きくなる。

従って、従来法では試薬ディスク回転停止後の試薬容器内の液面の揺れによる影響を軽減する為に、試薬プローブの下降速度を分析動作中の試薬プローブの下降速度よりも遅く設定している。そのため、分析動作時と同様の試薬吸引のシリンジ動作割り当て時間を設けると、単位動作周期内で試薬登録を完了させることができなかった。

図１０における最短液面静定時間は、液面検知が可能となるまでの最短の時間であり、液面の揺れ高さ等のパラメータによりで定義される。

本実施例における分析動作中の試薬登録のための液面検知方式では、プローブの下降動作は分析動作中と同じであり、液面が静定するまでの時間を、試薬吸引動作のタイミングを遅らせることで確保している。すなわち、試薬容器が試薬ディスクに搭載されて最初に行う試薬液面の有無の検知を行う動作周期内で、試薬有無を検知するための試薬吸引動作を開始するタイミングと、試薬容器から反応容器に試薬を分注する試薬分注動作を行う動作周期内で、試薬プローブが試薬容器から試薬を分注するために試薬吸引を開始するタイミングとを比較すると、試薬有無を検知するための試薬吸引動作を開始するタイミングが遅いように制御部２７Ｂが制御している。

分析動作中の試薬吸引動作は様々な試薬、分析項目に対応するため、想定されうる最大分注量が実施可能な時間を確保しておく必要がある。一方、試薬登録時に吸引される試薬は分析に使用されない。そこで、液面検知動作時に吸引する試薬は、分析動作中の試薬分注のための最小の試薬吸引量よりも少ない試薬吸引量に設定することが可能である。例えば、様々な試薬で誤判定の起きない最小吸引量に設定することができる。なお、試薬有無を検知するための吸引量を、試薬種類毎に異なる値に設定できるように、即ち試薬の種類によって試薬の有無を検知するための試薬吸引量を可変にできるようにしてもよい。

図１０においては、液面検知のための試薬吸引の終了時間と、試薬吸引が可能な時間の終了時間、即ち試薬プローブ１４が上限点上昇を開始する時間をあわせている例を示している。

なお、試薬プローブの下降動作は、試薬登録時の液面有無の検知のための試薬吸引を開始する前に終了していればよく、試薬プローブの下降開始時間を遅らせる、試薬プローブの下降速度を遅くする、または試薬プローブ下降動作を二段以上にするような制御も可能である。

図１１は、従来法の図４、図５と、実施例２の図８、図９における液面検知動作タイミングを比較した図である。

図１１は静電容量変化を検知する手法であるため、液面有無の判断に試薬吸引は行わないが、タイミングを比較する為に、図１０と同じように試薬ディスク回転が停止してから、試薬プローブが上限点異動を開始するまで、すなわち試薬プローブの下降およびシリンジの駆動による試薬吸引動作が可能なタイミングを記載している。

従来の静電容量変化検知方式では、静電容量値は下降動作中にモニターされ続ける。従来法においては、正確に液量を検知するため、最短液面静定時間後に、即ち所定の時間を経過後に、試薬プローブを下降開始させていた。そのために、単位動作周期時間内に試薬登録を完了することができなかった。なお、従来においても試薬プローブの下降速度を上げることで液面検知動作を単位動作周期内に収めることは可能であるが、その場合はモーターの動作パターンを別に設ける必要がある。動作パターンの登録数に制限がある場合は他の動作を削る必要があるなど、動作設計を行う上で障害となった。

一方、本実施例２では、タイミング検出器３５を設けることにより、最短液面静定時間前に試薬プローブ下降１を開始し、一度プローブの上下動を停止させ、最短液面静定時間後、即ち所定の時間を経過後に試薬プローブ下降２を開始し、試薬プローブ下降２の間のみ静電容量変化をモニターして判定する方式とした。
下降動作を二段階にすることで分析動作中の液面検知動作を分析動作の単位動作周期内に収めることが容易となった。

なお、前述のように本実施例では下降動作のステップを二段階にしたが、最短液面静定時間後に試薬プローブが想定される試薬液面高さに到達するように制御すればよく、試薬プローブの下降開始時間を遅らせる、試薬プローブの下降速度を遅くする、または試薬プローブ下降動作を三段階以上にするように制御してもよい。

また、実施例１のように予め試薬プローブを所定の位置まで下降させておき、所定の時間経過後に静電容量のモニターを開始するようにしてもよい。

図１１では、試薬プローブの高さが前記試薬容器のＲＦＩＤタグやバーコードから読み取られた試薬充填量から算出される液面高さになる時間と、シリンジの動作による試薬吸引可能な時間の終了タイミング、即ち試薬プローブ１４が上限点上昇を行うタイミングをあわせるように制御しているが、最短液面静定時間の経過後、即ち所定の時間を経過後に所定の液面高さに到達するように制御すればよい。また、液面を検知して試薬プローブの動作を停止するタイミングにあわせて静電容量の確認、即ち液面到達の判定をしてもよいし、液面到達による試薬プローブの停止から所定の時間を経過したタイミングで液面到達の判定を行ってもよい。

ここで、試薬容器から反応容器に試薬を分注するための試薬吸引動作を行う動作周期内で液面検知機構により静電容量検知による液面到達を判定するタイミングと、試薬容器が試薬ディスクに搭載されて最初に行う試薬液面検知を行う動作周期内で液面検知機構による静電容量検知による液面到達を判定するタイミングを比較すると、試薬容器が試薬ディスクに搭載されて最初に行う試薬液面検知で液面到達を判定するタイミングが遅いように、制御部２７Ｂが制御している。

図１２は、本発明の実施例１と２の試薬液面検知動作と、試薬分注のための試薬吸引を行う単位動作周期についてのタイムチャートを比較した図である。

本発明における一の動作周期は、(ａ)試薬プローブ、試薬ディスク回転タイミング、(ｂ)試薬プローブ下降、試薬プローブ吸引タイミング（ｃ）試薬プローブ上限点上昇タイミング、からなる。

このうち、(ａ)試薬プローブ、試薬ディスク回転タイミング、（ｃ）試薬プローブ上限点上昇タイミング、は、試薬液面検知のための単位動作周期内と、試薬分注ための単位動作周期内で共通である。（ｂ）で示された試薬プローブ下降、試薬プローブ吸引タイミング内における制御が、図１０、図１１において詳しく説明されたものである。

試薬分注のための試薬吸引のための動作周期における、試薬プローブ下降タイミングを（ｄ）、試薬プローブ吸引タイミングを（ｅ）に示す。試薬プローブの下降動作は、試薬プローブの上限点上昇タイミングまで可能であることを、（ｄ）の試薬プローブ下降タイミングに破線で示している。

従来の試薬分注のための試薬吸引動作周期では、試薬プローブの下降が終了するタイミングにあわせて試薬プローブによる試薬吸引動作を開始している。この場合、（ｆ）に示すように、実際に試薬プローブによる吸引動作が終了するタイミングは、試薬の種類や分注量等により異なっている。（ｆ）における実線は、所定の量の試薬吸引が終了したタイミングを例示しており、破線は試薬プローブによる試薬吸引動作が可能なタイミングであることを示している。試薬吸引動作が可能なタイミングとは、試薬シリンジの動作が割り当てられているタイミングである。

一方、本発明の実施例１による試薬登録のための試薬有無の検知を行う場合は、（ｇ）に示すように、試薬プローブの上限点上昇タイミングの始まりにあわせて液面検知のための試薬吸引が終了するように制御している。ここで、液面が静定した後に試薬有無を検知するための試薬吸引を開始できれば、試薬吸引が終了するタイミングは自由に変更することができる。（ｇ）における実線は液面有無検知のために試薬プローブが動作しているタイミングの例示であり、破線は試薬プローブが動作可能なタイミングの例示である。

ここで、試薬分注のための動作周期において試薬プローブが試薬吸引を開始するタイミングと、試薬登録のための動作周期において試薬プローブが試薬吸引を開始するタイミングを比較すると、試薬登録のために試薬有無を検知するための動作周期において試薬プローブが試薬吸引を開始するタイミングが遅くなっている。

なお、本図では記載していないが、試薬登録のための液面有無を検知するための動作周期では、試薬の吸引動作が可能な範囲で、試薬プローブ下降の開始又は/及び終了するタイミングを遅らせてもよい。

また、試薬分注のための試薬吸引を行う動作周期においても、試薬プローブの上限点上昇時間の始まるタイミングにあわせて試薬吸引が終了するように制御してもよい。図示してしないが、この場合は試薬の種類や分注量によって、試薬分注のための試薬吸引を開始するタイミングが異なることになる。

従来の試薬分注のための動作周期における静電容量変化による液面検知では、（ｈ）に示すように液面検知のためのモニターは、試薬プローブの下降開始タイミングと共に開始している。液面検知により試薬プローブの下降を停止させ、液面到達を判定した後に、試薬吸引動作のためにさらに所定の高さ試薬プローブを下降させ、試薬吸引動作を行っている。

本発明の実施例２では、（ｉ）に示すように試薬登録のための静電容量変化による液面検知の出力、モニターの開始を所定の時間まで遅くし、試薬プローブ上限点上昇時間の始まるタイミングにあわせて液面到達の判定を行っている。

すなわち、試薬分注のための動作周期における液面到達検知の判定タイミングよりも、試薬登録時の試薬液面検知のための動作周期における液面到達検知の判定タイミングが遅くなっている。

図１１では、試薬プローブの２回目の下降開始と共に液面モニターを開始する例を示しているが、液面が静定した後に試薬プローブが液面に到達するか、液面検知のモニターが開始されるかのいずれかを制御すればよく、所定の高さまでプローブを下降させ、所定時間を経過した後に液面検知モニターを開始してもよいし、試薬プローブの下降速度を遅くして液面到達のタイミングを遅くしてもよい。いずれにしても、最短液面静定時間が経過した後に、液面到達検知の判定を行うように制御すればよい。

図１３は、本発明の実施形態の自動分析装置にかかる試薬容器１１の断面概略図である。試薬容器１１には試薬容器蓋４６が取り付けられており、その下部に液揺れを抑制するための筒状のチムニー４７を入れた構成が主流である。本発明においては液揺れが落ち着いてから液面検知を行うものであり、試薬容器蓋４６を取り外して使用する試薬容器やチムニー４７無しの試薬容器に対しても正確に液面検知を行うことが可能となる。

１０…試薬ディスク
１１…試薬容器
１２…試薬分注機構
１３…試薬分注機構
１４…試薬プローブ
１５…試薬プローブ
１６…試薬シリンジ
１７…洗浄槽(試薬分注機構用)
１８…洗浄槽(試薬分注機構用)
１９…攪拌機構
２０…攪拌機構
２１…洗浄槽(攪拌機構用)
２２…洗浄槽(攪拌機構用)
２３…光源
２４…分光光度計
２５…洗浄機構
２６…洗浄用ポンプ
２７…コンピュータ
２７Ａ…記憶部
２７Ｂ…制御部
２８…駆動機構
２９…プランジャ
３０…バルブ
３１…ポンプ
３３…分注流路
３４…圧力センサ
３５…タイミング検出部
３６…ＡＤ変換器
３７…データ抽出部
３８…異常判定部
３９…システム液
４０…分節空気
４１…吸引液
４２…モーター
４３…試薬プローブ上下駆動機構
４４…静電容量検出部
４５…異常判定部
４６…試薬容器蓋
４７…チムニー

Claims (6)

1. 試料を試料容器から反応容器に分注する試料プローブを備えた試料分注機構と、
   試薬を試薬容器から反応容器に分注する試薬プローブを備えた試薬分注機構と、
   前記反応容器に収容された反応溶液を分析する分析機構と、
   複数の試薬容器を搭載し、前記試薬プローブが試薬分注を行う試薬分注位置まで所定の前記試薬容器を移動させる試薬容器移動機構と、
   前記試薬プローブによる試薬吸引時の圧力変化から前記試薬容器内の所定の高さにおける試薬の有無を検知する試薬液面検知機構と、
   前記試料分注機構、前記試薬分注機構、前記分析機構、前記試薬容器移動機構及び前記液面検知機構の動作を一定の動作周期に従って制御する制御部を備え、
   前記制御部は、試薬容器が前記試薬容器移動機構に搭載されて最初に行う前記試薬の有無の検知を第一の動作周期内で、試薬容器から反応容器に試薬を分注ための試薬吸引動作を第二の動作周期内で行い、前記第二の動作周期内において前記試薬プローブが前記試薬容器から前記試薬を分注するために試薬吸引を開始するタイミングと、前記第一の動作周期内において前記液面検知機構による試薬有無を検知するための試薬吸引動作を開始するタイミングを比較すると、前記第一の動作周期内の試薬吸引動作を開始するタイミングが遅いように制御 し、
   前記第一の動作周期と前記第二の動作周期は、同一の長さの一定周期である ことを特徴とする自動分析装置。
2. 請求項１記載の自動分析装置において、
   前記制御部は、前記第一の動作周期内で試薬プローブが上限点に上昇を開始するタイミングにあわせて、前記液面検知機構による試薬の有無を検知するための試薬吸引動作が終了するように制御することを特徴とする自動分析装置。
3. 請求項１に記載の自動分析装置において、
   前記第一の動作周期内における前記液面検知機構による試薬の有無を検知するための試薬吸引量は、前記第二の動作周期内において前記試薬を分注するために試薬吸引をする最小の試薬吸引量よりも小さい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、
   前記第一の動作周期内における前記液面検知機構による試薬の有無を検知するための試薬吸引量は、試薬の種類によって可変であ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、
   前記第二の動作周期内における前記試薬分注機構による試薬を反応容器に分注するための試薬吸引の開始時間が可変であることを特徴とする自動分析装置。
6. 請求項５記載の自動分析装置において、
   前記制御部は前記第二の動作周期内において、試薬プローブが上限点に上昇を開始するタイミングにあわせて、前記試薬分注機構による試薬を反応容器に分注するための試薬吸引動作が終了するように制御することを特徴とする自動分析装置。

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