JP7292098B2

JP7292098B2 - 検体用トレイと検体検査自動化システム

Info

Publication number: JP7292098B2
Application number: JP2019091873A
Authority: JP
Inventors: 知幸根本; 秀明大森; 邦昭鬼澤
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2023-06-16
Anticipated expiration: 2039-05-15
Also published as: JP2020187010A

Description

本発明は、検体を収容する複数の検体容器が配列される検体用トレイと検体用トレイを備える検体検査自動化システムに関する。

病院や検査施設では検体検査自動化システムを用いて、被検者から供される血液や尿等の検体を臨床検査のための分析にかける。検体検査自動化システムには、検体が収容される検体容器に対して検体の分析に先立って遠心分離や開栓、分注といった前処理を行う前処理モジュールや前処理モジュールへ検体容器を投入する投入モジュール、検体容器を収納する収納モジュールが組み込まれる。

検体検査自動化システムのスループットを向上させるべく、多量の検体容器が一度に投入または収納できるようにするためには、検体用トレイに配列される検体容器の集積面積を小さくすることが望ましい。しかし、検体容器の集積面積を小さくすることにより、投入または収納時に検体容器を掴む把持アームが隣接する検体容器に接触し、検体容器を転倒させる場合がある。

特許文献１には、密集する検体容器群の中から１本の検体容器を掴み出す把持アームが隣接する検体容器に接触することを回避するために、内側に把持アームを開閉可能に格納するカバーを備える検体移載機構が開示されている。

特許第５５２５０５４号公報

しかしながら、特許文献１に開示される検体移載機構では、隣接する検体容器の間にはカバーが入り込む隙間、すなわちカバーの厚み以上の隙間が必要であり、検体容器の集積面積を小さくするうえでの制約となる。

そこで、本発明は、検体容器の集積面積を小さくできる検体用トレイ、及びそれを備える検体検査自動化システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、検体を収容する複数の検体容器が配列される検体用トレイであって、前記検体容器が個別に搭載される複数の搭載部と、前記複数の搭載部の中から選択される搭載部である選択搭載部を、前記選択搭載部に隣接する搭載部である隣接搭載部よりも高い位置に配置させる昇降部と、を備えることを特徴とする。

また本発明は、検体を分析する検体検査自動化システムであって、前記検体用トレイを備えることを特徴とする。

本発明によれば、検体容器の集積面積を小さくできる検体用トレイ、及びそれを備える検体検査自動化システムを提供することができる。

実施例１の検体検査自動化システムの全体構成の一例を示す図である。実施例１の検体用トレイの構造の一例を示す図である。実施例１の昇降部の構造の例を示す図である。実施例１の検体用トレイから検体容器を投入する処理の流れの一例を示す図である。実施例１の検体用トレイからの検体容器の投入を説明する図である。実施例１の検体用トレイへ検体容器を収納する処理の流れの一例を示す図である。実施例１の検体用トレイへの検体容器の収納を説明する図である。実施例２の検体用トレイの構造の一例を示す図である。実施例２の検体用トレイから検体容器を投入する処理の流れの一例を示す図である。実施例２の検体用トレイからの検体容器の投入を説明する図である。

以下、図面を参照して、本実施例の検体検査自動化システム１００について説明する。検体検査自動化システム１００は、被検者から供される血液や尿等の検体を臨床検査のための分析をするシステムである。検体検査自動化システム１００では、分析に先立って各種の前処理が行われる。

図１を用いて、本実施例の検体検査自動化システム１００について説明する。検体検査自動化システム１００は、投入モジュール１０１、収納モジュール１０２、ストックモジュール１０３、遠心分離モジュール１０５、開栓モジュール１０６、分注モジュール１０７、分析モジュール１０８、閉栓モジュール１０９、制御用コンピュータ１２０を備える。以下、処理の順番に沿って各部について説明する。

投入モジュール１０１では、検体を収容する検体容器１１２が投入トレイ１１０ａから主搬送経路１０４を流れるホルダ１１１に移載されることにより投入される。検体容器１１２の移載は、図５を用いて後述する把持アーム５００によって行われる。投入トレイ１１０ａは複数本、例えば５０本ないし１００本の検体容器１１２が載せられるキャリアであり、検体容器１１２が一次元または二次元、すなわちＸ方向とＹ方向の少なくとも一方向に沿って配列される。検体容器１１２は開閉可能な栓を有する容器であり、例えば試験管等である。開栓された検体容器１１２が投入モジュール１０１に投入される場合もある。検体容器１１２の外表面には検体の識別に用いられるバーコード等が張り付けられても良い。ホルダ１１１は1本の検体容器１１２が載せられるキャリアである。

遠心分離モジュール１０５では検体容器１１２に遠心分離処理が行われ、検体容器１１２に収容される検体が各成分に分離される。開栓モジュール１０６では検体容器１１２が開栓される。分注モジュール１０７では開栓された検体容器１１２から検体が分注される。分析モジュール１０８では分注された検体が分析される。

検体が分注された検体容器１１２は、分注モジュール１０７、開栓モジュール１０６、遠心分離モジュール１０５、投入モジュール１０１、ストックモジュール１０３、収納モジュール１０２の順に各モジュールを通過して閉栓モジュール１０９へ搬送される。閉栓モジュール１０９では検体容器１１２が閉栓される。

収納モジュール１０２では、一連の処理が終了した検体容器１１２がホルダ１１１から収納トレイ１１０ｂに移載されることにより収納される。検体容器１１２の移載は、図５を用いて後述する把持アーム５００によって行われる。収納トレイ１１０ｂは、投入トレイ１１０ａと同様に、複数本、例えば５０本ないし１００本の検体容器１１２が載せられるキャリアである。ただし、投入トレイ１１０ａとは利用目的が異なり、一連の処理が終了した検体容器１１２が載せられる。

ストックモジュール１０３では、検体容器１１２が収納された後のホルダ１１１の回収と、複数のホルダ１１１の蓄積、投入モジュール１０１へのホルダ１１１の供給が行われる。制御用コンピュータ１２０は、通信回線１２１を介して各モジュールと接続され、各モジュールが有するセンサ等で取得された情報に基づいて、各モジュールの動作を制御する。

以上、説明したように、検体検査自動化システム１００では、投入トレイ１１０ａまたは収納トレイ１１０ｂと主搬送経路１０４を流れるホルダ１１１との間で、検体容器１１２の移載が行われる。検体検査自動化システム１００のスループットを向上させるには、多量の検体容器１１２が一度に投入または収納できることが望ましい。そこで本実施例では、投入トレイ１１０ａまたは収納トレイ１１０ｂに配列される検体容器１１２の集積面積を小さくすることにより、一度に投入または収納できる検体容器１１２の本数を増加させる。

図２を用いて、本実施例の検体用トレイ１１０の構造について説明する。なお本実施例の投入トレイ１１０ａと収納トレイ１１０ｂは同じ構造であるので、両者をまとめて検体用トレイ１１０と呼ぶ。本実施例の検体用トレイ１１０は、搭載部２０１と昇降部２０２とトレイ本体２０３を備える。以下、各部について説明する。

搭載部２０１には、検体容器１１２が個別に搭載される。すなわち一つの搭載部２０１に対して、一つの検体容器１１２が搭載される。なお搭載部２０１に、検体容器１１２が搭載されない場合もある。開栓された検体容器１１２が傾くことによる検体損失を防止するため、検体容器１１２は傾けられずに搭載されることが好ましい。そこで図２に例示されるように、搭載部２０１は、検体容器１１２に接する面が検体容器１１２の外表面に沿うような形状を有するとともに、検体容器１１２の高さの半分以上の深さを有することが好ましい。

トレイ本体２０３には、複数の搭載部２０１が上下可動に支持されるとともに、ＸＹ面内で高密度に配列される。搭載部２０１の配列方向は、搭載部２０１の移動方向であるＺ方向に直交する方向、すなわちＸ方向とＹ方向の少なくとも一方向である。検体検査自動化システム１００のスループットを向上させるためには、多量の検体容器１１２が搭載できるように搭載部２０１は二次元、例えば格子状や六方最密状に配列される。また隣接する検体容器１１２との間に、検体容器１１２を把持する把持アーム５００が入り込む隙間が無くなる程度まで検体容器１１２の集積面積が小さくなるように、搭載部２０１は高密度に配列されても良い。

昇降部２０２は、搭載部２０１を個別に上下動、すなわちＺ方向に移動させる装置であり、複数の搭載部２０１の中から移載対象となる検体容器１１２が搭載される搭載部２０１を、隣接する搭載部２０１よりも高い位置に配置させる。すなわち、把持アーム５００が入る隙間が無いほど搭載部２０１がＸＹ面内で高密度に配列されても、移載対象の検体容器１１２は高い位置に配置されるので、把持アーム５００が隣接する検体容器１１２に接触せずに移載対象の検体容器１１２を把持できる。

図３を用いて、昇降部２０２の具体的な構造の例について説明する。図３（ａ）に、ソレノイド３０１と引きバネ３０２を有する昇降部２０２を示す。ソレノイド３０１は、電流が流れることによりピンが伸びる装置であり、ピンが伸びることにより搭載部２０１が押し上げられる。引きバネ３０２はソレノイド３０１と搭載部２０１との間に設けられ、搭載部２０１の上昇速度を緩やかにするとともに、ソレノイド３０１がオフになったときにピンを下降させて元の位置へ戻す。

図３（ｂ）に、コイル３０３とコア３０４からなる電磁石を有する昇降部２０２を示す。なお搭載部２０１は磁性体である。コイル３０３は、強磁性体製のコア３０４に巻きつけられ、電流が流れることによりコア３０４に磁力を発生させる。搭載部２０１はコア３０４から発生する磁力により押し上げられる。またコイル３０３を流れる電流を停止させることにより磁力がなくなり、搭載部２０１は元の位置に戻される。なお搭載部２０１の昇降速度を調整するために、コイル３０３を流れる電流が制御されても良い。

図３（ｃ）に、回転軸３０５とカム３０６を有する昇降部２０２を示す。回転軸３０５は、モータ等の駆動部に接続され、図中の矢印の方向に回転する。カム３０６は図示するような形状を有し、搭載部２０１の底部に接しながら回転軸３０５の回転にともなって回転する。すなわちカム３０６の回転により、搭載部２０１の底部とカム３０６との接触位置の高さが変化するので、搭載部２０１を昇降させることができる。カム３０６は図示される形状に限定されず、搭載部２０１の上下動の範囲に応じて任意の形状に変更できる。

図３（ｄ）に、回転軸３０５とラック３０７、ピニオン３０８を有する昇降部２０２を示す。回転軸３０５は、モータ等の駆動部に接続され、図中の矢印の方向に回転する。ピニオン３０８は歯車形状を有し、回転軸３０５の回転にともなって回転する。ラック３０７は、ピニオン３０８と噛み合う凹凸を有するとともに、搭載部２０１の底部に接触する。ピニオン３０８の回転によりラック３０７は上下動するので、ラック３０７に接触する搭載部２０１を昇降させることができる。図３（ｄ）の昇降部２０２は、いわゆるラックアンドピニオンである。

以上の構成部を有する検体用トレイ１１０において検体容器１１２のＸＹ面内での集積面積を小さくしたときの、検体用トレイ１１０からの検体容器１１２の投入や、検体用トレイ１１０への検体容器１１２の収納について以下説明する。

図４を用いて、本実施例の検体用トレイ１１０から検体容器１１２を投入する処理の流れの各ステップについて説明する。

（Ｓ４０１）
制御用コンピュータ１２０は、検体用トレイ１１０に配列される複数の搭載部２０１の中から投入対象となる検体容器１１２が搭載される搭載部２０１の選択を受け付ける。搭載部２０１の選択は、制御用コンピュータ１２０を介して操作者が行っても良いし、予め計画された分析計画に基づいて制御用コンピュータ１２０が行っても良い。

（Ｓ４０２）
制御用コンピュータ１２０は、Ｓ４０１で選択された搭載部２０１である選択搭載部を上昇させる。具体的には、選択搭載部に対応する昇降部２０２が動作することにより、選択搭載部に隣接する搭載部２０１である隣接搭載部よりも高い位置へ選択搭載部が上昇する。

（Ｓ４０３）
制御用コンピュータ１２０は、検体容器１１２を把持する把持アーム５００を選択搭載部の位置へ移動させる。具体的には、把持アーム５００が選択搭載部の上方に配置されるようにＸＹ面内を移動した後、選択搭載部に搭載された検体容器１１２を把持できる高さまで下降する。

（Ｓ４０４）
制御用コンピュータ１２０は、選択搭載部に搭載された検体容器１１２を把持アーム５００に把持させる。図５に、選択搭載部に搭載された検体容器１１２を把持アーム５００が把持した様子を示す。図５では、Ｘ方向の真ん中に位置する搭載部２０１が選択搭載部であり、選択搭載部が上昇しており、選択搭載部に搭載された検体容器１１２が把持アーム５００に把持されている。なお、選択搭載部と隣接搭載部との高さの差異は、把持アーム５００が検体容器１１２を把持できる程度の差異、具体的には把持アーム５００が検体容器１１２に接触する鉛直方向の長さよりも大きい差異であることが好ましい。

（Ｓ４０５）
制御用コンピュータ１２０は、検体容器１１２が移載される位置へ把持アーム５００を移動させる。具体的には、把持アーム５００は上昇した後、検体容器１１２が移載されるホルダ１１１の上方に配置されるようにＸＹ面内での移動をする。

（Ｓ４０６）
制御用コンピュータ１２０は、検体容器１１２をホルダ１１１に移載させる。具体的には、検体容器１１２を把持した把持アーム５００は下降し、ホルダ１１１に検体容器１１２が搭載された状態で把持アーム５００が開くことにより、検体容器１１２の投入が完了する。

以上説明した処理の流れにより、把持アーム５００が入る隙間が無いほど搭載部２０１がＸＹ面内で高密度に配列されても、把持アーム５００は隣接する検体容器１１２に接触せずに投入対象の検体容器１１２を把持し、投入モジュール１０１へ投入することができる。

図６を用いて、本実施例の検体用トレイ１１０へ検体容器１１２を収納する処理の流れの各ステップについて説明する。

（Ｓ６０１）
制御用コンピュータ１２０は、検体用トレイ１１０に配列される複数の搭載部２０１の中から収納対象となる搭載部２０１の選択を受け付ける。搭載部２０１の選択は、制御用コンピュータ１２０を介して操作者が行っても良いし、予め計画された分析計画に基づいて制御用コンピュータ１２０が行っても良い。

（Ｓ６０２）
制御用コンピュータ１２０は、Ｓ６０１で選択された搭載部２０１である選択搭載部を上昇させる。具体的には、選択搭載部に対応する昇降部２０２が動作することにより、選択搭載部に隣接する搭載部２０１である隣接搭載部よりも高い位置へ選択搭載部が上昇する。

（Ｓ６０３）
制御用コンピュータ１２０は、主搬送経路１０４を流れるホルダ１１１に搭載された検体容器１１２を把持アーム５００に把持させる。

（Ｓ６０４）
制御用コンピュータ１２０は、検体容器１１２を把持している把持アーム５００を選択搭載部の位置へ移動させる。具体的には、検体容器１１２を把持している把持アーム５００が選択搭載部の上方に配置されるようにＸＹ面内を移動する。

図７に、検体容器１１２を把持している把持アーム５００が選択搭載部の上方に配置された様子を示す。図７では、Ｘ方向の真ん中に位置する搭載部２０１が選択搭載部であり、選択搭載部が隣接搭載部よりも高い位置に配置されている。なお、選択搭載部と隣接搭載部との高さの差異は、把持アーム５００が検体容器１１２を把持できる程度の差異、具体的には把持アーム５００が検体容器１１２に接触する鉛直方向の長さよりも大きい差異であることが好ましい。

（Ｓ６０５）
制御用コンピュータ１２０は、検体容器１１２を選択搭載部に移載させる。具体的には、検体容器１１２を把持している把持アーム５００が下降し、選択搭載部に検体容器１１２が搭載された状態で把持アーム５００が開くことにより、検体容器１１２が移載される。検体容器１１２を移載した把持アーム５００は上昇した後、所定の位置へ退避する。

（Ｓ６０６）
制御用コンピュータ１２０は、選択搭載部を下降させる。具体的には、選択搭載部に対応する昇降部２０２が動作することにより、検体容器１１２が移載された選択搭載部が下降して検体容器１１２の収納が完了する。

以上説明した処理の流れにより、把持アーム５００が入る隙間が無いほど搭載部２０１がＸＹ面内で高密度に配列されても、把持アーム５００は隣接する検体容器１１２に接触せずに収納対象の搭載部２０１へ検体容器１１２を移載し、収納モジュール１０２へ収納することができる。

図１乃至図７を用いて説明したように本実施例によれば、検体容器１１２の集積面積を小さくできる検体用トレイ１１０、及びそれを備える検体検査自動化システム１００を提供することができる。また操作者の指示操作に従って、選択搭載部が上昇させられることにより、検体用トレイ１１０から投入された検体容器１１２や検体用トレイ１１０へ収納された検体容器１１２の位置を操作者が視認することができる。

実施例１では、選択搭載部を上昇させることについて説明した。選択搭載部を隣接搭載部よりも高い位置に配置させるには、選択搭載部の高さを維持したまま隣接搭載部を下降させても良い。本実施例では、少なくとも隣接搭載部を下降させることについて説明する。なお検体検査自動化システム１００の全体構成は実施例１と同じであるので説明を省略する。

図８を用いて、本実施例の検体用トレイ１１０の構造について説明する。本実施例においても投入トレイ１１０ａと収納トレイ１１０ｂは同じ構造であるので、両者をまとめて検体用トレイ１１０と呼ぶ。本実施例の検体用トレイ１１０も、実施例１と同様に、搭載部２０１と昇降部２０２とトレイ本体２０３を備える。なお搭載部２０１とトレイ本体２０３は実施例１と同じであるので説明を省略し、実施例１とは異なる昇降部２０２について説明する。

本実施例の昇降部２０２は、高さ維持部８０１と下降部８０２を有する。高さ維持部８０１は、ＸＹ面内を任意に移動するとともに、搭載部２０１を下側から支持する装置である。すなわち、選択された搭載部２０１である選択搭載部の下に配置されるように移動した高さ維持部８０１は、選択搭載部を下側から支持することにより選択搭載部の高さを維持する。

下降部８０２は、トレイ本体２０３を上下動させる装置であり、図３に例示される構造が用いられても良い。高さ維持部８０１が選択搭載部の下に配置された状態で、下降部８０２がトレイ本体２０３を下降させることにより、選択搭載部の高さが維持されたまま、選択搭載部に隣接する搭載部２０１である隣接搭載部が下降する。その結果、選択搭載部は隣接搭載部よりも高い位置に配置されるので、把持アーム５００が入る隙間が無いほど搭載部２０１がＸＹ面内で高密度に配列されても、把持アーム５００は隣接する検体容器１１２に接触することなく移載対象の検体容器１１２を把持できる。

図９を用いて、本実施例の検体用トレイ１１０から検体容器１１２を投入する処理の流れについて説明する。なお実施例１と本実施例との違いはＳ４０２がＳ９０２とＳ９０３に置き換わる点であるので、Ｓ４０１、Ｓ４０３～Ｓ４０６の説明を省略し、Ｓ９０２とＳ９０３について説明する。

（Ｓ９０２）
制御用コンピュータ１２０は、Ｓ４０１で選択された搭載部２０１である選択搭載部の下に高さ維持部８０１を移動させる。

（Ｓ９０３）
制御用コンピュータ１２０は、トレイ本体２０３を下降させる。具体的には、高さ維持部８０１が選択搭載部の下に配置された状態で、下降部８０２が動作することにより、トレイ本体２０３が下降し、選択搭載部に隣接する搭載部２０１である隣接搭載部よりも高い位置に選択搭載部が配置される。

図１０に、下降部８０２の動作によってトレイ本体２０３が下降し、選択搭載部が隣接搭載部よりも高い位置に配置された様子を示す。図１０では、Ｘ方向の真ん中に位置する搭載部２０１が選択搭載部であり、トレイ本体２０３とともに下降した隣接搭載部よりも高い位置に選択搭載部が配置されている。図１０に示された状態において、把持アーム５００の移動や検体容器１１２の把持等が行われることにより、検体用トレイ１１０から検体容器１１２が投入される。

また本実施例の検体用トレイ１１０へ検体容器１１２を収納する場合は、実施例１の図６のＳ６０２を、図９のＳ９０２とＳ９０３に置き換えればよい。Ｓ６０２がＳ９０２とＳ９０３に置き換わることにより、検体用トレイ１１０へ検体容器１１２を収納する場合であっても、高密度に配列された搭載部２０１に対して、把持アーム５００は隣接する検体容器１１２に接触せずに済む。

図８乃至図１０を用いて説明したように本実施例によれば、検体容器１１２の集積面積を小さくできる検体用トレイ１１０、及びそれを備える検体検査自動化システム１００を提供することができる。

本発明の検体トレイ及びそれを備える検体検査自動化システムについて、２つの実施例を説明した。なお、本発明の検体トレイ及び検体検査自動化システムは上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、上記実施例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。

１００：検体検査自動化システム、１０１：投入モジュール、１０２：収納モジュール、１０３：ストックモジュール、１０４：主搬送経路、１０５：遠心分離モジュール、１０６：開栓モジュール、１０７：分注モジュール、１０８：分析モジュール、１０９：閉栓モジュール、１１０：検体用トレイ、１１０ａ：投入トレイ、１１０ｂ：収納トレイ、１１１：ホルダ、１１２：検体容器、１２０：制御用コンピュータ、１２１：通信回線、２０１：搭載部、２０２：昇降部、２０３：トレイ本体、３０１：ソレノイド、３０２：引きバネ、３０３：コイル、３０４：コア、３０５：回転軸、３０６：カム、３０７：ラック、３０８：ピニオン、５００：把持アーム、８０１：高さ維持部、８０２：下降部

Claims

検体を収容する複数の検体容器が配列される検体用トレイであって、
前記検体容器が個別に搭載される複数の搭載部と、
前記複数の搭載部の中から選択される搭載部である選択搭載部を、前記選択搭載部に隣接する搭載部である隣接搭載部よりも高い位置に配置させる昇降部と、を備え、
前記昇降部は、少なくとも前記隣接搭載部を下降させることを特徴とする検体用トレイ。
請求項１に記載の検体用トレイであって、
前記昇降部は、前記選択搭載部の高さを維持する高さ維持部と、前記搭載部を上下可動に支持するトレイ本体を下降させる下降部と、を有することを特徴とする検体用トレイ。
検体を分析する検体検査自動化システムであって、
請求項１に記載の検体用トレイを備えることを特徴とする検体検査自動化システム。
請求項３に記載の検体検査自動化システムであって、
前記選択搭載部から検体容器を投入する、または前記選択搭載部に検体容器を収納する把持アームを備えることを特徴とする検体検査自動化システム。
請求項４に記載の検体検査自動化システムであって、
前記昇降部は、前記選択搭載部と前記隣接搭載部との高さの差異が、前記把持アームが前記検体容器に接触する長さよりも大きくすることを特徴とする検体検査自動化システム。