JP7301764B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動分析装置に関する。

自動分析装置では、血液や尿などの検体を分析するために、検体の入った採血管やサンプルカップなどの検体容器を装置に投入する。装置内では、各検体容器内の検体を分注し、試薬と混ぜ合わせて成分分析を行う。分注には細長いノズルが用いられ、高精度に分注するためには検体の液面位置を高精度に測定する必要がある。誤差の少ない液位測定を行う方法として、特許文献１に記載の技術がある。この特許文献１には、液面を非接触で検出する第１の検出器と、第１の検出器により検出された液面をこの液面と分注プローブとの接触により検出する第２の検出器と、分注プローブを作動させる分析制御部とを備え、分析制御部は、分注プローブを第１の検出器により検出される液面よりも上方の第１の位置まで第１の速度で下方向に移動させた後、第２の検出器により検出される位置まで第１の速度よりも低速の第２の速度で下方向に移動させる方法が開示されている。

特開２０１４－２０２５８８号公報

特許文献１のように、複数の液面検出器を組み合わせて利用することで、誤差の少ない液面測定が期待できる。しかし、実際には、自動分析装置を構成する部品の寸法誤差や組み立て誤差によって、それぞれの液面検出器の間にオフセットが生じている可能性がある。こうしたオフセットが生じていると、液面の位置を誤認識するため、正確な分注が行えなくなってしまう。

本発明の目的は、分注の精度を高めた自動分析装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、検体を収容した検体容器を搬送する搬送ラインと、前記搬送ライン上の異なる位置で前記検体容器内の液面を検出する第１及び第２の液面検出器と、前記検体容器に収容された液体を吸引して反応容器に吐出する検体分注ノズルと、前記搬送ライン、前記第１及び第２の液面検出器、前記検体分注ノズル、を制御する制御部と、を有する自動分析装置において、前記搬送ラインは、高さの基準となる校正治具を、前記第１及び第２の液面検出器の検出位置に搬送し、前記制御部は、前記第１及び第２の液面検出器を用いて、前記校正治具の高さをそれぞれ算出し、この算出値及び前記校正治具の実際の高さ寸法を用いて、高さのオフセットを校正することを特徴とする。

本発明によれば、分注の精度を高めた自動分析装置を提供できる。

自動分析装置の概略を示す上面図である。 校正治具の構成を示す図である。 校正治具の搬送から校正後の回収までの全体的なフローチャートである。 校正治具が液位測定位置にあるときの側面図である。 超音波式センサの校正動作の詳細を示すフローチャートである。 校正治具が検体吸引位置にあるときの側面図である。 検体分注機構の校正動作の詳細を示すフローチャートである。

以下、図１から図７を参照し、本発明の実施形態について、血液や尿などの検体を分析する自動分析装置を例に説明する。

図１は自動分析装置の構成を示す概略図である。自動分析装置１０は、試薬容器１１を複数搭載する試薬ディスク１２と、試薬と検体を混ぜ合わせて反応させるための反応容器２７と、反応容器２７を複数備える反応ディスク１３と、試薬の吸引や吐出を行う試薬分注機構１４と、検体の吸引や吐出を行う検体分注機構１５と、検体容器２１を載せた検体ラック２２を装置に投入する投入ライン１６と、測定が終了した検体ラック２２を回収する回収ライン１７と、検体ラック２２を搬送する搬送ライン１９と、検体容器２１内の液面を検出する超音波式センサ（第１の液面検出器）２３と、各部の動作を制御する制御部２０と、を備える。なお、自動分析装置１０には、装置を操作するための操作部や、分析結果や装置の状態を表示するための表示部などもあるが、図１では省略している。

ここで、搬送ライン１９上の異なる位置には、液位測定位置用センサ３４と、検体吸引位置用センサ３５と、が設けられている。そして、液位測定位置用センサ３４が検体ラック２２の位置を検出することで、搬送ライン１９は、液位を測定するための液位測定位置３１に検体容器２１を位置決めする。また、検体吸引位置用センサ３５が検体ラック２２の位置を検出することで、搬送ライン１９は、検体を吸引するための検体吸引位置３２に検体容器２１を位置決めする。なお、液位測定位置用センサ３４や検体吸引位置用センサ３５としては、例えばフォトインタラプター等を用いることができる。さらに、搬送中に、バーコードリーダ３０が、検体容器２１に貼り付けられた検体バーコード２９や、検体ラック２２に貼り付けられたラックバーコード２８を読み取り、読み取った情報は検査項目の管理に利用される。

超音波式センサ２３は、センサ位置から送信した超音波が液面に反射して戻るまでの時間を測定し、センサから液面までの距離を算出する。すると、センサの設置高さから、センサから液面までの距離を減算することで、液面の高さが算出できる。なお、第１の液面検出器は、液位測定位置３１に位置決めされた検体容器２１内の検体の液面のまでの距離を非接触で測定できるものであれば、超音波式のセンサに限られるものではなく、例えば光学式のセンサであっても良い。

試薬分注機構１４は、試薬を分注するための試薬分注ノズル２４を備え、検体分注機構１５は、検体を分注するための検体分注ノズル２５を備える。検体分注機構１５は、回転動作によって、搬送ライン１９上の検体吸引位置３２と反応容器２７上の検体吐出位置３３に検体分注ノズル２５を移動させる。回転中に検体分注ノズル２５が周囲に接触しない検体分注ノズル２５の高さを上停止位置とし、回転動作は、検体分注ノズル２５が上停止位置にある状態で行われる。さらに、検体吸引位置３２では、検体容器２１内の液面の位置に合わせて検体分注ノズル２５を下降させ、検体を検体分注ノズル２５内に吸引し、再度、検体分注ノズル２５上昇させ、上停止位置で停止させる。検体吐出位置３３では、反応容器２７の高さに合わせて検体分注ノズル２５を下降させ、検体分注ノズル２５内の検体を吐出し、再度上昇させ、上停止位置で停止させる。

検体分注ノズル２５には、検体容器２１内の液面を検出する静電容量式センサ（第２の液面検出器）２６が内蔵されている。この静電容量式センサ２６は、具体的には、検体分注ノズル２５と搬送ライン１９の間の静電容量を測定し、検体分注ノズル２５の先端の検体液面への接触又は接近による静電容量の増加を検出する。なお、第２の液面検出器は、検体容器２１内の液面と接触したことを検出できるものであれば、静電容量式のセンサに限られるものではなく、例えば圧力センサであっても良い。

次に、自動分析装置１０における検体の分注動作について説明する。検体ラック２２は、分析対象の検体を収容した複数本の検体容器２１を積載し、投入ライン１６から自動分析装置１０に投入される。搬送ライン１９は、検体容器２１が液位測定位置３１に位置決されるように、検体ラック２２を搬送する。このとき、超音波式センサ２３は、液位測定位置３１に来た検体容器２１内の液面までの距離を非接触で測定することで、液面の高さを算出する。検体ラック２２内の検体の液面高さをすべて算出した後、搬送ライン１９は、検体ラック２２を搬送し、検体容器２１を検体吸引位置３２に位置決めする。検体分注機構１５は、回転動作によって検体分注ノズル２５を検体吸引位置３２に移動させる。その後、検体分注機構１５は、超音波式センサ２３を用いて算出した液面高さの直前まで、検体分注ノズル２５を高速で下降させ、次いで液面に向けて検体分注ノズル２５を低速で下降させる。そして、検体分注機構１５は、検体分注ノズル２５に内蔵された静電容量式センサ２６が液面を検出してから、さらに規定量下降した位置で、検体分注ノズル２５を停止する。検体分注ノズル２５は、検体を吸引し、上停止位置まで上昇後、検体吐出位置３３に移動し、反応容器２７内に下降し、規定量の検体を吐出する。

検体の分注量は、試薬の分注量と比べて微量であり、検体の分注量のばらつきは検査の結果に影響を与えやすい。そこで、検体分注機構１５では、分注量のばらつきを抑えるために、検体分注ノズル２５の検体への挿入量を精密に制御している。検体分注機構１５は、超音波式センサ２３を用いて算出した液面高さの情報に基づいて検体分注ノズル２５の下降を制御するため、検体分注ノズル２５の先端を、算出した液面位置高さで正確に停止させることが必要となる。しかし、一般的に自動分析装置は、装置全体として大型で構成部品数が多いため、部品寸法誤差や組立誤差が累積し、搬送ライン１９、検体分注機構１５、超音波式センサ２３の相対位置に数ミリメートル程度のオフセットが生じる可能性がある。オフセット量は、自動分析装置の個体差や設置場所の条件によって異なり、部品の交換や修理によっても変化することが想定されるため、自動分析装置ごとに定期的な校正が必要である。

そこで、高さの基準となる校正治具１００を用いて、超音波式センサ２３の設置高さと、検体分注ノズル２５先端の停止高さと、の相対的な位置関係を校正する方法について説明する。校正治具１００は、超音波式センサ２３及び静電容量式センサ２６で検出可能な検出面１０２ａを備え、検体容器２１と同様に、検体用の搬送ライン１９によって液位測定位置３１や検体吸引位置３２に搬送される。

図２を用いて校正治具１００の構成を説明する。図２（ａ）は校正治具１００の正面図であり、図２（ｂ）は校正治具１００の断面図である。校正治具１００は、ケース１０１、検出用部材１０２、コンデンサ１１０、接地用部材１１１、弾性体１１２、などにより構成される。ケース１０１は、プラスチックなどの絶縁性の材質で構成される。検出用部材１０２は、導電性の材質で構成され、上面に平坦な検出面１０２ａを有する。さらに、この検出用部材１０２は、下方向にのみ可動するようにケース１０１に拘束されており、ケース内部の弾性体１１２によって、上方向に押さえつけられている。検出面１０２ａは校正治具１００の上面に露出しており、負荷が無いときには検出面１０２ａの高さがケース１０１の高さに一致する。このため、校正治具１００の上面は、段差が無い平坦面である。校正治具１００の底面又は側面には、導電性の材質で校正された接地用部材１１１を有する。検出用部材１０２と接地用部材１１１は、ケース１０１内部のコンデンサ１１０を介して電気的に接続される。

検出面１０２aは平坦であるため、超音波式センサ２３は、検出面１０２ａの位置を高精度に測定可能である。さらに、校正治具１００が搬送ライン１９上にあるとき、接地用部材１１１が搬送ライン１９に接触するため、検出用部材１０２はコンデンサ１１０を介して搬送ライン１９と電気的に接続された状態となる。このため、第２の液面検出器として静電容量式センサ２６を用いれば、検体分注ノズル２５の先端が検出面１０２ａに接触したことを検出できる。

校正治具１００の長さＬ１と幅Ｌ２と高さＬ３は、検体ラック２２の長さ、幅、高さとそれぞれ同一である。校正治具１００の寸法を検体ラック２２の寸法と同一にすることで、検体ラック２２の搬送用に設計された搬送ライン１９を使用して校正治具１００を搬送し、液位測定位置３１と検体吸引位置３２に位置決めをすることができる。但し、校正治具１００の高さＬ３については、液位測定位置用センサ３４や検体吸引位置用センサ３５で検出できる位置であれば、同じ高さでなくても良い。

以上のように構成された校正治具１００を用いて、超音波式センサ２３と検体分注機構１５（検体分注ノズル２５）の原点位置のオフセットを校正する。校正を行うタイミングはいつでも良いが、例えば、自動分析装置１０の電源を投入した際のチェック動作の中で行う。その他にも、操作部から校正を指示したタイミングや、一定時間ごとに行っても良い。

図３を用いて、校正治具１００の搬送から校正後の回収までの全体の流れについて説明する。まず、投入ライン１６から校正治具１００が自動分析装置１０に投入される。校正治具１００の側面には、バーコード１０３が貼り付けられており、これをバーコードリーダ３０で読み取ることで、制御部２０は、校正治具１００が投入されたと判断し、校正動作を開始する（ステップＳ１０）。搬送ライン１９は、校正治具１００を搬送し、液位測定位置用センサ３４で校正治具１００の位置を検出し、液位測定位置３１に校正治具１００を位置決めする（ステップＳ２０）。超音波式センサ２３は、液位測定位置３１にある校正治具１００の検出面１０２ａを検出し、校正を行う（ステップＳ３０）。詳細な校正動作は後述する。超音波式センサ２３の校正を終えた後、搬送ライン１９は校正治具１００を搬送し、検体吸引位置用センサ３５で校正治具１００の位置を検出し、検体吸引位置３２に校正治具１００を位置決めする（ステップＳ４０）。検体分注機構１５は、検体分注ノズル２５の先端が検出面１０２ａに接触するまでの下降量に基づいて校正を行う（ステップＳ５０）。詳細な校正動作は後述する。すべての超音波式センサ２３及び検体分注機構１５の校正を終えると、搬送ライン１９は校正治具１００を回収ライン１７まで搬送して、校正治具１００を回収し（ステップＳ６０）、校正動作を終了する。

一つ目の校正動作として、超音波式センサ２３の設置高さのオフセットを校正する動作について説明する。図４は、校正治具１００が液位測定位置３１にあるときの側面図である。超音波式センサ２３は、設計上では搬送ライン１９から高さＨ１の位置に取り付けられる。そして、液位測定を行う際には、検体の液面までの距離を測定し、この距離と高さＨ１とに基づいて、液面の高さを算出する。しかし、前述したように、組立誤差や部品寸法誤差によって、超音波式センサ２３の設置高さにはオフセットΔＨ１が加算された状態である。そのため、校正を行わずに液位を測定すると、実際の液位にオフセットΔＨ１を加算した値が、液位の測定値として出力されてしまう。そこで、超音波式センサ２３の校正では、オフセットΔＨ１を算出し、正確な液位を測定できるようにする。

図５は、超音波式センサ２３の校正動作の詳細を示すフローチャートである。まず、制御部２０は、超音波式センサ２３を用いて校正治具１００までの距離Ｄ１を測定し、超音波式センサ２３の設計上の高さＨ１から距離Ｄ１を減算することにより、校正治具１００の高さを算出する（ステップＳ３０１）。ここで、校正治具１００の実際の高さ寸法Ｌ３は既知であるから、制御部２０は、実際の高さ寸法Ｌ３と、算出した高さ（Ｈ１－Ｄ１）との差により、オフセットΔＨ１を算出し、これを校正値とする（ステップＳ３０２）。次に、制御部２０は、校正値が事前に規定された許容範囲内であるかを確認する（ステップＳ３０３）。校正値が許容範囲よりも大きい場合、制御部２０は、超音波式センサ２３に異常があると判断し、自動分析装置１０の表示部にアラートを表示する（ステップＳ３０４）。許容範囲内であった場合、制御部２０は、校正値を記録して（ステップＳ３０５）、超音波式センサ２３の校正を終了する。

二つ目の校正動作として、検体分注機構１５（検体分注ノズル２５先端）の停止高さのオフセットを校正する動作について説明する。図６は、校正治具１００が検体吸引位置３２にあるときの側面図である。検体分注機構１５は、上停止位置における検体分注ノズル２５の先端が、設計上では搬送ライン１９から高さＨ２となるように取り付けられている。そして、検体の吸引を行う際には、超音波式センサ２３で測定した液面位置に基づいて、検体分注ノズル２５の下降動作を制御する。しかし、前述したように、組立誤差や部品寸法誤差によって、上停止位置における検体分注ノズル２５先端の高さにはオフセットΔＨ２が加算された状態である。そのため、校正を行わずに検体分注ノズル２５を下降させると、実際の液面の位置にオフセットΔＨ２を加算した位置を、液面の位置と誤認識した状態となるため、正確な分注が行えない可能性がある。そこで、検体分注機構１５の校正では、オフセットΔＨ２を算出し、正確な分注が行えるようにする。

図７は、検体分注機構１５の校正動作の詳細を示すフローチャートである。まず、制御部２０は、静電容量式センサ２６が検体分注ノズル２５先端と検出面１０２ａとの接触を検出するまで、検体分注ノズル２５下降させる。このとき、制御部２０は、上停止位置における検体分注ノズル２５先端の設計上の高さＨ２から、検体分注ノズル２５の下降量Ｄ２を減算することにより、校正治具１００の高さを算出する（ステップＳ５０１）。ここで、校正治具１００の実際の高さＬ３は既知であるから、制御部２０は、実際の高さ寸法Ｌ３と、算出した高さ（Ｈ２－Ｄ２）との差により、オフセットΔＨ２を算出し、これを校正値とする（ステップＳ５０２）。次に、制御部２０は、校正値が事前に規定された許容範囲内であるかを確認する（ステップＳ５０３）。校正値が許容範囲よりも大きい場合、制御部２０は、検体分注機構１５に異常があると判断し、自動分析装置１０の表示部にアラートを表示する（ステップＳ５０４）。許容範囲内であった場合、制御部２０は、校正値を記録して（ステップＳ５０５）、検体分注機構１５の校正を終了する。

以上の方法では、搬送ライン１９上に校正治具１００を置いて校正を行うため、搬送ラインの高さがずれている場合と、超音波式センサ２３や検体分注機構１５の高さがずれている場合と、のどちらにも対応できる。また、搬送ライン１９の高さを基準に、超音波式センサ２３や検体分注機構１５の高さのオフセットを算出し、校正を行うため、結果的に超音波式センサ２３と検体分注ノズル２５先端の相対的な位置関係が校正できる。

本実施形態によれば、自動分析装置１０の部品の寸法誤差や組立誤差による超音波式センサ２３や検体分注ノズル２５の高さのオフセットを校正できる。このため、超音波式センサ２３による液位の測定値に基づいて、検体分注ノズル２５の検体への挿入量を高精度に制御し、分注量のばらつきを最小化することが可能である。また、超音波式センサ２３や検体分注機構１５の異常を早期に検出できるため、故障による検査結果の異常を最小限にとどめることもできる。

１０ 自動分析装置
１１ 試薬容器
１２ 試薬ディスク
１３ 反応ディスク
１４ 試薬分注機構
１５ 検体分注機構
１６ 投入ライン
１７ 回収ライン
１９ 搬送ライン
２１ 検体容器
２２ 検体ラック
２３ 超音波式センサ（第１の液面検出器）
２５ 検体分注ノズル
２６ 静電容量式センサ（第２の液面検出器）
２７ 反応容器
３１ 液位測定位置
３２ 検体吸引位置
１００ 校正治具
１０２ａ 検出面

Claims (3)

1. 検体を収容した検体容器を、液位測定位置及び検体吸引位置に搬送する搬送ラインと、
   前記液位測定位置にある前記検体容器内の液面までの距離を非接触で測定する超音波式センサと、
   前記検体吸引位置にある前記検体容器に収容された液体を吸引して反応容器に吐出する検体分注ノズルと、
   前記検体分注ノズルの先端に設けられて前記検体容器内の液面と接触したことを検出する静電容量式センサと、
   前記搬送ライン、前記超音波式センサ、前記検体分注ノズル、前記静電容量式センサ、を制御する制御部と、
   を有する自動分析装置において、
   前記搬送ラインは、上端が平坦な検出面である導電性の検出用部材を備えた校正治具を、前記液位測定位置及び前記検体吸引位置に搬送し、
   前記制御部は、
   前記超音波式センサから前記校正治具までの距離Ｄ１を、前記超音波式センサの設計上の高さＨ１から減算することにより、前記校正治具の高さ（Ｈ１－Ｄ１）を算出し、
   前記校正治具の既知である実際の高さ寸法Ｌ３と、前記校正治具の算出した高さ（Ｈ１－Ｄ１）と、の差により、オフセットΔＨ１を算出することで、前記超音波式センサの高さのオフセットを校正するとともに、
   前記静電容量式センサが前記検体分注ノズル先端と前記検出面との接触を検出するまでの前記検体分注ノズルの下降量Ｄ２を、上停止位置における前記検体分注ノズル先端の設計上の高さＨ２から減算することにより、前記校正治具の高さ（Ｈ２－Ｄ２）を算出し、
   前記校正治具の既知である実際の高さ寸法Ｌ３と、前記校正治具の算出した高さ（Ｈ２－Ｄ２）と、の差により、オフセットΔＨ２を算出することで、前記検体分注ノズルの高さのオフセットを校正する、
   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おいて、
   前記検出用部材を介して前記校正治具の上面から前記搬送ラインまで、電気的に接続されてい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、
   装置の状態を表示する表示部をさらに有し、
   前記制御部は、前記校正治具の既知である実際の高さ寸法と、前記校正治具の算出した高さと、の差が所定値よりも大きい場合、前記表示部にアラートを表示することを特徴とする自動分析装置。

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