JPH0121464B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、上下に二層に分離されている液体
のうちの上層液、たとえば血清と血餅とに分離さ
れた血液の血清のみを分取する装置に関する。

血液を試験管内に流し込みこれを静かに放置す
るかまたは遠心分離すると、上層に麦わら色の透
明な血清が析出し、下層に赤色の血餅が退縮す
る。上層の血清のみを分取する場合、吸引ノズル
を位置決めするために、血清と血餅との境界面を
検出する必要がある。この境界面を検出する装置
の１つに光学プローブを用いるものがある。光学
プローブは、投、受光素子と、上端がこの投、受
光素子に導かれた光学フアイバとからなる。そし
て、光学フアイバの下端を血清内に進入させてい
き、境界面での反射光による受光素子の出力が、
固定的に定められた設定値に達したことにより境
界面を検出している。

ところが、多数の血液検体中には、脂肪粒子な
どで濁つている乳び血清を含むものがあり、この
ような血液検体では、光学フアイバから照射され
た光は脂肪粒子によつても反射されてしまう。乳
びの度合の大きい血清では、脂肪粒子による反射
光量が、正常血清における境界面からの反射光量
よりも大きくなることさえ起こる。このため、乳
び血清を含む血液検体の場合には、血清と血餅と
の境界面を検出することが不可能となることがあ
る。そこで従来は、血清の混濁度合を血清液面付
近で光学的に測定し、この度合の大きなものにつ
いては血清分取を行なわないようにしていた。

しかしながら、強度の混濁血液検体であつて
も、電極法や炎光分析法によれば、その血清を正
常に測定、分析できるので、このような検体につ
いても血清の分取が要求されている。

この発明は、強度の混濁血液検体のように、従
来の装置では境界面の検出が不可能とされていた
液体についても、その分離された上層液を分取す
ることができ、したがつてすべての液体について
できるだけ高精度に上層液のみを分取することの
できる装置を提供することを目的とする。

以下図面を参照して、この発明を血清分取装置
に適用した場合の実施例について詳述する。

第１図は、血清分取装置の構成を示している。
試験管２２は、試験管ホルダ（図示略）により、
垂直姿勢に保持されている。試験管２２内の血液
は、既に遠心分離などの方法により、上層の血清
BSと下層の血餅BPとにより分離されている。血
清BSと血餅BPとの境界面をSK、血清BSの液面
をSAとする。

このような試験管２２が保持される箇所の上方
には昇降台１７が昇降自在に設けられている。こ
の昇降台１７には、血清分取用の吸引ノズル１４
と、往復光導波路を有しかつその外周面がステン
レス・チユーブのような導電体によつて被覆され
た光フアイバ電極１３とが設けられ、これらは平
行でかつ下方に向つてのびている。ノズル１４
は、ステンレス・チユーブような導電体からな
り、血清液面検知および気泡検知のための一方の
電極を兼ねている。ノズル１４と光フアイバ電極
の下端の高さ位置は一致している。昇降台１７
は、昇降装置６によつて上下動される。ノズル１
４および光フアイバ電極１３の下端の上限位置は
一定位置である。この上限位置は、リミツト・ス
イツチその他の検出器により検出される。

吸引ノズル１４の上端は、可撓管１１により血
清採取容器７の下端部に接続されており、可撓管
１１の途上には気泡検知器１２および電磁弁８が
設けられている。容器７の上端部は、導管２０に
よつて、真空ポンプを含む空圧回路１８に接続さ
れる。この空圧回路１８には、圧縮空気源２３か
ら圧縮空気が送られる。空圧回路１８内の真空ポ
ンプが作動して吸引が開始し、かつ電磁弁８が開
かれると、ノズル１４による血清の採取が始ま
り、吸引された血清は容器７内に一時的に蓄えら
れる。血清分取が終了したのちに、空圧回路１８
によつて圧縮空気を導管２０を経て容器７内に送
り込むことによつて、容器７内に一時的に蓄えら
れていた血清をノズル１４から他の容器または試
験管などに注入することができる。

血清BSと血餅BPとの境界面SKを検出するた
めの光学プローブは、光フアイバ電極１３と、こ
の光フアイバの往、復光導波路の各上端に光結合
された発光ダイオードなどの投光素子１６および
フオト・トランジスタやフオト・ダイオードなど
の受光素子１５とからなる。投光素子１６は発振
回路１９によつて駆動され、投光素子１６からの
光は光フアイバに極導かれてその下端から照射さ
れる。この照射光は血清BS中の脂肪粒子、境界
面SKなどで散乱または反射して光フアイバ内に
その下端から入り光フアイバ内を通つて受光素子
１５によつて受光される。受光素子１５の出力信
号は、プリアンプ５、アンプ４によつて増幅され
たのち、マルチプレクサ３を経てAD変換器２で
デジタル信号に変換される。この信号を受光信号
Ｓで表わす。マルチプレクサ３は、吸引ノズル１
４と光フアイバ電極１３の対が多数設けられた場
合に、各受光素子からの出力信号を順次読取るた
めに使用される。

気泡検知器１２は、絶縁性の管と、この管内に
対向して配置された１対の電極とから構成されて
いる。１対の電極のうち一方は、ノズル１４の上
端であり、他方は絶縁管内に配置された環状体で
ある。これらの両電極は、気泡検知回路９に接続
されている。吸引ノズル１４によつて吸引された
血清は、絶縁管内を通つて輸送されるが、後述す
るようにノズル１４が所定位置に位置決めされた
のち、ノズル１４の下端のレベルまで血清が吸引
されてしまうと、ノズル１４は外気を吸引するの
で、検知器１２内を気泡が通過する。１対の電極
間の抵抗値はこの気泡の通過によつて急激に増大
する。気泡検知回路９は、１対の電極間の抵抗値
の気泡による変化を検出するもので、この検出信
号は吸引終了信号となる。

血清液面検知回路１０は、ノズル１４と光フア
イバ電極１３の導電体被覆との間の抵抗値の変化
を検出するものである。吸引ノズル１４と電極１
３とが下降していつてそれらの下端が血清の液面
SAに達すると、ノズル１４と電極１３との間の
抵抗値が急激に変化する。この抵抗値の変化が検
知回路１０によつて検出されることにより、ノズ
ル１４および電極１３の下端が血清中に進入した
ことが検知される。血清液面検知は、受光信号Ｓ
の変化にもとづいて行なうことも可能である。光
フアイバ電極１３の下端が血清中に進入すると、
信号Ｓが急激に変化するからである。

昇降装置６の昇降制御、電磁弁８の開閉制御、
ならびに空圧回路１８の吸引および圧縮制御は、
後述するように、両検知回路９，１０の検知信号
および受光信号Ｓにもとづいて、中央処理装置
（以下CPUという）１によつて実行される。CPU
１としては、マイクロプロセツサが好適である。
CPU１内には、そのプログラムおよび各種デー
タを記憶するメモリ、ならびりタイマが含まれて
いる。

第２図は、正常な血清を含む血液から強乳び血
清を含む血液に至るまでの多くの検体について、
光フアイバ電極１３を血清中に進入させかつ下降
させていつたときの、電極１３の下端と境界面
SKとの距離ｄと（第３図参照）受光出力Ｓとの
関係を示している。受光信号Ｓ、境界SKから遠
い位置では血清に応じてそれぞれ異なる値を示す
が、境界SKに近づくにつれて増加または減少し
て境界SKにおいては同一値を示すようになる。

Ａで示すような正常な血清やＢで示すような弱
乳び血清においては、受光信号Ｓは、光フアイバ
電極１３が下降するにつれて増大するから、受光
信号Ｓを適当なレベルで弁別することにより電極
１３が境界面SKに接近したことを検知すること
が可能である。しかしながら、Ｃで示すような強
乳び血清においては、脂肪粒子による反射光量が
境界面SKからの反射光量よりも大きいから、同
様な方法によつて境界面SKを検知することは困
難である。そこで、受光信号Ｓにもとづいて境界
面SKを検知できる上限レベル（モード切替レベ
ル）をSnと定める。そして、光フアイバ電極１
３が血清中に進入した時点における受光信号Ｓの
レベルがこの上限レベルSn以下の場合には、受
光信号Ｓにもとづく境界面検知によつて吸引ノズ
ル１４の下降停止位置を制御し（これを第１モー
ドという）、受光信号Ｓのレベルが上限レベルSn
を越えている場合には、血液のヘマトクリツト値
にもとづいて吸引ノズル１４の下降停止位置の制
御を行なう（これを第２モードという）。

第２図において、ＡやＢのような上限レベあ
Snよりも低いレベルのグラフに着目すると、乳
び血清中の脂柆粒子からの反射光の影響は、乳び
の程度が強いほど顕著にあらわれ、同一距離ｄに
ついて比較すると、受光信号Ｓのレベルは、乳び
の強い順に高い値を示す。光フアイバ電極１３の
下端が血清BS中に進入したときの受光信号Ｓを
初期値とし、境界SKの上方所要距離Ｄのレベル
をノズル停止位置dNとする。第２図のグラフか
ら明らかなように、ノズル停止位置dNにおける
受光信号Ｓは初期値によつて一義的に定まる。し
たがつて、受光阻止１５の出力Ｓをある設定値で
レベル弁別してノズル停止位置を検出するにさい
して、まず初期値を測定しこの初期値によつて設
定値を決定すれば、乳びの有無またはその程度に
無関係に常に一定のノズル停止位置が定まること
となる。

この実施例では、多数段階の設定値Sh1〜Shn
をあなかじめ用意しておき、測定した初期値のレ
ベルに応じて設定値が決定される。このために、
CPU１のメモリには、第５図に示すような設定
値テーブルがあらかじめストアされている。たと
えば受光信号Ｓの初期値が０＜Ｓ≦S1であれば
設定値Sh1が、S1＜Ｓ≦S2であれば設定値Sh2が
それぞれ選定され、また初期値がSn_-1＜Ｓ≦Sn
であれば設定値Shnが選定される。以上が第１モ
ードにおける吸引ノズル１４の下降停止位置決め
の基本的な考え方である。

第２モードにおいては、吸引ノズル１３の下降
停止位置決めのために、血液のヘマトクリツト値
が利用される。ヘマトクリツト値とは、全血液中
の細胞成分（特殊には赤血球）の占める預積比
（％）である。血清と上層液とはこのヘマトクリ
ツト値の示す割合で分離する。一般に正常成人で
は、ヘトマクリツト値は、男が35〜52％、女が35
〜48％である。血清のみを分取すめための安全を
見込んだヘマトクリツト値をＨ％（たとえば60
％）とする。そして、分離された血液の上層から
（100−Ｈ）％の液体が血清として採取される。

第２モードにおける吸引ノズル１４の下降停止
位置の位置決めの一例が第４図に示されている。
上述のようにノズル１４および光フアイバ電極１
３の下端の上限位置は一定しており、また試験管
２２の保持位置も定まつていてその下端の高さ位
置も一定しているから、上限位置にあるノズル１
４および電極１３の下端と試験管２２の下端との
距離Ｌは一定である。血液の量は検体によつて異
なるから、血清の液面SAの高さL3は検体によつ
て異なる。しかしながら安全を見込んだヘマトク
リツト値Ｈは一定とする。したがつて、ノズル１
４の下端の下降停止位置をdLとし、この位置dL
から血清の液面SAまでの高さをL2とすると、
L2／L3は（１−Ｈ／100）に等しい。ノズル１４
および電極１３の下降速度Ｖを一定とする。

ノズル１４および電極３がその上限位置から下
降を開始してから、ノズル１４および電極１３の
下端が液面SAに達するまでの時間T1（距離L1を
下降するのに要する時間）が測定される。ノズル
１４および電極１３が距離Ｌを下降するのに要す
る時間はＬ／Ｖで表わされる。L3＝Ｌ−L1であ
るから、ノズル１４および電極１３が距離L3を
下降するのに要する時間は、Ｌ／Ｖ−T1となる。
したがつて、ノズル１４および電極１３が血清の
液面SAから停止位置dLまで下降するのに要する
時間T2は、次式で与えられる。

T2＝（Ｌ／Ｖ−T1）×（１−Ｈ／100）時間
（T1）の測定結果から時間（T2）を算出し、ノ
ズル１４および電極１３が液面SAに達してから
さらに時間（T2）が経過したときにノズル１４
および電極１３の下降を停止させればノズル１４
および電極１３の下端は位置dLに位置決めされ
る。

時間（T1）の測定結果から時間（T2）を求め
るための時間テーブルがあらかじめ作成され、
CPU１のメモリ内にストアされている。このテ
ーブルが第５図に示されている。たとえば、時間
（T1）の測定値がT10＜T1＜T11の場合には下降
時間としてT21が選定される。

このメモリには、第５図に示されているよう
に、逐次入力する受光信号Ｓを記憶するエリヤ、
時間（T1）（T2）をそれぞれ計時するためのタ
イマTa，Tbとして用いられるエリヤ、受光信号
Ｓの初期値を記憶するエリヤ、この初期値によつ
て決定された設定値Shを記憶するエリヤ、上述
の式によつて求められた下降時間T2を記憶する
エリヤおよびモード切替レベルSnを記憶するエ
リヤがれぞれ設けられている。

第６図は、CPU１による血清分取制御処理の
手順を示している。吸引ノズル１４および電極１
３は最初は上限位置にある。メモリのデータ記憶
エリヤのリセツト処理などのイニシヤル処理のの
ち（ステツプ（31））、時間T1を計時するための
タイマTaがスタートされる（ステツプ（32））。
続いて、CPU１から下降指令が出力されるので、
昇降装置６が作動し、昇降台７が高速で下降を開
始する（ステツプ（33））。これにより、吸引ノズ
ル１４および電極１３が上限位置から下降してい
く。吸引ノズル１４および電極１３の下端が血清
の液面SAに達すると、血清液面検知回路１０か
ら検知信号が出力されるので（ステツプ（34）で
YES）、ノズル１４および電極１３の下降速度が
低速に切替えられ（ステツプ（35））、タイマTa
の計時動作が停止し（ステツプ（36））、受光信号
Ｓの初期値が読取られる（ステツプ（37））。ま
た、吸引開始指令が出力され、吸引ノズル１４に
よる血清の吸引が始まる。

ステツプ（37）で読取られた初期値とモード切
替レベルSnとが比較され（ステツプ（39））、こ
の結果に応じて第１モード、第２モードのいずれ
か一方が選択される。初期値がレベルSn以下の
場合には第１モードが選択され、初期値にもとづ
いて設定値テープルにより設定値Shが決定され
る（ステツプ（40））。そして逐次入力する受光信
号Ｓが読取られ（ステツプ（41））、この信号Ｓの
レベルと決定された設定値Shとが比較される
（ステツプ（42））。この処理が繰替えされ、受光
信号Ｓのレベルが設定値Shに達すると、吸引ノ
ズル１４と電極１３の下端は停止位置dNに達し
たことになるので、CPU１から下降停止指令が
出力される。

ステツプ（37）で読取られた初期値がレベル
Snを越えている場合には、第２モードが選択さ
れ、タイマTaの計時値にもとづいて下降時間テ
ーブルにより下降時間T2が決定される（ステツ
プ（43））。そして、この時間T2を計時するタイ
マTbがスタートする（ステツプ（44））。吸引ノ
ズル１４などはなおも下降を継続している。タイ
マTbの計時値が決定された時間T2に達すると
（ステツプ（45））、吸引ノズル１４および光フア
イバ電極１３の下端は停止位置dLに達したので
あるから、CPU１から下降停止指令が出力され
る。

CPU１から下降停止指令が出力されると、昇
降台６の下降が停止する（ステツプ（46））。この
時点で、吸引ノズル１４および電極１３の下端は
位置dNまたはdLに丁度位置決めされる。吸引ノ
ズル１４の吸引によつて血清BSの液面レベルが
低下していく速度よりも、吸引ノズル１４の下降
速度の方が早いから、ノズル１４は停止位置に位
置決めされたのちにおいても血清BSの吸引を続
行している。吸引ノズル１４が停止位置に停止し
てから吸引を開始させるようにしてもよい。

試験管２２内の血清BSが吸引ノズル１４の下
端のレベルまで吸引されてしまうと、気泡検知回
路９から検知信号が出力される（ステツプ（47）
でYES）。するとCPU１から吸引停止指令が出力
され、吸引ノズル１４による吸引が停止する（ス
テツプ（48））。この後、上昇指令が出力されるの
で昇降台１７は上昇を開始し（ステツプ（49））、
上限位置に至ればこれがリミツト・スイツチ等で
検出されるので（ステツプ（50）でYES）、昇降
台１７の上昇が停止する（ステツプ（51））。昇降
台１７の上昇速度は高速で行なわれることが好ま
しい。

時間（T1）の測定結果によつて下降時間
（T2）を求める上述の式では、下降速度Ｖを一定
としている。ところが第６図の処理手順では、下
降速度は血清液面検出時点で高速から低速に切替
えられている。このような制御のためには、上述
の式を修正する必要があるが、計算が複雑になる
ので第５図に示すような下降時間テーブルによつ
て時間（T2）を求めることが好ましい。また上
記実施例では、下降時間T1を測定しこれにもと
づいて時間T2を算出しているが、吸引ノズル１
４の下降距離L1を測定しこれにもとづいて距離
L2を算出し、このL2によつてノズル１４の下降
停止位置dLを定めるようにすることもできるの
は容易に理解されよう。ヘマトクリツト値は男と
女によつて若干異なるので、Ｈを任意に設定でき
るようにして、検体の種類に応じて変えるように
してもよい。また、第１図には１本の試験管２２
しか示されていないが、昇降台１７に多数の吸引
ノズル１４と電極１３との対および採取容器７を
設け、多数の検出の血清分取を一度に行なうよう
にすることができるのはいうまでもない。さらに
上記実施例では、血清分取制御はCPU１によつ
て行なわれているが、受光信号Ｓをレベル弁別す
る回路、信号Ｓのレベルに応じて設定値を決定す
る回路、時間T1、T2などを計時する装置、時間
T2を算出する演算回路、および論理回路を組合
わせ、CPUを用いないで構成することも容易に
できる。

この発明は、血清分取以外にも、血液中に凝固
防止剤を混入させたのち遠心分離することにより
得られる血漿（プラズマ）の分取にも適用しうる
のは言うまでもないし、血液以外の他の二層に分
離した液体、および三層以上に分離した液体の上
層液の分取にも適用しうるのはいうまでもない。

以上詳細に説明したように、この発明では、光
学プローブおよび吸引ノズルが上層液内に進入し
たときの受光素子の出力を初期値として読取り、
この初期値によつて光学的な境界面検出が可能か
どうかをまず判定している。そして、可能な場合
には第１のモード、不可能な場合には第２のモー
ドを選択している。

第１モードにおいては、境界面を実際に検出
し、この境界面よりやや上方の位置に吸引ノズル
を位置決めして、上層液を採取しているので、容
器内の液体量が一定でなくても上層液を過不足な
く正確に分取できる。しかも第１モードにおいて
は、境界面を検出するための設定値を初期値に応
じて決定しているから、光フアイバからの照射光
を吸収または反射する外乱因子が上層液中に含ま
れている場合であつても、これらの上層液の光学
的特性にかかわらず常に正常な二層液の境界面検
出が可能となる。したがつて、この発明を上層の
血清と下層の血餅とに分離された血液の血清分取
に適用した場合でも、乳びの有無またはその程度
に無関係に、血清と血餅との境界の一定距離上方
のレベルにある血清のみを正確に分取することが
できる。

第２モードにおいては、吸引ノズルとその上限
位置から上層液の液面まで下降させたときの下降
量を測定し、この測定値、上記上限位置と液体を
入れた容器の下端との間の距離、およびあらかじ
め定められた液体に占める上層液の高さに関する
割合を用いて、上層液のみを分取するための上記
吸引ノズルの下降停止位置を上層液液面からの下
降量として算出し、さらに下降される上記吸引ノ
ズルの上記上層液液面からの下降量を測定し、こ
の測定値が上記算出した下降量に達したときに上
記吸引ノズルの下降を停止させている。そして、
上記吸引ノズルによつて上記下降停止位置までの
上層液を分取している。

したがつて、乳びを含む血清のように、血清と
血餅との境界面が明確に検出し得ない上層液であ
つても、上層液のみを確実に分取することが可能
となる。

また、上記容器に入れられた液体の量が一定で
なくても、上層液のみならず血餅のような下層液
を吸引したり、血清のような上層液を余分に残し
すぎたりすることなく、常に適切な量の上層液の
分取が可能となる。

上述のように、この発明では、光学プローブお
よび吸引ノズルが上層液内に進入したときの受光
素子の出力を初期値として読取り、この初期値に
よつて光学的な境界面検出が可能かどうかをまず
判定している。そして可能な場合には、より正確
な上層液分取ができる第１モードを選択し、不可
能な場合には第２モードを選択している。このよ
うにして、第１モードにおいて分取不可能な上層
液は第２モードによつて分取されるから、あらゆ
る状態の上層液をすべて分取することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す構成図、第２
図は、血清と血餅との境界から上方に向つて測定
した距離と受光信号との関係を示すグラフ、第３
図は第１モードにおける制御原理を示すための
図、第４図は第２モードにおける制御原理を示す
ための図、第５図はメモリの内部データを示す
図、第６図はCPUによる血清分取処理手順を示
すフロー・チヤートである。 １……CPU、６……昇降装置、１０……血清
液面検知回路、１３……光フアイバ電極、１４…
…吸引ノズル、１５……受光素子、１６……投光
素子、１７……昇降台、２２……試験管、BS…
…血清、BP……血餅、SA……血清液面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定位置に保持された容器内に入れられ、か
   つ少なくとも二層に分離された液体の上層液を分
   取する装置であつて、 投、受光素子と、上端がこれらの投、受光素子
   に導かれた光フアイバとからなり、上記投光素子
   により上記光フアイバを通して光を照射しその反
   射光を上記光フアイバを通して上記受光素子で受
   光する光学プローブ、 上記容器の上方に配置された上層液分取用の吸
   引ノズル、 あらかじめ定められた上限位置から上記光学プ
   ローブおよび上記吸引ノズルを一緒に下降させる
   昇降装置、 上記光学プローブおよび上記吸引ノズルの下端
   が上層液内に進入したことを検知する液面検知
   器、 上記吸引ノズルの下降量を測定する下降量測定
   手段、 上記昇降装置により下降される上記光学プロー
   ブが上層液内に進入したことを上記液面検知器が
   検知したときの上記受光素子の出力を初期値とし
   て読取り、この初期値をあらかじめ定められたモ
   ード切替レベルと比較し、上記初期値が表わす受
   光光量が、上記モード切替レベルが表わす光量よ
   りも小さいときには第１モードを、大きいときに
   は第２モードをそれぞれ選択する手段、 第１モードが選択されたときに、上記受光素子
   の出力を、読取られた上記初期値に対応してあら
   かじめ定められかつ吸引ノズル下降停止位置に相
   当する受光素子出力を表わす設定値と比較し、受
   光素子の出力がこの設定値と一致したときに、上
   記昇降装置による上記光学プローブおよび上記吸
   引ノズルの下降を停止させる第１の制御手段、な
   らびに 第２モードが選択されたときに、上記上限位置
   から上層液の液面までの上記下降量測定手段によ
   つて測定された上記吸引ノズルの下降量、上記上
   限位置と上記容器の下端との間の距離、およびあ
   らかじめ定められた上記容器内の液体に占める上
   層液の高さに関する割合を用いて、上層液のみを
   分取するための上記吸引ノズルの下降停止位置を
   上層液液面からの下降量として算出し、上記昇降
   装置によつて下降される上記吸引ノズルの上記上
   層液液面からの下降量を上記下降量測定手段によ
   つて測定し、この測定値が上記算出した下降量に
   達したときに上記吸引ノズルの下降を停止させる
   第２の制御手段、 を備えた上層液の分取装置。