JPH08334511A

JPH08334511A - 免疫クロマト試験片の呈色度の測定方法

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Publication number: JPH08334511A
Application number: JP16291795A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Motokawa; 久志本川; Kaoru Tanaka; 馨田中
Original assignee: Teramecs Co Ltd
Current assignee: Teramecs Co Ltd
Priority date: 1995-06-05
Filing date: 1995-06-05
Publication date: 1996-12-17
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: JP3541232B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】免疫クロマト試験片の分析方法であって、解
像度に優れ、迅速な測定を可能にする方法を提供する。【構成】試料中の特定物質の濃度を定量的又は定性的
に求めるための分析方法であって、呈色した免疫クロマ
ト試験片をイメージセンサを用いて撮像し、該イメージ
センサの各画素の明度に対応した階調画像を求め、次い
で階調画像に明度歪の補正処理と雑音除去処理を行な
い、画像変換された階調画像の呈色部分の特徴抽出処理
を行ない呈色度を求めるもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、免疫クロマト試験片の
呈色度の測定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】免疫クロマト試験片とは、試料中の特定
物質（被検査物質）と抗原抗体反応を起こす抗体を展開
層の所定位置に固定し、その位置に目的物質が展開した
時に所定の呈色を生じさせるものである。

【０００３】免疫法を用いると、通常の呈色試験法 (通
常の尿試験片等) と比較して、より微量な濃度の定量が
可能となる。即ち、呈色試験法では、mg/dl 程度が測定
限度であり、それ以下の濃度のものは測定できない。し
かし、免疫法では、その1/100 〜1/1000の測定が可能で
ある。よって、その濃度によっては、免疫法によっての
み測定できるものがあるのである。

【０００４】以下免疫法について、妊娠試薬を例にとっ
て説明する。しかし、これに限定するものでないこと
は、本発明の目的から明らかである。

【０００５】妊娠の判定には、尿中にヒト絨毛性性腺刺
激ホルモン（ｈＣＧ）が検出されるか否かで診断され
る。また、非常に微量であるため、免疫法が用いられて
いる。この原理は、試験片には所定位置に抗ｈＣＧモノ
クローナル抗体が固定され、ｈＣＧと試料塗布部（浸漬
部）には抗ｈＣＧ抗体結合粒子が塗布されている。この
試料塗布部に、ｈＣＧを含有する尿を塗布すると、そこ
で抗ｈＣＧ抗体結合粒子とｈＣＧが結合し、複合体を形
成する。この複合体が抗ｈＣＧモノクローナル抗体と結
合し、その位置で色が定着する。

【０００６】抗ｈＣＧモノクローナル抗体が固定されて
いる位置は、予めわかっているためその位置で発色すれ
ば（目視によって）、陽性（妊娠）と判定する。色自体
は、抗ｈＣＧ抗体結合粒子の色によって種々のものがあ
る。

【０００７】また、この免疫法は、ペーパークロマト法
と組み合わせても好適である。ペーパークロマト法と
は、溶液中の種々の物質は、滴下（又は浸漬）した位置
から所定の位置まで浸透していくことを利用したもので
ある。例えば、上記の例で説明すると、試料塗布部と判
定部とが異なった場所であり、試料塗布部から判定部ま
で試料や目的成分が浸透して、判定部で目的成分のみが
固定されるものである。この方法では、滴下した試料自
体の色や、その他の成分に判定部の色が影響を受けにく
く、判定がより容易になる。

【０００８】このように、免疫法を用いると非常に微量
な成分の有無（定性的）が判定できまた、抗ｈＣＧ抗体
結合粒子及び抗ｈＣＧモノクローナル抗体が非常に選択
的に結合するため、目的成分以外のものを誤って測定す
るということもない。よって非常に信頼性のある判定が
可能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような免疫法においても、次のような欠点があった。免
疫クロマト試験片を目視により判定する場合において、
目的測定物質の濃度が陽性と陰性を識別するカットオフ
レベル付近の濃度である場合には判定の再現性が悪くな
りまた個人差が現れる。また、確実に判定できた場合に
おいても、陽性或いは陰性の程度を知りたい場合や、そ
の程度を知ることにより診断上有益な場合が多い。これ
を目視により行おうとすると、色見本との対比により判
定する方法が考えられるが、陽性と陰性の判定における
呈色の有無の識別に対し、呈色の度合を識別することは
目視にとってより困難な識別であり、陽性と陰性の判定
以上に判定の再現性が悪くなりまた個人差が現れ、診断
上有益な結果が得られるとは考えにくい。

【００１０】一方免疫クロマト試験片を装置により判定
すれば、目視判定における再現性の悪さや個人差は改善
されるはずである。装置化する方法としては、従来の呈
色試験片用の反射率計を用いて呈色部分の反射率を測定
することである。しかし、この方法は、一様に呈色した
試験片を測定するものであり、直径３mm程度のスポット
の反射率を測定するだけである。この方法は、そのスポ
ットの部分の明度 (反射率) が濃度と相関関係があると
いう前提である。しかし、免疫クロマト法では、そのよ
うな関係はなく、目的物質の濃度が増加した場合でもス
ポット部の反射率はほとんど変わらず、呈色する面積が
広くなる場合が多い。これでは、濃度を求めることはで
きない。

【００１１】そこで、スポットで反射率を測定する光学
測定系（又は試験片）を順次移動させて、１次元的に反
射率を求めていくことも考えられる。この１次元反射率
データ群から、全体の呈色程度を求めることも考えられ
る。

【００１２】しかし、これでは装置が複雑化し、測定に
時間がかかる欠点があるだけでなくスポット自体に面積
を持った反射率計であることに変わりはなく、スポット
を１mm程度に絞ったとしても、それだけの分解能しか得
られない。

【００１３】更に、１次元の反射率データ群が得られて
も、試験片のクロマト像は、ガスクロマトグラフ等のク
ロマト像と同質ではなく、試験片表面のざらつきによる
像の乱れや試験片自体のよじれや傾きやうねりによる像
の乱れ等、免疫クロマト試験片特有の問題があり、上記
のような装置化は不可能である。

【００１４】そこで、この簡易な免疫法を用いて、簡単
に定量ができ、且つ多数の検体を測定するための自動化
も可能にしたものが、この業界では要望されてきてい
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】このような現状に鑑み、
本発明者は鋭意研究の結果、本発明方法を完成させたも
のであり、その特徴とするところは、試料中の特定物質
の濃度を定量的又は定性的に求めるための分析方法であ
って、呈色した免疫クロマト試験片をイメージセンサを
用いて撮像し、該イメージセンサの各画素の明度に対応
した階調画像を求め、次いで階調画像に明度歪の補正処
理と雑音除去処理を行ない、画像変換された階調画像の
呈色部分の特徴抽出処理を行ない呈色度を求める点にあ
る。

【００１６】本発明は、免疫クロマト試験片の呈色の程
度を求める方法であり、その呈色の程度から目的物質の
濃度に換算することは、同一装置内で行なっても、他の
演算装置に呈色の程度を入力してそこで行なってもよ
い。

【００１７】免疫クロマト法であるため、試験片には、
抗体が固定され、測定物質と抗体結合する粒子が塗布さ
れていることは当然である。この粒子が発色する成分で
あり通常は試料塗布（滴下、浸漬等）部に塗布されてい
る。この抗体と抗体結合粒子は、目的とする物質によっ
て異なることは当然であり、抗原抗体反応を起こすも
の、結合複合体を作るものである。また、複数種類の異
なる目的物質を同時に測定する多項目同時測定では、目
的物質と反応するそれぞれの抗体結合粒子が、混合され
て試料滴下部に塗布され、同様に反応するそれぞれの抗
体が、判定部において別々の場所に固定されている。

【００１８】本発明においては、この呈色程度を目視に
よらず自動的に機械で読み取るものである。その読み取
り方法について説明する。免疫クロマト試験片の呈色部
分には通常帯状に抗体が固定されている。従って、呈色
も帯状である。また、多項目同時測定においては、帯状
の呈色が間隔をあけて複数示される。イメージセンサを
有する光学系を用いて、免疫クロマト試験片のこの呈色
部分を包含して撮像するのである。

【００１９】光学系は通常、照明用光源とレンズとフィ
ルタからなる。照明下におかれた免疫クロマト試験片の
像は、レンズによりイメージセンサ上に結像する。よっ
て、イメージセンサの各画素には、試験片の各部分の明
度に対応した電気信号が得られ、それを信号処理回路や
コンピュータに入力することにより、該イメージセンサ
の各画素の明度に対応した階調画像を求める。フィルタ
は呈色部分の分光吸収特性の大きい波長を用い、光源と
試験片の間又は試験片とイメージセンサの間に挿入す
る。ＬＥＤ等の特定の波長を持つ光源を用いる場合や、
分光機能を有するカラーイメージセンサを用いる場合で
は、フィルタは不要である。イメージセンサの位置分解
能は、試験片上の寸法に換算して、通常数十μｍから数
百μｍの分解能を有する。

【００２０】階調画像とは、階調を持つ画素の集まりを
言う。階調とは明るさの段階でありアナログ信号をデジ
タル信号に変換する時の分解能で決まり、８ビットで変
換すれば２５６階調となる。

【００２１】イメージセンサとしては、ＣＣＤが価格的
にも性能的にも最も適している。イメージセンサは前記
した通り、カラーイメージセンサでもモノクロイメージ
センサでもよい。また、ビデオカメラのように２次元イ
メージセンサでも、１次元イメージセンサでもよい。

【００２２】１次元イメージセンサで撮像する場合、帯
状の呈色に対して直角方向に撮像することにより、クロ
マト像に対応する階調画像が得られる。２次元イメージ
センサで撮像する場合、当然２次元の階調画像が得られ
るが、この画像は１次元で撮像した階調画像が２次元方
向に複数集まったものと考えることができる。よって帯
状の呈色方向に並ぶ画素同士の平均値をとり１次元の階
調画像に変換することにより後の処理を簡素化すること
もできる。これにより、呈色にむらがあった場合や、試
験片面にゴミや傷があった場合においては、その影響を
１次元イメージセンサで撮像した場合に比べ軽減するこ
とができる。１次元イメージセンサで撮像する場合にお
いても、イメージセンサ又は試験片を帯状の呈色方向に
移動させながら複数回の撮像を行なうことにより２次元
の階調画像を得ることもできる。

【００２３】次に、画像変換と画像計測について述べ
る。ここで画像変換とは、明度歪の補正処理と雑音除去
処理を言う。明度歪とは、均一な散乱面を持つＮＤペー
パ等を撮像した場合に、得られる階調画像の各画素の階
調が均一にならず歪み生ずることである。明度歪は、照
明光学系の試験片面における照射光量の分布や照射角度
成分の分布が均一でない場合に現れる。また、結像光学
系では、イメージセンサ面において、レンズの光軸上の
画素の明度に比べ、光軸を外れるに従い、対応する画素
の明度は減少する。更に、イメージセンサの画素間の感
度のばらつきや、信号処理回路の利得の画像内での偏り
により、明度むらとして現れる。このような明度歪を持
つ階調画像の各画素の明度を均一にすることを、明度歪
の補正処理という。一般的には、各画素に、予め求めた
係数を掛けることにより補正を行ない、歪のない階調画
像に変換する。

【００２４】雑音除去処理とは、一般的には平滑化処理
であり、先に述べた２次元階調画像を１次元階調画像に
変換する場合では、帯状の呈色方向に並ぶ画素同士の平
均値を求める平均化処理である。帯状の呈色に対して直
角方向の１次元階調画像では移動平均処理が好適であ
る。特殊な雑音除去処理として、選択的雑音除去処理が
あげられる。２次元階調画像において、通常、帯状の呈
色方向に並ぶ画素同士は同程度の階調を示すはずである
が、明らかな呈色のむらや、明らかな試験片面のゴミや
傷がある場合、この限りではない。帯状の呈色方向の画
素の階調について標準偏差を求める等の統計計算をする
ことにより、雑音の程度を知ることができ、雑音の大き
いものについては、許容偏差値を外れる階調を示す画素
を、選択的に除去することができるので、その影響を極
めて軽減することができる。

【００２５】特徴抽出処理とは、画像の特徴を定量化す
るために、面積、長さ、形状等の階調画像の中の図形の
特徴を数値で表すことをいう。クロマト像のピークの形
や雑音の程度により処理方法を選択するが、一般にはガ
スクロマトグラフのようにベースラインを求めた上で、
ピークの面積や高さ、幅等を求め、これを呈色指数とす
る。勿論、多項目同時測定ではそれぞれの項目に対応す
る呈色指数が求められる。ここで求めた呈色指数は試験
片の呈色部分の呈色強度に対応しており、これは一般に
目的物質の濃度をほぼ反映している。従って、通常、予
め求められている濃度と呈色指数との検量線から、目的
物質の濃度を定量的又は定性的に求められる。

【００２６】以上のように、高い分解能を有するイメー
ジセンサを用いて撮像する事により従来の反射率計では
困難であった、免疫クロマト試験片をクロマト像として
測定することが可能となり、更に、得られた階調画像を
画像変換及び画像計測することにより、クロマト像の乱
れを補正し、軽減し、呈色度に対応する呈色指数を求め
ることができる。また、目視では紛らわしく間違いやす
い多項目同時測定においても、迅速、正確に測定を行な
うことができる。

【００２７】

【実施例】次に本発明の方法に用いる試験片と測定装置
について、図面に示す実施例に基づいて説明する。図１
は、本発明に用いる試験片１の１例を示し、（ａ）は平
面図、（ｂ）は断面図である。全体はプラスチックでカ
バーされており、試料滴下部２と判定部３に窓が設けら
れ、試料を吸収する部分が露出している。試料滴下部２
は、吸収性の大きい不織布４であり、それに続いて抗体
固定部（判定部）は濾紙５であり、所定の帯状部に抗体
が固定されている。この場合、試料が抗体に届いたこと
をチェックするためのチェック抗体も右側に固定されて
いる。この右側の部分が呈色すれば、試料が左側の固定
部を通過していることが確かめられる。また、試料滴下
部には、目的物質と複合体を作る抗体結合粒子が塗布さ
れている。このような試験片にしているのは、自動装置
への適用が容易なためと、展開や吸収を速めるためであ
る。

【００２８】次に本発明方法に用いる装置の１例につい
て説明する。この装置は、試料容器に入った試料中の特
定微量成分の濃度を、連続自動測定するものである。こ
こでは、妊娠診断のｈＣＧを定量するものを例にとって
説明する。装置は、表示器、キーパネル、プリンタ、Ｃ
ＣＤ、ＣＰＵ、試験片導入部、光源から構成されてい
る。これら装置自体は、特別なものである必要はなく、
従来の自動尿分析装置と同様であり、本発明自体もこの
ような部分に特徴があるのではない。但し、従来の受光
素子ではなく、イメージセンサが設けられている点が大
きく異なる。

【００２９】次に、この装置の測定とデータ処理につい
て説明する。反応の結果は、陽性サンプルでのみ判定窓
の中央付近に赤紫の薄い線が現れる。光学系には、赤紫
の発色を感じる特定波長（５６５ｎｍ）のＬＥＤを照明
用として用い、ＣＣＤイメージセンサで計測するもので
ある。手順は次の通りである。 (1) 反応像の読み取り試験片をＣＣＤイメージセンサにより、２次元的に撮像
する。これを、横方向（呈色帯と直角方向）に１０本の
線上（幅０．０５ｍｍ）で、各画素の光強度を求めて、
１０本の１次元階調画像を求め、それらに、予めＮ９．
０のＮＤペーパを撮像して求めた係数を、各画素につい
て乗じることにより、明度歪の補正された１０本の１次
元階調画像を求める。この１０本を平均して１本の１次
元階調画像とする。これの、移動平均をとり、雑音を除
去する。この雑音除去したものを読み取り反応像とす
る。この反応像を図２に示す。このグラフの左側の下向
きピークはｈＣＧの発色ピークであり、右側のピークは
チェック用のピークである。この場合、右側にもピーク
が出ているため、所定の位置まで試料が届いているとい
うことである。 (2) 解析読み取り反応像より判定窓の位置を検索する。尿中にｈ
ＣＧが存在する場合は判定窓の中心から±２ｍｍの位置
に赤紫の線が現れるので、判定窓の中心−２ｍｍ位置を
Ｓ₀とし、そこから２ｍｍの位置をＥ₀とする。Ｓ₀と
Ｅ₀を結ぶ直線と、反応線とで囲まれた部分の面積を求
める。そして、Ｓ₀を０．１ｍｍづつ移動させて、順次
同様の面積を計算する。求められた２１個の面積の最大
値をこの試料の変位とする。この方法ではなだらかなピ
ークでも確実な判定ができる。

【００３０】これまで妊娠判定のｈＣＧは、その有無し
か判定できなかったが、本発明装置では、充分に定量が
可能であった。

【００３１】

【発明の効果】以上詳細に説明した本発明方法による
と、呈色度の測定（読み取り）が画像として一括して捉
えるため、瞬時にできる。また、免疫クロマトの利点で
ある微量成分の判定が、熟練した技能を要さずに、簡
単、自動、確実に行なえ、定量が可能となる。また、像
として読み込んで、その後データ処理するため、分解能
がすぐれ正確な値が読み取れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用する試験片の１例を示すもので、
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図２】吸収を示すグラフである。

【符号の説明】

１試験片２滴下窓３判定窓４不織布５濾紙

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料中の特定物質の濃度を定量的又は定
性的に求めるための分析方法であって、呈色した免疫ク
ロマト試験片をイメージセンサを用いて撮像し、該イメ
ージセンサの各画素の明度に対応した階調画像を求め、
次いで階調画像に明度歪の補正処理と雑音除去処理を行
ない、画像変換された階調画像の呈色部分の特徴抽出処
理を行ない呈色度を求めることを特徴とする免疫クロマ
ト試験片の呈色度の測定方法。