JPH11218437A - 微量液量判別装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来目視で行われていた判別作業を自動化する
こと。自動化に当たっては、検体をプレートに入れたま
ま判別できること。さらに、装置原価が低廉であるこ
と。 【解決手段】微量液量判別装置の容器１０の底面材質を
透明にするとともに、前記容器１０の底面を底部に向か
うにつれて断面積が小さくなる形状にし、前記容器１０
の中心を通る鉛直線上に光源２０を配置する一方、前記
容器１０に前記検体３０が溜まっているときの集光点近
傍に受光素子４０を配置し、受光素子の受光量の多寡に
よって検体量を判別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は臨床用の自動化学
分析装置に関し、特に分析対象となる液体（以下検体と
いう）が分析に必要な量だけ容器に入っているか否かを
判別する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】臨床用の自動化学分析装置では、容器１
０を横方向に多数集合した図１の１１に示すような構造
体（以下プレートという）を用い、この各容器に入って
いる検体を分析する。このプレートに検体を分け入れる
（以下分注という）のには分注機と呼ばれる装置を使用
する。しかし、分注機は常に適切な量の検体をプレート
に分け入れられるわけではない。多数の分注に際して
は、サンプルの多寡や質、それに分注機の動作精度の影
響で検体の量が少なすぎる場合や検体が全く分け入れら
れない場合もある。このような検体をそのまま自動化学
分析装置で分析すると誤った結果が出る。そこで、分注
された検体の体積が少なすぎないか分析前に判別する作
業（以下判別という）が必要になる。従来、この判別作
業は人間が目視で行うことが多かった。目視判別は簡便
だからである。一方、自動化する場合はたとえば特開昭
６０−８６４３９号公報に記載されているような微量定
量装置を使用することも考えられる。この公報に記載さ
れている微量定量装置は図９のような構成になってい
る。すなわち、サンプリングノズル５１の中にある検体
３０を光源５４で横から照明し、１次元撮像デバイス５
５を用いて検体と上部空気５２との接点と、検体と下部
空気５３との接点を検知し、検体の長さを認識するもの
である。検体の長さがわかれば、これにサンプリングノ
ズルの断面積を乗じて検体の体積が計算できる。検体の
体積がわかれば正確な判別ができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、一般にプレー
トに分注される検体の量は１０μｌ（マイクロリット
ル）内外である。この量では検体を直径７ｍｍの丸底容
器に入れた場合、検体深さがわずか１ｍｍにしかならな
い。このため、目視で検体量を推し量るのは容易でな
い。特に検体の着色が少ない場合は検体の有無すら認識
するのが困難で、判別は熟練を要する作業であった。し
かも判別は正確かつ迅速に行う必要がある上、臨床用の
自動化学分析は２４時間任意の時刻に実施されることが
多い。これらの事情から、近年特に判別の自動化の要請
が強い。一方、特開昭６０−８６４３９号公報に記載さ
れたような微量定量装置をこの判別に転用するには、以
下のような課題を解決する必要がある。第１に、この公
報に記載された微量定量装置は、検体の上下を空気層で
挟まなければならない。しかし、自動化学分析用プレー
トの容器は直径７ｍｍ程度あり、この太さでは空気層で
挟むのは困難である。第２に、この公報に記載された微
量定量装置は、容器の横に光源や１次元撮像デバイスを
設置する必要がある。このため、多数の容器が横方向に
集積されているプレートに検体を入れたまま判別するこ
とができない。第３に、１次元撮像デバイスやその駆動
回路は高価であるため、この公報に記載された装置原価
は高い。判別作業自身の付加価値はさほど高くなく、こ
れを自動化した装置も原価が低廉であることが求められ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】微量液量判別装置の容器
１０の底面材質を透明にするとともに、前記容器１０の
底面を底部に向かうにつれて断面積が小さくなる形状に
し、前記容器１０の中心を通る鉛直線上に光源２０を配
置する一方、前記容器１０に前記検体３０が溜まってい
るときの集光点近傍に受光素子４０を配置し、受光素子
の受光量の多寡によって検体量を判別する。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１に本発明の実施形態を示す。
１０は底面材質が透明で底面形状が底部に向かうにつれ
て断面積が小さくなっている容器である。底面形状が底
部に向かうにつれて断面積が小さくなっている形状には
断面がU字型のいわゆる丸底の容器や試験管、さらには
図２のような断面がV字型の容器が含まれる。１１は上
記容器が横方向に集積されたプレートで、９６ケの容器
が９ｍｍピッチで集積されたいわゆるマイクロプレート
や、４０ケの容器がやや広い間隔で集積されたいわゆる
４０穴プレートが含まれる。２０は光源である。本実施
形態では波長８００ｎｍの近赤外光を発光するＬＥＤが
用いられている。光源には白熱灯、放電灯、レーザーな
どの実光源の他、これらの光をレンズやファイバーで導
いた図８のような間接的な光源も含まれる。３０は検体
で、血液、血清、尿など各種自動化学分析装置の検査対
象物が含まれる。４０は受光素子で、フォトダイオー
ド、フォトトランジスタ、光電子倍増管などのように直
接光電変換を行う素子の他、図８のようにこれらの素子
に光を導くレンズやファイバーも含まれる。

【０００６】以下、図３から図５を用いて、本発明の作
用を説明する。図３は容器１０に検体が入っていない場
合の光線の振る舞いを表したものである。光源は容器上
端から２０ｍｍ上の位置に配置されている。容器は屈折
率１．４９のアクリル樹脂でできており、容器内側高さ
２０ｍｍ、内側直径７ｍｍ、底厚０．８ｍｍである。容
器の底面は内側半径３．５ｍｍ、外側半径４．３ｍｍの
半球でできている。受光素子は容器底面下１８ｍｍに配
置されており、受光径は直径５ｍｍである。光源を出た
光は容器の丸い底面で屈折し、図３のように発散するこ
とがわかる。すなわち、容器内側は凹レンズとして働
き、容器外側は凸レンズとして働くため両者の働きはほ
ぼ相殺され、容器全体としては焦点距離のきわめて長い
レンズとして働き、光を集める作用はほとんどない。計
算によると、光源から光軸と±５．７°以内で出射した
光の内、０．６％が受光素子に入射する。次に、図４は
容器に屈折率１．３３の検体が５μl入っている場合の
光線の振る舞いを示したものである。検体は容器の中で
０．７ｍｍの深さに溜まり、表面の直径はφ４．２ｍｍ
になる。この部分に入射した光は液体と容器で屈折さ
れ、図４に示したような光路を通って受光素子４０に入
射する。すなわち容器内側の凹面は検体との屈折率差が
少ないため凹レンズ作用が小さくなり、全体として小さ
な平凸レンズの作用をする。計算によると、光源から光
軸と±５．７°で出射した光の内、２８％が受光素子に
入射する。次に、図５は容器に屈折率１．３３の検体が
８０μl入っている場合の光線の振る舞いを示したもの
である。検体は容器の中で３．２ｍｍの深さに溜まり、
表面の直径はφ７ｍｍになる。この部分に入射した光は
液体と容器で屈折され、図５に示したような光路を通っ
て受光素子４０に入射する。つまり平凸レンズの口径は
大きくなる。計算によると、光源から光軸と±５．７°
で出射した光の内、７８％が受光素子に入射する。

【０００７】このように、検体の量が多くなると検体の
表面の直径が大きくなり、受光素子に入射する光量が増
える。すなわち、本発明は検体と容器によって作られる
レンズの次の性質を利用したものである。第１に、レン
ズの焦点距離はレンズを形成する物質の屈折率とその曲
率半径だけによって決定され、レンズの口径には無関係
である。従って、容器に入る検体の量に関わりなく光源
から出た光の集光点は一定で、受光素子をここに配置す
ることによって受光素子には常にレンズを通った全ての
光が入射することになる。第２にレンズによって集めら
れる光の量はレンズの口径の自乗に比例する。従って検
体の体積が増加して検体の表面の面積が増大すれば受光
素子に入射する光量が増す。図６は容器が直径７ｍｍの
丸底の場合に、検体の体積と受光素子に入射する光量の
関係を計算したものである。これに見られる通り、検体
量が０〜８０μｌまで増加するにつれて受光量も増す。
このため、たとえば自動化学分析装置に必要な検体の最
低量が５μｌの場合、相対光量３５％のところに閾値を
設定しておけば自動判別が可能になる。本発明によれば
検体が８０μｌになって容器底部の細くなった部分（半
球部）を満たすまで、検体量と光量の相関関係が維持さ
れる。図１に示したような丸底の容器は、検体量が少な
い領域で急速に光量が増加し、図２に示したようなＶ底
の容器は、比較的検体量が多い領域まで光量の変化が大
きい。

【０００８】さて、図７を用いて実施例を詳しく説明す
る。本実施例では光源２０として、中心波長８００ｎｍ
のＬＥＤ２１と、レンズ２２を用いる。検体が血清の場
合、透明な血清の他に血球中のヘモグロビンが溶出した
血清もある。この場合、可視光全域の光を使用するとヘ
モグロビンが溶出した血清の方が光の透過率が悪いた
め、受光素子に入射する光量が減少し、判定誤差を生じ
る。しかし、波長を赤から近赤外域に選べば血液が溶け
ていても透過率の差はほとんど無い。このため近赤外領
域の波長８００ｎｍのＬＥＤを用いたのである。ＬＥＤ
２１を出射した光はレンズ２２で±５．７°のゆるやか
な発散光に変換される。これによって光源を出た光を効
率よく受光素子に入射させることができる。容器１０の
中には検体３０が溜まっており、検体の表面に入射した
光は検体と容器で形成される凸レンズ作用で受光素子に
集光する。一方、検体に入射しなかった光は容器の屈折
作用で発散し、受光素子に入射しない。受光素子上部に
はフィルター４１が設置されている。このフィルターは
波長８００ｎｍの光だけを透過し、他の光をカットする
ものである。これによって受光素子にはＬＥＤ２１から
出た光だけが入射し、室内光など外乱光はほとんど入射
しない。これによって外乱光の影響を最低限に抑えてい
る。なお、本実施例では容器の上に光源を配置し、容器
の下に受光素子を配置したが、容器の下に光源を配置
し、容器の上に受光素子を配置してもかまわない。ま
た、受光素子は容器に検体が入っている際の集光位置に
配置するのが好ましいが、受光素子や集光径がある程度
の大きさを持つため、実際には多少集光位置から離れて
いても判別に支障はない。本実施例では検体が血清であ
ったので近赤外光を用いたが、検体の種類によって適切
な波長を選択するのが望ましい。たとえば検体が尿の場
合は、尿によって波長４００〜５００ｎｍの透過率にバ
ラツキがあるので、これより長波長域の光を用いるのが
望ましい。

【０００９】さて、再び図１を用いて判別全体の流れを
説明する。プレート１１には前工程の分注機で検体が分
注されている。本判別機でプレートは図１の矢印方向に
搬送される。このプレートには搬送方向と直交方向に８
ケの容器が並んでおり、これに合わせて光源２０と受光
素子４０も８ケずつ設置されている。プレートの搬送と
同期して光源が点灯され、受光素子４０の出力が監視さ
れる。各受光素子の出力が閾値に達しない場合は検体の
量が規定値未満であると判断される。このようにして搬
送とともにプレート上のすべての容器の判別が行われ
る。このデータは次工程の自動化学分析装置に渡され、
分析の誤判断防止と効率化に貢献する。尚、プレートに
はプレート成形時に生じる「ヒケ」と呼ばれる部分変形
や汚れの付着等がある場合がある。このためプレートに
検体を分注する前に予めプレート単体での透過光量を測
定記録し、分注後の透過光量を補正することもできる。
さらに、分注後のプレートを本発明にかかる微量液量判
別装置で判別する前に振盪装置にかけることもできる。
分注機は必ずしも検体を容器中央に吐出できないが、振
盪装置でプレートを揺すると検体は容器中の最低部すな
わち中央に移動するからである。これによって、容器中
で検体が偏ることに起因する判定誤差を防止することが
できる。

【００１０】図８は他の実施例を示している。ランプ２
４から出た光はレンズ２５で光ファイバー２３の入射面
に集光される。この場合、光ファイバー２３の出射面は
光源２０として機能する。一方、本実施例では受光素子
４０として光ファイバー４３の入射端が使用されてい
る。光はフィルター４１を透過した後、光ファイバー４
３によって光電子倍増管４４まで伝送され、光量が認識
される。本実施例のように、光源と受光素子は光ファイ
バーと組み合わされた光源と受光素子で代用することが
できる。

【００１１】

【発明の効果】以上詳細に説明した通り、従来人間の目
で行ってきた判別を自動化できることで本発明は以下の
効果を有する。第１に本発明では検体の屈折作用を利用
しているので、目視では判別が困難な無着色の検体であ
っても判別が正確に行える。第２に本発明では受光素子
で光量を測定するだけで微量検体の量が判断できるの
で、極めて迅速な判別を実現できる。第３に本発明によ
る装置は完全自動化が可能なので、２４時間いつでも稼
動することができる。次に、本発明は特開昭６０−８６
４３９号公報に記載されたような微量定量装置と比較し
て以下の効果を有する。第１に、本発明は検体を細いノ
ズルに入れる必要も検体の上下を空気層で挟む必要もな
い。従って検体をマイクロプレートに入れたまま判別を
行うことができる。第２に、この公報に記載された微量
定量装置は、容器の横に光源や１次元撮像デバイスを設
置する必要がある。このため、多数の容器が横方向に集
積されているマイクロプレートに検体を入れたまま判別
することができない。しかし、本発明は容器の上下に光
源と受光素子を設置すれば足りるので、マイクロプレー
トに検体を入れたまま判別することができる。第３に、
１次元撮像デバイスやその駆動回路は高価であるため、
この公報に記載された装置原価は高い。しかし、本発明
は安価な光源と受光素子を使うだけなので、装置原価を
低廉にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による判別装置の全体を表す図である。

【図２】Ｖ字型の底を有する容器の例である。

【図３】容器に検体が入っていない場合の光路図であ
る。

【図４】容器に検体が５μｌ入っている場合の光路図で
ある。

【図５】容器に検体が８０μｌ入っている場合の光路図
である。

【図６】検体量と受光素子に入射する光量の関係を表し
たグラフである。

【図７】実施例の断面詳細図である。

【図８】光源と受光素子に光ファイバーを用いた例であ
る。

【図９】従来の微量定量装置の例である。

【符号の説明】

１０ 容器 １１ プレート ２０ 光源 ３０ 検体 ４０ 受光素子 ４１ フィルター

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容器１０に入れられた検体３０の量を判別
   する装置であって、前記容器１０の底面材質を透明にす
   るとともに、前記容器１０の底面を底部に向かうにつれ
   て断面積が小さくなる形状にし、前記容器１０の中心を
   通る鉛直線上に光源２０を配置する一方、前記容器１０
   に前記検体３０が溜まっているときの集光点近傍に受光
   素子４０を配置したことを特徴とする微量液量判別装
   置。