WO2020195500A1

WO2020195500A1 - 自動分析装置

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Publication number: WO2020195500A1
Application number: PCT/JP2020/007877
Authority: WO
Inventors: 大輝浜田; 山本　諭; 雅人石沢
Original assignee: 株式会社日立ハイテク
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2020-10-01
Also published as: JP2022107065A

Abstract

検体の温度と、周囲環境の温度とに大きな差があっても、検体の液面高さを正確に検出することができる自動分析装置を実現する。温度センサ４４により雰囲気温度を測定し、超音波センサ４１の下にキャリブレーション基準位置４２を移動する。キャリブレーション基準位置４２からの受信波を用いて音速の補正を行い、検体容器１７を超音波センサ４１の下に移動し、検体容器高さ３９及び検体液面３８を測定する。温度センサ４４によって検体３７の温度測定を行い、検体３７と雰囲気温度との差異が閾値以下か否かを判定し、閾値以下であれば、次の検体試料の移動へ遷移する。検体試料の温度と雰囲気温度に閾値以上の差異があれば、検体容器１７内の音速を補正し、補正された音速により検体液面３８までの距離を導出し、次の検体試料の移動へ遷移する。

Description

自動分析装置

　本発明は、血液や尿等の生体試料の定量・定性分析を行う自動分析装置に関する。

　臨床検査の分野では患者の血液や尿などの試料を大量かつ迅速に検査するため、試料中の特定成分の有無や成分量を自動で分析する自動分析装置が用いられている。

　このような自動分析装置では、ランニングコストの低減のために、検査に要する試薬や検体等を微量化すること、また検体容器を小径化することが望まれている。液体を微量に分注する為には、分注時の検体容器の状態又は検体液面の状態を精度良く検知することが必要である。

　特許文献１には超音波センサを用いて正確な距離測定を行うために液面の位置を精密測定する前に基準面を用いて温度補正を行う機構を備えており、液面検知の効率を向上させている。

特開平８－１４５７６３号公報

　特許文献１には予め距離が既知である基準物を有し、基準物までの超音波の往復時間を測定し、次に対象物の往復時間を測定することで超音波センサの温度補正を行っている。

　しかし、この場合、自動分析装置の検体のように測定対象物の温度に差異が生じる場合、温度変化によって試験管中の音速が変化することにより実際の距離との間に微小な差異が生じてしまう。

　つまり、自動分析装置においては、検体容器中の検体は、検体分注前に、保管の為、冷却される場合や、冷却されない場合がある。冷却されていた場合は、検体分注時に、検体と周囲温度とに大きな温度差が生じていることがある。

　実際の液面と算出した液面までの距離とに差異が発生すると、検体試料の分注精度が低くなり、検体の分注時の空吸いや、キャリーオーバーをしてしまうリスクが高まってしまう。

　特許文献１に記載の技術は、基準面が配置された環境の温度と、測定対象物の温度とがほぼ同一であることが、前提である。この為、特許文献１に記載の技術を自動分析装置の検体液面高さ測定に適用しようとしても、基準面が配置された環境の温度と、測定対象物の温度とに大きな差がある場合は、正確な温度補正を行うことはできず、検体の液面高さも正確に測定することはできない。

　本発明の目的は、検体の温度と、周囲環境の温度とに大きな差があっても、液面高さを正確に検出することができる自動分析装置を実現することである。

　上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成される。

　自動分析装置において、検体と試薬とが収容される反応容器が配置される反応部と、検体容器に収容された検体を吸引し、前記反応容器に吐出する検体分注機構と、超音波センサと、温度センサと、前記反応部、前記検体分注機構、前記超音波センサ及び前記温度センサの動作を制御するとともに、前記反応容器に収容された前記検体を分析する制御部と、を備え、前記制御部は、前記超音波センサにより測定した、前記超音波センサと予め定めたキャリブレーション基準位置との距離と、前記温度センサにより測定した自動分析装置内の雰囲気温度と、前記超音波センサにより測定した前記超音波センサと前記検体容器に収容された検体の液面との距離と、前記温度センサにより測定した前記検体容器の温度とに基いて、音速を補正し、補正した音速により前記超音波センサと前記検体容器に収容された検体の液面との距離を算出する。

　本発明によれば、検体の温度と、周囲環境の温度とに大きな差があっても、検体の液面高さを正確に検出することができる自動分析装置を実現することができる。

本実施例に係る自動分析装置の全体構成を概略的に示す図である。検体分注機構の概略構成図である。一次液面検知機構の説明図である。一次液面検知機構の動作フローチャートである。超音波センサから容器高さまでの距離Ｌ１と検体液面までの距離Ｌ２との関係についての説明図である。ラック搬送から分注までの流れを示す図である。検体容器の説明図である。一次液面検知機構のキャリブレーション補正を行う際のキャリブレーション基準位置を示す図である。液面検出された液面高さが期待値範囲外の場合にエラーまたはアラームを発生させる機構の動作フローチャートである。検体液面のフラット領域の測定についての説明図である。検体容器の状態が通常と異なる場合にアラームを発生させる機能を説明する図である。フラット領域の監視の動作フローチャートである。

　本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

　本発明の自動分析装置の一実施例を、図１乃至図１２を用いて説明する。

　まず、自動分析装置の全体構成について図１を用いて説明する。図１は本実施例に係る自動分析装置の全体構成を概略的に示す図である。

　本発明の実施例１が適用された自動分析装置の全体概略構成について説明する。

　図１において、自動分析装置１００は、検体搬送機構１９と、試薬ディスク１１と、反応容器２と、反応ディスク（反応部）１と、検体分注機構１３、１４と、試薬分注機構８、９と、撹拌機構５、６と、分光光度計４と、光源４ａと、洗浄機構３と、洗浄槽１５、１６と、試薬用ポンプ２０と、試料用ポンプ（検体用ポンプ）２１と、洗浄用ポンプ２２と、コンピュータ２３とから概略構成されている。

　検体搬送機構１９は、分析対象の検体を収容した試料容器（検体容器）１７を１つ以上搭載したラック（搬送部）１８を搬送する。試薬ディスク１１は、試料の分析に用いる試薬を収容した試薬ボトル１２を複数周方向に並べて配置している。反応ディスク１は、試料と試薬とを混合して反応させる反応容器２を複数周方向に並べて配置している。

　検体分注機構１３、１４は、検体搬送機構１９により検体分注位置に搬送された検体容器１７から反応容器２に検体を分注する。その詳細は後述する。試薬分注機構８、９は、試薬ボトル１２から反応容器２に試薬を分注する。撹拌機構５、６は、反応容器２に分注された検体と試薬の混合液（反応液）を攪拌する。分光光度計４は、光源４ａからの、反応容器２の反応液を介して得られる透過光を測定することにより、反応液の吸光度を測定する。

　洗浄機構３は、使用済みの反応容器２を洗浄する。検体ノズル洗浄槽１５、１６は、検体分注機構１３、１４の稼動範囲に配置されており、検体ノズル１３ａ、１４ａを洗浄水により洗浄する。

　コンピュータ２３は、記憶部２３１と制御部２３２を備える（図6に示す）。記憶部２３１は、半導体メモリ又はハードディスク等の記憶媒体である。制御部２３２はコントローラである。コンピュータ２３は、自動分析装置１００内の各機器・機構の動作を制御することで自動分析装置１００の全体の動作を制御するとともに、試料中の所定の成分の濃度を求める演算処理を行い試料（検体）の分析を行う分析部でもある。

　以上が自動分析装置１００の全体的な構成である。なお、図１においては、図示の簡単のため、自動分析装置１００を構成する各機構とコンピュータ２３との接続は一部省略して示している。

　上述のような自動分析装置１００による検査試料の分析処理は、一般的に以下の順に従い実行される。

　まず、検体搬送機構１９によって反応ディスク１近くに搬送されたラック１８の上に載置された検体容器１７内の試料を、検体分注機構１３、１４の検体ノズル（検体分注プローブ）１３ａ、１４ａにより反応ディスク１上の反応容器２へと分注する。次に、分析に使用する試薬を、試薬ディスク１１上の試薬ボトル１２から試薬分注機構８、９により先に検体を分注した反応容器２に対して分注する。続いて、撹拌機構５、６で反応容器２内の試料と試薬との混合液の撹拌を行う。

　その後、光源４ａから発生させた光を撹拌後の混合液の入った反応容器２を透過させ、透過光の光度を分光光度計４により測定する。分光光度計４により測定された光度を、Ａ／Ｄコンバータ（図示省略）およびインターフェイス（図示省略）を介してコンピュータ２３に送信する。そして、コンピュータ２３によって演算を行い、血液や尿等の液体検体中の所定の成分の濃度を求め、結果を表示部（図示省略）等にて表示させるとともに、記憶部２３１（図６に示す）に記憶させる。

　検体分注機構１３、１４は、水平方向への回転動作及び上下動作が可能なように構成されており、検体ノズル１３ａ、１４ａを検体容器１７に挿入して検体を吸引し、検体ノズル１３ａ、１４ａを反応容器２に挿入して検体を吐出することにより、検体容器１７から反応容器２への検体の分注を行う。

　また、検体分注機構１３、１４は、検体ノズル１３ａ、１４ａを反応容器２に挿入して検体（又は、反応液）を吸引し、他の反応容器２に吐出することにより、反応容器２間での検体（又は、反応液）の分注を行う。

　また、検体分注機構１３、１４には、二次液面検知器２８（図２に示す）が各々配置されている。この二次液面検知器２８は、例えば、検体ノズル１３ａ、１４ａの静電容量変化を検知して、試料ノズル１３ａ、１４ａの先端部が液面等に接触したことを静電容量の変化により検知する。

　次に、図２を用いて検体分注機構１３、１４の動作を詳細に説明する。図２は、検体分注機構１３、１４の概略構成図である。

　図２において、検体を吸引する前には、試料用ポンプ２１から電磁弁３５、固定流路３０、可撓チューブ２９を介して検体ノズル１３ａ、１４ａに至るまでの間の流路はシステム水３６で満たされており、検体ノズル１３ａ、１４ａの先端には分節空気として微量の空気が吸引されている。

　固定流路３０、可撓チューブ２９は固定具３１に固定され、固定具３１は自動分析装置のベース３３に固定された支持具３２により支持されている。

　水平機構２６および回転機構２５により分注アーム２７の検体ノズル１３ａ、１４ａが試料容器１７の真上に来た後、上下機構２４により分注アーム２７が下降し、検体ノズル１３ａ、１４ａの先端が検体容器１７の中の検体に挿入される。このとき、二次液面検知器２８により検体液面位置が検知され、検体ノズル１３ａ、１４ａの先端が検体中に数ｍｍ浸漬して停止される。そして、シリンジポンプ３４が吸引動作して、一定量の検体が検体ノズル１３ａ、１４ａに吸引される。なお、二次液面検知器２８は、静電容量検知器、圧力検知器等の既知の液面検知器である。配線等の詳細は省略して示している。

　その後、上下機構２４により検体ノズル１３ａ、１４ａは上昇し、検体ノズル１３ａ、１４ａはホームポジションで停止する。検体ノズル１３ａ、１４ａのホームポジションは、検体容器１７や反応容器２の上端側より高く、分注アーム２７の回転動作が妨げられない高さとする。

　検体ノズル１３ａ、１４ａの上昇停止後、回転機構２５により分注アーム２７を回転させ、検体ノズル１３ａ、１４ａを反応ディスク１上の位置に移動させる。

　その後、上下機構２４により分注アーム２７を下降させ、検体ノズル１３ａ、１４ａの先端を反応容器２内に挿入させ、シリンジポンプ３４を吐出動作させ、検体ノズル１３ａ、１４ａから試料を吐出させる。反応容器２内に一定量の検体を吐出した後、検体ノズル１３ａ、１４ａは上下機構２４により上昇し、検体ノズル１３ａ、１４ａの洗浄槽（検体ノズル洗浄槽）１５、１６により検体ノズル１３ａ、１４ａが洗浄され、次の分析に備える。

　ここで、自動分析装置とは、人の血液や尿に由来する検体試料と、試薬を分注して混合攪拌し、反応から得られる光学的特性を自動で測定する装置である。

　自動分析装置において、検体試料や試薬の分注精度を高め、クロスコンタミネーションを防止するために、検体試料または試薬の液面高さを検出し、分注の際に分注プローブ１３ａ、１４ａの検体試料への突っ込み量を小さくし、分注プローブ１３ａ、１４ａの先端に検体試料や試薬をできるだけ付着させないことが求められている。

　検体試料の液面高さを検出する方法として、分注プローブ１３ａ、１４ａの静電容量を用いて液面を検知する技術が一般的に知られているが、試料容器（検体容器）１７や検体に帯電した静電気や浮遊容量の影響により、液面誤検知を引き起こしてしまうリスクがある。このリスクを減少させるために超音波センサによる液面前検知が有効な対策として提案されている。ここでいう超音波とは、２０ｋＨｚ以上の周波数の音波を指す。

　本発明の一実施例においては、上記超音波センサによる一次液面検知機構４０（図３に示す）を用いた一次液面検知と一次液面検知機構４０のキャリブレーション方法について記述する。

　図３は一次液面検知機構４０の説明図であり、一次液面検知機構４０の側面図である。図３に示した例は、ラック１８に搭載された検体容器１７の概要と検体容器１７に保持された検体３７の検体液面３８の高さの例である。

　図３において、一次液面検知機構４０は、超音波センサ（液面高さ検知部）４１を備え、検体３７の検体液面３８へ超音波の送信波を送信し、検体容器高さ３９、また検体液面３８からの受信波を受信する。受信した受信波と送信波との時間差により検体容器高さ３９と検体液面３８との距離をコンピュータ２３が算出する（測定する）。

　しかし、音速は原理上温度による影響を大きく受けるため、正確な距離測定を行うためには音速の補正を行う必要がある。そのため、一次液面検知機構４０では液面の測定の前に予め超音波センサとの距離が既知なキャリブレーション面を有するキャリブレーション基準位置（キャリブレーション基準部）４２を用いて音速の補正を行う必要がある。また、温度センサ４４によって検体容器１７の温度を測定し、検体１７の温度が雰囲気温度と異なる場合はさらに検体容器１７内部の音速補正を行う必要がある。

　図４に示した一次液面検知機構４０の動作フローチャートを用いて、液面の測定について説明する。液面検知が開始されると、まず、ステップＳ１にて、温度センサ４４を用いて、雰囲気温度（自動分析装置１００内の雰囲気温度）を測定する。次に、ステップＳ２において、超音波センサ４１の下にキャリブレーション基準位置４２のキャリブレーション基準面を移動する。キャリブレーション基準面については、超音波センサ４１との距離が一定値であれば、ラック１８の上面や容器グリッパ（図示せず）の機構部など別機能を兼ねた部位でも良い。

　次に、ステップＳ３において、キャリブレーション基準位置４２からの受信波を用いて音速の補正を行う。そして、ステップＳ４において、検体容器１７を超音波センサ４１の下に移動し、ステップＳ５で検体容器高さ３９及び検体液面高さ３８の測定を行う。

　ここで、一次液面検知機構４０の測定可能範囲を仮に直径２ｍｍとし、検体搬送機構１９は超音波センサ４１の測定箇所において０．５ｍｍ刻みで水平方向へ移動する。０．５ｍｍ刻みごとの高さ情報を測定し、記憶部２３１へデータを格納することにより、検体容器と液面の高さを測定することができる。音波照射範囲は超音波センサの指向性及び超音波センサと測定対象物との距離に依存する。超音波センサの指向性が広く、センサと対象物との距離が大きくなるほど、音波の照射範囲は大きくなる。従って、音波照射範囲は１ｍｍ－数十ｍｍの範囲で変えることが可能である。一次液面検知機構４０の音波照射範囲が検体容器１７の外径より大きく、検体容器高さ３９と検体液面高さ３８とキャリブレーション基準位置４２の位置情報を同時に測定することが可能な場合、超音波センサ４１の測定箇所においてステップＳ２～Ｓ５を同時に行い、一度に検体容器と液面の高さを測定することも可能である。

　次に、ステップＳ６で温度センサ４４によって検体３７の温度測定（検体容器１７の温度測定）を行い、検体３７と雰囲気温度との差異が予め決められた閾値以下か否かを判定する。先に述べた差異が予め決められた閾値以下であれば、ステップ８に進み、当該検体の液面検知を終了し、次の検体容器の液面検知へ遷移する。

　ステップＳ６で検体容器（試料）の温度と雰囲気温度に閾値以上の差異がある場合はステップ７に遷移し、検体容器１７内の音速を補正し、補正された音速により検体液面３８までの距離を導出し、液面高さを測定する。そして、ステップＳ８に進み当該検体容器の液面検知を終了する。

　次に、図示していないが、検体容器(検体ラック１８)を移動させて次の検体容器の液面検知を開始する。ここで、検体ラック１８や検体容器１７の形状に応じて、ステップＳ５で検体容器高さ３９及び検体液面高さ３８の測定を行う範囲と、高さ測定時の検体容器の移動速度は、予め記憶部３２１へ設定しておく。また、ステップ１の周囲温度の測定やステップ３の音速補正は、複数の検体容器で纏めて行うことも可能である。

　つまり、ステップＳ６及びＳ７は、検体容器１７の温度と雰囲気温度との差に基づいて、音速を補正し検体液面３８までの距離を導出する。検体容器１７の温度と雰囲気温度との差が閾値以下であれば、音速を０補正する。

　上記ステップＳ２～Ｓ７の処理について、さらに詳細に説明する。

　ステップＳ２にてラック１８上面や容器グリッパ（図示せず）などのような、超音波センサ４１との距離Ｌｃ（ｍ）が既知であるキャリブレーション基準位置４２を超音波センサ４１の直下へ移動する。

　次に、ステップＳ３で、超音波センサ４１からキャリブレーション基準位置４２までの音波を測定し、その時の基準時間をＴｃ（ｓ）とする。またこの時の音速をＡｃとする。この時、次式（１）が成立する。

　Ａｃ＝２Ｌｃ／Ｔｃ　　　・・・（１）
　上記式（１）をもとに音速Ａｃ（ｍ／ｓ）をコンピュータ２３にて計算し、制御部２３内のメモリに保存する。

　その後、ステップＳ４、Ｓ５において、体容器１７を格納したラック１８を分注待機位置へ移動させながら、検体容器１７の容器高さまでの距離Ｌ１（ｍ）及びと検体液面までの距離Ｌ２（ｍ）を測定する。

　検体容器１７の容器高さまでの距離Ｌ１（ｍ）と検体液面までの距離Ｌ２（ｍ）は、検体容器１７からの反射波が返ってくるまでの時間をＴ１（ｓ）、検体液面からの反射波が帰ってくる時間をＴ２（ｓ）とすると、次式（２）、（３）の関係となる。

　Ｌ１＝ＡｃＴ１／２＝Ｔ１／Ｔｃ×Ｌｃ　　　・・・（２）
　Ｌ２＝Ｔ２／Ｔｃ×Ｌｃ　　　　　　　　　　・・・（３）
　Ｌｃ（ｍ）、Ｔｃ（ｓ）はすでに既知であり、Ｔ１、Ｔ２を測定することによって、目的物までの距離Ｌ１、Ｌ２を求めることができる。

　図５は、超音波センサ４１から容器高さまでの距離Ｌ１と検体液面までの距離Ｌ２との関係についての説明図である。図５に示すように、超音波センサ４１の下部端面からキャリブレーション基準位置４２までの距離がＬｃ、超音波センサ４１の下部端面から検体容器高さ３９までの距離がＬ１、超音波センサ４１の下部端面から検体液面３８までの距離がＬ２である。

　試料容器（検体容器）１７と周囲温度とに差異が生じない場合は、上記式（２）、（３）によって、超音波センサ４１からの検体容器高さ３９と検体液面３８までの距離とを求めることができる。ただし、検体容器１７と雰囲気温度とに一定値以上の差異がある場合は、超音波センサ４１からの検体容器高さ３９と検体液面３８までの距離とを後の温度測定結果をもって更に補正を行う。

　そして、ステップＳ６において、検体容器高さ３９、検体液面３８までの距離の測定時、検体容器１７の温度を温度センサ４４によって計測する。

　雰囲気温度と検体容器１７の温度が同一である場合、Ｌ１とＬ２に補正を施す必要は無いが、雰囲気温度と検体容器１７の温度に閾値以上の差異がある場合、ステップＳ７において、検体容器１７内の音速を補正する必要がある。

　温度センサ４４によって検体容器１７の温度を測定した際の検体容器の温度をｔ１（°Ｃ）とすると、検体容器１７内の音速Ａ３は次式（４）となる。

　Ａ３＝３３１．５＋０．６ｔ１・・・（４）
　上記（４）式で算出した値によって容器高さＬ１から補正前の液面高さＬ２間の距離Ｌ３を補正する。容器高さから液面高さまでの距離をＬ３は、次式（５）となる。

　Ｌ３＝Ｌ２－Ｌ１＝Ａｃ（Ｔ２－Ｔ１）／２　　　・・・（５）
　上記（５）式のＡｃを検体容器１７内の音速Ａ３に置換することによって、音速補正後の容器高さ３９から液面高さ３８までの距離Ｌ３’を次式（６）により求めることが出来る。

　Ｌ３’＝Ａ３（Ｔ２－Ｔ１）／２　　　・・・（６）
　検体容器１７内の音速補正後の超音波センサ４１から容器液面高さ３９までの距離Ｌ２’は次式（７）となる。

　Ｌ２’＝Ｌ１＋Ｌ３’　　　・・・（７）
　図６は、ラック搬送から分注までの流れを示す図である。図６において、一次液面検知機構４０により検体容器１７の容器高さ３９、液面３８の液面高さが測定される。その後、検体容器１７の容器高さ３９の情報がコンピュータ２３に送られる。コンピュータ２３は記憶部２３１と制御部２３２を有し、この記憶部２３１には、予め検体容器種別(高さ)毎及び液面高さ毎に、検体分注機構１３、１４ごとの最適な動作パラメータが設定されたパラメータテーブル２３１ＰＴが格納されている。コンピュータ２３は、パラメータテーブル２３１ＰＴを検索し、容器高さ３９に応じた検体分注時の検体吸引機構動作パラメータを選択する。

　ラック１８は、検体搬送機構１９によって検体吸引位置へ移動される。検体吸引位置では一次液面検知機構４０によって測定された液面３８の高さの情報をもとに、予め選択された最適な動作パラメータから液面検知時の動作を選択して検体分注機構１３、１４によって液面検知動作を実行し、次工程の分注動作に移行する。

　ラック１８内の全検体容器１７の吸引動作が終了した後、ラック１８はラック排出側の検体搬送機構１９に移動し、排出される。

　図７は検体容器１７の説明図である。図７において、検体容器１７には何通りかの形状のものが存在し、組み合わせて使用する場合もある。例えば、ラック１８の上面に設置するカップタイプの検体容器１７ａや、ラック１８の底に設置する試験管タイプの検体容器１７ｂ、１７ｃ、さらに検体容器１７ｂ、１７ｃの上面に検体容器１７ａを設置して使用する場合等がある。

　このように検体容器１７には様々な形状と組み合わせた使用方法があるため、使う検体容器１７の種類や装置運用の仕方によって、検体３７の検体液面３８の高さはまちまちになる。よって、一次液面検知機構４０によって、液面高さを正確に把握することは分注の確度を上げるために重要となる。

　図８は一次液面検知機構４０のキャリブレーション補正を行う際のキャリブレーション基準位置４２の位置を示す図である。

　図８において、キャリブレーション基準位置４２は、超音波照射範囲内に位置し、超音波センサ４１との距離が既知であり高さ位置を特定値に調整した機構部位である必要がある。キャリブレーションを行うためにキャリブレーション基準位置４２としての機構を設置してもよいが、上記の条件を満たしていれば別機能のための機構又は部位（例えば、自動分析装置のベース面）をキャリブレーション基準位置（キャリブレーション基準部）４２として用いることも可能である。

　例えば、搬送ラック１８の上面部や、分注位置に設置される容器グリッパ４５のアームの機構上部５０、容器グリッパ４５のガードカバー４３などが考えられる。容器グリッパ４５は、搬送ラック１８上に搭載された試験管を２本のアームで挟み込んで垂直に矯正して固定する機構である。容器グリッパ４５はアーム、ローラ４７、アーム駆動モータ、アーム開閉状態を検出するセンサにて構成される。ただし、容器グリッパ４５の上記アーム、アーム駆動モータ、アーム開閉状態を検出するセンサについては図示を省略する。

　図９は、二次液面検知器２８で液面検出された液面高さが期待値範囲外の場合、エラーまたはアラームを発生させる機構の動作フローチャートである。図９に示した動作フローはコンピュータ２３により実行される。

　図９において、ステップＳ１０の分注動作の開始前に、一次液面検知機構４０で液面検知を行い二次液面検知機構２８での液面検知高さの期待値を設定する。液面検知高さの期待値は一次液面検知機構４０で測定した液面高さに±０．５ｍｍ程の幅を持たせる。

　その後、ステップＳ１０において、検体吸引機構１３、１４によって分注動作開始を開始し、ステップＳ１１にて分注アーム２７の下降を行う。

　ステップＳ１２において、液面を検知するため、検知信号変化分が閾値以上か否かを判定し、二次液面検知機構２８が検知した信号変化分が閾値以上となるまでアーム２７を下降する。

　ステップＳ１２において、検知信号変化分が閾値以上であった場合、ノズル１３ａ又は１４ａが検体３７の液面に達したと判定する。そして、アーム２７の下降高さ（下降距離）から算出される液面高さが液面第一検出器３９の液面検知結果より算出された液面期待値の範囲内か否かを判定する。範囲内であった場合、ステップＳ１４に進み、所定の位置でアーム２７の下降を停止し、検体を吸引する。

　ステップＳ１３において、アーム２７の高さから算出される液面高さが液面期待値範囲外だった場合、ステップＳ１５に進み、制御部２３の表示部等により検体分注エラーを発生させ、ステップＳ１４にてアーム２７の下降を停止する。

　図９に示した動作により、検体容器１７や検体３７の帯電による、静電気放電の影響による液面誤検知や検体容器１７や検体３７の寄生容量の影響による液面誤検知を抑制することができる。

　また、二次液面検知機構２８が静電容量方式ではなく、圧力センサを用いた際にも同様の手順で液面検知を行うことができる。

　図１０は、検体液面３８のフラット領域（水平領域）の測定についての説明図である。

　図１０において、検体容器１７内の検体液面３８は、表面張力によって曲面となる。そのため、検体液面３８は検体容器１７の縁に近い部分で水面が上昇する。以下、検体液面３８の水平な領域をフラット領域、検体液面３８の検体容器１７の縁に近く水面が上昇している部分をメニスカス部とする。

　検体ごとにこのフラット領域を測定することで、容器内検体液面３８、もしくは容器側面の状態を把握することができる。フラット領域の測定について説明する。フラット領域の測定は検体３７の搬送と同時に行う。一次液面検知機構４０の測定可能範囲を仮に直径２ｍｍとし、検体搬送機構１９は超音波センサ４１の測定箇所において０．５ｍｍ刻みで水平方向へ移動し、０．５ｍｍ刻みごとの検体液面高さ情報を測定し、制御部２３へデータを格納する。

　フラット領域は、測定された検体容器１７内の検体液面高さデータから、検体液面高さが水平な部分、つまり液面高さの変化量が一定値以下、例えば０．２ｍｍ以下である部分とする。これにより、検体容器内の液面の水平領域の範囲を測定することができる。このフラット領域の範囲、すなわち液面の水平領域の範囲を用いて容器内の異常状態を把握することができる。

　図１１は、検体容器１７の状態が通常と異なる場合にアラームを発生させる機能を説明する図である。

　図１１において、一次液面検知機構４０によって検体容器１７の液面検知を行う際、図１０に示したような、液面が水平に近づくフラット領域（水平領域）を一次液面検知機構４０によって検知する。これは、検体容器１７の液面の一定領域の液面高さを測定することにより行うことができる。

　検体容器１７内に液滴が付着している場合、一次液面検知機構４０により測定されるフラット領域の範囲、すなわち水平領域の範囲が通常より狭くなる。そこで、フラット領域の範囲の閾値を予め水平領域閾値として例えば検体容器１７の内径の６０％以上などと設定しておき、フラット領域の範囲、すなわち水平領域の範囲が水平領域閾値以下であれば検体容器１７内異常（検体エラー）と判定し、アラームを発生させる。

　このように、検体ごとに測定されるフラット領域の範囲を監視することによって、検体容器１７に付着した液滴などに起因する液面誤検知を防ぐことができる。また、検体液面に泡が存在する場合も液面誤検知をしてしまう可能性があるが、その場合、気泡がない場合に比べ、液面のフラット領域に凹凸が生じる。そのため、液面のフラット領域のばらつき具合を測定することによって気泡の有無を検知することができる。液面のばらつき具合に関しては、フラット領域の液面高さ最大値と最小値の差分を算出し、閾値以上であればアラームを発生する方法や、フラット領域の液面高さの標準偏差を算出し、標準偏差が閾値以上である場合アラームを発生させる方法などが考えられる。

　図１２は、フラット領域の監視の動作フローチャートである。

　図１２のステップＳ２０において、前述の通りフラット領域を測定し、ステップＳ２１において、フラット領域の閾値(水平領域閾値)との比較を行う。そして、ステップＳ２２に進み、フラット領域が閾値内か否かを判定し、閾値外となればステップＳ２４にてエラーを発生させる。

　ステップＳ２２において、測定したフラット領域が閾値内であれば、続いてステップＳ２３に進み、フラット領域のばらつきを算出する。フラット領域のばらつきを算出し、液面のばらつきが閾値以上であればエラーを発生させる。

　次にステップＳ２５に進み、算出したフラット領域のばらつきが閾値内か否かを判定する。フラット領域のばらつきが閾値内であれば、フラット領域の測定を終了する。フラット領域のばらつきが閾値外であれば、ステップＳ２６に進み、エラーを発生させる。

　図１２に示した動作を行うことで、検体容器１７に付着した液滴や、液面の泡による液面誤検知を抑制することができる。

　また、フラット領域の情報を用いることで、分注時に検体ノズル１３ａ、１４１ａの先端を微調整し、検体容器１７の縁からより離れた箇所で分注を行うことも可能だと考えられる。また、プローブではなく容器グリッパや検体搬送機構を用いて検体３７の位置を微調整することによっても同様である。

　以上のように、本発明によれば、検体の温度と、周囲環境の温度とに大きな差があっても、検体の液面高さを正確に検出することができる自動分析装置を実現することができる。

　なお、上述した例においては、液面センサとして、超音波を用いる超音波センサを適用したが、超音波センサのみならず、例えば、光センサを用いた液面センサも本発明に適用可能である。

　１・・・反応ディスク、２・・・反応容器、３・・・洗浄機構、４・・・分光光度計、４ａ・・・光源、５、６・・・撹拌機構、８、９・・・試薬分注機構、１１・・・試薬ディスク、１２・・・試薬ボトル、１３、１４・・・検体分注機構、１３ａ、１４ａ・・・検体ノズル（検体分注プローブ）、１５、１６・・・検体ノズル洗浄槽、１７、１７ａ、１７ｂ・・・試料容器（検体容器）、１８・・・ラック（搬送部）、１９・・・検体搬送機構、２０・・・試薬用ポンプ、２１・・・試料用ポンプ（検体用ポンプ）、２２・・・洗浄用ポンプ、２３・・・コンピュータ、２４・・・上下機構、２５・・・回転機構、２６・・・水平機構、２７・・・分注アーム、２８・・・二次液面検知器、２９・・・可撓チューブ、３０・・・固定流路、３１・・・固定具、３２・・・支持具、３３・・・ベース、３４・・・シリンジポンプ、３５・・・電磁弁、３６・・・システム水、３７・・・検体、３８・・・検体液面、３９・・検体容器高さ、４０・・・一次液面検知機構、４１・・・超音波センサ、４２・・・キャリブレーション基準位置、４３・・・ガードカバー、４４・・・温度センサ、４５・・・容器グリッパ、４７・・・ローラ、５０・・・アームの機構上部、２３１・・・記憶部、２３１ＰＴ・・・パラメータテーブル
２３２・・・制御部

Claims

　検体と試薬とが収容される反応容器が配置される反応部と、
　検体容器に収容された検体を吸引し、前記反応容器に吐出する検体分注機構と、
　超音波センサと、
　温度センサと、
　前記反応部、前記検体分注機構、前記超音波センサ及び前記温度センサの動作を制御するとともに、前記反応容器に収容された前記検体を分析する制御部と、
　を備え、
　前記制御部は、
　前記超音波センサにより測定した、前記超音波センサと予め定めたキャリブレーション基準位置との距離と、前記温度センサにより測定した自動分析装置内の雰囲気温度と、前記超音波センサにより測定した前記超音波センサと前記検体容器に収容された検体の液面との距離と、前記温度センサにより測定した前記検体容器の温度とに基いて、音速を補正し、補正した音速により前記超音波センサと前記検体容器に収容された検体の液面との距離を算出することを特徴とする自動分析装置。
　請求項１に記載の自動分析装置において、
　前記制御部は、
　前記超音波センサにより、前記超音波センサと予め定めたキャリブレーション基準位置との距離を測定し、前記温度センサにより測定した自動分析装置内の雰囲気温度に基づいて、音速を補正し、
　前記超音波センサにより、前記超音波センサと前記検体容器に収容された検体の液面との距離を測定し、前記温度センサにより、前記検体容器の温度を測定し、前記温度センサにより測定した自動分析装置内の雰囲気温度と前記検体容器の温度との差に基づいて、音速を補正し、補正した音速により前記超音波センサと前記検体容器に収容された検体の液面との距離を算出することを特徴とする自動分析装置。
　請求項２に記載の自動分析装置において、
　前記制御部は、前記算出した前記超音波センサと前記検体容器に収容された検体の液面との距離に基づいて、前記検体分注機構により、前記検体容器に収容された検体を吸引し、前記反応容器に吐出させることを特徴とする自動分析装置。
　請求項３に記載の自動分析装置において、
　前記検体分注機構は、前記検体容器から検体を吸引する検体ノズルを有し、前記制御部は、前記検体ノズルが前記検体容器に向かって下降し、前記検体容器内の検体液面に前記検体ノズルが達したか否かを判定し、前記検体ノズルの下降距離と前記算出した前記超音波センサと前記検体容器に収容された検体の液面との距離とを比較して、検体分注エラーか否かを判定することを特徴とする自動分析装置。
　請求項２に記載の自動分析装置において、
　予め検体容器種別毎及び検体の液面距離毎に、前記検体分注機構の最適な動作パラメータが設定された記憶部を有し、前記制御部は前記記憶部から前記検体分注機構の動作パラメータを選択し、前記検体分注機構により、前記検体容器に収容された検体を吸引し、前記反応容器に吐出させることを特徴とする自動分析装置。
　請求項１に記載の自動分析装置において、
　前記制御部は、前記超音波センサにより測定した前記超音波センサと前記検体容器に収容された検体の液面との距離を測定して前記検体の液面における水平領域の範囲を測定し、測定した水平領域の範囲が予め設定された水平領域閾値以下であれば、検体エラーと判定することを特徴とする自動分析装置。