WO2023002581A1 - 分析方法および分析装置 - Google Patents
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- the adjustment control of the light source based on the relationship between the adjustment control value of the light source stored in the storage unit and the brightness value of the measurement target sample from the brightness value of the measurement target sample acquired by the imaging unit. A value is calculated, light is emitted from the light source using the calculated adjustment control value, and the brightness value of the measurement target sample is acquired by the imaging unit.
- the objective lens 102 is a mechanism for condensing the light emitted by the light source 101 onto the camera 103 .
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- the storage unit 111 is a mechanism for storing the reference sample container 109 .
- the storage unit 111 may be inside the analyzer 100 or may be configured independently outside the analyzer 100 .
- One is the brightness value (measured brightness value) obtained when the reference sample 108 is irradiated with the reference light amount.
- the reference sample 108 is irradiated with a reference light amount from the light source 101 using a preset control value.
- the luminance value (measured luminance value) acquired by the camera 103 is stored in the storage unit 104 . This makes it possible to obtain the relationship between the transmittance or color of light and the acquired brightness.
- step S301 the sample 106, which is the sample to be measured, is measured, and the light transmittance or color of impurities contained in the sample 106 is estimated.
- a sample 106 is irradiated with light from a light source 101 using preset control values. Then, the measured luminance value acquired by the camera 103 is applied to the relational expression F obtained in step S202, and the control value of the light source 101 for each sample 106 is stored in the storage unit 104.
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Abstract
コストの増加及び作業工程の複雑化を抑制しながら測定時に不純物の影響を除外し、測定対象物の正確な輝度値を得ることが可能な分析装置が実現される。分析装置100は光源101と透過光を集光して光量を受光し輝度値を取得する撮像部103と制御部105とを備え試料を分析する。透過率や色が異なる複数の基準試料108と輝度値及び光源101の制御値を記憶する記憶部104を備える。制御部105は基準試料108に設定した制御値で光を照射させ、取得した基準試料の測定輝度値と設定した基準輝度値となる光源101の調整制御値とを記憶部104に記憶させ、測定対象試料106に制御値により光を照射し取得した測定対象試料の輝度値から光源101の調整制御値と測定対象試料106の輝度値との関係に基づき光源101の調整制御値を算出し調整制御値を用いて光を照射させ撮像部103で測定対象試料106の輝度値を取得する。
Description
本発明は、試料ごとに光量を補正しながら測定を実施する分析方法及び分析装置に関する。
試料に光を照射し測定値を取得する分析装置は、光源から一定の光量を試料に照射し、透過光、反射光または試料の発光を受光素子で取得する。そして、受光素子で取得した受光光量から試料の性質、濃度、形状等を定量的に測定する。試料に不純物が含有するなど試料以外の要因が受光光量に影響を与える場合には、測定精度の低下を引き起こす。
例えば、特許文献１では、光学系の構成部品の経時変化による検出感度の低下や装置間の器差が挙げられている。
特許文献１は、蛍光強度変化を経時的に測定する核酸分析装置において、光学系の構成部品の経時変化による検出感度の低下や装置間の器差を課題としている。その解決手段として蛍光色素を有する一定濃度の基準試料を用いて、基準試料の発する蛍光光量が基準値となるように光源の電流値を調整する分析装置が記載されている。
ところで、測定する試料に不純物が混在する場合は、不純物の色相や濃度が受光光量に影響を与え、測定精度の低下を引き起こす。例えば、血液などの生体試料溶液を用いた細菌の増殖を測定する分析装置においては、血中成分のヘモグロビンやビリルビンのような不純物が要因となり、受光光量は低下する。
生体試料溶液をカメラで撮像する場合には、不純物の要因により試料ごとに光の透過率が異なり、得られる輝度の違いが発生する。これにより、画像解析において解析精度が低下する。
特許文献１に記載の技術は、基準試料に対して受光光量が基準値となるように光源を調整している。
しかしながら、試料ごとに光源を調整していないため、試料ごとに発生する光の透過率の低下に関しては考慮されていない。
これらの課題を解決するために、従来の方法では予め測定物質に特異的に反応する蛍光試薬や染色剤などの試薬を試料に混ぜて目的物質のみを検出する方法、または、遠心分離により成分を分離する方法や細菌検査では菌を培養し形成されたコロニーから菌液を作成するなどの方法により予め不純物を試料から取り除く必要（方法）がある。
しかしながら、このような試薬を添加する方法や不純物を取り除く方法は、検出するためのコストの増加、作業工程が複雑化する、測定時間が増加するといった課題がある。
また、完全に不純物の影響を取り除くことができない場合がある。
本発明の目的は、前記課題に鑑み、コストの増加及び作業工程の複雑化を抑制しながら、測定時に不純物の影響を除外し、測定対象物の正確な輝度値を得ることが可能な分析方法および分析装置を実現することである。
前記目的を達成するため、本発明は、次のように構成される。
試料に光を照射する光源と、前記試料を透過した透過光を集光し、集光した光量を受光し輝度値を取得する撮像部と、前記光源及び前記撮像部を制御する制御部と、を用いて、前記試料に光を照射し前記試料を分析する分析方法において、透過率または色のうち少なくとも一方が異なる２つ以上の基準試料に予め設定した制御値を用いて前記光源から光を照射し、前記撮像部で取得した前記基準試料の測定輝度値と、前記基準試料の測定輝度値が予め設定した基準輝度値となる前記光源の調整制御値と、を記憶部に記憶し、測定対象試料に前記予め設定した制御値を用いて前記光源から光を照射し、前記撮像部で取得した前記測定対象試料の輝度値から、前記記憶部に記憶された前記光源の前記調整制御値と前記測定対象試料の前記輝度値との関係に基づき、前記光源の前記調整制御値を算出し、算出した前記調整制御値を用いて前記光源から光を照射して、前記撮像部で前記測定対象試料の輝度値を取得する。
また、試料に光を照射する光源と、前記試料を透過した透過光を集光し、集光した光量を受光し輝度値を取得する撮像部と、前記光源及び前記撮像部を制御する制御部と、を備え、前記試料に光を照射し前記試料を分析する分析装置において、透過率または色のうち少なくとも一方が異なる２つ以上の基準試料と、前記輝度値および前記光源の制御値を記憶する記憶部と、を備え、前記制御部は、前記基準試料に予め設定した制御値を用いて前記光源から光を照射させ、前記撮像部で取得した前記基準試料の測定輝度値と、前記基準試料の測定輝度値が予め設定した基準輝度値となる前記光源の調整制御値と、を記憶部に記憶させ、測定対象試料に前記予め設定した制御値を用いて前記光源から光を照射して前記撮像部で取得した前記測定対象試料の輝度値から、前記記憶部に記憶された前記光源の前記調整制御値と前記測定対象試料の前記輝度値との関係に基づき、前記光源の前記調整制御値を算出し、算出した前記調整制御値を用いて前記光源から光を照射させ、前記撮像部で前記測定対象試料の輝度値を取得させる。
コストの増加及び作業工程の複雑化を抑制しながら、測定時に不純物の影響を除外し、測定対象物の正確な輝度値を得ることが可能な分析方法および分析装置を実現することができる。
以下、本発明の実施形態について、図９を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。
（実施例１）
実施例１は、試料に光を照射し測定値を取得する分析装置において、不純物が混在した試料に対して不純物が受光光量に与える変動を補正し測定する分析方法および分析装置について説明する。不純物とは、測定対象物質以外の成分であって、例えば色素成分や試薬に反応する成分などがある。色素成分として、例えば、血液培養試料を用いた細菌検査においては、血中に含まれる赤い色素のヘモグロビンや黄色い色素のビリルビンなどが挙げられる。
実施例１は、試料に光を照射し測定値を取得する分析装置において、不純物が混在した試料に対して不純物が受光光量に与える変動を補正し測定する分析方法および分析装置について説明する。不純物とは、測定対象物質以外の成分であって、例えば色素成分や試薬に反応する成分などがある。色素成分として、例えば、血液培養試料を用いた細菌検査においては、血中に含まれる赤い色素のヘモグロビンや黄色い色素のビリルビンなどが挙げられる。
図１は、実施例１における試料に光を照射し測定値を取得する分析装置の構成を示す図である。
図１において、分析装置１００は、試料に光を照射し測定値を取得する分析装置である。分析装置１００は、光源１０１、対物レンズ１０２、カメラ１０３、記憶部１０４、制御部１０５を備える。試料容器１０７に試料１０６が収容され、試料の保持部１１０に保持される。基準試料容器１０９に基準試料１０８が収容され、格納部１１１に格納される。
なお、分析装置１００は１つの試料容器１０７に１つの測定対象試料である試料１０６が入っているが、１つ以上の試料が入っていても良い。
基準試料１０８は光の透過率または色のうち少なくとも一方が異なる２つ以上の試料である。１つの基準試料容器１０９に１つ以上の基準試料１０８が入っても良い。また、基準試料容器１０９は１つ以上あっても良く、２つ以上の基準試料１０８は複数の基準試料容器１０９に入っていても良い。
光源１０１は、試料１０６に光を照射する機構である。例えば、発光ダイオード等である。
対物レンズ１０２は、光源１０１が照射した光をカメラ１０３に集光する機構である。
カメラ１０３は対物レンズ１０２により集光された光を受光し、フォトダイオード等により構成される撮像素子によって受光光量を輝度値として測定する機構である。
対物レンズ１０２およびカメラ１０３は撮像部を形成し、試料１０６を透過した透過光、試料１０６により反射された反射光または試料１０６に含まれる蛍光物質の発光を受光し、受光光量を測定する機構であり、一次元の光センサであってもよい。
制御部１０５は回路基板やソフトウェア等を有し、光源１０１の照射光量、カメラ１０３の露光時間等の制御を行う。
記憶部１０４はカメラ１０３で取得した輝度値や制御部１０５で光源の照射光量およびカメラの露光時間等を制御した制御値を記憶する。図１に示した例では記憶部１０４は装置内部に有しているがネットワークやユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）等で接続された外部のシステムと結合しても良い。
保持部１１０は、試料１０６を設置、固定する機構である。また、保持部１１０は、基準試料容器１０９を設置、固定する機構である。図１には、保持部１１０が試料容器１０７に収容された試料１０６を設置固定して、光源１０１からの光を試料１０６に照射する状態を示しているが、保持部１１０は試料容器１０７に代えて基準試料容器１０９収容された基準試料１０８を設置固定して、光源１０１からの光を基準試料１０８に照射することができる。
格納部１１１は、基準試料容器１０９を格納する機構である。格納部１１１は分析装置１００内部にあっても、分析装置１００外に独立して構成しても良い。
図２は、制御部１０５によって実行される、光源１０１の照射光量を調整する基準値を取得するフローチャートである。
図２において、ステップＳ２０１では、基準試料１０８を測定する。２つ以上の基準試料１０８に対し、それぞれ２つの値を記憶部１０４に記憶する。
１つは、基準光量を基準試料１０８に照射した時に、取得した輝度値（測定輝度値）である。基準試料１０８に対して、予め設定した制御値を用いて光源１０１から基準光量を照射する。そして、カメラ１０３で取得した輝度値（測定輝度値）を記憶部１０４に記憶する。これにより、光の透過率または色と取得した輝度の関係を得ることができる。
したがって、基準光量を照射した時の測定輝度値から、試料１０６の光の透過率または色を推定することができる。
もう１つは、予め設定した基準輝度値（基準試料の真の輝度値）となる照射光量である。カメラ１０３で取得した測定輝度値が基準輝度値となるように光源１０１の制御値を補正して調整制御値とする。そして、光源１０１の調整制御値を記憶部１０４に記憶する。これにより、試料１０６ごとに異なる光の透過率または色の違いを補正し、基準輝度値を得るための、光源１０１の制御値を得ることができる。
ステップＳ２０２では、光源１０１の制御値と輝度値の関係式Ｆを求める。ステップＳ２０１で記憶した値から、予め設定した光源１０１の制御値で測定した輝度値に対して、基準輝度値を得るための調整制御値の関係式Ｆを作成する。これにより、試料ごとに基準輝度を得るための調整制御値は、予め設定した光源１０１の制御値で測定した輝度値から求めることが可能となるため（関係式Ｆから光源１０１の調整制御値を算出することができる）、光源１０１の調整時間を短縮することができる。
関係式Ｆは、ステップＳ２０１で２つ以上の基準試料を測定し記憶した「予め設定した光源１０１の制御値で測定した輝度値」と「基準輝度値となる光源１０１の制御値（調整制御値）」の数値の組を、最小二乗法等によって、１次関数、ｎ次関数（ｎは２以上の整数）、対数曲線などに近似した関係式である。
図３は、制御部１０５によって実行される、光源１０１の照射光量を調整し測定対象試料を測定するフローチャートである。
図３において、ステップＳ３０１では、測定対象試料である試料１０６を測定し、試料１０６に含まれる不純物の光の透過率または色を推定する。試料１０６に対して、予め設定した制御値を用いて光源１０１から光を照射する。そして、カメラ１０３で取得した測定輝度値をステップＳ２０２で求めた関係式Ｆに当てはめて、各試料１０６に対する光源１０１の制御値を記憶部１０４に記憶する。
ステップＳ３０２では、試料１０６に含まれる不純物の光の透過率または色の違いを補正し、試料１０６の測定を実施する。ステップＳ３０１で記憶した光源１０１の制御値を用いて、試料１０６の測定を実施する。
図４Ａ及び図４Ｂは、基準試料に対する光源１０１の制御値の関係を説明する図である。
図４Ａにおいて、基準試料４０１は複数の透過率基準試料１０８の例を示す。透過率基準試料１０８は光の透過率または色のうち少なくとも一方が異なる２つ以上の試料であり、透過率１００％、８０％、６０％の試料とした場合を示す。ステップＳ２０１により記憶した光源１０１の制御値と輝度が基準試料に対する輝度と光量の関係４０２に示す対応となった場合、ステップＳ２０２の関係式Ｆは図４Ｂに示す式４０３となる。図４Ｂにおいて、縦軸は、基準基礎値となる光源１０１の制御値を示し、横軸は、予め設定した光源１０１の制御値で測定した輝度値を示す。
図５Ａ及び図５Ｂは、試料に対する光源の制御値の関係を示す。
図５Ａにおいて、試料５０１は不純物が混在した試料１０６の例である。不純物の光の透過率は不明である。そこで、ステップＳ３０２により予め設定した光源１０１の制御値で測定した輝度値から不純物の光の透過率を推定する。図５Ｂの式５０２はステップＳ２０２で求めた関係式Ｆから試料１０６測定時の光源１０１を制御する値を決定する方法を示す。
上述したように、本実施例１によれば、試料に光を照射し測定値を取得する分析方法および分析装置において、不純物の含まれる試料１０６に対して、輝度値が一定となるように光源１０１の制御値を補正する。これにより、不純物によりばらつく受光光量の変動を抑え、画像解析の精度が向上し、測定精度を向上することができるという効果が得られる。
また、本実施例１の分析方法および分析装置を用いることで、各試料の照射光量を補正する光源の制御値は、予め設定した光源の制御値で測定を実施した結果から決定することができるため、適切な光源の制御値を探索する必要がなくなり、各試料の光源の補正時間を短縮することができる。
また、本実施例１によれば、ユーザは試料に試薬を反応させる、または不純物を取り除く工程が不要となり、測定にかかる時間を短縮することができる。そして試薬が不要となり、コスト削減につながる。
つまり、本実施例１によれば、コストの増加及び作業工程の複雑化を抑制しながら、測定時に不純物の影響を除外し、測定対象物の正確な輝度値を得ることが可能な分析方法および分析装置を実現することができる。
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。
次に、実施例２について説明する。
実施例２では、試料に光を照射し測定値を取得する分析方法及び分析装置において、試料に含まれる不純物が受光光量に与える変動および部品の経時的な劣化による検出感度の低下や装置間の器差が受光光量に与える影響を補正し測定する分析方法及び分析装置を説明する。
実施例２において、試料に光を照射し測定値を取得する分析装置の構成は、実施例１（図１で説明した内容）と同様である。
実施例１では、光の透過率または色が予め分かっている基準試料１０８に、基準光量を照射し、取得した輝度値と、基準輝度値を得るための、光源１０１の照射光量に基づき、試料１０６を測定する際の光源１０１の制御値を決定する。これにより、不純物が受光光量に与える変動を補正する分析方法及び分析装置を説明した。
実施例２では、実施例１において、基準試料１０８に基準光量を照射した際に、取得した輝度値と、基準輝度値を得るための、光源１０１の照射光量を、一定期間ごとに繰り返し測定することで、不純物が受光光量に与える変動および装置の器差や時間経過に伴う装置の構成部品の劣化を補正する。
図６は、制御部１０５によって実行される実施例２における基準試料の測定フローチャートである。
図６において、ステップＳ６０１では基準試料１０８を測定するか否かを判定する。前回の基準試料測定（実施例１にて述べた関係式Ｆを求めるための測定）から一定期間である期間Ｔが経過しているか否かを判定する。前回の基準試料測定から期間Ｔが経過していない場合は、処理は終了する。期間Ｔが経過していない場合または１度も計測していない場合は、ステップＳ６０２に進み、基準試料１０８を測定し、図２に示したステップＳ２０１とステップＳ２０２を実施する。
図７は、制御部１０５によって実行される実施例２における測定対象試料１０６の測定フローチャートである。
図７において、ステップＳ７０１では、試料１０６を測定し、図３に示したステップＳ３０１を実施する。次に、ステップＳ７０２では、図６に示したステップＳ６０２で測定した基準試料１０８に基づき、図３に示したステップＳ３０２を実施する。次に、ステップＳ７０３では、試料１０６が任意の回数（Ｃ回）測定を完了したか否かを判定する。
各試料１０６は、ステップＳ７０２の処理を一定期間ごとに繰り返し、同じ光源１０１の制御値で測定する。任意の回数（Ｃ回）の測定を完了した試料は、測定終了となる。このとき、１つの試料１０６に対してステップＳ７０２を実施し、繰り返し測定している間に、別の試料１０６に対してステップＳ７０１またはステップＳ７０２の処理を実施しても良い。
ここで、ステップＳ７０３において、試料１０６を任意の回数繰り返し測定しなければならないことについて説明する。
受光光量を測定する検出部がカメラ１０３などの２次元センサであり、画像に写る物体の形状を捉えることを目的とする測定においては、複数の素子で検出した輝度の平均値などを基準輝度として光源の制御値を補正し、前記の制御値を用いて試料１０６を１回測定することで、試料１０６間に発生する画像の平均輝度の差（コントラストの差）を補正した画像を取得することができる。
これにより、画像解析において物体を抽出する際の２値化処理などにおいて、輝度の閾値を一定に設定することが容易になる。
一方で、受光光量を測定する検出部がダイオードなどの１次元センサであり、試料１０６の経時変化を捉えることを目的とする測定においては、試料１０６に対して同じ輝度となるように光源１０１の制御値を補正し、前記の制御値を用いて試料１０６を２回以上測定することで、試料１０６間で発生する輝度の差を補正して、経時的な輝度変化を捉えることができる。
また、受光光量を測定する検出部がカメラ１０３などの２次元センサであり、画像に写る物体（測定対象試料）の経時変化を捉えることを目的とする測定においては、複数の素子で検出した輝度の平均値などを基準輝度として光源１０１の制御値を補正し、前記の制御値を用いて試料を２回以上測定することで、試料１０６間に発生する画像の平均輝度の差（コントラストの差）を補正した画像に対する経時的な輝度変化を取得することができる。
つまり、制御部１０５は、測定対象試料１０６ごとに光源１０１の調整制御値を記憶部１０４に記憶させ、測定対象試料１０６の経時変化の測定においては調整制御値を用いて光源１０１を補正し、計測を行うことができる。
上記のような理由から、ステップＳ７０３において、試料１０６を任意の回数繰り返し測定している。なお、任意の回数は２回以上であればよい。
上述したように、本実施例２では、実施例１と同様な効果が得られる他、試料１０６に光を照射し測定値を取得する分析方法および分析装置において、光源１０１の制御値を基準試料１０８の測定値に基づき補正する。また、基準試料１０８を一定期間ごとに繰り返し測定する。これにより、試料１０６に含まれる不純物により受光光量が変動した場合でも、分析装置１００の器差や部品の経時的な劣化により、光源１０１の照射光量が低下しても、試料測定時の光源１０１を制御する値を変えることで測定精度を向上させる効果が得られる。また、各部品の寿命期間を長くすることができる。
なお、上述した本実施形態は本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲を実施形態にのみ限定する趣旨ではない。
１００・・・分析装置、１０１・・・光源、１０２・・・対物レンズ、１０３・・・カメラ、１０４・・・記憶部、１０５・・・制御部、１０６・・・試料、１０７・・・試料容器、１０８・・・基準試料、１０９・・・基準試料容器、１１０・・・保持部、１１１・・・格納部
Claims (6)
- 試料に光を照射する光源と、前記試料を透過した透過光を集光し、集光した光量を受光し輝度値を取得する撮像部と、前記光源及び前記撮像部を制御する制御部と、を用いて、前記試料に光を照射し前記試料を分析する分析方法において、
透過率または色のうち少なくとも一方が異なる２つ以上の基準試料に予め設定した制御値を用いて前記光源から光を照射し、
前記撮像部で取得した前記基準試料の測定輝度値と、前記基準試料の前記測定輝度値が予め設定した基準輝度値となる前記光源の調整制御値と、を記憶部に記憶し、
測定対象試料に前記予め設定した制御値を用いて前記光源から光を照射し、
前記撮像部で取得した前記測定対象試料の輝度値から、前記記憶部に記憶された前記光源の前記調整制御値と前記測定対象試料の前記輝度値との関係に基づき、前記光源の前記調整制御値を算出し、
算出した前記調整制御値を用いて前記光源から光を照射して、前記撮像部で前記測定対象試料の輝度値を取得することを特徴とする分析方法。 - 請求項１に記載の分析方法において、
前記測定対象試料ごとに前記光源の前記調整制御値を前記記憶部に記憶し、前記測定対象試料の経時変化の測定においては前記調整制御値を用いて前記光源を補正し、計測を行うことを特徴とする分析方法。 - 請求項１に記載の分析方法において、
前回の前記基準試料の測定から一定の期間が経過した場合に、
前記基準試料の測定を実施し、
前記基準試料に予め設定した前記制御値を用いて前記光源から光を照射させて前記撮像部で取得した輝度値と、前記基準試料に光を照射し前記撮像部で取得した輝度値が予め設定した前記基準輝度値となる前記光源の前記整制御値を、前記記憶部に記憶させることを特徴とする分析方法。 - 試料に光を照射する光源と、前記試料を透過した透過光を集光し、集光した光量を受光し輝度値を取得する撮像部と、前記光源及び前記撮像部を制御する制御部と、を備え、前記試料に光を照射し前記試料を分析する分析装置において、
透過率または色のうち少なくとも一方が異なる２つ以上の基準試料と、
前記輝度値および前記光源の制御値を記憶する記憶部と、
を備え、
前記制御部は、
前記基準試料に予め設定した制御値を用いて前記光源から光を照射させ、前記撮像部で取得した前記基準試料の測定輝度値と、前記基準試料の測定輝度値が予め設定した基準輝度値となる前記光源の調整制御値と、を記憶部に記憶させ、
測定対象試料に前記予め設定した制御値を用いて前記光源から光を照射して前記撮像部で取得した前記測定対象試料の輝度値から、前記記憶部に記憶された前記光源の前記調整制御値と前記測定対象試料の前記輝度値との関係に基づき、前記光源の前記調整制御値を算出し、算出した前記調整制御値を用いて前記光源から光を照射させ、前記撮像部で前記測定対象試料の前記輝度値を取得させることを特徴とする分析装置。 - 請求項４に記載の分析装置において、
前記制御部は、前記測定対象試料ごとに前記光源の前記調整制御値を前記記憶部に記憶させ、前記測定対象試料の経時変化の測定においては前記調整制御値を用いて前記光源を補正し、計測を行うことを特徴とする分析装置。 - 請求項４に記載の分析装置において、
前記制御部は、
前回の前記基準試料の測定から一定の期間が経過した場合に、
前記基準試料の測定を実施させ、
前記基準試料に予め設定した前記制御値を用いて前記光源から光を照射させて前記撮像部で取得した輝度値と、
前記基準試料に光を照射し前記撮像部で取得した輝度値が予め設定した前記基準輝度値となる前記光源の前記調整制御値を、前記記憶部に記憶させることを特徴とする分析装置。
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