JP5331824B2 - 自動分析装置、及び検体処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、血液，尿などの生体サンプルの定性・定量分析を行う自動分析装置、及び自動分析装置での分析が可能となるように遠心分離などの処理を検体（サンプル）に施す検体処理装置（検体前処理装置とも称する）に係り、特に、サンプルを所定量分注する分注機構を備えた自動分析装置、及び検体処理装置に関する。

自動分析装置や検体処理装置では、容器に入っているサンプルを分析や前処理のために別の容器に移送するための検体分注機構を備えることが普通である。このような検体分注機構では、希望する量のサンプルを正確に、かつ迅速に分注できることが要求される。更に、近年では、臨床検査のコスト低減の要求があり、１回あたりの分析に使用する試薬量を減らすことが求められている。試薬量が減った場合、それに対応して１回当たりの分析に使用するサンプル量も減るため、１桁マイクロリットルオーダーの微量においても正確な分注ができる分注機構が要求されている。

微量分注を可能にする発明が、種々提案されている。例えば、特許文献１では、分注精度にノズル内の液面揺れが影響するとの知見に基づき、液面揺れが収まってから分注動作を行う技術が提案されている。

特開２００７−３１６０１１号公報

特許文献１に記載された技術では、液面揺れが収まるであろう時間を予め設定し、その時間だけ、分注ノズルを停止させた後に分注動作を行っている。しかし、液面揺れが収まる時間は、分注するサンプルの量によって変る可能性があり、またサンプルの粘性などの物理的性質などによっても変化する可能性がある。従い、どのようなサンプルに対しても安定して分注できるように設定すると、長い間分注ノズルを停止させる必要があり、分析能力の低下を招く怖れがあった。

本発明は、分注機構を備えた自動分析装置，検体処理装置において、微量であっても正確な分注が可能な自動分析装置，検体処理装置を提供することを目的とする。

圧力センサによる圧力信号を検出する検体処理装置において、圧力センサによる圧力信号を直接監視して、吐出動作前に液面の揺れに対する圧力変動を確認し、圧力変動が無くなったことを判断してから吐出動作を行う制御にする。圧力変動が無くならない場合でも確認回数や確認時間，振幅値などを設定することで吐出動作を開始させることも可能な検出機能にする。圧力変動が範囲内にならなかった場合はアラームを発生させることも可能な検出機能にする。

以上説明したように、検出機能により検体の状態（吸引・吐出・液面揺れ）を圧力センサの出力信号から直接確認できることができる。これにより分注ヘッドの移動動作から生じる液面の揺れによる圧力変動が一定の範囲内になってから吐出動作することが可能となり、高精度な吐出量を吐出することができる。また、液面の揺れを抑える制御を追加することで液面の揺れによる圧力変動が一定の範囲内になくすための停止時間を短縮することが可能となる。

検体処理装置の分注ヘッドの構成を説明する一実施例の図である。 本発明による吸引・吐出動作における分注ヘッドの移動動作と圧力センサ７の出力信号の関係を示す図である。 ノズルチップ内の検体の液面揺れなどによる圧力信号の変化に対する動作を説明する一実施例のフロー図である。 検出機能を使用した吸引・吐出動作における分注ヘッドの移動動作と圧力センサの出力信号の関係を示す図である。 ノズルチップ内の検体の液面揺れなどによる圧力信号の変化に対する動作において圧力信号の変動の処理について条件を用いた場合の一実施例のフロー図である。 液面の揺れを抑える分注ヘッドの構造を示す図である。 液面の揺れを抑えた場合の効果を示す図である。 本発明による吸引・吐出動作および移動動作における圧力センサ７の出力信号の関係を示す図である。 本発明による吸引・吐出動作および移動動作における圧力センサ７の出力信号の関係を示す図である。 本発明を用いた自動分析装置の構成を示す図である。

本発明は病院の検査室や検査センターなどで血液検査のために採血された血液の前処理として自動遠心や採血管の栓の取り外し、血清の小分け作業を実施するシステムの中で分注処理の分注機構を持つ検体処理装置の検出機能の実施例を図１から図７に示す一実施例により説明する。図１は検体処理装置の分注ヘッドの構成を説明する一実施例の図である。図１に示した分注ヘッド２００は、主に、ケーシング１５に取り付けられたノズル基部９と、ノズル基部９に装着されたノズルチップ１０と、検体を吸引吐出するためのベローズ装置１００と、吸引・吐出時の圧力変化（ケーシング１５の空洞１３（後述）の内圧）を電気信号に変換する圧力センサ７と、液面検出時に内部空気を振動させるための加振源であるダイアフラム６と、ダイアフラム６を駆動するソレノイド５と、圧力検出器７やモータ４，ソレノイド５との間で電気信号を授受する信号処理回路８とを備えている。

ケーシング１５は、ベローズ１を収容する空間の他、空気孔１４を介してベローズ１の内部の空間に連通した空気通路である空洞１２，１３を備えている。空洞１２，１３はノズル基部９とノズルチップ１０を介して外部空間に接続しており、例えばノズルチップ１０を検体に挿入してベローズ１を伸長させた場合、検体１８が先端孔からノズルチップ１０内に吸い上げられる。ノズルチップ１０内に検体１８を保持した状態で分注ヘッド２００を移動動作させるため、ノズルチップ１０内の検体が揺れる。この揺れを圧力信号の変動分として検出できる。その後、例えばノズルチップ１０の先端部を指定容器に挿入してベローズ１を圧縮させると、指定容器に検体が吐出される。信号処理回路８は外部信号処理回路（不図示）に接続され、マイクロプロセッサなどによって信号検出・分注処理・異常処理などが行われる。特開２００５−２０７８９８号公報に開示された方法で検体の液面検出も可能である。

図８は、検体処理装置の吸引・吐出動作における分注ヘッドの移動動作と圧力センサ７の出力信号の関係の一例を示す。吸引動作（２０１）において分注ヘッド内が圧力変化をし、圧力センサの圧力の変化を検出する。吸引の処理が完了後に次工程の吐出処理を行うため、吐出位置に分注ヘッドを図示されていないＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各軸に移動する機構で移動動作（２０２）すると、移動に伴って圧力変化が大きく発生し、圧力変化が収まる前に吐出動作（２０３）を行っている。

同様に図９は自動分析装置の吸引・吐出動作における圧力センサの出力信号の関係を示す一例である。自動分析装置においても同様に吸引動作（２０１）により圧力センサの圧力が変化する、その後、吐出位置に分注機構が移動する移動動作（２０２）のときに微少な圧力変化が発生し、その後吐出動作（２０３）を行っている。このように移動動作において生じた圧力変化がある状態で吐出動作を行うと高精度な吐出量を要求される場合に影響が出る可能性がある。本発明は分注機構に実装されている圧力センサの圧力変化を直接監視する。特に、吐出前の圧力変化が高精度な吐出量を得るのに影響するため、吐出前の圧力を監視し、圧力の変化分がなくなったことを判断してから吐出動作を行うことで、より高精度な分注性能を実現するものである。

図３は、ノズルチップ内の検体の液面揺れなどによる圧力信号の変化に対する動作を説明する一実施例のフロー図である。分注ヘッド２００の移動動作などによるノズルチップ１０内検体１８の液面揺れなどによる圧力信号の変動分を直接監視して、吐出動作の開始前に圧力信号の変動（液面の揺れ）が無いかを確認する。吸引動作を開始し（３０１）、ノズルチップ１０内に検体１８を吸引することにより圧力信号が変動する。吸引完了後に（３０２）ある一定の圧力を保持した状態で分注ヘッド２００を移動動作させると圧力センサ７の出力信号が液面の揺れなどにより変動する。その圧力信号の変動分を直接監視し（３０３）、圧力信号に変動がある場合（３０４）にはノズルチップ１０内の圧力信号の変動が無くなるまでループ処理を実行する。ノズルチップ１０内の圧力信号に変動が無くなったのを確認した時点（３０４）で吐出動作を開始する（３０５）。また、吐出動作完了後（３０６）、次工程で吐出動作がある場合（３０７）は再度ノズルチップ１０内の圧力信号の変動を確認し（３０３）（３０４）、圧力信号の変動が無くなった時点で吐出動作をする処理を繰り返す。

図４は、検出機能を使用した吸引・吐出動作における分注ヘッドの移動動作と圧力センサの出力信号の関係を示す。検出機能を使用することにより分注ヘッド移動後（２０２）の吐出動作前（２０３）に圧力センサ７の出力信号を直接監視し、圧力センサの圧力変動の有無を判断させるため分注ヘッド動作を停止させ（４０１）、圧力変動が無くなったことを確認してから吐出動作２０３を行う。これによりノズルチップ１０内の液面揺れを無くし、高精度な検体量を吐出することが可能となる。また、吸引量で圧力変動が変化する場合でも、圧力変動を監視していることで液面揺れの状態確認は自動的に補正可能である。

図５は、ノズルチップ内の検体の液面揺れなどによる圧力信号の変化に対する動作において圧力信号の変動の処理について条件を用いた場合の一実施例のフロー図である。図３に示したようにノズルチップ１０内の圧力信号の変動が無くなってから（３０４）吐出動作を開始（３０５）するのでは処理時間を要してしまう。そこでノズルチップ１０内の検体１８の液面揺れなどによる圧力信号の変動を確認する処理において圧力変動の監視（３０３）をする処理回数を条件として設定しておき（５０２）、設定回数内に圧力変動が無くなれば次工程の吐出動作を行う処理とする。また、設定回数を超えた場合は次工程処理の吐出動作はそのまま処理をするが、アラーム５０５としてのフラグをたてる。このアラームフラグは装置に警報として表示（不図示）しても良いし、メインの操作部などに表示（不図示）してオペレータに知らせることも可能である。また、圧力信号の変動に対する確認の条件（５０１）としては、圧力変動の監視時間５０３や変動の振幅値５０４などを設定することにより同様の対応が図れる。

図６と図７は、液面の揺れを抑える分注ヘッドの構造と液面の揺れを抑えた場合の効果を示す図の一実施例である。圧力センサ７の出力信号を直接監視し、圧力信号の変動（液面の揺れ）を制御する方法として２つの案を例として示す。ノズルチップ１０内の検体１８の液面揺れによる圧力変動を直接監視することにより、そこから周期（周波数）を算出し、ダイアフラム６（加振器）を使用し算出した周波数を打ち消すような周波数でダイアフラム６を振動させることで圧力信号の変動を抑制できる。また、同様にベローズ１を使用し、ノズルチップ１０内の圧力信号の変動が正圧から負圧方向に増幅している場合はベローズ１を収縮方向にモータ４を駆動させて逆圧をかけ、反対の負圧から正圧方向に増幅している場合はベローズ１を伸縮方向にモータ４を駆動させることにより圧力信号の変動を抑えることが可能である。このように分注ヘッド移動動作時（２０２）の液面の揺れを抑えることで、より正確な吐出量を吐出するだけでなく、吐出動作前に液面揺れによる圧力変動を範囲内になくすための停止時間を短縮すること（７０１）が可能となる。

図１０は本発明を適用した自動分析装置の構成例である。

試料を保持するサンプル容器３４を複数搭載可能なサンプルディスク３７、試薬を保持する試薬容器４０を複数搭載可能な第１試薬ディスク４１および第２試薬ディスク４２、周上に複数の反応容器３５を配置した反応ディスク３６、サンプル容器３４から吸引した試料を反応容器３５に分注するサンプル分注ヘッド２００ａ、第１試薬ディスク４１内の試薬容器４０から吸引した試薬を反応容器３５に分注する第１試薬分注ヘッド２００ｂ、第２試薬ディスク４２内の試薬容器４０から吸引した試薬を反応容器３５に分注する第２試薬分注ヘッド２００ｃ、反応容器３５内の液体を撹拌する攪拌装置３０、反応容器３５を洗浄する容器洗浄機構４５、反応ディスク３６の外周付近に設置された光源５０、分光光学系５１，分光光学系５１に接続されたコンピュータ６１、装置全体の動作を制御し、外部とのデータの交換を行うコントローラ６０からなる。サンプル分注ヘッド２００ａはチューブ７２を介して定量ポンプ７１と接続され、チューブ７２の途中には圧力検出器７が設置されている。図示しないが、第１試薬分注ヘッド２００ｂおよび第２試薬分注ヘッド２００ｃにも同様の定量ポンプと圧力検出器が接続されている。サンプル分注ヘッド２００ａは上下動、および回転動が可能な駆動機構７３に取り付けられている。

本実施例の装置は以下のように動作する。サンプル容器３４には血液等の検査対象の試料が入れられ、サンプルディスク３７にセットされる。それぞれの試料で必要な分析の種類はコントローラ６０に入力される。サンプル分注ヘッド２００ａによって採取された試料は反応ディスク３６に並べられている反応容器３５に一定量分注され、一定量の試薬が試薬ディスク４１または４２に設置された試薬容器４０から試薬分注ヘッド２０または２１により分注され、攪拌装置３０にて攪拌される。反応ディスク３６は周期的に回転，停止を繰り返し、反応容器３５が光源５０の前を通過するタイミングで分光光学系５１の出力信号を検出する測光が行われる。１０分間の反応時間の間に測光を繰り返し、その後、容器洗浄機構４５で反応容器３５内の反応液の排出および洗浄がなされる。それらの間に別の反応容器３５では、別の試料，試薬を用いた動作が並行して実施される。反応時間の間に行われた測光結果に基づいて、コンピュータ６１で試料内の対象物質の濃度が計算され、結果が出力される。

試料の分注は、次のように行われる。定量ポンプ７１，チューブ７２，サンプル分注ヘッド２００ａの内部流路は水で満たされている。コントローラ６０からの指令により駆動装置７３が回転してサンプル分注ヘッド２００ａをサンプル容器３４上に移動し、定量ポンプ７１を吸引動作させてサンプル分注ヘッド２００ａの先端に少量の空気を吸引する。次に駆動装置７３を下降動作してサンプル分注ヘッド２００ａをサンプル容器３４内の試料に挿入し、定量ポンプ７１を吸引動作して試料の一部を分注ヘッド内に吸引する。次に駆動機構７１を上昇，回転，下降してサンプル分注ヘッド２００ａを反応容器３５に挿入する。動作中の流路内の圧力の変化は圧力検出器７で測定されてコントローラ６０にデータが送られている。コントローラ６０は圧力変動を分析して、所定の変化内に収まってから定量ポンプ７１に指令を出して吐出を開始する。吐出が終わってから、駆動機構７３で上昇，回転する。サンプル分注ヘッド２００ａの流路内部，外部は図示しない洗浄機構で洗浄されて、次の分注に備える。

試薬の分注も、試料分注と同様の手順で行われる。

本実施例では、定量ポンプ７１からサンプル分注ヘッド２００ａまでの距離が長く、その間の流路が水で満たされているため、サンプル分注ヘッド２００ａの移動や他の機構の動作に伴う振動によって、流路内の水に慣性力が働き、圧力変動が生じる。また水や含有気泡，流路構成部材は弾性体であり、圧力変動で体積変化する。しかし、圧力変動が収まってから吐出動作をするため、振動が分注の正確性に影響することがなく、精度の高い分注が行え、対象物質の濃度を正確に分析することが可能である。

また本実施例の場合は、並列して複数の分析を行うため、振動が収まるのを待てる時間に制限があるが、制限内に動作が終了できるかどうかをコントローラ６０が判別して処理することができ、信頼性の高い分析動作が可能になる。

１ ベローズ
２，３ 永久磁石
４ モータ
５ ソレノイド
６ ダイアフラム
７ 圧力検出器
８ 信号処理回路
９ ノズル基部
１０ ノズルチップ
１１，１２，１３ 空洞
１４ 空気孔
１５ ケーシング
１６ ベローズ駆動機構
１７ 付勢手段
１８ 検体
３４ サンプル容器
３５ 反応容器
３６ 反応ディスク
３７ サンプルディスク
４０ 試薬容器
４１ 第１試薬ディスク
４２ 第２試薬ディスク
４５ 容器洗浄機構
５０ 光源
５１ 分光光学系
６０ コントローラ
６１ コンピュータ
７１ 定量ポンプ
７２ チューブ
７３ 駆動装置
１００ ベローズ装置
２００ 分注ヘッド
２０１ 吸引動作
２０２ 分注ヘッド移動動作
２０３ 吐出動作
３０１ 吸引開始
３０２ 吸引完了
３０３ 圧力変動監視
３０４ 圧力変動有無
３０５ 吐出開始
３０６ 吐出完了
３０７ 次工程判別
４０１ 停止
５０１ 確認条件
５０２ 監視回数
５０３ 監視時間
５０４ 変動振幅値
５０５ アラーム
７０１ 停止

Claims (8)

1. 空洞部内に収容される液体を吐出するノズルと、
   該ノズルの空洞部内の圧力を変化させる圧力変化機構と、を備えた自動分析装置において、
   前記ノズルの空洞部内の圧力を検出する圧力検出機構と、
   該圧力検出機構の出力に基づいて当該ノズルの空洞部内の液体の液面揺れを検出する液面揺れ検出機構と、
   該液面揺れ検出機構の出力に基づいて前記圧力変化機構を制御する制御機構を備えたことを特徴とする自動分析装置。
   
2. 請求項１記載の自動分析装置において、
   前記液面揺れ検出機構の出力が予め定めた値以下になった時に、前記圧力変化機構により吸引した液体を吐出するよう前記制御機構が動作することを特徴とする自動分析装置。
   
3. 請求項１記載の自動分析装置において、
   前記液面揺れ検出機構の出力が予め定めた時間内に、予め定めた値以下にならない場合はその旨を通知する通知手段を備えたことを特徴とする自動分析装置。
   
4. 請求項１記載の自動分析装置において、
   前記液面揺れ検出機構の出力に基づいて、液面揺れを打ち消すように前記ノズル内に圧力を加える圧力印加機構を備えたことを特徴とする自動分析装置。
   
5. 空洞部内に収容した液体を吐出するノズルと、
   該ノズルの空洞部内の圧力を変化させる圧力変化機構と、を備えた検体処理装置において、
   前記ノズルの空洞部内の圧力を検出する圧力検出機構と、
   該圧力検出機構の出力に基づいて当該ノズルの空洞部内の液体の液面揺れを検出する液面揺れ検出機構と、
   該液面揺れ検出機構の出力に基づいて前記圧力変化機構を制御する制御機構を備えたことを特徴とする検体処理装置。
   
6. 請求項５記載の検体処理装置において、
   前記液面揺れ検出機構の出力が予め定めた値以下になった時に、前記圧力変化機構により吸引した液体を吐出するよう前記制御機構が動作することを特徴とする検体処理装置。
   
7. 請求項５記載の検体処理装置において、
   前記液面揺れ検出機構の出力が予め定めた時間内に、予め定めた値以下にならない場合はその旨を通知する通知手段を備えたことを特徴とする検体処理装置。
   
8. 請求項５記載の検体処理装置において、
   前記液面揺れ検出機構の出力に基づいて、液面揺れを打ち消すように前記ノズル内に圧力を加える圧力印加機構を備えたことを特徴とする検体処理装置。

Images