JP4092312B2 - 界面検出装置及び方法、体積計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば採血管内で分離した状態にある血清、分離剤、血餅のうち血清の界面を検出し、更には血清量を求めるのに用いて好適な界面検出装置及び方法、体積計測装置に関する。

患者から採取した血液を分離剤と共に採血管に入れ、遠心分離機により遠心分離を行って血清、分離剤、血餅に分離させた上で、血清だけを取り出して各種検査に利用することが行われている。

近年では、患者の負担を軽減させるために採血量をできるだけ少なくすることが求められる一方で、血清を利用する検査は多岐にわたるため、限られた血清を過不足なく検査材料として利用すべく、血清量を正確に把握することが要求される。

例えば特許文献１には、試験管の側方に、蛍光灯や電球からなる照明手段と、ＣＣＤカメラからなる撮像手段とを配置した血清量測定装置が開示されている。この血清量測定装置では、試験管内で血清、分離剤、血餅に分離した状態にある検体液に向けて照明手段により光を照射し、撮像手段により検体液を撮像して画像データを取得して、その画像を解析することにより血清画像の領域を特定する。

特開２００１−１６５７５２号公報

しかしながら、採血管の表面には各種情報が表示されたラベルが貼着されることが多い。この場合に、特許文献１に開示されているように側方から光を照射して撮像画像を取り込む手法では、照射光がラベルにより遮断されたり、ラベルに反射したりして、血清の鮮明な画像が得られず、血清画像の領域を精度よく特定できないことがある。

また、検体液全体に光を均一に照射しなければならないため、例えば検体液の量が多い（試験管が長い）場合には、照明手段を大型化しなければならないことがある。

本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであり、小型で安価な装置構成により、容器表面のラベル等による影響を受けることなく容器内の所定の液体の界面を精度よく検出できるようにすることを目的とする。

本発明の界面検出装置は、上下に分離した状態で容器に収容された少なくとも２種類の液体のうち所定の液体の界面を検出する界面検出装置であって、前記容器内の液体に向けて上方から光を照射する照射手段と、前記容器の側方に配置される受光手段と、前記容器の側面のうちラベルが貼着されていない領域に対面させた前記受光手段により得られる信号に基づいて、前記所定の液体の界面を検出する界面検出手段とを備える点に特徴を有する。
また、本発明の界面検出装置の他の特徴とするところは、前記照射手段は、前記容器の内径部より細い光束を前記容器内の液体に略鉛直方向に入射させる点にある。
また、本発明の界面検出装置の他の特徴とするところは、前記照射手段は、レーザである点、或いは、前記照射手段は、光源と、前記光源から照射される光を絞る集光手段とにより構成される点にある。
また、本発明の界面検出装置の他の特徴とするところは、前記容器には、上に分離した光散乱性の低い液体と、下に分離した光散乱性の高い液体とが収容され、上記上に分離した液体の上界面ではメニスカスが形成されており、前記所定の液体として前記上に分離した液体の上界面を検出する点にある。
本発明の体積計測装置は、本発明の界面検出装置と、前記界面検出装置により検出される前記所定の液体の上下界面間の間隔と、前記容器の内径寸法とに基づいて、前記所定の液体の体積を算出する体積算出手段とを備える点にある。
本発明の界面検出方法は、上下に分離した状態で容器に収容された少なくとも２種類の液体のうち所定の液体の界面を検出する界面検出方法であって、前記容器の側方に配置される受光手段を前記容器の側面のうちラベルが貼着されていない領域に対面させる手順と、前記容器内の液体に向けて上方から光を照射する手順と、前記受光手段により得られる信号に基づいて、前記所定の液体の界面を検出する界面検出手順とを有することを特徴とする。

本発明によれば、容器内の液体に向けて上方から光を照射し、液体での散乱による散乱光を受光して、その結果に基づいて所定の液体の界面を検出するようにしたので、小型で安価な装置構成により、容器表面のラベル等による影響を受けることなく所定の液体の界面を精度よく検出して、血清量を正確に計測することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１に、本発明を適用した体積計測装置１の外観図を示す。体積計測装置１は、採血管１０１内の検体液１０２のうち血清１０３の上界面１０３Ｕ位置及び下界面１０３Ｌ位置を検出することにより上下界面１０３Ｕ、１０３Ｌ間の間隔（高さ）を求め、既知の採血管１０１の内径寸法等を用いて血清１０３の体積（血清量）を算出するためのものである。

図１に示すように、採血管１０１を取り扱うハンドリング機構２と、採血管１０１の上部がハンドリング機構２のマニピュレータ２１によりつかまれた状態で採血管１０１内の検体液１０２に向けて上方からレーザ光線３ａを照射するレーザ照射装置３と、採血管１０１の側方に配置される撮像装置４と、採血管ラック５を搬送するベルトコンベア６と、採血管ラック５の移動を規制するとともにピッチ送りするラックストッパ機構７とが配設される。

また、採血管１０１の表面に貼着されたラベル１０６のバーコードを読み取るバーコードリーダ８や、採血管１０１の表面に貼着されたラベル１０６の位置を検出する光沢度センサ９等が必要に応じて配設される。

採血管１０１は、図２に示すように、試験管等のように下端が閉塞された円筒状をなし、レーザ光線が透過可能な材質、例えば無色透明な樹脂材料やガラス材料からなる。

採血管１０１に収容される検体液１０２は、被験者から採取した血液及び分離剤からなるもので、遠心分離を行った結果、比重の大きい順に採血管１０１の底部からゲル状の血餅１０５、分離剤１０４、血清１０３に分離した状態となっている。

多くの場合、採血管１０１の表面には、紙や樹脂等からなるラベル１０６が貼着される。ラベル１０６には、印刷や手書きによって、被験者に関する情報等が文字、記号、バーコード等により表示される。

採血管１０１を保持する採血管ラック５は、複数本の採血管１０１を立てた状態で一列に並べて保持する。

ハンドリング機構２は、複数本の爪２１ａにより採血管１０１の上部をつかむマニピュレータ２１と、ステッピングモータ等によりマニピュレータ２１を回転させるマニピュレータ回転機構２２と、図示しないがマニピュレータ２１を上下方向に昇降させるマニピュレータ昇降機構とにより構成され、採血管ラック５から採血管１０１を順次持ち上げて、血清１０３の体積計測処理を行うことができる。

レーザ照射装置３は、採血管１０１の上部がハンドリング機構２のマニピュレータ２１によりつかまれた状態で採血管１０１の上方に位置し、図２に示すように、検体液１０２に向けて上方からレーザ光線３ａを照射する。

撮像装置４は、上下方向に直線的或いは平面的に並べられた多数の受光素子（例えばＣＣＤ）を有し、詳細は後述するが、採血管１０１内の検体液１０２に向けて上方からレーザ光線３ａを照射した場合に、検体液１０２での散乱による散乱レーザ光線のうち側方へと進行方向を変えたものを受光する。この場合に、外光の影響を少なくして、散乱レーザ光線だけを受光するように、使用するレーザ光線３ａの波長域の光だけを透過するフィルタ４ａを撮像装置４に設置する等してもよい。

ここで、撮像装置４には、図２に示すように、受光素子により光電変換された電気信号を用いて画像処理を施す画像処理部４１と、画像処理部４１により得られた受光強度のプロファイルに基づいて血清１０３の上界面１０３Ｕ位置及び下界面１０３Ｌ位置を検出する界面検出部４２と、界面検出部４２により検出される血清１０３の上界面１０３Ｕ位置及び下界面１０３Ｌ位置から上下界面１０３Ｕ、１０３Ｌ間の間隔（高さ）を求め、記憶部４４に記憶されている採血管１０１の内径寸法等を用いて血清１０３の体積（血清量）を算出する体積算出部４３とが接続される。

バーコードリーダ８は、ハンドリング機構２により持ち上げられた採血管１０１のラベル１０６のバーコードを読み取る。

光沢度センサ９は、具体的な図示は省略するが、ハンドリング機構２により持ち上げられた採血管１０１の表面にスポット光を照射する光源と、反射光を受光するラインセンサ等の受光部とにより構成され、光沢度を測定して、採血管１０１自体とラベル１０６との光沢度の相違からラベル１０６の位置を検出する。

採血管ラック５は、ベルトコンベア６により採血管１０１の配列方向に搬送される。ベルトコンベア６は、その搬送経路がマニピュレータ２１の下方を通過するように設置されており、採血管ラック５を上流側にある例えば元検体供給ユニット（不図示）から体積計測装置へと搬送し、体積計測装置での処理が終了した後、下流側にある例えば分注装置（不図示）へと搬送する。

ラックストッパ機構７は、ストッパ７ａを有する。ストッパ７ａは、ベルトコンベア６上に突出して採血管ラック５の搬送方向前端に係止し、採血管ラック５の移動を規制する位置（図１に示す状態）と、ベルトコンベア６上から退避して、採血管ラック５の移動を許容する位置とに進退可能になっている。また、ラックストッパ機構７は、ストッパ７ａを採血管ラック５の搬送方向へピッチ送りすることができる。

次に、血清１０３の上界面１０３Ｕ位置及び下界面１０３Ｌ位置を検出し、血清１０３の体積（血清量）を算出する処理動作について説明する。ベルトコンベア６により採血管ラック５が上流側から搬送されてくると、ラックストッパ機構７のストッパ７ａが突出し、採血管ラック５を制止させ、同時にベルトコンベア６を停止させる。この状態では、採血管ラック５に保持された複数本の採血管１０１のうちの１本目がマニピュレータ２１の直下に位置し、ハンドリング機構２がこの１本目の採血管１０１をつかんで持ち上げる。

まず、採血管１０１の側面でのラベル１０６の位置を検出する。具体的には、マニピュレータ２１で採血管１０１の上端部をつかんで持ち上げた状態で、マニピュレータ回転機構２２を作動させて採血管１０１を所定方向に回転させる。採血管１０１を回転させている間、光沢度センサ９は、採血管１０１の表面の光沢度を測定する。ラベル１０６は採血管１０１自体より光沢度が小さく、ラベル１０６の縁位置で光沢度が急激に変化するので、ラベル１０６の位置を特定することができる。このようにしてラベル１０６の位置が特定されたならば、採血管１０１の側面のうちラベル１０６が貼着されていない領域を撮像装置４に向けて（対面させて）、次の界面検出処理を行う。

界面検出処理では、図２に示すように、レーザ照射装置３から採血管１０１内の検体液１０２に向けて上方からレーザ光線３ａを照射する。レーザ光線３ａは鉛直方向下方に進行し、血清１０３の上界面１０３Ｕに入射する。この場合に、レーザ光線３ａを血清１０３の上界面１０３Ｕの中心位置で入射させるのが望ましい。

ここで、血清１０３は光散乱性（光の散乱の度合）が低く、血清１０３に入射したレーザ光線３ａはほとんど散乱することなくまっすぐに（鉛直方向下方に）進行する。したがって、撮像装置４の受光素子ではレーザ光線３ａをほとんど受光することはなく、図３の領域ａに示すように、血清１０３部分での受光強度は小さなものとなる。

それに対して、血清１０３の下に位置する分離剤１０４は白濁しており、光散乱性（光の散乱の度合）が高く、血清１０３内を通って分離剤１０４に入射したレーザ光３ａは散乱する。したがって、分離剤１０４で散乱した散乱レーザ光線の一部が側方に向かって進行し、撮像装置４の受光素子で受光されて、図３の領域ｂに示すように、分離剤１０４部分での受光強度は大きなものとなる。

更に、図４に示すように、分離剤１０４で散乱した散乱レーザ光線の一部３ｂは、血清１０３の上界面１０３Ｕに向かって進行する。血清１０３の上界面１０３Ｕでは、血清１０３と採血管１０１の内壁面との濡れ性によりメニスカス１０３Ａが形成される。そして、血清１０３の上界面１０３Ｕに向かって進行する散乱レーザ光線３ｂの一部は、メニスカス１０３Ａで反射して進行方向が変わり、側方に向かって進行する（散乱レーザ光線３ｃ）。この散乱レーザ光線３ｃが撮像装置４の受光素子で受光されて、図２に示すように、血清１０３の上界面１０３Ｕ位置で特異的に受光強度が大きくなり、ピークｃが現れる。

撮像装置４の受光素子により光電変換された電気信号は、画像処理部４１に出力される。画像処理部４１は、受光素子から入力された電気信号に基づいて、採血管１０１の上下方向（長手方向）に沿った受光強度のプロファイル（図３を参照）を抽出する。

界面検出部４２では、画像処理部４１により得られた受光強度のプロファイルに基づいて血清１０３の上界面１０３Ｕ位置及び下界面１０３Ｌ位置を検出する。

すなわち、上述したように血清１０３と空気層１０７との界面（血清の上界面１０３Ｕ）位置において受光強度にピークｃが現れるので、採血管１０１の上側で最初のピークが現れる位置を血清１０３の上界面１０３Ｕとして検出する。

また、上述したように血清１０３と分離剤１０４との界面（血清の下界面１０３Ｌ）位置において受光強度が変化するが、実際にはある程度の緩やかさを持って変化する。そこで、血清１０３の下界面１０３Ｌに対応する閾値を予め規定しておき、界面検出部４２が有するコンパレータ機能によって、ピークｃの下側において受光強度のプロファイルが閾値に一致する位置を求め、その位置を血清１０３の下界面１０３Ｌ位置として検出する。

次に、体積算出部４３により、界面検出部４２により検出される血清１０３の上界面１０３Ｕ位置及び下界面１０３Ｌ位置から上下界面１０３Ｕ、１０３Ｌ間の間隔（高さ）を求め、その求めた上下界面１０３Ｕ、１０３Ｌ間の間隔と、記憶部４４に記憶されている採血管１０１の内径寸法等とを用いて、血清１０３の体積（血清量）を算出する。

以上述べたように、採血管１０１内の検体液１０２に向けて上方からレーザ光線を照射するので、照射光そのものがラベル１０６により遮断されたり、反射したりすることはない。また、検体液１０２全体に光を均一に照射する必要はなく、採血管１０１の内径部より細いレーザ光線を照射すればよいので、レーザ照射装置３も小型のものでよい。したがって、小型で安価な装置構成により、採血管１０１の表面のラベル１０６等による影響を受けることなく血清１０３の界面１０３Ｕ、１０３Ｌ位置を精度よく検出することができる。

（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、本発明でいう照射手段としてレーザ照射装置３を用いたが、図５に示すように、可視光や赤外光等を照射する光源３１と、光源３１から照射される光を絞るレンズ３２とにより構成してもよい。可視光を照射するものとして、例えば汎用のＬＥＤ等を用いれば、安価で小型な光源３１を構成することができる。なお、図示例では２つのレンズ３２を用いているが、その個数や形状は限定されるものではない。

以上、本発明を実施形態と共に説明したが、本発明は実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば前記実施形態の体積計測装置１の具体的構成はほんの一例であって、その形態に限定されるものではない。前記実施形態では、ハンドリング機構２に照射手段としてレーザ照射装置３を組み込んでおき、採血管１０１を持ち上げた状態で界面検出処理を行うようにしたが、図７に示すように、採血管ラック５００の撮像装置４００側に開口５０１を形成しておき、採血管ラック５００に採血管１０１を立てた状態で、採血管１０１内の検体液１０２に上方から光（図中矢印）を照射するようにしてもよい。

第１の実施形態の体積計測装置の外観図である。 第１の実施形態の体積計測装置の概略構成を示す図である。 検体液と受光強度のプロファイルとの関係を示す図である。 血清の上界面のメニスカスでの様子を示す概略図である。 第２の実施形態の照明手段を示す図である。 採血管の内径部と光束の細さ（径）との関係を示す図である。 体積計測装置の一構成例を示す外観図である。

符号の説明

１ 体積計測装置
２ ハンドリング機構
３ レーザ照射装置
３ａ レーザ光線
４ 撮像装置
５ 採血管ラック
６ ベルトコンベア
７ ラックストッパ機構
８ バーコードリーダ
９ 光沢度センサ
３１ 光源
３２ レンズ
４１ 画像処理部
４２ 界面検出部
４３ 体積算出部
４４ 記憶部
１０１ 採血管
１０１ｒ 内径部
１０２ 検体液
１０３ 血清
１０３Ｕ 上界面
１０３Ｌ 下界面
１０４ 分離剤
１０５ 血餅
１０６ ラベル
１０７ 空気層

Claims (7)

1. 上下に分離した状態で容器に収容された少なくとも２種類の液体のうち所定の液体の界面を検出する界面検出装置であって、
   前記容器内の液体に向けて上方から光を照射する照射手段と、
   前記容器の側方に配置される受光手段と、
   前記容器の側面のうちラベルが貼着されていない領域に対面させた前記受光手段により得られる信号に基づいて、前記所定の液体の界面を検出する界面検出手段とを備えることを特徴とする界面検出装置。
2. 前記照射手段は、前記容器の内径部より細い光束を前記容器内の液体に略鉛直方向に入射させることを特徴とする請求項１に記載の界面検出装置。
3. 前記照射手段は、レーザであることを特徴とする請求項１又は２に記載の界面検出装置。
4. 前記照射手段は、光源と、前記光源から照射される光を絞る集光手段とにより構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の界面検出装置。
5. 前記容器には、上に分離した光散乱性の低い液体と、下に分離した光散乱性の高い液体とが収容され、上記上に分離した液体の上界面ではメニスカスが形成されており、前記所定の液体として前記上に分離した液体の上界面を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の界面検出装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の界面検出装置と、
   前記界面検出装置により検出される前記所定の液体の上下界面間の間隔と、前記容器の内径寸法とに基づいて、前記所定の液体の体積を算出する体積算出手段とを備えることを特徴とする体積計測装置。
7. 上下に分離した状態で容器に収容された少なくとも２種類の液体のうち所定の液体の界面を検出する界面検出方法であって、
   前記容器の側方に配置される受光手段を前記容器の側面のうちラベルが貼着されていない領域に対面させる手順と、
   前記容器内の液体に向けて上方から光を照射する手順と、
   前記受光手段により得られる信号に基づいて、前記所定の液体の界面を検出する界面検出手順とを有することを特徴とする界面検出方法。

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