(57)【要約】【課題】アレイ形受光素子の温度変化による感度変化を簡単な構成で補正して、安定した結果を正確に得ることができる医用光度計を実現する。【解決手段】光源１からの白色光は熱線カットフィルタ３、感度補正フィルタ４、レンズ５、フローセル６、スリット７を介して凹面回折格子８に入射し、分光される。分光された単色光９は自己走査型シリコンフォトダイオード１０に照射され、このダイオード１０からの出力信号に基づき、マイクロコンピュータ１９が試料の吸光度を算出する。ダイオード１０の近辺には高精度サーミスタ２３が配置され、サーミスタ２３により検出された温度に基づいて、ダイオード１０の感度の温度変化が補正される。ダイオード１０は受光波長毎に異なる感度温度特性を有しているので、波長毎に温度感度補正が行なわれる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に通過させるための白色光を発生する光源と、上記試料を通過した白色光を波長毎の単色光に分光する分光手段と、この分光手段により分光された単色光を受光する受光手段と、この受光手段からの出力に従って試料成分を分析する分析手段とを備える医用光度計において、
上記受光手段の周囲温度を検出する温度検出手段を備え、
上記受光手段は、単色光を受ける受光素子が複数配列されたアレイ型受光素子であり、上記分析手段は、上記温度検出手段により検出された温度に従って、上記受光素子の感度を波長毎に補正して、試料の吸光度を算出し、試料成分を分析することを特徴とする医用光度計。
【請求項２】
請求項1記載の医用光度計において、上記試料をその内部に流させるフローセルを備え、上記光源からの白色光は上記フローセル内に流れる試料を通過して上記分光手段に照射されることを特徴とする医用光度計。
【請求項３】
請求項1又は２記載の医用光度計において、上記アレイ型受光素子は、自己走査型フォトダイオードアレイであることを特徴とする医用光度計。
【請求項４】
請求項1、２又は３のうちのいずれか一項記載の医用光度計において、上記分析手段は、上記受光素子が受光する光の波長をλ（μｍ）とすると、算出式（26.125×λ5−79.375×λ4＋94.602×λ3−53.501×λ2＋14.304×λ−1.4507）により算出される温度係数と、温度検出手段により検出された温度とに基づいて、上記受光素子が受光した単色光の測定値を補正することを特徴とする医用光度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用光度計に係り、特に、血清と試薬を反応処理させた検体を直接吸引して分析をする際の多波長同時分光測定に用いられる医用光度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
血清と試薬とを反応処理させた検体を、湿式分析によって行う方法は、分析反応の温度や反応物質の温度などの分析条件を正確に規定出来る。このため、再現性、定量精度に優れ、この湿式分析方法に用いられる医用光度計は、病院や臨床検査センター、保健所等で病気の診断や早期発見に不可欠の装置として広く使用されている。
【０００３】
一方、検体や試薬の分注、攪拌や反応時間の管理など一連の前処理を自動化して前述の分析ができる装置として、自動分析装置がある。この自動分析装置に対して、医用光度計は、前述の前処理をオペレータが手動で行う装置として自動分析装置のバックアップ機、少量検体の測定、特殊項目測定用のものとして位置し、必要不可欠の装置とされている。
【０００４】
ところで、近年の半導体素子開発に伴い、シリコンフォトダイオードアレイに代表される受光素子の受光感度の改善や自己走査形リニアイメージセンサを用いることにより測定処理速度の高速化対応が可能になっている。
【０００５】
そこで、これら受光素子を用いて光度計を構成すると、高速で、同時に広い波長範囲における物質の透過や反射の分光特性を測定することが出来る。
【０００６】
医用光度計は、反応液を光度計フローセルへの吸い上げに用いるシッパーといわれるポンプ、光度計および信号処理部から概略構成されている。特に、光度計は、光源から出た光を回折格子や干渉フィルタにより分光した後、目的の波長域だけの単色光をフローセル内の反応液に照射する単色光照明方式（モノクロメータタイプ）と、光源から出た白色光を前記フローセル内の反応液に照射する白色光照明方式(ポリクロメータタイプ) に分けられる。
【０００７】
医用光度計として代表的なものは、モノクロメータタイプで専用装置化したものが多くみられる。このモノクロメータタイプの医用光度計においては、まず、光源から出射した光は、レンズ、窓、及びスリットを通った後に凹面回折格子に入射する。光はここで分光され、ローランド円上に並んだ出射スリットへ入射スリットの像を結ぶ。この出射スリットから出た単色光がフローセルを通過し、シリコンダイオードなど検知器へ入射する。
【０００８】
フローセルを通過させる波長を選ぶには、凹面回折格子の回転角度を設定し、偏心カムをモータ制御する。これにより、前述の病気の診断など生化学検査に必要な波長を選定することができる。
【０００９】
前述と同様に、シリコンダイオードなどの検知器から出力される微小電流は増幅器によって増幅され、その信号がＡ／Ｄ変換されてマイクロコンピュータに入力される。入力された信号の吸光度変換や濃度変換もコンピュータが行う。
【００１０】
多くの場合、Ａ／Ｄ変換の際、対数変換により基準との差分により吸光度を測定するシステムとなっている。この場合でも、上記増幅器のドリフト、検知器の感度変化、光源の明るさ変化が測定値に悪影響を与えないようにするためには、暗信号、感度調整信号を得るため光チョッパーを回転させて、時分割させた光信号を処理したり、ハーフミラーによって反応液を通過した光を二分し、参照側信号を作りだし、信号処理を行う。
【００１１】
このため、光度計自体が大きくなり、制御や調整も複雑になるのが避けられないが、波長カムやマイクロメータにより回折格子を回転する時間がかかっても、連続した分光特性が得られることと、反応液に照射する光のエネルギーが小さくて済むので、照射する光の影響で反応液が変化しない利点がある。
【００１２】
しかしながら、時分割光信号処理等の方法では、単色光に分光した光を試料へ照射するので、二波長を同時に同一試料に照射して測定することはできない。
【００１３】
また、システムを考慮して高度な時分割処理により、多波長をほぼ同時に測定することもできるが、処理が複雑になることと、反応が進んだときには正確な結果が得られない。
【００１４】
これに対して、近年、安定性や素子間のバラツキ特性などにおいて大きく発展を遂げた自己走査形シリコンフォトダイオードアレイに代表されるアレイ形受光素子を用いたポリクロメータタイプの分光光度計がある。
【００１５】
このポリクロメータタイプの分光光度計の場合、光源から出射した光はレンズや窓を通り、フローセルや専用の反応容器のひとつを通過し、スリットを通ったのち凹面回折格子に入射する。
【００１６】
光はここで分光され、ローランド円上に並んだ複数のシリコン検知器上に波長毎に像を結ぶ。検知器は前述の病気の診断など生化学検査に必要な複数波長の場所にあるので、検知器を選べば波長を選んだことになる。検知器から出力される微小電流は増幅器によって増幅され、反応容器毎ごと、つまり分析項目ごとに指定された１つ、または２つの波長の信号がＡ／Ｄ変換されてマイクロコンピュータに入る。
【００１７】
アレイ形受光素子を用いた場合は、波長測光が可能となり、二波長測光は臨床用途にフローセルを用いて分光測定を行う場合に、反応液の濁りやフローセル内への気泡混入による誤差を小さくする上で有効である。また、任意な波長選択が出来ることが波長選択の制約を受けないので、主波長、副波長の選択に有効となる。
【００１８】
ただし、アレイ形受光素子を用いた場合でも、増幅器のドリフト、検知器の感度変化が測定値に悪影響しないように感度調整信号や試料信号の処理方法が重要である。
【００１９】
また、分光器を小型にする際には光源電球の発熱による他の分光素子の温度上昇や素子の周囲温度の経時変化等に充分な配慮が必要となる。臨床用として測定を行う場合には、測定値の安定性や直線性、再現性などの性能面で安定した測定が欠かせない。
【００２０】
特に、肝機能、腎機能を中心とする生化学検査は、１分間あたりの吸光度変化量から活性値を演算する。このため測定時間内の外気温度変動による各構成部品の温度依存ついて考慮する必要がある。
【００２１】
このため、特許文献１に記載された技術のような、波長ずれ補正を行う技術がある。
【００２２】
光学部品等が温度変化により熱膨張又は熱収縮した場合、例えば、回析格子の溝幅、溝間隔等が変化して、複数の受光素子に、特定された波長の光が照射されず、波長ずれをおこすこととなる。特許文献1記載の技術は、この波長ずれに対して補正を行うものである。
【００２３】
【特許文献１】特開平９−１５０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
上述した自己走査形シリコンフォトダイオードアレイのようなアレイ形受光素子は、測定開始信号に同期して、数百から構成される各素子に光信号の電荷を蓄積して、電流あるいは電圧変換する素子であり、その感度は、温度の影響を受けやすい。
【００２５】
特に肝機能、腎機能等の生化学検査は、１分間あたりの吸光度変化量から活性値を演算するため測定時間内の温度変動による素子の感度変化はそのまま測定値の誤差につながる。
【００２６】
このため、温度変動によるアレイ形受光素子の感度変化は極力抑制する必要がある。
【００２７】
しかし、特許文献1記載の技術のような、温度変化による波長ずれ補正を行なったとしても、アレイ形受光素子の温度変化による感度補正はできない。
【００２８】
そこで、アレイ形受光素子を光度計に用いた場合、暗信号を抑制するために素子本体を冷却したり、測定波長毎に異なる素子感度の温度依存を抑制するために素子自体を温度制御して測定中に素子周囲温度が変化しても感度変化が発生しないような機構系を用いることが考えられる。
【００２９】
しかしながら、このような温度管理制御機構は、高信頼性が必要であり、高価格となってしまうため、望ましいものではない。
【００３０】
また、アレイ形受光素子の温度変化に伴う感度変化による感度不足自体は素子に対する露光時間を変化させることで測定毎に必要な補正を行なうことが考えられる。
【００３１】
ところが、液体試料等を流しながら、測定光を試料に通過させる、フローセルを用いた臨床検査装置においては、水ブランク測定値がその後に測定するサンプルの吸光度値の基準となり、一度水ブランク測定をしたときの露光時間は、一定値とする必要があり、温度が変化したからといって、それに合わせて露光時間を変化させることはできない。
【００３２】
本発明は、アレイ形受光素子の温度変化による感度変化を簡単な構成で補正して、安定した結果を正確に得ることができる医用光度計を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
上記目的を達成するための、本発明は次のように構成される。  
（１）試料に通過させるための白色光を発生する光源と、上記試料を通過した白色光を波長毎の単色光に分光する分光手段と、この分光手段により分光された単色光を受光する受光手段と、この受光手段からの出力に従って試料成分を分析する分析手段とを備える医用光度計において、上記受光手段の周囲温度を検出する温度検出手段を備え、上記受光手段は、単色光を受ける受光素子が複数配列されたアレイ型受光素子であり、上記分析手段は、上記温度検出手段により検出された温度に従って、上記受光素子の感度を波長毎に補正して、試料の吸光度を算出し、試料成分を分析する。
【００３４】
（２）好ましくは、上記（１）において、上記試料をその内部に流させるフローセルを備え、上記光源からの白色光は上記フローセル内に流れる試料を通過して上記分光手段に照射される。
【００３５】
（３）また、好ましくは、上記（1）又は（２）において、上記アレイ型受光素子は、自己走査型フォトダイオードアレイである。
【００３６】
（４）また、好ましくは、上記（1）、（２）又は（３）において、上記分析手段は、上記受光素子が受光する光の波長をλ（μｍ）とすると、算出式（26.125×λ5−79.375×λ4＋94.602×λ3−53.501×λ2＋14.304×λ−1.4507）により算出される温度係数と、温度検出手段により検出された温度とに基づいて、上記受光素子が受光した単色光の測定値を補正する。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、アレイ形受光素子の温度変化による感度変化を簡単な構成で補正して、安定した結果を正確に得ることができる医用光度計を実現することができる。
【００３８】
つまり、温度変化が発生しない機械的構造や、受光素子に対する温度制御機構系が不要であり、光度計全体を小形化することができる。
【００３９】
また、受光素子の温度制御機構系が不要になることで信頼性を維持したまま、コスト低減が図れる。装置全体としても低電力消費や装置の小型化になり環境への配慮も十分にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。  
図１は、本発明に係る医用光度計の一実施形態の概略構成図である。
【００４１】
図１において、本発明の一実施形態における医用光度計の光度計部は、ポリクロメータ方式で構成している。光源１は、光源保持手段２により、この光源１から発生する熱が他の部材へ伝導しないように遮断して保持される。
【００４２】
そして、光源１から発生した白色光（多波長光）は、熱線カットフィルタ３、感度補正フィルタ４を通り、レンズ５によって、反応液１２が流されるフローセル６を照射しながら集光させ、スリット７に結像される。
【００４３】
このフローセル６及びスリット７を通過した光は、凹面回折格子８に入射する。凹面回折格子８に入射した光は、ここで分光され、分光された単色光９はローランド円上に並んだ自己走査型シリコンフォトダイオード１０上にスリットの像を結ぶ。
【００４４】
一方、オペレータが予め分析する項目を決定して、目的の試薬と患者血清とを反応させ前処理が完了している反応液１２は、反応液吸入ノズル１１からチューブ１４とシッパーポンプ１３とによりフローセル６へ規定量吸引される。
【００４５】
そして、測定が終了した反応液は、次の反応液によってフローセル６から排出され、この繰り返し動作により次々に反応液１２がフローセル６へ送られ、順次、廃液ボトル１５に排出される。
【００４６】
シッパーポンプ１３の回転を制御するシッパー制御信号１６、フローセル６の温度を制御するフローセル温度制御信号１７およびフローセル６内の反応液１２の分光特性を計測する検知器制御信号１８などの信号は、マイクロコンピュータ１９により送受信され、シッパーポンプ１３等の動作は、光信号のＡ／Ｄ変換を含むマイクロコンピュータ部１９で制御される。
【００４７】
測定結果は、フォトダイオード１０により検知され、マイクロコンピュータ１９により演算された分析結果は、例えば、高速紙送り機構を有する感熱式プリンタなどの印字出力手段２０により印刷され、同時に液晶モジュールなどの表示手段２１に表示される。
【００４８】
上述した分析項目に合わせて波長、反応液の吸引量などの測定条件は予めオペレータがパラメータ入力手段２２により設定する。フローセル６は、マイクロコンピュータ１９により温度制御される。また、このフローセル６は、気泡が抜けやすいような構造となっており。フローセル６と流路（チューブ１４）とを接続するジョイント部分も気泡が抜けるように斜めに工夫が加えられている。
【００４９】
また、自己走査型シリコンフォトダイオード１０の近辺には、高精度サーミスタ２３が配置され、自己走査型シリコンフォトダイオード１０の周囲温度を監視している。
【００５０】
図２は、図1に示した医用光度計におけるフォトダイオード１０からマイクロコンピュータ１９に至るまでの信号処理回路図である。ここで受光素子（フォトダイオード１０）の温度検出には高精度サーミスタ２３を用いている。
【００５１】
サーミスタ２３からの出力信号は、抵抗２４を介して差動増幅器２５の反転入力端子に供給される。
【００５２】
この差動増幅器２５の反転入力端子は、互いに並列接続された抵抗２６及びコンデンサ２７を介して、差動増幅器２５の出力端子に接続される。そして、この差動増幅器２５の出力端子からの出力信号は、Ａ/Ｄ変換器２８によりデジタル値に変換され、マイクロコンピュータ１９に供給される。
【００５３】
そして、このマイクロコンピュータ１９において、高精度サーミスタ２３により検出された温度データが、フォトダイオード１０の感度についての温度補正を行うデータとして使用される。
【００５４】
図３は、自己走査形フォトダイオードアレイ１０の検出感度の温度特性を示すグラフであり、縦軸が感度の温度係数（％/℃）を示し、横軸が受光した光の波長（μｍ）を示している。
【００５５】
受光素子１０はシリコンから生成される半導体からできており、光電流変換の際に図３に示すように受光素子１０の温度特性は、約０．５μｍを下回る短波長領域においては、ほぼ感度の温度依存がなく一定である。
【００５６】
約０．５μｍを超える長波領域においては温度に対して波長ごとの感度が指数関数的に変化し、０．８μｍ付近で約０．２％の温度依存性を持っている。
【００５７】
このように、約０．５μｍを超える長波領域においては、受光する波長により、受光素子１０の感度の温度係数は異なるものである。
【００５８】
なお、この図3に示した温度係数グラフは、実際の市販されている自己走査形フォトダイオードアレイについて、複数個を実測し、平均化して求められたデータである。
【００５９】
図４は、本発明における試料測定時の信号処理についての概略動作フローチャートである。なお、受光素子信号は対数増幅器ではなく、リニア増幅器により電圧に変換されＡ／Ｄ変換器２８により処理される。これは自己走査形フォトダイオードアレイ１０を用いた場合、受光素子の切り換えを速く行う必要があるが、対数増幅器の変換時間は比較的に長く、自己走査形フォトダイオードアレイ１０を用いる場合には適さない。
【００６０】
このため、リニア増幅器により光を電圧に変換した後に、対数演算した値を用いて吸光度を算出している。
【００６１】
図４のステップ１００において、測定時間、測定波長等の分析条件が設定される。そして、ステップ１０１において、試料を測る前に水の吸光度、受光素子１０の温度を測定し、記憶手段（図示せず）に記憶させる。
【００６２】
次に、ステップ１０２において、試料の吸光度、そのときの受光素子１０の温度を測定し、記憶された水の温度との温度差を算出する。そして、ステップ１０３において、算出した温度差と、測定波長とから後述する温度補正計算式により温度補正値を算出する。
【００６３】
続いて、ステップ１０４において、試料の吸光度測定値を算出した温度補正値により補正する。そして、ステップ１０５において、測定し、温度補正した試料の吸光度を表示手段２１により表示し、印字出力手段２０により印字出力する。
【００６４】
なお、上述したようにリニア増幅器を用いるので、水、試料の吸光度計算は次式（１）を用いて算出する。  
吸光度＝２−ｌｏｇ１０〔（試料測光値／水測光値）×１００〕      −−−（１）
また、水測定時からの温度変化分に相当する、試料測光値の補正を行う波長ごとの温度係数算出は次式（２）を用いて行なう。
【００６５】
温度係数＝26.125×λ5−79.375×λ4＋94.602×λ3−53.501×λ2＋14.304×λ−1.4507      −−−（２）  
ただし、上記式（２）において、λは波長（μｍ）である。  
また、試料測光値の温度補正は上式（２）で得られた温度係数と、次式（３）を用いて、温度データにより試料測光値の補正を行う。
【００６６】
補正後の試料測光値＝試料測光値／〔１＋（温度係数×ΔＴ）／１００〕      −−−（３）
なお、上記（３）式において、ΔＴは水測定時からの温度変化量である。
【００６７】
このように、試料信号を、検出温度と設定波長とに応じて測定毎に補正すれば、温度変化による分光素子の感度特性変化をなくすことができ、安定した測定結果が得られる。この場合、１回約１０ｍｓごとのＡＤカウントデータ取得時にその都度、感度補正することが可能なため、短時間の温度変化にも対応が可能となる。
【００６８】
なお、上記式（２）は、図３に示したデータに基づき、得られた算出式である。
【００６９】
以上のように、本発明の一実施形態によれば、従来行っていた、受光素子全体が温度変動しても、各素子の感度変化が発生しない機械的構造にすることや、受光素子に対する温度制御機構系を必要とすることなく、医用分光光度計の信頼性を向上させることができる。
【００７０】
このため、医用分光光度計の信頼性を向上させながら、装置の小型化、低価格化を図ることができることができる。
【００７１】
なお、上述した例においては、アレイ形受光素子として、自己走査型シリコンフォトダイオードを用いたが、複数のシリコンン受光素子がアレイ状に配列されている受光素子であれば、自己走査型シリコンフォトダイオードに限らず、他のものも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る医用光度計の一実施形態の概略構成図である。
【図２】図1に示した医用光度計におけるフォトダイオードからマイクロコンピュータに至るまでの信号処理回路図である。
【図３】自己走査形フォトダイオードアレイの検出感度の温度特性を示すグラフである。
【図４】本発明における試料測定時の信号処理についての概略動作フローチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１              光源
２              光源保持手段
３              熱線カットフィルタ
４              感度補正フィルタ
５              レンズ
６              フローセル
７              スリット
８              凹面回折格子
９              単色光
１０            自己走型シリコンフォトダイオード
１１            反応液吸入ノズル
１２            反応液
１３            シッパーポンプ
１４            チューブ
１５            廃液ボトル
１６            シッパー制御信号
１７            フローセル温度制御信号
１８            検知器制御信号
１９            マイクロコンピュータ
２０            印字出力手段
２１            表示手段
２２            パラメータ入力手段
２３            高精度サーミスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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