(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  マイクロ波を送信するマイクロ波送信部２と、マイクロ波を受信するマイクロ波受信部３とが対向配置され、マイクロ波送信部２とマイクロ波受信部３との間に、金属等の電磁波遮蔽部材を材料とする中空の管構造を有する導波管４が配設される。採血管１０１を上下方向に移動させながら、採血管１０１に向けて側方からマイクロ波を入射させると、導波管４の内下面４Ｌと血清１０３の上界面１０３Ｕとの高さ位置が一致したとき、及び、導波管４の内上面４Ｕと血清１０３の下界面１０３Ｌとの高さ位置が一致したときに、マイクロ波受信部３で受信されるマイクロ波の強度（透過強度）にピークが現れるので、そのピークを捉えることにより血清１０３の界面を検出することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記容器に向けて前記容器の側方からマイクロ波を送信するマイクロ波送信手段と、
前記容器を挟んで前記マイクロ波送信手段に対向配置され、前記マイクロ波送信手段から送信されるマイクロ波のうち前記容器内を透過するマイクロ波を受信するマイクロ波受信手段と、
前記マイクロ波送信手段から送信され、前記容器内を透過して前記マイクロ波受信手段で受信されるマイクロ波の導波路を形成する導波管と、
前記マイクロ波受信手段で受信されるマイクロ波に基づいて、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。
【請求項２】
前記マイクロ波送信手段、前記マイクロ波受信手段、及び前記導波管により構成されるマイクロ波送受信手段と、前記容器とを上下方向に相対移動させる移動手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の界面検出装置。
【請求項３】
前記導波管は、前記マイクロ波送信手段側及び前記マイクロ波受信手段側で少なくとも前記容器まわりにおいて略水平な内上面及び内下面をそれぞれ有し、前記マイクロ波送信手段側の内上面及び内下面の高さ位置と前記マイクロ波受信手段側の内上面及び内下面の高さ位置とが略同じであることを特徴とする請求項２に記載の界面検出装置。
【請求項４】
前記導波管の中空部が矩形断面を有することを特徴とする請求項３に記載の界面検出装置。
【請求項５】
前記導波管は、その中空部の幅が前記マイクロ波送信手段側から前記容器側に向かって徐々に幅広となる部分と、その中空部の幅が前記マイクロ波受信手段側から前記容器側に向かって徐々に幅広となる部分とのうち少なくともいずれか一方を有することを特徴とする請求項４に記載の界面検出装置。
【請求項６】
前記導波管は、前記マイクロ波送信手段と前記マイクロ波受信手段との間に配設される１つの導波管により構成され、その導波管の中間位置に前記容器を挿通するための上下に貫通する挿通穴が形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の界面検出装置。
【請求項７】
前記導波管は、前記マイクロ波送信手段と前記容器との間に配設される送信側導波管と、前記マイクロ波受信手段と前記容器との間に配設される受信側導波管とにより構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の界面検出装置。
【請求項８】
請求項１〜７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。
【請求項９】
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、
前記容器に向けて前記容器の側方から導波管を介してマイクロ波を送信する手順と、
前記送信されるマイクロ波のうち前記容器内を透過するマイクロ波を導波管を介して受信する手順と、
前記受信されるマイクロ波に基づいて、前記所定の液体の界面を検出する手順とを有することを特徴とする界面検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、更には血清の体積を求めるのに用いて好適な界面検出装置、体積計測装置、及び界面検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
例えば特許文献１には、血清、分離剤、血餅に分離した状態にある検体液をカラー視覚センサにより撮像し、カラー画像を取り込んで、血清量を計測する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３７８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、特許文献１に開示されているように撮像画像を取り込む手法では、ラベルが妨げになって血清の鮮明な画像が得られず、血清の界面を検出できないことがある。
【０００７】
本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであり、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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、前記容器に向けて前記容器の側方からマイクロ波を送信するマイクロ波送信手段と、前記容器を挟んで前記マイクロ波送信手段に対向配置され、前記マイクロ波送信手段から送信されるマイクロ波のうち前記容器内を透過するマイクロ波を受信するマイクロ波受信手段と、前記マイクロ波送信手段から送信され、前記容器内を透過して前記マイクロ波受信手段で受信されるマイクロ波の導波路を形成する導波管と、前記マイクロ波受信手段で受信されるマイクロ波に基づいて、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、前記マイクロ波送信手段、前記マイクロ波受信手段、及び前記導波管により構成されるマイクロ波送受信手段と、前記容器とを上下方向に相対移動させる移動手段を備える点にある。
また、本発明の界面検出装置の他の特徴とするところは、前記導波管は、前記マイクロ波送信手段側及び前記マイクロ波受信手段側で少なくとも前記容器まわりにおいて略水平な内上面及び内下面をそれぞれ有し、前記マイクロ波送信手段側の内上面及び内下面の高さ位置と前記マイクロ波受信手段側の内上面及び内下面の高さ位置とが略同じである点にある。
また、本発明の界面検出装置の他の特徴とするところは、前記導波管の中空部が矩形断面を有する点にある。
また、本発明の界面検出装置の他の特徴とするところは、前記導波管は、その中空部の幅が前記マイクロ波送信手段側から前記容器側に向かって徐々に幅広となる部分と、その中空部の幅が前記マイクロ波受信手段側から前記容器側に向かって徐々に幅広となる部分とのうち少なくともいずれか一方を有する点にある。
また、本発明の界面検出装置の他の特徴とするところは、前記導波管は、前記マイクロ波送信手段と前記マイクロ波受信手段との間に配設される１つの導波管により構成され、その導波管の中間位置に前記容器を挿通するための上下に貫通する挿通穴が形成される点にある。
また、本発明の界面検出装置の他の特徴とするところは、前記導波管は、前記マイクロ波送信手段と前記容器との間に配設される送信側導波管と、前記マイクロ波受信手段と前記容器との間に配設される受信側導波管とにより構成される点にある。
本発明の体積計測装置は、前記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特徴を有する。
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、前記容器に向けて前記容器の側方から導波管を介してマイクロ波を送信する手順と、前記送信されるマイクロ波のうち前記容器内を透過するマイクロ波を導波管を介して受信する手順と、前記受信されるマイクロ波に基づいて、前記所定の液体の界面を検出する手順とを有する点に特徴を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ラベルの材質である紙や樹脂等を透過するマイクロ波を用いて容器内の所定の液体の界面を検出するようにしたので、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検出することができる。しかも、導波管を配設することにより、マイクロ波の導波路が形成されてマイクロ波を効率良く伝送することができるので、所定の液体の界面を精度よく検出することができる。
【００１０】
特に、容器まわりにおいて導波管に水平な内面が存在するようにすれば、導波管の内面と所定の液体の界面との高さ位置が一致したときに、この界面があたかも導波管の内面の一部のような役割を果たすことになり、マイクロ波受信手段で受信されるマイクロ波の強度（透過強度）が著しく大きくなるので、所定の液体の界面を確実に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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、２は、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。体積計測装置は、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。
【００１２】
まず、図３を参照して、検体液１０２の入った採血管１０１について説明する。採血管１０１は試験管等のように下端が閉塞された円筒状をなすもので、マイクロ波を透過可能な材質、例えば無色透明のガラスや樹脂等からなる。
【００１３】
また、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。
【００１４】
採血管１０１の表面には、図１、２に示すように、マイクロ波を透過可能な材質、例えば紙や樹脂等からなる半透明のラベル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。
【００１５】
次に、体積計測装置について説明すると、図１、２に示すように、マイクロ波送信部２、マイクロ波受信部３、及び導波管４によりマイクロ波送受信部１が構成される。マイクロ波送受信部１では、マイクロ波を送信するマイクロ波送信部２と、マイクロ波を受信するマイクロ波受信部３とが略同じ高さ位置にて所定距離をおいて対向配置され、これらマイクロ波送信部２とマイクロ波受信部３との間に、電磁波遮蔽部材、例えば銅等の金属を材料とする中空の管構造を有する導波管４が配設される。
【００１６】
導波管４は、全体として板状をなす１つの方形導波管からなり、その中央に採血管１０１を挿通するための上下に貫通する挿通穴５が形成される。本実施形態で用いられる導波管は、均一な肉厚を有するものであり、矩形断面を有する中空部６の高さｈは一定であるが、幅ｗはマイクロ波送信部２側及びマイクロ波受信部３側で幅狭で、そこから徐々に幅広となり、中間部で一定の幅を有する。このように導波管４の両端を幅狭の形状とすることにより、マイクロ波送信部２側及びマイクロ波受信部３側では中空部６の幅ｗをマイクロ波の送信口及び受信口の寸法に合致させて損失低下を図ることができるとともに、中間部では挿通穴５を形成するのに必要な領域を確保することができる。
【００１７】
マイクロ波送受信部１による界面検出に際して、採血管１０１の上端はマニピュレータ７によって挟持される。マニピュレータ７は搬送路８及び搬送路８に直交する図示しない搬送路に沿って水平二方向に移動自在となっており、また、上下方向に昇降自在となっている。この場合に、マニピュレータ７（すなわち採血管１０１）を昇降させるアクチュエータとしては、例えば図示しないパルスモータが用いられ、パルスモータから発生するパルスの数に基づいて採血管１０１の昇降位置が求められるようになっている。
【００１８】
このように三軸方向に移動自在な構成とすることにより、図示しないストッカーから所望の採血管１０１を取り出して、その採血管１０１を導波管４の上方まで搬送し、挿通穴５に挿通してマイクロ波送受信部１に対して上下方向（図１中矢印Ｚ）に移動させることができ、ストッカーとマイクロ波送受信部１との間での採血管１０１の搬送及びマイクロ波送受信部１による界面検出の自動化を図ることができる。
【００１９】
ここで、マイクロ波受信部３には、マイクロ波受信部３で受信されるマイクロ波を検出して電気信号に変換する検波回路９と、検波回路９から出力される電気信号を増幅する増幅回路１０とが接続される。さらに、増幅回路１０から出力される電気信号に基づいて、図示しないパルスモータからのパルスの数を参照しながら、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１１と、界面検出部１１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１３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１２とが接続される。
【００２０】
以下、血清１０３の界面位置を検出し、その体積を求めるまでの処理について説明する。血清１０３の界面検出の原理は、媒体の誘電率によってマイクロ波の透過特性が異なることを利用するものである。すなわち、マイクロ波送受信部１と採血管１０１とを上下方向に相対移動させながら、採血管１０１に向けて側方からマイクロ波を入射させると、採血管１０１内の各層（空気１０７、血清１０３、分離剤１０４、血餅１０５）での透過特性の差により、各層の界面においてマイクロ波受信部３で受信されるマイクロ波の強度（透過強度）が変化する。
【００２１】
具体的に、採血管１０１内の空気１０７や分離剤１０４は誘電率が比較的小さく、空気の比誘電率は１に近く、分離剤の比誘電率も５程度である。したがって、マイクロ波がそれらに入射した場合、多くの割合で透過し、マイクロ波受信部３で受信されるマイクロ波の強度（透過強度）は、図４（Ｂ）に示すように、ある程度の大きさの値を有する。
【００２２】
それに対して、水溶液である血清１０３は誘電率が比較的大きく、その比誘電率は５０以上程度である。したがって、マイクロ波がそれに入射した場合、そのほとんどが反射したり吸収されたりして、マイクロ波受信部３で受信されるマイクロ波の強度（透過強度）は、図４（Ｂ）に示すように、上層の空気１０７や下層の分離剤１０４に比べて低くなる。同様に、血餅１０５も誘電率が比較的大きく（比誘電率は５０以上程度）、マイクロ波受信部３で受信されるマイクロ波の強度（透過強度）は低くなる。
【００２３】
このように採血管１０１内の各層にマイクロ波を入射させるに際して、採血管１０１自体やラベル１０６の誘電率は小さく（例えばガラスや紙の比誘電率は５以下程度）、マイクロ波がそれらに入射してもほとんどが透過するので、採血管１０１自体やラベル１０６による影響は無視することができる。
【００２４】
ここで、マイクロ波送信部２としては指向性を持つものを使用するのが望ましいが、それでもメインローブは広がりを持つため、採血管１０１を挟んでマイクロ波送信部２とマイクロ波受信部３とを対向配置するだけでは、透過強度の波形変化が緩やかなものとなり、界面を精度よく検出することが難しくなってしまう。
【００２５】
そこで、マイクロ波の導波路を形成する導波管４を配設することにより、マイクロ波を効率良く伝送することができるようにしている。これにより、微弱なマイクロ波の強度（透過強度）もマイクロ波受信部３で受信されるようになり、透過強度の波形変化が捉えやすくなる。
【００２６】
さらに、導波管４を配設することにより、図４（Ｂ）に示すように、血清１０３の上界面１０３Ｕ付近及び下界面１０３Ｌ付近において透過強度にピークｐ1、ｐ2が現れるので、血清１０３の界面を確実に検出することができる。
【００２７】
すなわち、導波管４が検体液１０２の各層の途中にあるときには、導波管４内のマイクロ波は挿通穴５から上下方向にも放射されてしまうが、図４（Ａ）の状態ａに示すように、導波管４の内下面４Ｌと血清１０３の上界面１０３Ｕとの高さ位置が一致したとき、マイクロ波が血清１０３の上界面１０３Ｕで反射して、この上界面１０３Ｕがあたかも導波管４の内下面の一部のような役割を果たす。したがって、図４（Ｂ）のピークｐ1に示すように、マイクロ波受信部３で受信されるマイクロ波の強度（透過強度）が著しく大きくなる。
【００２８】
同様に、図４（Ａ）の状態ｂに示すように、導波管４の内上面４Ｕと血清１０３の下界面１０３Ｌとの高さ位置が一致したとき、マイクロ波が血清１０３の下界面１０３Ｌで反射して、この下界面１０３Ｌがあたかも導波管４の内上面の一部のような役割を果たす。したがって、図４（Ｂ）のピークｐ2に示すように、マイクロ波受信部３で受信されるマイクロ波の強度（透過強度）が著しく大きくなる。
【００２９】
この場合に、マイクロ波が、それを送受信する箇所の高さ方向中心位置、すなわち導波管４の中空部６の高さ方向中心位置を通るものとすれば、血清１０３の上界面１０３Ｕ付近で透過強度がピークｐ1をとる位置は、血清１０３の上界面１０３Ｕよりも、おおよそ導波管４の中空部６の高さｈの半分だけ上方にオフセットした位置になる。したがって、上界面１０３Ｕ付近で透過強度がピークｐ1をとった場合、そのピーク位置からｈ／２だけ下方にオフセットした位置を血清１０３の上界面１０３Ｕ位置として検出する。
【００３０】
同様に、血清１０３の下界面１０３Ｌ付近で透過強度がピークｐ2をとる位置は、血清１０３の下界面１０３Ｌよりも、おおよそ導波管４の中空部６の高さｈの半分だけ下方にオフセットした位置になる。したがって、下界面１０３Ｌ付近で透過強度がピークｐ2をとった場合、そのピーク位置からｈ／２だけ上方にオフセットした位置を血清１０３の下界面１０３Ｕ位置として検出する。
【００３１】
以上のようにしてマイクロ波送受信部１と採血管１０１とを上下方向に相対移動させながら、検波回路９によりマイクロ波受信部３で受信されるマイクロ波を検出して電気信号に変換し、必要に応じて平滑化して、増幅回路１０により検波回路９から出力される信号を増幅すると、図４（Ｂ）に示すような波形が得られる。
【００３２】
次に、界面検出部１１により、図４（Ｂ）に示すような波形に基づいて、上述したピークを捉える手法により血清１０３の上界面１０３Ｕ位置及び下界面１０３Ｌ位置を検出する。そして、体積算出部１２により、界面検出部１１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１３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。
【００３３】
図５には導波管４の形状例を示す。図５（Ａ）は図１に示した導波管４の平面形状を示すが、導波管４の形状はそれに限られるものではない。例えば図５（Ｂ）及び図６に示すものは、一定の幅を有する方形導波管からなる例、図５（Ｃ）に示すものは、マイクロ波送信部２側及びマイクロ波受信部３側で幅狭で、そこから中央まで徐々に幅広となる方形導波管からなる例、図５（Ｄ）に示すものは、マイクロ波送信部２側で幅狭で、そこから徐々に幅広となり、マイクロ波受信部３側まで一定の幅を有する方形導波管からなる例、図５（Ｅ）に示すものは、マイクロ波受信部３側で幅狭で、そこから徐々に幅広となり、マイクロ波送信部２側まで一定の幅を有する方形導波管からなる例、図５（Ｆ）に示すものは、マイクロ波送信部２側で幅狭で、マイクロ波受信部３側まで徐々に幅広となる方形導波管からなる例である。
【００３４】
（第２の実施形態）
図７、８に示す第２の実施形態では、前記第１の実施形態のように１つの導波管４を用いるのではなく、送信側導波管１４及び受信側導波管１５を別体にしている。以下では、前記第１の実施形態との相違点を中心に説明するとともに、同一の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
例えば、図７（Ａ）及び図８に示すものは、送信側導波管１４及び受信側導波管１５が、図１に示した導波管４の中間部分の一部を省いて分割したような方形導波管からなる。また、図７（Ｂ）に示すものは、送信側導波管１４及び受信側導波管１５がいずれも一定の幅を有する方形導波管からなる例、図７（Ｃ）に示すものは、送信側導波管１４及び受信側導波管１５がそれぞれマイクロ波送信部２側及びマイクロ波受信部３側から徐々に幅広となる方形導波管からなる例である。
【００３６】
マイクロ波を効率良く伝送するという点では前記第１の実施形態のように１つの導波管４を用いる方が効果的であるが、挿通穴５に採血管１０１を挿通する必要があるため、採血管１０１の位置制御に高い精度が要求される。それに対して、本実施形態のように導波管が受信側と送信側とで別体とされている場合には、これら導波管１４、１５の間に採血管１０１を位置させればよいので、採血管１０１の位置制御を容易化することができる。
【００３７】
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、前記実施形態では、採血管１０１をマイクロ波送受信部１に対して上下方向に移動させるようにしたが、採血管１０１を固定してマイクロ波送受信部１を上下方向に移動させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施形態の体積計測装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】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。
【図３】検体液の入った採血管を示す図である。
【図４】界面検出の原理を説明するための図である。
【図５】第１の実施形態の体積計測装置の形状例を示す図である。
【図６】図５（Ｂ）に示す体積計測装置の概略構成を示す斜視図である。
【図７】第２の実施形態の体積計測装置の形状例を示す図である。
【図８】図７（Ａ）に示す体積計測装置の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１        マイクロ波送受信部
２        マイクロ波送信部
３        マイクロ波受信部
４        導波管
５        挿通穴
６        中空部
７        マニピュレータ
８        搬送路
９        検波回路
１０      増幅回路
１１      界面検出部
１２      体積算出部
１３      記憶部
１４      送信側導波管
１５      受信側導波管
１０１    採血管
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
【図１】
2005345144.tif 000003
【図２】
2005345144.tif 000004
【図３】
2005345144.tif 000005
【図４】
2005345144.tif 000006
【図５】
2005345144.tif 000007
【図６】
2005345144.tif 000008
【図７】
2005345144.tif 000009
【図８】
2005345144.tif 000010