JP6599721B2 - 試験片分析装置及び試験片分析方法 - Google Patents

Description

本発明は、試験片分析装置及び試験片分析方法に関する。

従来から、臨床検査分野、食品分析分野、その他の分野においては、試薬パッドが設けられた試験片を用いて液体試料の成分分析が行われている。例えば、尿を液体試料とする臨床検査では、複数種類の試薬パッドが設けられた平板棒状の試験片（マルチ試験片）を用い、試薬パッドに尿を吸収させたときの各試薬パッドの呈色の度合いを測定することで、尿に含まれる糖、蛋白、潜血等の濃度分析が行われている。試薬パッドの呈色の度合いは目視によっても測定することができるが、高精度の測定を効率的に行うために試験片分析装置が用いられる。

以下の特許文献１には、従来の試験片分析装置の一例が開示されている。具体的には、イメージセンサ、レンズ、及び反射光源よりなる反射光学系を備えた分析部と、試験片を載置する複数の載置部を間欠駆動して試験片を所定の位置に搬送する試験片搬送装置とを備える試験片分析装置が開示されている。この試験片分析装置では、分析部が試験片搬送装置に対して回動可能に連結されており、不使用時に分析部を折り畳むことで小型化を可能としている。

特開２００５−９０９６９号公報

ところで、上述した特許文献１に開示された試験片分析装置は、上述したイメージセンサとしてラインセンサを備えており、試験片をラインセンサで撮像して得られる一次元画像（試験片の長手方向の一次元画像）に対する画像処理を行って試薬パッドの呈色の度合いを測定している。尚、ラインセンサとは、受像素子が直線状に配列されて一次元画像を撮像するセンサである。

このような試験片分析装置において、試験片の全体の画像を一度に撮像するには、試験片とラインセンサとの距離をある程度確保する必要があることから、装置が大型化してしまい、小型化が困難であるという問題がある。尚、試験片と同程度以上の長さを有するラインセンサを用いれば、試験片とラインセンサとの距離を短くすることも可能であると考えられるが、コストの面から現実的ではない。

従来の試験片分析装置は、試験片が載置される試験片搬送装置の載置部の幅が試験片の幅とほぼ同じに設定されており、作業者が試験片を載置部に載置させれば、試験片の長手方向がラインセンサの長手方向にほぼ一致するようになっていた。しかしながら、従来の試験片分析装置では、載置部の幅が試験片の幅とほぼ同じに設定されていることから、作業者は、試験が終了するまで注意して試験片を載置部に載置する作業を行わなければならなかった。作業者の作業を容易にする観点からは、試験片が傾いて載置されていても分析を行うことが可能な試験片分析装置が望まれている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、小型であって試験片が傾いて載置されていても分析を行うことが可能な試験片分析装置及び試験片分析方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の試験片分析装置は、試薬パッド（ＰＤ）が設けられた試験片（ＴＰ）を撮像して得られる画像を用いて前記試験片の分析を行う試験片分析装置（１）において、前記試験片を照明する光源（２１）と、前記試験片の一部が撮像されるように撮像領域（Ａ１〜Ａ４）の大きさが設定された撮像素子（２２）とを有する撮像ユニット（２０）と、前記撮像ユニットの位置を変えつつ前記試験片を前記撮像素子で撮像して得られる複数の部分画像（Ｇ１１〜Ｇ１４）を合成し、前記試験片の全体が含まれる合成画像（Ｇ２０）を得る合成処理を行う画像処理部（８２）と、を備え、前記撮像ユニットの移動方向に沿う第１方向（Ｙ方向）に向けて前記試験片を載置する試験片ホルダ（１１）を有し、前記撮像素子の撮像領域の前記第１方向における長さは、前記試験片の長さよりも小に設定されている。
また、本発明の試験片分析装置は、前記画像処理部が、前記撮像素子の撮像領域内における明度の不均一性を補正する明度補正テーブル（ＴＢ）を備えており、前記撮像素子から得られる前記部分画像の明度を、前記明度補正テーブルを用いて補正する補正処理を行う。
また、本発明の試験片分析装置は、前記画像処理部が、前記合成画像から前記試験片の画像（Ｇ３０）を抽出する抽出処理を行う。
また、本発明の試験片分析装置は、前記第１方向（Ｙ方向）に直交する第２方向（Ｘ方向）に沿って前記試験片ホルダを移動させて、前記試験片を第１位置（Ｐ１）から第２位置（Ｐ２）に搬送する搬送ユニット（１０）を備える。
また、本発明の試験片分析装置は、前記試験片ホルダの前記試験片が載置される載置部（ＭＰ）の前記第２方向における幅が、前記試験片の幅よりも大に設定されており、前記撮像素子の撮像領域の前記第２方向における幅が、前記載置部の前記第２方向における幅よりも大に設定されている。
本発明の試験片分析方法は、試薬パッド（ＰＤ）が設けられた試験片（ＴＰ）を撮像して得られる画像を用いて前記試験片の分析を行う試験片分析方法において、前記試験片を照明する光源（２１）と、前記試験片の一部が撮像されるように撮像領域（Ａ１〜Ａ４）の大きさが設定された撮像素子（２２）とを有する撮像ユニット（２０）の位置を変えつつ前記試験片を前記撮像素子で撮像して複数の部分画像（Ｇ１１〜Ｇ１４）を得るステップと、前記複数の部分画像を合成し、前記試験片の全体が含まれる合成画像（Ｇ２０）を得るステップと、を有する。
また、本発明の試験片分析方法は、前記撮像素子から得られる前記部分画像の明度を、前記撮像素子の撮像領域内における明度の不均一性を補正する明度補正テーブル（ＴＢ）を用いて補正するステップと、前記合成画像から前記試験片の画像（Ｇ３０）を抽出するステップと、を有し、前記試験片は、試験片ホルダ（１１）に、前記撮像ユニットの移動方向に沿う第１方向（Ｙ方向）に向けて載置され、前記撮像素子の撮像領域の前記第１方向における長さは、前記試験片の長さよりも小に設定されている。

本発明によれば、試験片を照明する光源と、試験片の一部が撮像されるように撮像領域の大きさが設定された撮像素子とを有する撮像ユニットの位置を変えつつ試験片を撮像素子で撮像し、これにより得られる複数の部分画像合成し、試験片の全体が含まれる合成画像を得るようにしているため、小型であって試験片が傾いて載置されていても分析を行うことが可能であるという効果がある。

本発明の一実施形態による試験片分析装置の外観を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による試験片分析装置の内部構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による試験片分析装置の内部構成を模式的に示す側面図である。 本発明の一実施形態による試験片分析装置で用いられる試験片の一例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態における試験片ホルダを示す斜視図である。 本発明の一実施形態による試験片分析装置の制御系の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による試験片分析装置によって試験片が撮像される様子を説明するための図である。 本発明の一実施形態による試験片分析装置で行われる画像処理を説明するための図である。 本発明の一実施形態による試験片分析装置で行われる補正処理の原理を説明するための図である。 本発明の一実施形態において複数の試験片が搬送される様子を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による試験片分析装置及び試験片分析方法について詳細に説明する。尚、以下の説明においては、図中に設定したＸＹＺ直交座標系を必要に応じて参照しつつ各部材の位置関係について説明する。但し、説明の便宜のため、各図に示すＸＹＺ直交座標系の原点は固定せずに適宜変更するものとする。

図１は、本発明の一実施形態による試験片分析装置の外観を示す斜視図である。図２は、本発明の一実施形態による試験片分析装置の内部構造を示す斜視図である。図３は、本発明の一実施形態による試験片分析装置の内部構成を模式的に示す側面図である。尚、図１〜図３に示すＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸が後述する試験片ＴＰの搬送方向に沿う方向（第２方向）、Ｙ軸が後述する撮像ユニット２０の移動方向に沿う方向（第１方向）、Ｚ軸が鉛直方向に沿う方向にそれぞれ設定されている。

図１〜図３に示す通り、本実施形態の試験片分析装置１は、搬送ユニット１０、撮像ユニット２０、駆動部３０、メイン基板４０、表示部５０、印字部６０、及び筐体７０を備える。試験片分析装置１は、搬送ユニット１０によって搬送された試験片ＴＰを撮像ユニット２０によって撮像し、得られた画像を用いて試験片ＴＰの分析を行い、その分析結果等を表示部５０に表示し、或いは印字部６０で印字するものである。尚、本実施形態では、分析の対象となる液体試料が尿であるものとする。

ここで、試験片分析装置１で用いられる試験片ＴＰについて簡単に説明する。図４は、本発明の一実施形態による試験片分析装置で用いられる試験片の一例を示す斜視図である。図４に示す通り、試験片ＴＰは、平板棒状の基体ＳＢと、基体ＳＢの一方の面に形成された複数の試薬パッドＰＤとを有する所謂マルチ試験片である。試薬パッドＰＤは、分析の対象となる液体試料（例えば、尿）を吸収すると、液体試料の成分に応じて呈色する。

搬送ユニット１０は、図２，３に示す通り、試験片ＴＰが載置される複数の試験片ホルダ１１と、試験片ホルダ１１を搬送する搬送機構１２とを備えており、試験片ホルダ１１上に載置された試験片ＴＰをＸ方向に搬送する。図５は、本発明の一実施形態における試験片ホルダを示す斜視図である。図５に示す通り、試験片ホルダ１１は、平面視において長方形の底板１１ａ、底板１１ａの両側縁に立設された側板１１ｂ，１１ｂ、及び側板１１ｂ，１１ｂ上縁からそれぞれ外側方に延出した延出板１１ｃ，１１ｃを備える。

また、図５に示す通り、試験片ホルダ１１には、試験片ホルダ１１の長さ方向（Ｙ方向）に間隔をおいて、一対のリブ状突起ＲＢ，ＲＢが形成されている。このリブ状突起ＲＢ，ＲＢは、試験片ＴＰが、試験片ホルダ１１に張り付くのを防止するために設けられる。尚、試験片ＴＰは、図示の通り、試験片ホルダ１１の底板１１ａに接触することなくリブ状突起ＲＢ，ＲＢ上に載置される。

ここで、試験片ＴＰは、試験片ホルダ１１の側板１１ｂ，１１ｂの間の領域である載置部ＭＰに載置される。このため、載置部ＭＰの幅Ｗ１は、試験片ＴＰの幅より大きいことが好ましく、図５に示す通り、試験片ＴＰが試験片ホルダ１１の長さ方向（Ｙ方向）に対して傾いた状態であっても、試験片ＴＰを試験片ホルダ１１に載置することができる。これにより、試験片ＴＰを試験片ホルダ１１に載置する作業を容易にすることができる。但し、載置部ＭＰの幅Ｗ１は試験片１１の幅の２倍を超えないことが好ましい。載置部ＭＰの幅Ｗ１が大きすぎると複数の試験片１１を載置する誤操作の元になる。尚、試験片ホルダ１１の構成材料は特に限定されないが、合成樹脂により製造されることが好ましい。また、後述する画像処理の工程において、試験片ＴＰとのコントラストを高めて、処理を確実にするために暗色に着色されていることが好ましい。

搬送機構１２は、無端ベルト１２ａ、プーリー１２ｂ、及びプーリー１２ｃを備える。無端ベルト１２ａは、環状に形成された帯状体（或いは、ベルト状体）である。この無端ベルト１２ａには、複数の試験片ホルダ１１が互いに独立して取り付けられる。このため、図３に示す通り、隣り合う試験片ホルダ１１は、互いに近接した配置をとることもできるし、互いに離間した配置をとることもできる。プーリー１２ｂ，１２ｃは、Ｘ方向に間隔をおいて設けられている。これらプーリー１２ｂ，１２ｃには無端ベルト１２ａが巻き掛けられているため、プーリー１２ｃが回転すると無端ベルト１２ａが循環走行し、プーリー１２ｂも回転する。

図３に示す通り、試験片ＴＰが試験片ホルダ１１に載置される載置位置Ｐ１（第１位置）と、撮像ユニット２０によって試験片ＴＰが撮像される撮像位置Ｐ２（第２位置）とは、Ｘ方向に予め定められた距離だけ離間している。無端ベルト１２ａが循環走行することで、載置位置Ｐ１で試験片ホルダ１１に載置された試験片ＴＰが、撮像位置Ｐ２まで搬送される。尚、試験片ホルダ１１が載置位置Ｐ１から撮像位置Ｐ２に至るまでの時間は、液体試料の成分と試験片ＴＰの試薬パッドＰＤとが過不足なく反応し、試薬パッドＰＤが適切に呈色するように設定される。

撮像ユニット２０は、一対の光源２１，２１、撮像素子２２、及び支持体２３を備えており、撮像位置Ｐ２の上方（＋Ｚ側）においてＹ方向に延びるように設置された一対のガイドレール２４，２４に沿ってＹ方向に移動可能に構成されている。光源２１，２１は、搬送ユニット１０によって撮像位置Ｐ２に搬送された試験片ＴＰを照明するための光源である。光源２１，２１は、撮像位置Ｐ２の斜め上方にそれぞれ配置されており、＋Ｘ側及び−Ｘ側からそれぞれ斜め下方向に試験片ＴＰを照明することで、試験片ホルダ１１の影が試験片ＴＰに極力かからずに試験片ＴＰが均一に照明されるようにしている。

光源２１，２１は、公知の光源が使用可能だが、小型で発熱が少ないことから発光ダイオード（ＬＥＤ）が好ましい。試験片分析装置１では、試験片ＴＰに設けられた試薬パッドＰＤの呈色の度合いが測定されることから、光源２１，２１に設けられる発光素子は、例えば白色光を発光する発光素子であることが望ましい。尚、光源２１，２１の各々に設けられる発光素子は、１つでも２つ以上であっても良い。光源２１，２１には、光源２１，２１から出力される照明光を均一化するための拡散板２１ａ，２１ａがそれぞれ設けられている。

撮像素子２２は、搬送ユニット１０によって撮像位置Ｐ２に搬送された試験片ＴＰの画像（二次元画像）を撮像する撮像素子（エリアセンサ）である。撮像素子２２は、撮像面を下側（−Ｚ側）に向けて、撮像位置Ｐ２の上方（＋Ｚ方向）に配置されている。撮像素子２２の撮像領域の大きさは、撮像位置Ｐ２に搬送された試験片ＴＰの一部が撮像される大きさに設定されている。これは、試験片ＴＰと撮像素子２２との距離を極力小さくすることで、試験片分析装置１の小型化を実現するためである。

具体的に、撮像素子２２の撮像領域のＹ方向の長さは、試験片ＴＰの長さよりも小に設定されており、例えば試験片ＴＰの長さの４分の１程度の長さに設定されている。また、撮像素子２２の撮像領域のＸ方向の幅は、試験片ホルダ１１の載置部ＭＰの幅Ｗ１（図５参照）よりも大に設定されている。これは、図５に示す通り、試験片ＴＰが試験片ホルダ１１の長さ方向（Ｙ方向）に対して傾いた状態であっても、試験片ＴＰの全体の画像が得られるようにするためである。

撮像素子２２は、例えば撮像位置Ｐ２に配置された試験片ホルダ１１の底板１１ａの上面から４０［ｍｍ］程度離間するように設定されている。また、撮像素子２２の撮像領域のＸ方向の幅及びＹ方向の長さは、例えば３０［ｍｍ］程度に設定されている。尚、ここに挙げた数値はあくまでも一例であり、試験片分析装置１の仕様に応じて適宜変更される。

撮像素子２２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）イメージセンサ、 ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）イメージセンサ等の二次元のＲＧＢカラーイメージセンサ（エリアセンサ）である。尚、撮像素子２２は、ＲＧＢフィルタと組み合わせた二次元のモノクロイメージセンサであっても良い。

支持体２３は、光源２１，２１及び撮像素子２２を一体的に支持する。光源２１，２１及び撮像素子２２が支持体２３によって一体的に支持されていることで、光源２１，２１と撮像素子２２との相対的な位置関係は変わらない。このため、撮像ユニット２０が一対のガイドレール２４，２４に沿ってＹ方向に移動しても、撮像素子２２が試験片ＴＰを撮像する際の照明条件は変わらない（或いは、殆ど変わらない）。

駆動部３０は、モータ（例えば、ステッピングモータ）を備えており、搬送ユニット１０と撮像ユニット２０とを駆動する。具体的に、駆動部３０は、搬送ユニット１０に設けられたプーリー１２ｃを回転駆動するモータＭ１（図６参照）を備えており、このモータＭ１を駆動して無端ベルト１２ａを循環走行させる。尚、詳細は後述するが、駆動部３０は、プーリー１２ｃを間欠的に回転駆動して、無端ベルト１２ａに取り付けられた試験片ホルダ１１を間欠的に移動させる。また、駆動部３０は、撮像ユニット２０用のモータＭ２（図６参照）を備えており、このモータＭ２を駆動して撮像ユニット２０を一対のガイドレール２４，２４に沿ってＹ方向に往復移動させる。

メイン基板４０は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリ、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリ、その他の電子素子が搭載された基板である。このメイン基板４０に搭載された電子素子によって構成される回路によって、試験片分析装置１を動作させるための制御や、試験片ＴＰを分析するための処理が行われる。尚、試験片分析装置１の制御系の構成については後述する。

表示部５０は、例えば表示機能と操作機能とを兼ね備えるタッチパネル式の液晶表示装置を備えており、試験片ＴＰを試験片ホルダ１１に載置するタイミングを指示する操作ガイドや、試験片ＴＰの画像や試験片ＴＰの分析結果を表示し、液晶表示装置の表示面に対する操作が行われた場合には、その操作に応じた操作情報を入力する。印字部６０は、例えばサーマルプリンタを備えており、表示部５０の液晶表示装置の表示面に対する操作によって印字指示が入力された場合に、試験片ＴＰの分析結果を印字する。

筐体７０は、外装部７１と引出部７２とを有する。外装部７１は、上板７１ａ及び下板７２ｂからなり、これら上板７１ａと下板７２ｂとの間の内部空間に、上述した搬送ユニット１０、撮像ユニット２０、駆動部３０、メイン基板４０等を収容する。外装部７１の側部（−Ｙ側の側部）には、搬送ユニット１０を引き出すための引出口７０ａが形成されている。

外装部７１の上板７１ａには、載置位置Ｐ１にある試験片ホルダ１１の少なくとも一部を露出させる開口である載置口ＯＰが形成されている。この載置口ＯＰの形状は、Ｙ方向に沿って延びるスリット状である。具体的に、載置口ＯＰは、載置位置Ｐ１にある試験片ホルダ１１の底板１１ａの上面（図５参照）の少なくとも一部を露出させるように形成されている。

載置口ＯＰの幅（Ｘ方向の寸法）は、試験片ＴＰの幅より大に形成されている。例えば、載置口ＯＰの幅は、試験片ＴＰの幅の２倍程度の幅に設定されている。載置口ＯＰの幅を試験片ＴＰの幅より大きくすることによって、平面視において試験片ＴＰの向きがＹ方向に対して傾いている場合でも（図５参照）、試験片ＴＰを試験片ホルダ１１に載置することができる。そのため、試験片ＴＰを試験片ホルダ１１に載置する操作を容易にすることができる。

引出部７２は、引出口７０ａのほぼ全体を塞ぐ外板部７２ａと、搬送ユニット１０を支持する支持部材（図示省略）を備える。この引出部７２は、外装部７１とは別体であり、搬送ユニット１０を外装部７１に収容する場合には、外装部７１の内部に収容される。尚、引出部７２及び搬送ユニット１０は、引出口７０ａを介して、外装部７１に対して一体的に出し入れ自在である。

図６は、本発明の一実施形態による試験片分析装置の制御系の構成を示すブロック図である。尚、図６においては、図１〜３に示した構成に相当するブロックについては同じ符号を付してある。図６に示す通り、試験片分析装置１は、撮像ユニット２０、駆動部３０、表示部５０、及び印字部６０に加えて、制御部８１、画像処理部８２、及び分析部８３を備える。尚、駆動部３０には、搬送ユニット１０（図６では図示省略）を駆動するモータＭ１と、撮像ユニット２０をＹ方向に移動させるモータＭ２とが設けられている。

上記制御部８１、画像処理部８２、及び分析部８３は、各々の機能を実現するためのプログラムが、前述したメイン基板４０に設けられた不図示のＣＰＵによって実行されることによって実現される。つまり、制御部８１、画像処理部８２、及び分析部８３は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することによって実現される。尚、制御部８１、画像処理部８２、及び分析部８３は、専用のハードウェアによって実現されていても良い。

制御部８１は、試験片分析装置１の動作を統括して制御する。具体的に、制御部８１は、駆動部３０に設けられたモータＭ１を制御して搬送ユニット１０を駆動させ、駆動部３０に設けられたモータＭ２を制御して撮像ユニット２０をＹ方向へ移動させる。また、制御部８１は、撮像ユニット２０に設けられた光源２１の発光・非発光を制御し、撮像ユニット２０に設けられた撮像素子２２を制御して試験片ＴＰを撮像させる。また、制御部８１は、画像処理部８２及び分析部８３で行われる処理の開始タイミングを制御する。また、制御部８０は、表示部５０に対する表示制御を行うとともに、印字部６０の印字制御を行う。

画像処理部８２は、Ｙ方向の位置を変えつつ試験片ＴＰを撮像素子２２で撮像して得られる複数の画像（以下、部分画像という）に対する画像処理を行う。具体的に、画像処理部８２は、以下の（１）〜（３）に示す処理を行う。
（１）補正処理
（２）合成処理
（３）抽出処理

上記の「補正処理」は、画像処理部８２が備える明度補正テーブルＴＢ（撮像素子２２の撮像領域内における明度の不均一性を補正するテーブル）を用いて、部分画像の明度を補正する処理である。撮像素子２２の撮像領域内における明度は、光学系（光源２１や不図示のレンズ等）によって不均一になり、例えば中央部と周辺部で異なる。上記の「補正処理」は、このような明度の不均一性を補正して、試験片ＴＰに設けられた試薬パッドＰＤの呈色の度合いの測定精度を向上させるために行われる。

前述の通り、撮像素子２２が試験片ＴＰを撮像する際の照明条件は、撮像ユニット２０が一対のガイドレール２４，２４に沿ってＹ方向に移動しても変わらない（或いは、殆ど変わらない）。このため、複数の部分画像に対する「補正処理」は、１つの明度補正テーブルＴＢを用いて行われる。尚、明度補正テーブルＴＢは、撮像素子２２の撮像領域内のＸ方向及びＹ方向の位置と明度の補正量とが対応付けられた二次元テーブルである。この明度補正テーブルＴＢは、例えば試験片分析装置１が出荷される前に、基準板（例えば、白色基準板）を装置内に設置し、この基準板を撮像素子２２で撮像して得られた画像を用いて作成される。

上記の「合成処理」は、複数の部分画像を合成して、試験片ＴＰの全体が含まれる画像（以下、合成画像という）を得る処理である。部分画像は、試験片ＴＰの一部を撮像して得られる画像であり、このような部分画像のみでは分析部８３において試験片ＴＰの分析を行うことはできない。上記の「合成処理」は、分析部８３における試験片ＴＰの分析を可能とするために行われる。

上記の「抽出処理」は、上記の「合成処理」で得られた合成画像から、試験片ＴＰの画像（以下、抽出画像という）を抽出する処理である。つまり、合成画像に含まれる試験片ＴＰの画像のみを切り出し、試験片ＴＰ以外の画像（例えば、試験片ホルダ１１の画像）を除去する処理である。この処理は、試験片ＴＰが試験片ホルダ１１の長さ方向（Ｙ方向）に対して傾いた状態であっても、複雑な画像処理を行うことなしに、分析部８３における試験片ＴＰの分析を可能とするために行われる。

分析部８３は、画像処理部８２で上述した各処理（補正処理、合成処理、抽出処理）が行われた画像を用いて、試験片ＴＰに設けられた試薬パッドＰＤの呈色の度合いを測定し、尿に含まれる糖、蛋白、潜血等の濃度分析を行うものである。尚、分析部８３で行われる分析は、公知のものであるため、ここでの詳細な説明は省略する。

次に、上記構成における試験片分析装置１の動作について説明する。試験片分析装置１の電源が投入されると、図６に示す制御部８１によって駆動部３０のモータＭ１が制御され、搬送ユニット１０に設けられたプーリー１２ｃが間欠的に回転駆動される。これにより、搬送ユニット１０に設けられた無端ベルト１２ａが、図３中に示されている矢印の方向に間欠的に循環走行し、無端ベルト１２ａに取り付けられた試験片ホルダ１１が間欠的に移動する。

試験片ＴＰを液体試料である尿に浸漬させ、その試験片ＴＰ（試料パッドＰＤに尿が吸収された試験片ＴＰ）を、載置口ＯＰから載置位置Ｐ１に配されている試験片ホルダ１１に載置する作業が作業者によって行われたとする。すると、試験片ホルダ１１に載置された試験片ＴＰは、試験片ホルダ１１の移動によって＋Ｘ方向に搬送される。尚、試験片ＴＰは、試薬パッドＰＤを上側（＋Ｚ側）に向けた状態で載置されて搬送され、搬送中に尿の成分と試験片ＴＰの試薬パッドＰＤとが反応して試薬パッドＰＤが呈色する。

試験片ＴＰを載置する試験片ホルダ１１が撮像位置Ｐ２まで搬送されると、図６に示す制御部８１よって、駆動部３０のモータＭ２並びに撮像ユニット２０の光源２１及び撮像素子２２が制御される。そして、制御部８１の制御の下で、撮像ユニット２０をガイドレール２４，２４に沿ってＹ方向に移動させつつ、撮像素子２２によって試験片ＴＰを撮像する動作が行われる。

図７は、本発明の一実施形態による試験片分析装置によって試験片が撮像される様子を説明するための図である。試験片ＴＰを撮像する動作が開始されると、まず制御部８１の制御によって、ホームポジションに配置されている撮像ユニット２０が−Ｙ方向に移動されて、図７に示す１番目の撮像位置Ｐ１１に配置される。尚、上記のホームポジションは、撮像ユニット２０の基準位置であり、例えば撮像ユニット２０の移動可能な範囲の＋Ｙ側の端部位置に設定されている。

撮像ユニット２０が撮像位置Ｐ１１に配置されると、制御部８１の制御によって、撮像ユニット２０の光源２１，２１が発光されて、試験片ＴＰの一部の画像（具体的には、図７に示す撮像領域Ａ１内の画像）が撮像される。撮像位置Ｐ１１での撮像が完了すると、制御部８１の制御によって、撮像ユニット２０の光源２１，２１が非発光とされ、撮像位置Ｐ１１に配置されている撮像ユニット２０が−Ｙ方向に移動されて、図７に示す２番目の撮像位置Ｐ１２に配置される。

撮像ユニット２０が撮像位置Ｐ１２に配置されると、制御部８１の制御によって、撮像ユニット２０の光源２１，２１が発光されて、試験片ＴＰの他の一部の画像（具体的には、図７に示す撮像領域Ａ２内の画像）が撮像される。撮像位置Ｐ１２での撮像が完了すると、制御部８１の制御によって、撮像ユニット２０の光源２１，２１が非発光とされ、撮像位置Ｐ１２に配置されている撮像ユニット２０が−Ｙ方向に移動されて、図７に示す３番目の撮像位置Ｐ１３に配置される。

撮像ユニット２０が撮像位置Ｐ１３に配置されると、制御部８１の制御によって、撮像ユニット２０の光源２１，２１が発光されて、試験片ＴＰの他の一部の画像（具体的には、図７に示す撮像領域Ａ３内の画像）が撮像される。撮像位置Ｐ１３での撮像が完了すると、制御部８１の制御によって撮像ユニット２０の光源２１，２１が非発光とされ、撮像位置Ｐ１３に配置されている撮像ユニット２０が−Ｙ方向に移動されて、図７に示す４番目の撮像位置Ｐ１４に配置される。

撮像ユニット２０が撮像位置Ｐ１４に配置されると、制御部８１の制御によって、撮像ユニット２０の光源２１，２１が発光されて、試験片ＴＰの他の一部の画像（具体的には、図７に示す撮像領域Ａ４内の画像）が撮像される。撮像位置Ｐ１４での撮像が完了すると、制御部８１の制御によって撮像ユニット２０の光源２１，２１が非発光とされ、撮像位置Ｐ１３に配置されている撮像ユニット２０が＋Ｙ方向に移動されて、不図示のホームポジションに配置される。このようにして、試験片ＴＰの撮像が行われる。尚、撮像ユニット２０の光源２１，２１は、試験片ＴＰの撮像が開始されてから完了するまで、発光とされていても良い。

ここで、図７に示す通り、撮像位置Ｐ１１と撮像位置Ｐ１２との距離はΔＹ１に設定されており、撮像領域Ａ１と撮像領域Ａ２とが重なり合う重畳部Ｑ１が生ずるようにされている。また、撮像位置Ｐ１２と撮像位置Ｐ１３との距離もΔＹ１に設定されており、撮像領域Ａ２と撮像領域Ａ３とが重なり合う重畳部Ｑ２が生ずるようにされている。尚、重畳部Ｑ１，Ｑ２の幅は同じである。

これに対し、撮像位置Ｐ１３と撮像位置Ｐ１４との距離ΔＹ２は、試験片分析装置１を小型化した関係から、上記の距離ΔＹ１よりも短い距離に設定されている。これにより、撮像領域Ａ３と撮像領域Ａ４とが重なり合う重畳部Ｑ３が生ずるようにされているものの、重畳部Ｑ３の幅は、重畳部Ｑ１，Ｑ２の幅よりも大に設定されている。詳細は後述するが、図６に示す画像処理部８２では、重畳部Ｑ１，Ｑ２に対する重畳部Ｑ３の幅の違いを考慮して前述の合成処理が行われる。尚、重畳部Ｑ１〜Ｑ３が生ずるようにするのは、撮像素子２２によって試験片ＴＰを部分的に撮像していることから、試験片ＴＰの撮像されない部分が生じないようにするためである。

試験片ＴＰの撮像が完了すると、撮像素子２２によって撮像された部分画像が、図６に示す制御部８１を介して画像処理部８２に入力され、部分画像に対する画像処理（前述した補正処理、合成処理、抽出処理）が行われる。図８は、本発明の一実施形態による試験片分析装置で行われる画像処理を説明するための図である。尚、図８（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ図７に示す撮像位置Ｐ１１〜Ｐ１４で撮像された部分画像Ｇ１１〜Ｇ１４の一例を示す図である。図８（Ｅ）は、部分画像Ｇ１１〜Ｇ１４を合成して得られる合成画像Ｇ２０を示す図である。図８（Ｆ）は、合成画像Ｇ２０から抽出される抽出画像Ｇ３０を示す図である。

画像処理が開始されると、画像処理部８２では、まず、図８（Ａ）〜（Ｄ）に示す部分画像Ｇ１１〜Ｇ１４の各々に対する補正処理が行われる。図９は、本発明の一実施形態による試験片分析装置で行われる補正処理の原理を説明するための図である。尚、図９に示すグラフの横軸は、撮像素子２２の撮像領域内における位置（Ｘ方向の位置、或いはＹ方向の位置）である。また、図９に示すグラフの縦軸は、縦軸は明度、或いは補正値の大きさである。

図９において、符号Ｌ０が付された曲線は、基準板（試験片分析装置１が出荷される前に、明度補正テーブルＴＢを作成するために用いられる基準板）を撮像して得られる画像の明度の分布の一例を示す曲線である。尚、図９においては、理解を容易にするために、基準板を撮像して得られる画像の一次元の明度分布（例えば、Ｙ方向における明度分布）を図示している。

また、図９において、符号Ｌ１が付された曲線は、ノイズの影響を排除するために、曲線Ｌ０の移動平均を演算して得られたものである。この曲線Ｌ１は、撮像素子２２の撮像視野内における明度の分布を示す曲線であるということができる。曲線Ｌ１を参照すると、撮像素子２２の撮像視野の明度は、中央部において最も高く、周辺部にいくにつれて低下する分布を有することが分かる。尚、撮像素子２２の撮像視野の明度の分布は、Ｘ方向においても、Ｙ方向においても、おおむね曲線Ｌ１と同様の分布になる。

図９において、符号Ｌ１０が付された曲線は、曲線Ｌ１を用いて作成された明度補正テーブルＴＢの補正値の一例を示す図である。図９に示す通り、明度補正テーブルＴＢの補正値は、撮像素子２２の撮像視野の中央部において最も小さな値となり、周辺部にいくにつれて大きな値となるように設定される。つまり、明度補正テーブルＴＢの補正値は、曲線Ｌ１の分布とは逆の分布となるように設定される。

図９において、符号Ｌ２０が付された曲線は、明度補正テーブルＴＢを用いて、基準板を撮像して得られる画像の明度の分布（曲線Ｌ０）を補正したものである。曲線Ｌ２０を参照すると、ノイズに起因する小さな明度の変動はあるものの、撮像素子２２の視野内において、ほぼ一定になっているのが分かる。このような原理に基づき、画像処理部８２は、明度補正テーブルＴＢを用いて部分画像Ｇ１１〜Ｇ１４の各々の明度を補正する。

部分画像Ｇ１１〜Ｇ１４の各々に対する補正処理が終了すると、補正処理が行われた部分画像Ｇ１１〜Ｇ１４を合成して、試験片ＴＰの全体が含まれる合成画像Ｇ２０を得る合成処理が画像処理部８２で行われる。図７を用いて説明した通り、撮像位置Ｐ１１〜Ｐ１４における撮像領域Ａ１〜Ａ４は、重畳部Ｑ１〜Ｑ３が生ずるように設定されている。このため、試験片ＴＰの同じ部分が撮像されている２つの部分画像が得られることとなる。例えば、図８（Ａ）に示す部分画像Ｇ１１と図８（Ｂ）に示す部分画像Ｇ１１とには、試験片ＴＰの試薬パッドＰＤ１の画像が含まれている。

画像処理部８２は、このような試験片ＴＰの同じ部分の画像が含まれることなく、且つ全体的に連続した試験片ＴＰの画像が得られるように、部分画像Ｇ１１〜Ｇ１４を合成する。例えば、画像処理部８２は、部分画像Ｇ１１〜Ｇ１４の各々の両端から、図７に示す重畳部Ｑ１，Ｑ２の幅の半分に相当する部分を除いた領域（図８（Ａ）〜（Ｄ）に示す領域Ｒ１１〜Ｒ１４）を切り出し、切り出した画像を繋ぎ合わせて合成して合成画像Ｇ２０とする合成処理を行う。但し、図７を用いて説明した通り、重畳部Ｑ３の幅は、重畳部Ｑ１，Ｑ２の幅よりも大であるため、部分画像Ｇ１３の右端で除かれる部分と、部分画像Ｇ１４の左端で除かれる部分の幅を調整する必要がある。

合成処理が終了して合成画像Ｇ２０が得られると、合成画像Ｇ２０から抽出画像Ｇ３０を抽出する抽出処理が画像処理部８２で行われる。例えば、図８（Ｅ）に示す合成画像Ｇ２０に対してハフ変換（Ｈｏｕｇｈ変換）を行って試験片ＴＰの外縁を示す長方形を抽出し、抽出した長方形の傾きに基づいて合成画像Ｇ２０を回転させた後に、試験片ＴＰの画像のエッジを検出して抽出画像Ｇ３０を抽出する処理が行われる。

以上の処理が終了すると、画像処理部８２で抽出された抽出画像Ｇ３０が、図６に示す制御部８１を介して分析部８３に入力され、試験片ＴＰに設けられた試薬パッドＰＤの呈色の度合いが測定されて、尿に含まれる糖、蛋白、潜血等の濃度分析が行われる。分析部８３の分析結果は、制御部８１に出力され、制御部８１の制御によって表示部５０に表示され、或いは印字部６０で印字される。

尚、作業者が、試験片ＴＰを液体試料である尿に浸漬させて、載置口ＯＰから載置位置Ｐ１に配されている試験片ホルダ１１に載置する作業を一定期間毎（例えば、１０秒毎）に行ったとする。すると、図１０に示す通り、試験片ＴＰは隣接する試験片ホルダ１１に載置されて撮像位置Ｐ２まで順次搬送される。図１０は、本発明の一実施形態において複数の試験片が搬送される様子を示す図である。

撮像位置Ｐ２まで搬送された試験片ＴＰは、撮像ユニット２０によって順次撮像され、撮像された画像に基づいて順次分析が行われる。このようにして、複数の試験片ＴＰの分析が順次行われる。尚、図１０に示す通り、試験片ＴＰは、試験片ホルダ１１に対して様々な状態で載置されているが、試験片ＴＰが図５に示す試験片ホルダ１１の載置部ＭＰに載置されていれば分析を行うことが可能である。

以上の通り、本実施形態では、試験片ＴＰを照明する光源２１及び試験片ＴＰの一部が撮像されるように撮像領域の大きさが設定された撮像素子２２を有する撮像ユニット２０を設け、撮像ユニット２０の位置を変えつつ試験片ＴＰを撮像素子２２で撮像して得られる複数の部分画像Ｇ１１〜Ｇ１４を合成し、試験片ＴＰの全体が含まれる合成画像Ｇ２０を得るようにしている。このため、試験片分析装置１を小型化することができるとともに、試験片ホルダ１１に試験片ＴＰが傾いて載置されていても分析を行うことが可能である。

このように一枚の試験片ＴＰを複数回撮像する工程は、１回で試験片ＴＰ全体を撮像する場合に比べて時間を要する。しかしながら、撮像に要する時間は次に撮像する試験片ＴＰの反応時間よりも短くなるように設定されているので、分析装置の処理能力を損なうことはない。

また、本実施形態では、撮像位置Ｐ２に配置された試験片ＴＰを、＋Ｘ側及び−Ｘ側からそれぞれ斜め下方向に照明するとともに、撮像素子２２で撮像された部分画像Ｇ１１〜Ｇ１４に対して明度補正テーブルＴＢを用いて明度の補正を行うようにしている。これにより、大幅なコストの上昇を伴うことなく安価に、高い精度で明度を均一化することができる。また、本実施形態では、合成画像Ｇ２０から試験片ＴＰの画像のみを抽出画像Ｇ３０として抽出するようにしている。これにより、試験片ホルダ１１に試験片ＴＰが傾いて載置されていても、複雑な画像処理を行うことなしに、試験片ＴＰの分析を行うことができる。

また、本実施形態では、試験片ホルダ１１の載置部ＭＰ幅Ｗ１が、試験片ＴＰの幅より大に設定されており、例えば試験片ＴＰの２倍程度の幅に設定されている。このため、作業者が、試験片ＴＰを試験片ホルダ１１に載置する作業を容易に行うことができ、作業者の負担を従来よりも軽減することができる。

以上、本発明の一実施形態による試験片分析装置及び試験片分析方法について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、分析の対象となる液体試料が尿であるとして説明したが、液体試料は、尿以外の液体（例えば、血液、体液、その他の液体）であっても良い。

また、上記実施形態では、明度補正テーブルＴＢを用いて部分画像Ｇ１１〜Ｇ１４の明度を補正する例について説明した。しかしながら、部分画像Ｇ１１〜Ｇ１４の明度を補正する際に、必ずしも明度補正テーブルＴＢを用いる必要はなく、例えば補正関数等を用いて明度の補正を行っても良い。

また、上記実施形態では、部分画像Ｇ１１〜Ｇ１４から合成に必要な領域（図８（Ａ）〜（Ｄ）に示す領域Ｒ１１〜Ｒ１４）を切り出し、切り出した画像を繋ぎ合わせて合成画像Ｇ２０を得る例について説明した。しかしながら、図７に示す撮像領域Ａ１〜Ａ４と同様に部分画像Ｇ１１〜Ｇ１４を重ね合わせ、このように重ね合わされた部分画像Ｇ１１〜Ｇ１４を結合することにより合成画像Ｇ２０を得るようにしても良い。

また、上記実施形態では、合成画像Ｇ２０から抽出画像Ｇ３０を抽出する場合に、合成画像Ｇ２０に対してハフ変換を行う例について説明した。しかしながら、必ずしも合成画像Ｇ２０に対してハフ変換を行う必要はなく、他の方法で抽出画像Ｇ３０を抽出するようにしても良い。例えば、試験片ＴＰの画像のエッジを検出し、検出したエッジに沿って合成画像Ｇ２０を切り出すことによっても抽出画像Ｇ３０を抽出することは可能である。

また、上述した実施形態では、試験片ＴＰを４回撮像して４つの部分画像Ｇ１１〜Ｇ１４を得る例について説明した、しかしながら、試験片ＴＰを撮像する回数は、４回より多くても少なくても良い。試験片ＴＰを撮像する回数は、概ね撮像素子２２の撮像領域の大きさによって決定される。このため、試験片分析装置１をより小型化する必要がある場合には、試験片ＴＰを撮像する回数はより多くなる傾向がある。

１ 試験片分析装置
１０ 搬送ユニット
１１ 試験片ホルダ
２０ 撮像ユニット
２１ 光源
２２ 撮像素子
８２ 画像処理部
Ａ１〜Ａ４ 撮像領域
Ｇ１１〜Ｇ１４ 部分画像
Ｇ２０ 合成画像
Ｇ３０ 抽出画像
ＭＰ 載置部
Ｐ１ 載置位置
Ｐ２ 撮像位置
ＰＤ 試薬パッド
ＴＢ 明度補正テーブル
ＴＰ 試験片

Claims (7)

1. 試薬パッドが設けられた試験片を撮像して得られる画像を用いて前記試験片の分析を行う試験片分析装置において、
   前記試験片を照明する光源と、前記試験片の一部が撮像されるように撮像領域の大きさが設定された撮像素子とを有する撮像ユニットと、
   前記撮像ユニットの位置を変えつつ前記試験片を前記撮像素子で撮像して得られる複数の部分画像を合成し、前記試験片の全体が含まれる合成画像を得る合成処理を行う画像処理部と、を備え、
   前記撮像ユニットの移動方向に沿う第１方向に向けて前記試験片を載置する試験片ホルダを有し、
   前記撮像素子の撮像領域の前記第１方向における長さは、前記試験片の長さよりも小に設定されている、試験片分析装置。
2. 前記画像処理部は、前記撮像素子の撮像領域内における明度の不均一性を補正する明度補正テーブルを備えており、
   前記撮像素子から得られる前記部分画像の明度を、前記明度補正テーブルを用いて補正する補正処理を行う、
   請求項１記載の試験片分析装置。
3. 前記画像処理部は、前記合成画像から前記試験片の画像を抽出する抽出処理を行う、請求項１記載の試験片分析装置。
4. 前記第１方向に直交する第２方向に沿って前記試験片ホルダを移動させて、前記試験片を第１位置から第２位置に搬送する搬送ユニットを備える、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の試験片分析装置。
5. 前記試験片ホルダの前記試験片が載置される載置部の前記第２方向における幅は、前記試験片の幅よりも大に設定されており、
   前記撮像素子の撮像領域の前記第２方向における幅は、前記載置部の前記第２方向における幅よりも大に設定されている、
   請求項４記載の試験片分析装置。
6. 試薬パッドが設けられた試験片を撮像して得られる画像を用いて前記試験片の分析を行う試験片分析方法において、
   前記試験片を照明する光源と、前記試験片の一部が撮像されるように撮像領域の大きさが設定された撮像素子とを有する撮像ユニットの位置を変えつつ前記試験片を前記撮像素子で撮像して複数の部分画像を得るステップと、
   前記複数の部分画像を合成し、前記試験片の全体が含まれる合成画像を得るステップと、を有し、
   前記試験片は、試験片ホルダに、前記撮像ユニットの移動方向に沿う第１方向に向けて載置され、
   前記撮像素子の撮像領域の前記第１方向における長さは、前記試験片の長さよりも小に設定されている、試験片分析方法。
7. 前記撮像素子から得られる前記部分画像の明度を、前記撮像素子の撮像領域内における明度の不均一性を補正する明度補正テーブルを用いて補正するステップと、
   前記合成画像から前記試験片の画像を抽出するステップと、
   を有する請求項６記載の試験片分析方法。