WO2017130862A1 - 生体試料撮像装置及び生体試料撮像方法 - Google Patents

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俊邦 菅沼
一浩 家納
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    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof

Definitions

  • the present invention relates to a biological sample imaging apparatus and a biological sample imaging method, and more particularly to imaging of a liquid biological sample containing particles such as urine and blood.
  • the urine sample contains particles such as red blood cells, white blood cells, epithelial cells, and urine casts, and observing these particles in the urine sample is effective for diagnosing kidney and urinary tract diseases.
  • the following prior art documents disclose an apparatus for imaging particles contained in a biological sample such as a urine sample.
  • a concentrating effect is exerted on the particles in the biological sample. That is, according to fluid dynamics, the flow rate of the biological sample increases as it approaches the central axis, and particles in the biological sample gather near the central axis of the liquid flow channel, which has the highest flow rate.
  • This concentrating effect works greatly for large-sized particles. As a result, the large-sized particles are caused to flow downstream at a high flow rate, and the concentration of the large-sized particles increases near the downstream end of the biological sample flowing through the liquid flow path (at the top of the biological sample). .
  • one of the objects of the present invention is to provide a biological sample imaging apparatus and biological sample imaging method capable of arranging a large number of large-sized particles in a biological sample in a sufficiently large number within an imaging range. There is.
  • a biological sample imaging device includes a liquid flow path in which a liquid biological sample containing particles circulates, a liquid channel having an imaging range for imaging particles included in the biological sample at a predetermined position, and a container
  • a pump that circulates the biological sample introduced into the liquid channel in the forward direction from the upstream side to the downstream side, or the opposite direction, and the biological sample introduced into the liquid channel in the forward direction
  • a pump control unit for causing the pump to sequentially perform a first operation to be performed and a second operation for circulating the biological sample in the reverse direction; and the biological sample remaining in the liquid channel after the second operation.
  • An imaging unit that images the contained particles in the imaging range.
  • the biological sample imaging method includes a first step of introducing a biological sample containing particles into a liquid channel, and the biological sample introduced into the liquid channel from an upstream side to a downstream side.
  • a second step for flowing in the forward direction toward the first a third step for flowing the biological sample in the reverse direction after the second step, and the biological sample remaining in the liquid channel after the third step.
  • a biological sample imaging apparatus and a biological sample imaging method capable of arranging a large number of large-sized particles in a biological sample in a sufficient number and appropriately dispersed in the imaging range.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a biological sample imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a diagram schematically showing the inside of the liquid flow path when the pump is driven in the forward direction.
  • FIG. 2B is a diagram schematically showing the inside of the liquid channel when the pump is driven in the reverse direction.
  • FIG. 3 is a distribution diagram of large particles and small particles in a biological sample immediately after the pump is driven in the forward direction.
  • FIG. 4A is a perspective view showing an imaging cell.
  • FIG. 4B is a diagram schematically showing a cross section of the imaging cell immediately after the biological sample is filled.
  • FIG. 4C is a diagram schematically showing a cross section of the imaging cell after a predetermined time has elapsed since the biological sample was filled.
  • FIG. 5 is a functional block diagram of the data processing apparatus.
  • FIG. 6 is a diagram showing, in time series, a state in which a substance such as a biological sample flows through the liquid channel.
  • FIG. 7A is an operation flowchart of the biological sample imaging device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B is an operation flowchart of the biological sample imaging device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A is a distribution diagram of large particles after the biological sample is circulated in the liquid channel by the biological sample imaging device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B is a distribution diagram of small particles after the biological sample is circulated in the liquid channel by the biological sample imaging device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating another example of pump control by the biological sample imaging device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a biological sample imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a biological sample imaging apparatus 10 shown in the figure is an apparatus for imaging particles in a liquid biological sample containing particles.
  • a urine sample is used as such a biological sample, and particles such as red blood cells, white blood cells, epithelial cells, and urine columns in the urine sample are photographed by the biological sample imaging device 10.
  • the epithelial cells are squamous epithelial cells, transitional epithelial cells, tubular epithelial cells and the like.
  • the urine column is a glass column, epithelial column, erythrocyte column, leukocyte column, fat column, granule column, waxy column or the like.
  • the biological sample may be blood, body cavity fluid or the like in addition to urine.
  • the biological sample may be a liquid itself collected from a living body or may be diluted with another liquid.
  • the biological sample may be obtained by dissolving particles collected from a living body in a liquid.
  • particles having a particle diameter of around 7 ⁇ m such as red blood cells and white blood cells
  • particles having a particle diameter of 20 to 40 ⁇ m such as epithelial cells and urine columns, are referred to as large particles.
  • the biological sample imaging device 10 includes a liquid flow path 40, a light source 12, an objective lens 16, a camera 18, a data processing device 20, a display device 22, a syringe pump 24, and a cleaning liquid container 26. , A suction nozzle actuator 30, a cleaning tank 36, and a waste liquid container 38.
  • the liquid flow path 40 includes a hollow rod-like suction nozzle 32, a liquid flow path in the second sensor 28b, a liquid flow path in the first sensor 28a, and the imaging cell 14, which are arranged in this order from the upstream side. Furthermore, a silicon tube or other tube 41 connected to them is also included.
  • the imaging cell 14 is formed in a flat plate shape with a light-transmitting material, and a urine sample flows through an inner space provided in a flattened rectangular parallelepiped shape, and the urine sample is held in the inner space. A urine sample can be observed from the outside in a state.
  • the upstream end of the liquid channel 40 is the tip of the suction nozzle 32, and the downstream end is the suction / discharge port of the syringe pump 24.
  • the internal space of the liquid flow path 40 has a circular cross section except for the portion of the imaging cell 14.
  • a first position A is set on the liquid flow path 40 on the upstream side of the imaging cell 14, and a second position B is set on the further upstream side of the first position A. The first position A and the second position B will be described in detail later.
  • the light source 12 includes an LED or other light emitting element and a convex lens, and is disposed immediately below the imaging cell 14.
  • the light emitted from the light emitting element is converted into parallel light by the convex lens, and enters the imaging cell 14 formed of a material having translucency from below.
  • the camera 18 is a CCD image sensor or a CMOS image sensor, and is disposed directly above the imaging cell 14 together with the objective lens 16.
  • the objective lens 16 and the camera 18 constitute a microscopic camera, and the captured image data of the urine sample filled in the imaging cell 14 is generated.
  • the display device 22 is a display panel such as an LCD or an OLED, and displays image data generated by the camera 18 and other information.
  • the data processing device 20 is a computer system mainly composed of a CPU and a memory, and a camera 18 and a display device 22 are connected to the data processing device 20.
  • the data processing device 20 includes a light source 12, a piston actuator 24a of the syringe pump 24, an electromagnetic valve provided in a tube between the syringe pump 24 and the cleaning liquid container 26, a first sensor 28a, and a second sensor.
  • the solenoid valve provided in the drain tube of 28b, the suction nozzle actuator 30, and the washing tank 36 is also connected.
  • An image analysis program and various control programs are installed in the data processing device 20, and image data generated by the camera 18 is displayed on the display unit 22.
  • the image data generated by the camera 18 is analyzed, and the particles projected there are detected.
  • the data processing device 20 controls the piston actuator 24a, the suction nozzle actuator 30, and each electromagnetic valve. Note that some or all of the various functions performed by the data processing apparatus 20 may be realized by other types of hardware such as an ASIC and an FPGA.
  • the syringe pump 24 generates a negative pressure or a positive pressure with respect to the liquid channel 40, and causes the liquid or gas to flow in the forward direction from the upstream end to the downstream end or in the opposite direction in the liquid channel 40. Specifically, the syringe pump 24 sucks a urine sample from a sample container 34 such as a test tube to fill the urine sample into the internal space of the imaging cell 14 or fills the liquid or gas in the liquid flow path 40 with the urine sample. Or backflow.
  • the syringe pump 24 includes a cylinder and a piston inserted into the cylinder, and a piston actuator 24a is attached to the piston.
  • the piston actuator 24a which is a motor or other electric drive means, pulls out the piston from the cylinder (forward driving) or conversely pushes the piston into the cylinder (reverse driving) in accordance with a command from the data processing device 20.
  • An opening is provided in the side surface of the cylinder, and a tube that connects the inside of the cleaning liquid container 26 and the inside of the syringe pump 24 is connected to the opening.
  • the suction nozzle actuator 30 moves the suction nozzle 32 up, down, left and right in accordance with instructions from the data processing device 20. Specifically, a plurality of sample containers 34 held in a rack are transported to a suction position of the biological sample imaging device 10 by a transport means such as a belt conveyor. The suction nozzle 32 is inserted into one of the sample containers 34 that is sequentially selected by the data processing device 20, or conversely, the suction nozzle 32 is pulled out from the sample container 34. Further, when the suction nozzle 32 and the liquid flow path 40 are cleaned, the suction nozzle 32 is inserted into the cleaning tank 36.
  • Both the first sensor 28a and the second sensor 28b output data corresponding to the type of the object (liquid or gas) flowing through the sensor position in the liquid flow path 40.
  • conductivity sensors may be used as the first sensor 28a and the second sensor 28b.
  • the conductivity sensor is provided in contact with a biological sample passing through the liquid flow path 40.
  • the conductivity sensor includes two tubular electrodes spaced apart on the upstream side and the downstream side, and outputs the conductivity of an object flowing between these electrodes.
  • an optical sensor may be used as the first sensor 28a and the second sensor 28b.
  • the optical sensor includes a light emitting part and a light receiving part arranged so as to face each other through a tube through which a biological sample flows, and irradiates light from the light emitting part to an object flowing through the tube and reflects the intensity of light transmitted through the object.
  • the received signal is output from the light receiving unit.
  • FIG. 2A is a diagram schematically showing the inside of the tube 41 being driven forward by the syringe pump 24.
  • the liquid flow path 40 such as the tube 41 is initially filled with the cleaning liquid 102.
  • the biological sample 104 is filled in the imaging cell 14, a small amount of air 100 is first aspirated. Thereafter, the biological sample 104 is sucked from the sample container 34 by a predetermined amount. Therefore, as shown in FIG. 2A, the air 100 (air gap) is positioned upstream of the cleaning liquid 102, and the biological sample 104 is positioned further upstream.
  • the flow velocity becomes faster as it approaches the central axis. Then, the particles in the biological sample gather near the central axis of the liquid channel 40 having the highest flow velocity.
  • This concentrating effect works greatly on large particles such as epithelial cells 114 and urine cylinders 116. As a result, the epithelial cells 114 and the urine column 116 are caused to flow downstream at a high flow rate. As shown in FIG. 2A, in the vicinity of the downstream end 104a of the biological sample 104 flowing through the liquid flow path 40, epithelial cells. The density of 114 and the urine column 116 is increased. Note that the red blood cell 112 and the white blood cell 110 have a sufficiently small particle size as compared with the flow velocity profile of the liquid flow path 40, so that the concentrating effect can be ignored.
  • FIG. 3 is a distribution diagram of large particles and small particles in the biological sample 104 immediately after the syringe pump 24 is driven in the forward direction.
  • the vertical axis represents the value obtained by dividing the particle density (number of particles per unit volume) in the liquid channel 40 by the particle density in the sample container 34.
  • the horizontal axis indicates the volume from the downstream end 104a of the biological sample 104.
  • the particle density of large particles such as epithelial cells 114 and urine column 116 increases. That is, the particle density ratio of large particles reaches nearly 300% in the vicinity of the downstream end 104a of the biological sample 104.
  • the effect of concentrating large particles can be obtained by circulating the biological sample 104 through the liquid channel 40. For this reason, by photographing the vicinity of the downstream end 104a of the biological sample 104 after flowing through the liquid flow path 40, large particles such as the epithelial cells 114 and the urine column 116 can be efficiently photographed.
  • the particle density ratio of small particles such as red blood cells 112 and white blood cells 110 decreases as they move from the upstream end to the downstream side of the biological sample 104.
  • the particle density ratio of the small particles is less than 100%. This is because, as described above, the concentrating effect hardly acts on the small particles, and the biological sample 104 is diluted as it moves downstream by the cleaning liquid 102 adhering to the inner wall surface of the liquid channel 40. , Is considered as the reason.
  • the density of large particles such as the epithelial cells 114 and the urine column 116 can be increased in the vicinity of the downstream end 104 a of the biological sample 104.
  • the imaging cell 14 has an internal space that expands in the horizontal direction as will be described in detail later, and all or a part of this internal space is set as an imaging range by the camera 18. If the downstream end 104a of the biological sample 104 is positioned within the imaging range, large particles concentrate on a part of the imaging range and overlap each other, making it difficult to project individual particles on the image. .
  • pump control is performed in which large particles concentrated near the downstream end 104a of the biological sample 104 are dispersed again. That is, in the present embodiment, the forward drive of the syringe pump 24 is temporarily stopped immediately before the biological sample 104 enters the internal space of the imaging cell 14. That is, when the downstream end 104a of the biological sample 104 reaches the first position A (see FIG. 1) set on the upstream side of the imaging cell 14, the operation of the syringe pump 24 is stopped. Next, the syringe pump 24 is driven in the reverse direction until the downstream end 104a of the biological sample 104 reaches the second position B. The second position B is set further upstream than the first position A. That is, the biological sample 104 is pushed back upstream.
  • FIG. 2B is a diagram schematically showing the inside of the liquid flow path 40 while the syringe pump 24 is driven in the reverse direction.
  • the biological sample 104 moves this time toward the upstream side, that is, the suction nozzle 32 side.
  • the concentrating effect acts greatly on large particles such as epithelial cells 114 and urine column 116.
  • the large particles concentrated near the downstream end 104a move in the upstream direction relative to the small particles, as shown in FIG. 2B.
  • the syringe pump 24 is driven in the reverse direction by a fixed volume, the large particles concentrated on the downstream end 104a can be suitably dispersed to a portion away from the downstream end 104a.
  • the syringe pump 24 When the downstream end 104a of the biological sample 104 reaches the second position B, the syringe pump 24 is temporarily stopped, and this time, the syringe pump 24 is driven forward until the downstream end 104a of the biological sample 104 reaches the third position C. .
  • the third position C is set on the downstream side of the imaging cell 14 in the liquid flow path 40. By doing so, the biological sample 104 can be filled into the internal space of the imaging cell 14.
  • FIG. 4A is a perspective view of the imaging cell 14.
  • the imaging cell 14 has an internal space 14e for holding a urine sample, and an inflow path 14f and an outflow path 14g that connect the internal space 14e and the outside.
  • the imaging cell 14 is flat and has a rectangular parallelepiped outer shape extending in one direction.
  • the internal space 14 e also has a rectangular parallelepiped shape that extends flat in one direction, and is provided along the outer shape of the imaging cell 14.
  • the imaging cell 14 is installed so that the bottom surface of the internal space 14e is horizontal.
  • the internal space 14e is provided in parallel with each other, and is sandwiched between the thin plate portion 14a and the thin plate portion 14b arranged to face each other.
  • at least the thin plate portion 14a and the thin plate portion 14b of the imaging cell 14 are made of a light-transmitting material such as glass or resin.
  • the internal space 14e has a rectangular parallelepiped shape extending in one direction as described above, and one end side surface in the longitudinal direction is the upstream end 14c, and the other end side surface is the downstream end 14d.
  • an inflow path 14 f connected to the opening on the side surface of the imaging cell 14 is formed in a portion immediately next to the upstream end 14 c of the internal space 14 e.
  • an outflow path 14g connected to the opening on the side surface of the imaging cell 14 is formed in a portion of the side wall of the imaging cell 14 immediately next to the downstream end 14d of the internal space 14e.
  • a tube 41 communicating with the first sensor 28a is connected to the inflow passage 14f, and a tube 41 communicating with the syringe pump 24 is connected to the outflow passage 14g.
  • the light source 12 is installed below the imaging cell 14, and parallel light enters from the thin plate portion 14b side.
  • a microscope camera including an objective lens 16 and a camera 18 is installed above the imaging cell 14, and the microscope camera photographs a urine sample filled in the internal space 14e through the thin plate portion 14a.
  • the imaging range of the microscope camera (referring to a range used for display and image analysis) is preferably the entire rectangular parallelepiped internal space 14e, but may of course be a part thereof.
  • FIG. 4B is a diagram schematically illustrating a cross section of the imaging cell 14 immediately after the biological sample 104 is filled
  • FIG. 4C is a crossing of the imaging cell 14 after a predetermined time has elapsed since the biological sample 104 was filled. It is a figure which shows a surface typically.
  • the particles are floating in the space between the thin plate portion 14a and the thin plate portion 14b. As shown, the particles will settle to the bottom.
  • a microscopic camera including the objective lens 16 and the camera 18 focuses on the vicinity of the surface of particles precipitated on the bottom and takes an enlarged photograph.
  • a sufficient number of large particles are present between the thin plate portion 14a and the thin plate portion 14b, and they are preferably dispersed. Very little overlap. For this reason, it becomes possible to photograph each large particle clearly.
  • the height of the internal space 14e is smaller than the size of any portion other than the imaging cell 14 in the liquid flow path 40, In particular, it is smaller than the inner diameter of the suction nozzle 32 and the tube 41 provided on the upstream side of the imaging cell 14.
  • FIG. 5 is a functional block diagram of the data processing device 20.
  • the data processing device 20 is configured by a computer system, and various functions are realized by executing programs.
  • the first determination unit 20a, the second determination unit 20b, the pump control unit 20c, the imaging control unit 20d, the abnormality determination unit 20e, the suction nozzle control unit 20f, A stirring control unit 20g is included.
  • the first determination unit 20 a determines that the downstream end 104 a of the biological sample 104 has reached the first position A provided in the liquid flow path 40. For example, the first determination unit 20a may determine that the downstream end 104a of the biological sample 104 has reached the first position A based on the suction amount or the discharge amount of the syringe pump 24. The suction amount or discharge amount of the syringe pump 24 can be determined from the operation amount of the piston actuator 24a. Further, the cross-sectional area of the liquid channel 40 is known, and the internal volume from the upstream end of the liquid channel 40 to the first position A is also known. Therefore, when the suction amount of the syringe pump 24 reaches the known internal volume, the first determination unit 20a determines that the downstream end 104a of the biological sample 104 has reached the first position A provided in the liquid channel 40. I can judge.
  • the first determination unit 20a may determine that the downstream end 104a of the biological sample 104 has reached the first position A based on the output of the sensor provided on the liquid channel 40.
  • a conductivity sensor may be disposed at the first position A, and it may be determined that the downstream end 104a of the biological sample 104 has reached the first position A based on the conductivity output from the conductivity sensor.
  • the air 100 is adjacent to the downstream side of the biological sample 104, if the conductivity of the biological sample 104 is detected while the conductivity of the air 100 is detected, It can be determined that the downstream end 104a of the biological sample 104 has reached the position of the conductivity sensor, that is, the first position A at the timing.
  • the lower end portion 104a of the biological sample 104 has reached the first position A based on both the output of the sensor and the suction amount or discharge amount of the syringe pump 24.
  • the first sensor 28a is attached upstream from the first position A, and the internal volume of the liquid flow path 40 from the detection position of the first sensor 28a to the first position A is known. Therefore, if the suction amount of the syringe pump 24 after the timing at which the first sensor 28a determines that the downstream end 104a of the biological sample 104 has reached the detection position of the first sensor 28a reaches the known internal volume, The 1 determination unit 20a can determine that the downstream end 104a of the biological sample 104 has reached the first position A.
  • the second determination unit 20b determines that the downstream end 104a of the biological sample 104 has reached the second position B provided in the liquid channel 40. This determination can be made in the same manner as the first determination unit 20a. For example, the internal volume of the liquid channel 40 from the first position A to the second position B is known. For this reason, when the syringe pump 24 is driven in the reverse direction from the state where the downstream end 104a of the biological sample 104 is located at the first position A and the discharge amount reaches the known internal volume, the downstream end 104a is moved to the first position. It can be determined that the second position B has been reached.
  • the second determination unit 20b may determine that the downstream end 104a of the biological sample 104 has reached the second position B based on the output of the sensor provided on the liquid channel 40.
  • a conductivity sensor may be disposed at the second position B, and it may be determined that the downstream end 104a of the biological sample 104 has reached the second position B based on the conductivity output from the conductivity sensor.
  • the downstream end 104a of the biological sample 104 has reached the position of the conductivity sensor, that is, the second position B at the timing.
  • the pump control unit 20c instructs the piston actuator 24a to operate.
  • the pump control unit 20c causes the biological sample 104 introduced into the liquid channel 40 to flow in the forward direction, and causes the downstream end 104a to reach the first position A.
  • the syringe pump 24 sequentially performs a second operation (reverse drive) that causes the biological sample 104 to flow in the reverse direction and the downstream end 104a to reach the second position B.
  • a liquid introduction operation for introducing a predetermined amount of the biological sample 104 from the tip of the suction nozzle 32 into the liquid channel 40, and after the liquid introduction operation, the suction nozzle 32 is pulled up from the sample container 34, and from the tip.
  • an air introduction operation for introducing air into the liquid flow path 40. In this way, if air is circulated upstream of the biological sample 104, the amount of the biological sample 104 required for imaging can be reduced.
  • the pump control unit 20c performs a third operation for circulating the biological sample 104 in the forward direction again after the second operation. Accordingly, the downstream end 104a of the biological sample 104 reaches the third position C.
  • the third position C may be set anywhere as long as it is in the vicinity of the downstream end 14d of the internal space 14e of the imaging cell 14 or the imaging cell 14 on the downstream side thereof.
  • the third operation is performed in a state where the tip of the suction nozzle 32 is pulled up from the liquid level of the sample container 34.
  • the downstream end 104a of the biological sample 104 can be prevented from entering the imaging range. In the vicinity of the downstream end 104a of the biological sample 104, there is a possibility that the cleaning liquid 102 or the like adhering to the inner wall surface of the liquid channel 40 is mixed. If the third position C is set downstream of the internal space 14e of the imaging cell 14, the biological sample 104 can be imaged while avoiding such a portion.
  • the second operation described above since the second operation described above is performed, the large particles concentrated in the vicinity of the downstream end 104a of the biological sample 104 are pushed back to the downstream side by the first operation, and the large particles are captured in the imaging range. A sufficient number can be secured. Further, the second operation can favorably disperse large particles in the imaging range.
  • the first position A is provided on the upstream side of the internal space 14e of the imaging cell 14 that is the imaging range.
  • large particles such as epithelial cells 114 and urine columns 116 can be filled in the imaging cell 14 because large particles can be dispersed in the liquid flow path 40 upstream of the imaging cell 14 and then the biological sample 104 can be filled in the imaging cell 14.
  • the internal volume from the second position B to the tip of the suction nozzle 32 is at least larger than the internal volume of the liquid flow path 40 in the imaging range (here, the internal volume of the internal space 14e of the imaging cell 14). Otherwise, the biological sample 104 that has already been inhaled is discharged from the tip of the suction nozzle 32 by the second operation.
  • the internal volume of the liquid flow path 40 from the second position B to the upstream end 14 c of the imaging cell 14 is 10 times the internal volume of the liquid flow path 40 in the imaging range, that is, the internal volume of the internal space 14 e of the imaging cell 14. The following is desirable. In this way, the amount of movement of the biological sample 104 in the third operation can be suppressed, and large particles can be prevented from being concentrated again in the vicinity of the downstream end 104a of the biological sample 104 by the third operation.
  • the second operation is performed in a state where the tip of the suction nozzle 32 is pulled up from the liquid level of the sample container 34. In this way, air is not supplied into the sample container 34.
  • the internal volume of the liquid flow path 40 from the first position A to the second position B is 1/10 or less of the internal volume from the tip of the suction nozzle 32 to the first position A.
  • the imaging control unit 20d waits for the elapse of a predetermined time necessary for the precipitation of particles, and then the imaging range, that is, the inside of the imaging cell 14
  • the particles in the biological sample 104 in the space 14e are imaged by the camera 18.
  • the image of the biological sample 104 thus captured is displayed on the display device 22 or used for image analysis.
  • the imaging control unit 20d performs imaging of the biological sample 104 for each of the plurality of sample containers 34 held in the rack.
  • the pump control unit 20 c performs the first to third operations described above for each biological sample 104.
  • the abnormality determination unit 20e detects an abnormality in which the amount of the biological sample 104 sucked from the sample container 34 is less than a specified amount. Specifically, when air is detected by the second sensor 28b during the short monitoring period provided after the start of the air introduction operation in the first operation, it is determined that the biological sample 104 is insufficient.
  • the short monitoring period is a period during which a specified amount of the biological sample 104 should pass through the detection position of the second sensor 28b. When such an abnormality is detected, for example, this is displayed on the display device 22.
  • the suction nozzle control unit 20f instructs the suction nozzle actuator 30 to operate.
  • the stirring control unit 20g stirs the biological sample 104 in the sample container 34 before the first operation by the pump control unit 20c.
  • a stirring nozzle (not shown) is inserted into the sample container 34, a predetermined amount of the biological sample 104 is sucked with a stirring pump (not shown), and then the sucked biological sample 104 is returned to the sample container 34 with a stirring pump.
  • the biological sample 104 in 34 may be agitated.
  • the biological sample 104 in the sample container 34 may be stirred by discharging air from the stirring nozzle.
  • the biological sample 104 may be agitated by the syringe pump 24 and the suction nozzle 32.
  • a configuration in which a stirring nozzle (not shown) is formed integrally with the suction nozzle 32 and the biological sample 104 in the sample container 34 is stirred by a stirring pump (not shown) different from the syringe pump 24 is taken as an example.
  • the integrated stirring nozzle and suction nozzle 32 can be driven together by a suction nozzle actuator 30.
  • FIG. 6 is a diagram showing the state in which the biological sample 104 flows through the liquid channel 40 in time series.
  • 7A and 7B are operation flowcharts of the biological sample imaging device 10.
  • the plurality of sample containers 34 are transported to the suction position by the rack as described above.
  • the liquid channel 40 is entirely filled with the cleaning liquid 102 in the initial state (FIG. 6A).
  • the pump control unit 20 c sucks the air 100 by a fixed volume by the syringe pump 24 in a state where the suction nozzle 32 is not inserted into the sample container 34, and introduces the fixed volume of air 100 to the tip of the liquid flow path 40.
  • an air gap is formed (S101 in FIG. 7A and FIG. 6B).
  • about 25 ⁇ L of air 100 may be sucked into the liquid flow path 40.
  • the suction nozzle actuator 30 inserts the suction nozzle 32 into one sample container 34 together with a stirring nozzle (not shown) (S102 in FIG. 7A). Then, the stirring control unit 20g stirs the biological sample 104 held in the sample container 34 (S103 in FIG. 7A).
  • the pump control unit 20c drives the piston actuator 24a in the forward direction, and sucks a specified amount of the biological sample 104 from the sample container 34 (S104 in FIG. 7A).
  • the biological sample 104 may be sucked into the liquid channel 40 by about 300 ⁇ L.
  • the abnormality determination unit 20e monitors the sudden decrease in the conductivity output from the second sensor 28b, that is, the passage of the air gap. If the conductivity does not decrease rapidly, it is determined that the operation of the syringe pump 24 is abnormal, and the process is terminated.
  • the abnormality determining unit 20e determines whether or not the conductivity output from the second sensor 28b is equal to or greater than a predetermined threshold (FIG. 7A). S105). If the electrical conductivity is less than the predetermined threshold, it is determined that the biological sample 104 is abnormal, and the process is terminated.
  • the suction nozzle controller 20f uses the suction nozzle actuator 30 to pull up the suction nozzle 32 from the sample container 34 (S106 in FIG. 7A).
  • the pump control unit 20c sucks air from the suction nozzle 32 (S107 in FIG. 7A).
  • a short monitoring period is set, and the abnormality determination unit 20e monitors a sudden decrease in the conductivity output from the second sensor 28b. If the electrical conductivity decreases rapidly, it is determined that the biological sample 104 is less than the specified amount, and the process is terminated.
  • the pump control unit 20c performs air suction until the air 100 is detected by the first sensor 28a (S108 in FIG. 7A). By sucking air, the biological sample 104 already introduced into the liquid flow path 40 moves downstream. If the conductivity output from the first sensor 28a decreases rapidly, it can be determined that the object at the detection position of the first sensor 28a has been replaced with the air 100 from the cleaning liquid 102. At this timing, the downstream end of the air 100 (air gap) has reached the detection position of the first sensor 28a (FIG. 6D).
  • the pump controller 20c further sucks air by a predetermined amount (S109 in FIG. 7A, FIG. 6 (e)). Specifically, the first determination unit 20a determines whether or not the suction amount of the syringe pump 24 has reached a predetermined amount. If the predetermined amount has been reached, the pump control unit 20c performs the operation of the syringe pump 24. Stop.
  • the suction amount of the syringe pump 24 in S109 is a value obtained by adding the internal volume from the detection position of the first sensor 28a to the first position A and the volume of the air 100 (air gap). As a result, the downstream end 104a of the biological sample 104 reaches the first position A.
  • the first position A may be provided on the upstream side by, for example, 60 ⁇ L from the upstream end 14 c of the internal space 14 e of the imaging cell 14.
  • the operations from S104 to S109 correspond to the first operation of the syringe pump 24.
  • the pump control unit 20c instructs the piston actuator 24a to drive in the reverse direction, and discharges a predetermined amount of air from the upstream end of the liquid flow path 40 (S110 in FIG. 7B).
  • the second determination unit 20b determines whether or not the discharge amount of the syringe pump 24 has reached a predetermined amount. If the discharge amount has reached the predetermined amount, the pump control unit 20c performs the operation of the syringe pump 24. Stop.
  • the discharge amount of the syringe pump 24 here is the same as the internal volume from the first position A to the second position B. For example, the discharge amount may be about 30 ⁇ L.
  • the downstream end 104a of the biological sample 104 reaches the second position B (FIG. 6 (f)).
  • the operation of S110 corresponds to the second operation of the syringe pump 24.
  • the pump control unit 20c instructs the piston actuator 24a to drive in the forward direction, and sucks air by a predetermined amount (S111 in FIG. 7B). Specifically, it is determined whether the suction amount of the syringe pump 24 has reached a predetermined amount. If the suction amount has reached the predetermined amount, the pump control unit 20c stops the operation of the syringe pump 24.
  • the suction amount of the syringe pump 24 here is the same as the internal volume of the liquid flow path 40 from the second position B to the third position C. For example, the suction amount may be about 120 ⁇ L. As a result, the downstream end 104a of the biological sample 104 reaches the third position C (FIG. 6 (g)).
  • the capacity between the downstream end 14d of the imaging cell 14 that is the imaging range and the third position C may be 20 ⁇ L.
  • the capacity of the internal space 14e of the imaging cell 14 is 15 ⁇ L, the internal space 14e of the imaging cell 14 is filled with a portion of 20 ⁇ L to 35 ⁇ L from the downstream end 104a of the biological sample 104.
  • the operation of S111 corresponds to the third operation of the syringe pump 24.
  • the internal space 14e of the imaging cell 14 is filled with the biological sample 104, and the imaging control unit 20d generates image data of the biological sample 104 (S112 in FIG. 7B).
  • the suction nozzle control unit 20 f instructs the suction nozzle actuator 30 to insert the suction nozzle 32 into the cleaning tank 36.
  • the piston of the syringe pump 24 is sufficiently pulled out, and the cleaning liquid in the cleaning liquid container 26 flows into the syringe pump 24 by opening the electromagnetic valve between the syringe pump 24 and the cleaning liquid container 26.
  • the cleaning liquid reaches the tip of the suction nozzle 32 as it is, and the liquid channel 40 and the syringe pump 24 are all cleaned. Air, urine sample, and cleaning liquid are discharged from the suction nozzle 32 and stored in the waste liquid container 38.
  • the cleaning tank 36 may be supplied with a cleaning liquid from the suction nozzle 32 or may be supplied with a cleaning liquid from a dedicated channel.
  • the suction nozzle 32 is pulled out of the washing tank 36 and moved to the standby position in order to suck the urine sample from the next sample container 34.
  • FIG. 8A is a distribution diagram of large particles after the biological sample 104 is circulated in the liquid flow path 40 by the biological sample imaging device 10.
  • FIG. 8B is a distribution diagram of small particles after the biological sample 104 is circulated in the liquid flow path 40 by the biological sample imaging device 10.
  • the broken line indicates the number of large particles per unit volume (about 70 particles / ⁇ L) measured by a flow cytometer, and indicates the number of large particles per unit volume in the sample container 34.
  • the number of large particles per unit volume is 1.5 times at any position within the range of 165 ⁇ L from the downstream end 104a of the biological sample 104. That's it. Therefore, it can be seen that the number of large particles per unit volume in the imaging range is 1.5 times or more than the original.
  • the broken line is the number of small particles per unit volume (about 790 / ⁇ L) measured by a flow cytometer, and it can be seen that 80% or more is secured compared to the original. .
  • the pump control unit 20c causes the syringe pump 24 to perform the first operation, so that large cells such as epithelial cells 114 and urine columns 116 are located near the downstream end 104a of the biological sample 104. Can concentrate. Thereafter, the pump control unit 20c causes the syringe pump 24 to perform the second operation, so that the large particles concentrated in the vicinity of the downstream end 104a of the biological sample 104 can be dispersed upstream.
  • the internal space 14e of the imaging cell 14 is filled with the biological sample 104 that has undergone both the forward flow and the reverse flow in the liquid flow path 40. Therefore, a sufficient number of large particles are present in the imaging cell 14 and are appropriately dispersed, and each large particle can be displayed on an image by the camera 18. As a result, the accuracy of urinalysis can be improved.
  • the epithelial cells 114 appear in the urine due to damage to the kidneys and urinary tract, and the images are the kidneys and urine. This is important information for judging how much obstacles exist on which part of the road.
  • the image of the epithelial cell 114 is used for diagnosis of diseases such as cystitis and urethritis.
  • the urinary column 116 appears in the urine when the tubular lumen is temporarily occluded and the urine reflows thereafter, and the image is also displayed in any part of the kidney or urinary tract. This is important information for judging whether there is an abnormality.
  • the image of the urinary column 116 is used for diagnosis of diseases such as chronic nephritis, glomerulonephritis, pyelonephritis, nephrotic syndrome and the like.
  • Large particles such as epithelial cells 114 and urinary cylinders 116 are generally contained in a small number in a urine sample, but as described above, they provide clinically very important findings even in a small number.
  • the present biological sample imaging device 10 large particles in a urine sample that give such an important finding are efficiently and not overlapped by the above-described process of concentration and dispersion, It becomes possible to project on the image.
  • the reliability of the urine test can be greatly improved.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible, and these modifications also belong to the scope of the present invention.
  • the first sensor 28 a and the second sensor 28 b are used, but they are not necessarily required for position control of the downstream end 104 a of the biological sample 104.
  • the third operation by the pump control unit 20c is not necessarily required. That is, as shown in FIG. 9, if the first position A is provided downstream of the imaging range of the imaging cell 14 and the second position B is provided at the downstream end of the imaging range of the imaging cell 14 or downstream thereof, Immediately after performing the second operation, the internal space 14e of the imaging cell 14 is filled with the biological sample 104. In this way, it is possible to shorten the time from the start of suction of the biological sample 104 to the photographing by the camera 18.
  • the biological sample imaging apparatus and biological sample imaging method according to the present invention can be suitably used for imaging a liquid biological sample containing particles such as urine and blood.
  • 10 biological sample imaging device 12 light source, 14 imaging cell, 14a, 14b thin plate portion, 14c upstream end, 14d downstream end, 14e internal space, 14f inflow path, 14g outflow path, 16 objective lens, 18 camera, 20 data processing apparatus , 20a 1st judgment part, 20b 2nd judgment part, 20c pump control part, 20d imaging control part, 20e abnormality judgment part, 20f suction nozzle control part, 20g stirring control part, 22 display device, 24 syringe pump, 24a piston actuator , 26 cleaning liquid container, 28a first sensor, 28b second sensor, 30 suction nozzle actuator, 32 suction nozzle, 34 sample container, 36 cleaning tank, 38 waste liquid container, 40 liquid flow path, 41 tube, 100 air (air gap) , 102 Cleaning solution, 1 4 biological samples, 110 white blood cells, 112 red, 114 epithelial cells, 116 urinary cast, A first position, B a second position, C 3 position.

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Abstract

生体試料中のサイズの大きな粒子を、撮像範囲において十分な数、適度に分散して配置させることができる生体試料撮像装置及び生体試料撮像方法を提供する。生体試料撮像方法は、粒子を含む生体試料（１０４）を液体流路（４０）に導入する第１ステップと、液体流路（４０）に導入された生体試料（１０４）を順方向に流通させる第２ステップと、第２ステップの後、生体試料（１０４）を逆方向に流通させる第３ステップと、第３ステップの後、液体流路（４０）に残存する生体試料（１０４）に含まれる粒子を、撮像セル（１４）において撮像する撮像ステップと、を含む。

Description

生体試料撮像装置及び生体試料撮像方法
　本発明は生体試料撮像装置及び生体試料撮像方法に関し、特に尿や血液など、粒子を含む液状の生体試料の撮像に関する。
　尿試料中には赤血球、白血球、上皮細胞、尿円柱などの粒子が含まれており、尿試料中のこれら粒子を観察することは、腎臓や尿路の疾患の診断に有効である。下記先行技術文献には、尿試料などの生体試料に含まれる粒子を撮像する装置が開示されている。
国際公開第２００８／００７７２５号 国際公開第２０１３／０５６４１５号
　尿試料のような液状の生体試料の検査において、チューブやパイプなどの液体流路を通じて、生体試料を容器から撮像セル（撮像範囲）に供給する構成を採用すれば、検査の自動化に有利である。この構成を検討する過程において、本願発明者らは以下の知見を得た。
　すなわち、上述ように液体流路に生体試料を流通させると、該生体試料中の粒子には集軸効果が働く。すなわち、流体力学によれば、液体流路は中心軸に近づくにつれて生体試料の流速が高くなり、生体試料中の粒子は流速の最も高い、液体流路の中心軸付近に集まる。この集軸効果は、サイズの大きな粒子に対して大きく働く。その結果、サイズの大きな粒子は高い流速で下流側に流されることになり、液体流路を流通する生体試料の下流端付近（生体試料の先頭）においては、サイズの大きな粒子の濃度が高くなる。
　ここで、尿試料においては、上皮細胞や尿円柱などのサイズの大きな粒子は一般に濃度が低いが、上述の集軸効果を利用すれば、生体試料の下流端部分において、これら粒子の密度を高めることができる。粒子の密度を高めると粒子を効率よく画像に映し出すことができる。しかし、カメラによる撮像では撮像範囲はある程度、平面的な広がりを持つが、生体試料の下流端部分に粒子の撮像範囲を設定すれば、撮像範囲の下流端部分にサイズの大きな粒子が集中して重なって、個々の粒子を画像に映し出すことが困難になる。また、生体試料の下流端部分より上流側に離間して撮像範囲を設定すれば、当該撮像範囲には大きな粒子が十分な数だけ存在しない可能性がある。この場合、十分な数の大きな粒子を画像に映し出すことができない。
　そこで、本発明の目的の一つは、生体試料中のサイズの大きな粒子を、撮像範囲において十分な数、適度に分散して配置させることができる生体試料撮像装置及び生体試料撮像方法を提供することにある。
　本発明の一側面に係る生体試料撮像装置は、粒子を含む液状の生体試料が流通し、前記生体試料に含まれる粒子を撮像するための撮像範囲を所定位置に有する液体流路と、容器から前記液体流路に導入された前記生体試料を、上流側から下流側に向かう順方向、又はその逆方向に流通させるポンプと、前記液体流路に導入された前記生体試料を前記順方向に流通させる第１動作、及び、前記生体試料を前記逆方向に流通させる第２動作を、前記ポンプに順に行わせるポンプ制御部と、前記第２動作の後に前記液体流路に残存する前記生体試料に含まれる粒子を、前記撮像範囲において撮像する撮像部と、を含む。
　また、本発明の他の側面に係る生体試料撮像方法は、粒子を含む生体試料を液体流路に導入する第１ステップと、前記液体流路に導入された前記生体試料を上流側から下流側に向かう順方向に流通させる第２ステップと、前記第２ステップの後、前記生体試料を逆方向に流通させる第３ステップと、前記第３ステップの後、前記液体流路に残存する前記生体試料に含まれる粒子を、前記液体流路上の撮像範囲において撮像する撮像ステップと、を含む。
　本発明によれば、生体試料中のサイズの大きな粒子を、撮像範囲において十分な数、適度に分散して配置させることができる生体試料撮像装置及び生体試料撮像方法を実現できる。
図１は、本発明の一実施形態に係る生体試料撮像装置の構成図である。 図２Ａは、ポンプを順方向駆動した場合の液体流路の内部を模式的に示す図である。 図２Ｂは、ポンプを逆方向駆動した場合の液体流路の内部を模式的に示す図である。 図３は、ポンプを順方向駆動した直後の生体試料中の大型粒子及び小型粒子の分布図である。 図４Ａは、撮像セルを示す斜視図である。 図４Ｂは、生体試料が充填された直後の撮像セルの横断面を模式的に示す図である。 図４Ｃは、生体試料が充填されてから所定時間経過後の撮像セルの横断面を模式的に示す図である。 図５は、データ処理装置の機能ブロック図である。 図６は、液体流路を生体試料等の物質が流通する様子を時系列に示す図である。 図７Ａは、本発明の一実施形態に係る生体試料撮像装置の動作フロー図である。 図７Ｂは、本発明の一実施形態に係る生体試料撮像装置の動作フロー図である。 図８Ａは、本発明の一実施形態に係る生体試料撮像装置により生体試料を液体流路において流通させた後の大型粒子の分布図である。 図８Ｂは、本発明の一実施形態に係る生体試料撮像装置により生体試料を液体流路において流通させた後の小型粒子の分布図である。 図９は、本発明の一実施形態に係る生体試料撮像装置による、他のポンプ制御例を示す図である。
　以下、本発明の一実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る生体試料撮像装置の構成図である。同図に示す生体試料撮像装置１０は、粒子を含む液状の生体試料中の粒子を撮影する装置である。そのような生体試料として、ここでは尿試料を用い、尿試料中の赤血球、白血球、上皮細胞、尿円柱などの粒子を生体試料撮像装置１０により撮影する。上皮細胞は、扁平上皮細胞、移行上皮細胞、尿細管上皮細胞などである。尿円柱は、硝子円柱、上皮円柱、赤血球円柱、白血球円柱、脂肪円柱、顆粒円柱、蝋様円柱などである。
　生体試料としては、尿の他、血液や体腔液などであってもよい。また、生体試料は、生体から採取された液体そのものであってもよいし、他の液体により希釈されたものであってもよい。さらに生体試料は、生体から採取された粒子を液体に溶いたものであってもよい。
　なお、尿試料に含まれる粒子のうち、赤血球及び白血球など、粒子径が７μｍ前後の粒子を本実施形態では小型粒子と記す。また、上皮細胞や尿円柱など、粒子径が２０～４０μｍの粒子を本実施形態では大型粒子と記す。
　図１に示すように、本実施形態に係る生体試料撮像装置１０は、液体流路４０、光源１２、対物レンズ１６、カメラ１８、データ処理装置２０、表示装置２２、シリンジポンプ２４、洗浄液容器２６、吸引ノズルアクチュエータ３０、洗浄槽３６、廃液容器３８を含んでいる。液体流路４０は、この順で上流側から順に配置された、中空棒状の吸引ノズル３２、第２センサ２８ｂ内の液体流路、第１センサ２８ａ内の液体流路及び撮像セル１４を含み、さらに、それらに連結されたシリコンチューブその他のチューブ４１も含んでいる。撮像セル１４は、透光性を有する材料により平板状に形成されており、扁平した直方体状に設けられた内部空間を尿試料が流通するようになっており、内部空間に尿試料を保持した状態で外部から尿試料を観察できる。液体流路４０の上流端は、吸引ノズル３２の先端であり、下流端はシリンジポンプ２４の吸入吐出口である。なお、液体流路４０の内部空間は、撮像セル１４の部分を除き、すべて断面円形となっている。液体流路４０上、撮像セル１４の上流側には第１位置Ａが設定されており、第１位置Ａよりさらに上流側には第２位置Ｂが設定されている。第１位置Ａ及び第２位置Ｂについては後に詳述する。
　光源１２は、ＬＥＤその他の発光素子及び凸レンズを備えており、撮像セル１４の直下に配置される。発光素子から出射された光は凸レンズにより平行光になり、透光性を有する材料により形成された撮像セル１４に下方から入射する。カメラ１８は、ＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサであり、対物レンズ１６とともに撮像セル１４の直上に配置される。対物レンズ１６とカメラ１８により顕微カメラを構成し、撮像セル１４内に充填された尿試料の撮像画像データを生成する。表示装置２２は、ＬＣＤやＯＬＥＤなどの表示パネルであり、カメラ１８により生成された画像データその他の情報を表示する。
　データ処理装置２０は、ＣＰＵやメモリを中心に構成されたコンピュータシステムであり、カメラ１８及び表示装置２２が接続されている。その他、図示しないが、データ処理装置２０には、光源１２、シリンジポンプ２４のピストンアクチュエータ２４ａ、シリンジポンプ２４と洗浄液容器２６の間のチューブに設けられた電磁弁、第１センサ２８ａ、第２センサ２８ｂ、吸引ノズルアクチュエータ３０、洗浄槽３６のドレンチューブに設けられた電磁弁も接続されている。データ処理装置２０には、画像解析プログラム及び各種の制御プログラムがインストールされており、カメラ１８により生成された画像データを表示部２２により表示する。また、カメラ１８により生成された画像データを解析し、そこに映し出された粒子を検出する。加えて、データ処理装置２０は、ピストンアクチュエータ２４ａ、吸引ノズルアクチュエータ３０及び各電磁弁を制御する。なお、データ処理装置２０が担う各種機能のうち、一部又は全部は、それぞれＡＳＩＣやＦＰＧＡなどの他の種類のハードウェアにより実現されてもよい。
　シリンジポンプ２４は、液体流路４０に対して負圧又は正圧を発生させ、液体流路４０において液体や気体を上流端から下流端に向かう順方向、またはその逆方向に流通させる。具体的には、シリンジポンプ２４は、尿試料を試験管などの試料容器３４から吸引して尿試料を撮像セル１４の内部空間に充填したり、或は液体流路４０内の液体や気体を逆流させたりする。シリンジポンプ２４は、シリンダ及びシリンダに挿入されるピストンを含んでおり、ピストンにはピストンアクチュエータ２４ａが取り付けられている。モータその他の電気駆動手段であるピストンアクチュエータ２４ａは、データ処理装置２０からの命令に従って、シリンダからピストンを引き出したり（順方向駆動）、逆にピストンをシリンダに押し込んだり（逆方向駆動）する。シリンダの側面には開口が設けられており、該開口には、洗浄液容器２６の内部とシリンジポンプ２４の内部を連通するチューブが接続されている。ピストンがシリンダから引き出され、ピストンとシリンダの間の内部空間が所定容量以上となった場合には、洗浄液容器２６の内部とシリンジポンプ２４の内部とが連通可能となる。
　吸引ノズルアクチュエータ３０は、データ処理装置２０からの指示に従って吸引ノズル３２を上下左右に移動させる。具体的には、生体試料撮像装置１０の吸引位置には、ラックに保持された複数本の試料容器３４がベルトコンベヤ等の搬送手段により搬送されるようになっており、吸引ノズルアクチュエータ３０は、それら試料容器３４のうち、データ処理装置２０により順次選択された一本に対して吸引ノズル３２を挿入したり、逆に試料容器３４から吸引ノズル３２を引き抜いたりする。また、吸引ノズル３２や液体流路４０の洗浄時には、吸引ノズル３２を洗浄槽３６に挿入する。
　第１センサ２８ａ及び第２センサ２８ｂは、いずれも液体流路４０におけるセンサ位置を流通する物体（液体又は気体）の種類に応じたデータを出力する。例えば、第１センサ２８ａ及び第２センサ２８ｂとして導電率センサを用いてよい。導電率センサは、液体流路４０を通過する生体試料に接触するよう設けられる。たとえば導電率センサは、上流側及び下流側に離間した２つの管状の電極を備え、これら電極間を流れる物体の導電率を出力する。第１センサ２８ａ及び第２センサ２８ｂとして、導電率センサではなく、光学式のセンサを用いてもよい。光学式センサは、生体試料が流れるチューブを介して対向するように配置された発光部と受光部を備え、チューブを流れる物体に発光部から光を照射し、物体を透過した光の強度を反映した信号を受光部から出力する。
　ここで、液体流路４０を生体試料が流れる場合に該生体試料中の粒子がどのような挙動を示すか説明する。図２Ａは、シリンジポンプ２４により順方向駆動中のチューブ４１の内部を模式的に示す図である。
　後に詳述するように、チューブ４１等の液体流路４０には初期状態では洗浄液１０２が満たされており、生体試料１０４を撮像セル１４に充填する場合には、まず若干量の空気１００が吸引され、その後に試料容器３４から生体試料１０４が所定量だけ吸引される。このため、図２Ａに示すように、洗浄液１０２の上流側には空気１００（エアギャップ）が位置し、さらにその上流側に生体試料１０４が位置する。
　既に説明したように、チューブ４１等の液体流路４０の内部においては、その中心軸に近づくにつれて流速が早くなる。そして、生体試料中の粒子は流速の最も高い、液体流路４０の中心軸付近に集まる。この集軸効果は、上皮細胞１１４や尿円柱１１６などの大型粒子に対して大きく働く。その結果、上皮細胞１１４や尿円柱１１６は高い流速で下流側に流されることになり、図２Ａに示すように、液体流路４０を流通する生体試料１０４の下流端１０４ａ付近においては、上皮細胞１１４や尿円柱１１６の密度が高くなる。なお、赤血球１１２や白血球１１０は、液体流路４０の流速プロファイルに比して十分に粒径が小さいので、集軸効果を無視し得る。
　図３は、シリンジポンプ２４を順方向駆動した直後の生体試料１０４中の大型粒子及び小型粒子の分布図である。縦軸は、液体流路４０内の粒子密度（単位体積あたりの粒子数）を、試料容器３４内の粒子密度で除した値を示す。また、横軸は、生体試料１０４の下流端１０４ａからの体積を示す。同図に示すように、生体試料１０４の上流端から下流側に移動するにつれて（図中左側に移動するにつれて）、上皮細胞１１４や尿円柱１１６などの大型粒子の粒子密度は増加する。すなわち、大型粒子の粒子密度比は、生体試料１０４の下流端１０４ａの近傍では３００％近くに達する。すなわち、液体流路４０に生体試料１０４を流通させることにより、大型粒子を濃縮する効果が得られる。このため、液体流路４０を流通させた後に生体試料１０４の下流端１０４ａ付近を撮影することにより、上皮細胞１１４や尿円柱１１６などの大型粒子を効率よく撮影することが可能となる。
　なお、大型粒子とは逆に、赤血球１１２や白血球１１０などの小型粒子の粒子密度比は、生体試料１０４の上流端から下流側に移動するにつれて減少する。また、どの位置においても、小型粒子の粒子密度比は１００％未満である。これは、上述のように小型粒子には集軸効果は殆ど作用しないこと、また液体流路４０の内壁面に付着している洗浄液１０２により、下流に移動するほど生体試料１０４が希釈されること、が理由として考えられる。
　以上のように液体流路４０に生体試料１０４を流通させれば、上皮細胞１１４や尿円柱１１６などの大型粒子については、その密度を生体試料１０４の下流端１０４ａ付近において高めることができる。そして、粒子の密度を高めると粒子を効率よく画像に映し出すことができる。但し、撮像セル１４は、後に詳述するように水平方向に広がりをもつ内部空間を有し、この内部空間の全部又は一部がカメラ１８による撮像範囲として設定されている。この撮像範囲内に、生体試料１０４の下流端１０４ａを位置させれば、撮像範囲の一部に大型粒子が集中して、上下に重なり合ってしまい、個々の粒子を画像に映し出すことが困難になる。また、生体試料１０４の下流端１０４ａから一定の距離だけ離れた部分を撮像範囲内に位置させれば、そのような部分には大型粒子が十分な数だけ存在しない可能性がある。この場合、十分な数の大型粒子を画像に映し出すことができない。
　そこで、本実施形態では、生体試料１０４の下流端１０４ａ付近に集中した大型粒子を再度分散させるポンプ制御を実行している。すなわち、本実施形態では、生体試料１０４を撮像セル１４の内部空間に進入させる直前でシリンジポンプ２４の順方向駆動を一旦停止している。すなわち、生体試料１０４の下流端１０４ａが撮像セル１４の上流側に設定されている第１位置Ａ（図１参照）に達すると、シリンジポンプ２４の動作を停止する。次に、生体試料１０４の下流端１０４ａが第２位置Ｂに達するまで、シリンジポンプ２４を逆方向駆動する。第２位置Ｂは第１位置Ａよりさらに上流側に設定されている。すなわち、生体試料１０４は上流側に押し戻される。
　図２Ｂは、シリンジポンプ２４を逆方向駆動中の液体流路４０の内部を模式的に示す図である。逆方向にシリンジポンプ２４を駆動すると、生体試料１０４は、今度は上流側、すなわち吸引ノズル３２側に向けて移動する。このときにも集軸効果は、上皮細胞１１４や尿円柱１１６などの大型粒子に大きく作用する。このため、下流端１０４ａ付近に集中していた大型粒子は、図２Ｂに示すように、小型粒子に対して相対的に、上流方向に移動する。このため、一定容量だけシリンジポンプ２４を逆方向駆動すれば、下流端１０４ａに集中していた大型粒子を下流端１０４ａから離れた部分にまで好適に分散させることができる。
　生体試料１０４の下流端１０４ａが第２位置Ｂに達すると、シリンジポンプ２４を一旦停止し、今度は生体試料１０４の下流端１０４ａが第３位置Ｃに達するまで、シリンジポンプ２４を順方向駆動する。第３位置Ｃは、液体流路４０における撮像セル１４の下流側に設定されている。こうすることにより、撮像セル１４の内部空間に生体試料１０４を充填することができる。
　ここで、撮像セル１４について説明する。図４Ａは、撮像セル１４の斜視図である。同図に示すように、撮像セル１４は尿試料を保持する内部空間１４ｅ、内部空間１４ｅと外部とを連絡する流入路１４ｆ及び流出路１４ｇを有している。撮像セル１４は、扁平で一方向に延伸する直方体状の外形状を有している。また、内部空間１４ｅも扁平に一方向に延伸する直方体形状を有しており、撮像セル１４の外形状に沿うよう設けられている。撮像セル１４は、内部空間１４ｅの底面が水平となるように設置される。
　内部空間１４ｅは、互いに平行に設けられ、対向配置された薄板部１４ａ及び薄板部１４ｂにより上下挟まれている。ここで、撮像セル１４の少なくとも薄板部１４ａ及び薄板部１４ｂは、ガラスや樹脂などの透光性を有する材料により構成されている。
　内部空間１４ｅは上述のように一方向に延伸する直方体形状を有しているが、その長手方向の一端側の面が上流端１４ｃであり、他端側の面が下流端１４ｄである。撮像セル１４の側壁のうち、内部空間１４ｅの上流端１４ｃのすぐ横の部分には、撮像セル１４の側面の開口に連なる流入路１４ｆが形成されている。同様に、撮像セル１４の側壁のうち、内部空間１４ｅの下流端１４ｄのすぐ横の部分には、撮像セル１４の側面の開口に連なる流出路１４ｇが形成されている。流入路１４ｆには第１センサ２８ａと連通させるチューブ４１が接続され、流出路１４ｇにはシリンジポンプ２４と連通させるチューブ４１が接続される。
　撮像セル１４の下方には光源１２が設置されており、薄板部１４ｂ側から平行光が入射される。また、撮像セル１４の上方には対物レンズ１６及びカメラ１８からなる顕微カメラが設置されており、顕微カメラは、薄板部１４ａを通じて、内部空間１４ｅに充填されている尿試料を撮影する。ここでは、顕微カメラの撮像範囲（表示や画像解析に利用される範囲をいう。）は、直方体形状の内部空間１４ｅの全体とするのが好ましいが、もちろんその一部であってもよい。
　図４Ｂは、生体試料１０４が充填された直後の撮像セル１４の横断面を模式的に示す図であり、図４Ｃは、生体試料１０４が充填されてから所定時間経過後の撮像セル１４の横断面を模式的に示す図である。図４Ｂに示すように、生体試料１０４が充填された直後は、薄板部１４ａ及び薄板部１４ｂの間の空間において、粒子が浮遊している状態であるが、所定時間が経過すると、図４Ｃに示すように、粒子は底部に沈殿することになる。対物レンズ１６及びカメラ１８からなる顕微カメラは、底部に沈殿した粒子の表面付近に焦点を合わせ、拡大写真を撮影するものである。本実施形態によれば、薄板部１４ａ及び薄板部１４ｂの間において、大型粒子が十分な数だけ存在し、しかもそれらが好適に分散されるので、底部に沈殿した場合にも大型粒子同士が上下に重なることが極めて少ない。このため、個々の大型粒子を明瞭に撮影することが可能となる。
　なお、内部空間１４ｅの横幅は十分に広いが、内部空間１４ｅの高さ、すなわち薄板部１４ａ及び薄板部１４ｂの間隔は、液体流路４０の撮像セル１４以外のどの部分の寸法よりも小さく、特に撮像セル１４より上流側に設けられた吸引ノズル３２やチューブ４１の内径より小さい。このような構成を採用することで、内部空間１４ｅ内の粒子を速やかに沈殿させ、撮影可能な状態にすることができる。
　図５は、データ処理装置２０の機能ブロック図である。上述のように、データ処理装置２０はコンピュータシステムにより構成されており、プログラムを実行することにより各種の機能を実現している。図５に示すように、データ処理装置２０の機能的には、第１判断部２０ａ、第２判断部２０ｂ、ポンプ制御部２０ｃ、撮像制御部２０ｄ、異常判断部２０ｅ、吸引ノズル制御部２０ｆ及び攪拌制御部２０ｇが含まれる。
　第１判断部２０ａは、液体流路４０に設けられた第１位置Ａに生体試料１０４の下流端１０４ａが到達したことを判断する。例えば、第１判断部２０ａは、第１位置Ａに生体試料１０４の下流端１０４ａが到達したことを、シリンジポンプ２４の吸入量又は吐出量に基づいて判断してよい。シリンジポンプ２４の吸入量又は吐出量は、ピストンアクチュエータ２４ａの動作量により判断できる。また、液体流路４０の断面積は既知であり、液体流路４０の上流端から第１位置Ａまでの内容積も既知である。従って、シリンジポンプ２４の吸入量が当該既知の内容量に達すれば、第１判断部２０ａは、液体流路４０に設けられた第１位置Ａに生体試料１０４の下流端１０４ａが到達したことを判断できる。
　また、第１判断部２０ａは、液体流路４０上に設けたセンサの出力に基づいて、第１位置Ａに生体試料１０４の下流端１０４ａが到達したことを判断してよい。例えば、第１位置Ａに導電率センサを配置し、該導電率センサにより出力される導電率により、生体試料１０４の下流端１０４ａが第１位置Ａに到達したことを判断してよい。本実施形態によれば、生体試料１０４の下流側に空気１００を隣接させているので、空気１００の導電率が検出されている最中に、生体試料１０４の導電率が検出されれば、そのタイミングで生体試料１０４の下流端１０４ａが導電率センサの位置、すなわち第１位置Ａに到達したと判断できる。
　或は、センサの出力とシリンジポンプ２４の吸入量又は吐出量の両方に基づいて、生体試料１０４の下端部１０４ａが第１位置Ａに到達したことを判断してよい。例えば、第１センサ２８ａは第１位置Ａより上流側に取り付けられており、第１センサ２８ａの検出位置から第１位置Ａまでの液体流路４０の内容積は既知である。そこで、第１センサ２８ａにより生体試料１０４の下流端１０４ａが第１センサ２８ａの検出位置に到達したと判断されるタイミング以降のシリンジポンプ２４の吸引量が、当該既知の内容積に達すれば、第１判断部２０ａは、生体試料１０４の下流端１０４ａが第１位置Ａに到達したと判断できる。
　第２判断部２０ｂは、液体流路４０に設けられた第２位置Ｂに生体試料１０４の下流端１０４ａが到達したことを判断する。この判断は、第１判断部２０ａと同様に行うことができる。例えば、第１位置Ａから第２位置Ｂまでの液体流路４０の内容積は既知である。このため、生体試料１０４の下流端１０４ａが第１位置Ａに位置している状態から、シリンジポンプ２４を逆方向駆動し、その吐出量が前記既知の内容積に達すれば、下流端１０４ａが第２位置Ｂに到達したと判断できる。
　また、第２判断部２０ｂは、液体流路４０上に設けたセンサの出力に基づいて、第２位置Ｂに生体試料１０４の下流端１０４ａが到達したことを判断してよい。例えば、第２位置Ｂに導電率センサを配置し、該導電率センサにより出力される導電率により、生体試料１０４の下流端１０４ａが第２位置Ｂに到達したことを判断してよい。本実施形態によれば、生体試料１０４の下流側に空気１００を隣接させているので、生体試料１０４の導電率が検出されている最中に、空気１００の導電率が検出されれば、そのタイミングで生体試料１０４の下流端１０４ａが導電率センサの位置、すなわち第２位置Ｂに到達したと判断できる。
　ポンプ制御部２０ｃは、ピストンアクチュエータ２４ａに対して動作を指示する。特に、ポンプ制御部２０ｃは、撮像セル１４に生体試料１０４を充填する際、液体流路４０に導入された生体試料１０４を順方向に流通させ、下流端１０４ａを第１位置Ａに到達させる第１動作（順方向駆動）の後、生体試料１０４を逆方向に流通させ、下流端１０４ａを第２位置Ｂに到達させる第２動作（逆方向駆動）を、シリンジポンプ２４に順に行わせる。第１動作は、吸引ノズル３２の先端から生体試料１０４を所定量だけ液体流路４０に導入する液体導入動作と、該液体導入動作の後、吸引ノズル３２を試料容器３４から引き上げ、その先端から空気を液体流路４０に導入する空気導入動作と、を含んでいる。このように、生体試料１０４の上流側に空気を流通させれば、撮影に必要な生体試料１０４の量を少なくすることができる。また、ポンプ制御部２０ｃは、第２動作の後、生体試料１０４を再び順方向に流通させる第３動作を行わせる。これにより、生体試料１０４の下流端１０４ａを第３位置Ｃに到達させる。第３位置Ｃは、撮像セル１４の内部空間１４ｅの下流端１４ｄ、又はそれより下流側における撮像セル１４の近傍であれば、どこに設定されてもよい。第３動作は、吸引ノズル３２の先端が試料容器３４の液面より引き上げられた状態で行われる。
　第３位置Ｃを撮像セル１４の内部空間１４ｅより下流側に設定すれば、撮像範囲に生体試料１０４の下流端１０４ａが入らないようにできる。生体試料１０４の下流端１０４ａ付近には、液体流路４０の内壁面に付着している洗浄液１０２などが混入している可能性がある。第３位置Ｃを撮像セル１４の内部空間１４ｅより下流側に設定すれば、そのような部分を避けて生体試料１０４の撮影ができる。
　なお、本実施形態では上述の第２動作を行っているので、第１動作により生体試料１０４の下流端１０４ａ付近に集中した大型粒子が、下流側に押し戻されており、撮像範囲において大型粒子の数を十分確保できる。また、第２動作により、撮像範囲において大型粒子を好適に分散させることができる。
　また、第１位置Ａは撮像範囲である撮像セル１４の内部空間１４ｅより上流側に設けられる。こうすれば、撮像セル１４の上流側で大型粒子を液体流路４０で分散させ、その後に生体試料１０４を撮像セル１４に充填できるので、撮像セル１４で上皮細胞１１４や尿円柱１１６などの大型粒子が詰まることを予防できる。すなわち、撮像セル１４の内部空間１４ｅの高さは上述のように非常に低いので、大型粒子の詰まりが懸念されるが、本実施形態によれば詰まりを予防できる。
　また、第２位置Ｂから吸引ノズル３２の先端までの内容積は、少なくとも撮像範囲における液体流路４０の内容積（ここでは、撮像セル１４の内部空間１４ｅの内容積）より大きいことが望ましい。そうでないと、第２動作により、吸引ノズル３２の先端から既に吸入した生体試料１０４が吐出してしまうからである。
　また、第２位置Ｂから撮像セル１４の上流端１４ｃまでの液体流路４０の内容積は、撮像範囲における液体流路４０の内容積、すなわち撮像セル１４の内部空間１４ｅの内容積の１０倍以下であることが望ましい。こうすれば、第３動作における生体試料１０４の移動量を抑えることができ、第３動作により、再度、生体試料１０４の下流端１０４ａ付近に大型粒子が集中しないようにできる。
　なお、第２動作は、吸引ノズル３２の先端が試料容器３４の液面より引き上げられた状態で行われる。こうすれば、試料容器３４中に空気が供給されずに済む。
　また、第１位置Ａから第２位置Ｂまでの液体流路４０の内容積は、吸引ノズル３２の先端から第１位置Ａまでの内容積の１０分の１以下であることが望ましい。大型粒子を逆方向に押し戻す程度を相対的に小さくすることで、集軸効果による粒子の濃縮効果を残存させ、撮像範囲内に十分な数の大型粒子を確保することができる。
　ポンプ制御部２０ｃによる第３動作の後、シリンジポンプ２４の動作が停止すると、撮像制御部２０ｄは、粒子の沈殿に必要な所定時間の経過を待ってから、撮像範囲、すなわち撮像セル１４の内部空間１４ｅにある生体試料１０４中の粒子をカメラ１８により撮像する。こうして撮像された生体試料１０４の画像は、表示装置２２により表示されたり、画像解析に用いられたりする。
　なお、撮像制御部２０ｄは、ラックに保持される複数の試料容器３４のそれぞれについて、生体試料１０４の撮影を行う。この際、ポンプ制御部２０ｃは、生体試料１０４毎に、上述した第１動作乃至第３動作を行う。
　異常判断部２０ｅは、生体試料１０４を撮像セル１４に供給する際、試料容器３４から吸引される生体試料１０４の量が規定量に満たないという異常を検知する。具体的には、第１動作における空気導入動作の開始後に設けられる、ショート監視期間において、第２センサ２８ｂにおいて空気が検出される場合には、生体試料１０４が不足していると判断する。ショート監視期間は、規定量の生体試料１０４が第２センサ２８ｂの検出位置を通過すべき期間である。このような異常が検知されると、例えば表示装置２２によりその旨が表示される。異常判断部２０ｅを設けることにより、生体試料１０４の画像の信頼性を高めることができる。吸引ノズル制御部２０ｆは、吸引ノズルアクチュエータ３０に対して動作を指示する。
　攪拌制御部２０ｇは、ポンプ制御部２０ｃによる第１動作の前に、試料容器３４内の生体試料１０４を攪拌する。例えば、図示しない攪拌ノズルを試料容器３４に挿入し、一定量の生体試料１０４を図示しない攪拌ポンプにより吸引し、その後、吸引した生体試料１０４を攪拌ポンプにより試料容器３４に戻すことにより、試料容器３４内の生体試料１０４を攪拌してよい。或は、攪拌ノズルから空気を吐出させることにより、試料容器３４内の生体試料１０４を攪拌してよい。同様にして、シリンジポンプ２４及び吸引ノズル３２で生体試料１０４を攪拌してよい。ここでは、攪拌ノズル（不図示）が吸引ノズル３２と一体的に形成され、シリンジポンプ２４とは別の攪拌ポンプ（不図示）により、試料容器３４内の生体試料１０４を攪拌する構成を一例として採用する。一体化された攪拌ノズルと吸引ノズル３２は、吸引ノズルアクチュエータ３０により共に駆動できる。
　ここで、生体試料撮像装置１０の動作を時系列に説明する。図６は、液体流路４０を生体試料１０４が流通する様子を時系列に示す図である。また、図７Ａ及び図７Ｂは、生体試料撮像装置１０の動作フロー図である。
　生体試料撮像装置１０により尿試料中の粒子を撮像する場合、上述のようにラックにより複数の試料容器３４が吸引位置に搬送される。液体流路４０は、初期状態でその全体が洗浄液１０２で満たされている（図６（ａ））。次に、ポンプ制御部２０ｃは、吸引ノズル３２が試料容器３４に挿入されない状態で、シリンジポンプ２４により空気１００を一定容量だけ吸引し、液体流路４０の先端に一定容量の空気１００を導入してエアギャップを形成する（図７ＡのＳ１０１及び図６（ｂ））。一例として、空気１００は２５μＬ程度、液体流路４０に吸引されてよい。
　次に、吸引ノズルアクチュエータ３０は吸引ノズル３２を図示しない攪拌ノズルとともに１つの試料容器３４に挿入する（図７ＡのＳ１０２）。そして、攪拌制御部２０ｇは、試料容器３４に保持されている生体試料１０４を攪拌する（図７ＡのＳ１０３）。
　その後、ポンプ制御部２０ｃは、ピストンアクチュエータ２４ａを順方向駆動し、規定量の生体試料１０４を試料容器３４から吸引する（図７ＡのＳ１０４）。一例として、生体試料１０４は３００μＬ程度、液体流路４０に吸引されてよい。なお、この吸引過程で、異常判断部２０ｅは、第２センサ２８ｂから出力される導電率の急減を、すなわちエアギャップの通過を監視する。導電率が急減しなければ、シリンジポンプ２４の動作が異常であると判断し、処理を終了する。
　規定量の生体試料１０４の吸引が完了すると（図６（ｃ））、異常判断部２０ｅは、第２センサ２８ｂから出力される導電率が所定閾値以上であるか否かを判断する（図７ＡのＳ１０５）。導電率が所定閾値未満であれば、生体試料１０４に異常があると判断し、処理を終了する。
　その後、吸引ノズル制御部２０ｆは、吸引ノズルアクチュエータ３０を用いて、吸引ノズル３２を試料容器３４から引き上げる（図７ＡのＳ１０６）。次に、ポンプ制御部２０ｃは、吸引ノズル３２から空気を吸引する（図７ＡのＳ１０７）。この吸引過程の初期にはショート監視期間が設定されており、異常判断部２０ｅは、第２センサ２８ｂから出力される導電率の急減を監視する。導電率が急減すれば、生体試料１０４が規定量に足りないと判断し、処理を終了する。
　ポンプ制御部２０ｃは空気の吸引を、第１センサ２８ａにより空気１００が検出されるまで行う（図７ＡのＳ１０８）。空気を吸引することにより、すでに液体流路４０に導入されている生体試料１０４が下流側に移動する。第１センサ２８ａから出力される導電率が急減すれば、第１センサ２８ａの検出位置にある物体が洗浄液１０２から空気１００に代わったと判断できる。このタイミングで、空気１００（エアギャップ）の下流端が第１センサ２８ａの検出位置に到達していることになる（図６（ｄ））。
　その後、ポンプ制御部２０ｃは、空気をさらに所定量だけ吸引する（図７ＡのＳ１０９，図６（ｅ））。具体的には、第１判断部２０ａは、シリンジポンプ２４の吸引量が所定量に達したか否かを判断し、所定量に達していれば、ポンプ制御部２０ｃはシリンジポンプ２４の動作を停止する。ここで、Ｓ１０９におけるシリンジポンプ２４の吸引量は、第１センサ２８ａの検出位置から第１位置Ａまでの内容量と空気１００（エアギャップ）の体積を加算した値となる。これにより、生体試料１０４の下流端１０４ａは第１位置Ａに到達することになる。なお、第１位置Ａは、撮像セル１４の内部空間１４ｅの上流端１４ｃから、例えば６０μＬほど上流側に設けられてよい。Ｓ１０４～Ｓ１０９までの動作がシリンジポンプ２４の第１動作に相当する。
　その後、ポンプ制御部２０ｃは、ピストンアクチュエータ２４ａに逆方向駆動を指示し、液体流路４０の上流端から所定量だけ空気を吐出させる（図７ＢのＳ１１０）。具体的には、第２判断部２０ｂは、シリンジポンプ２４の吐出量が所定量に達したか否かを判断し、所定量に達していれば、ポンプ制御部２０ｃはシリンジポンプ２４の動作を停止する。ここでのシリンジポンプ２４の吐出量は、第１位置Ａから第２位置Ｂまでの内容量と同じになる。例えば、この吐出量は３０μＬ程度であってよい。これにより、生体試料１０４の下流端１０４ａは第２位置Ｂに到達することになる（図６（ｆ））。Ｓ１１０の動作がシリンジポンプ２４の第２動作に相当する。
　次に、ポンプ制御部２０ｃは、ピストンアクチュエータ２４ａに順方向駆動を指示し、所定量だけ空気を吸引する（図７ＢのＳ１１１）。具体的には、シリンジポンプ２４の吸引量が所定量に達したか否かを判断し、所定量に達していれば、ポンプ制御部２０ｃはシリンジポンプ２４の動作を停止する。ここでのシリンジポンプ２４の吸引量は、第２位置Ｂから第３位置Ｃまでの液体流路４０の内容量と同じになる。例えば、この吸引量は１２０μＬ程度であってよい。これにより、生体試料１０４の下流端１０４ａは第３位置Ｃに到達することになる（図６（ｇ））。例えば、撮像範囲である撮像セル１４の下流端１４ｄと第３位置Ｃとの間の容量を２０μＬとしてよい。この場合、撮像セル１４の内部空間１４ｅの容量を１５μＬとすれば、撮像セル１４の内部空間１４ｅには、生体試料１０４の下流端１０４ａから２０μＬ～３５μＬの部分が充填されることになる。Ｓ１１１の動作がシリンジポンプ２４の第３動作に相当する。
　以上のポンプ制御により、撮像セル１４の内部空間１４ｅには生体試料１０４が充填され、撮像制御部２０ｄは生体試料１０４の画像データを生成する（図７ＢのＳ１１２）。
　撮像後、液体流路４０及びシリンジポンプ２４の洗浄が行われる（図７ＢのＳ１１３）。すなわち、吸引ノズル制御部２０ｆは、吸引ノズルアクチュエータ３０により、吸引ノズル３２を洗浄槽３６内に挿入するよう指示する。このタイミングで、シリンジポンプ２４のピストンは十分に引き出されており、シリンジポンプ２４と洗浄液容器２６の間の電磁弁を開くことにより、洗浄液容器２６内の洗浄液がシリンジポンプ２４内に流入する。洗浄液はそのまま吸引ノズル３２の先端にまで至り、液体流路４０及びシリンジポンプ２４の内部がすべて洗浄される。吸引ノズル３２からは空気、尿試料、洗浄液が吐出し、それらは廃液容器３８に貯留される。その後、洗浄槽３６のドレンに設けられた電磁弁が一旦閉じられ、洗浄槽３６に洗浄液が貯留され、その後電磁弁が解放される。これにより、吸引ノズル３２の外側も洗浄される。なお、洗浄槽３６には、吸引ノズル３２から洗浄液が供給されてもよいし、専用の流路から洗浄液が供給されてもよい。液体流路４０及びシリンジポンプ２４の洗浄が終了すると、吸引ノズル３２は洗浄槽３６から引き抜かれ、次の試料容器３４から尿試料を吸引するため、待機位置に移動する。
　図８Ａは、生体試料撮像装置１０により生体試料１０４を液体流路４０において流通させた後の大型粒子の分布図である。また、図８Ｂは、生体試料撮像装置１０により生体試料１０４を液体流路４０において流通させた後の小型粒子の分布図である。図８Ａにおいて、破線はフローサイトメータにより測定された大型粒子の単位体積あたりの個数（約７０個／μＬ）であり、試料容器３４における大型粒子の単位体積あたりの個数を示す。同図に示すように、液体流路４０において流通させた後では、大型粒子の単位体積あたりの個数は、生体試料１０４の下流端１０４ａから１６５μＬの範囲であれば、どの位置でも１．５倍以上となっている。従って、撮像範囲においても大型粒子の単位体積あたりの個数は元のそれに比し、１．５倍以上となっていることが分かる。
　また、図８Ｂにおいて、破線はフローサイトメータにより測定された小型粒子の単位体積あたりの個数（約７９０個／μＬ）であり、元のそれに比し、８０％以上が確保されていることが分かる。
　以上説明した生体試料撮像装置１０によれば、ポンプ制御部２０ｃがシリンジポンプ２４に第１動作を行わせることで、生体試料１０４の下流端１０４ａ付近に上皮細胞１１４や尿円柱１１６などの大型細胞を集中させることができる。その後、ポンプ制御部２０ｃがシリンジポンプ２４に第２動作を行わせることで、生体試料１０４の下流端１０４ａ付近に集中していた大型粒子を上流側に分散させることができる。撮像セル１４の内部空間１４ｅには、液体流路４０における順方向の流通、及び逆方向の流通の双方を経た生体試料１０４が充填される。このため、撮像セル１４内には大型粒子が十分な数だけ存在しつつ、それらが適度に分散していることになり、個々の大型粒子をカメラ１８による画像に映し出すことが可能となる。この結果、尿検査の精度を向上させることができる。
　なお、生体試料撮像装置１０で撮影される尿試料中の大型粒子のうち、上皮細胞１１４は、腎や尿路の損傷に起因して尿中に現れるものであり、その画像は、腎や尿路のどの部分にどの程度の障害があるのかを判断するための重要な情報となる。例えば、上皮細胞１１４の画像は膀胱炎や尿道炎などの疾患の診断に用いられる。また、尿円柱１１６は、尿細管腔が一時的に閉塞され、その後に尿の再流があった場合に尿中に現れるものであり、その画像も、腎や尿路のどの部分にどの程度異常があるかを判断するための重要な情報となる。例えば、尿円柱１１６の画像は慢性腎炎、糸球体腎炎、腎盂腎炎、ネフローゼ症候群などの疾患の診断に用いられる。上皮細胞１１４や尿円柱１１６などの大型粒子は、一般的には尿試料において少数しか含まれないが、以上のように、少数ではあっても臨床的に非常に重要な所見を与える。本生体試料撮像装置１０によれば、そのような重要な所見を与える尿試料中の大型粒子を、上述した濃縮及び分散というプロセスにより、効率的に、且つ大型粒子同士が重ならないようにして、画像に映し出すことができるようになる。こうして、本実施形態によれば、尿検査の信頼性を大きく向上させることができる。
　なお、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能であり、それら変形も本発明の範囲に属する。例えば、以上の説明では、第１センサ２８ａ及び第２センサ２８ｂを用いたが、生体試料１０４の下流端１０４ａの位置制御には、それらは必ずしも必要ない。
　また、ポンプ制御部２０ｃによる第３動作は必ずしも必要ない。すなわち、図９に示すように、第１位置Ａを撮像セル１４の撮像範囲より下流側に設け、第２位置Ｂを撮像セル１４の撮像範囲の下流端又はそれより下流側に設ければ、第２動作を行った直後に撮像セル１４の内部空間１４ｅには生体試料１０４が充填されていることになる。こうすれば、生体試料１０４の吸引開始からカメラ１８による撮影までの時間を短くすることが可能となる。
　本発明に係る生体試料撮像装置及び生体試料撮像方法は、特に尿や血液などの粒子を含む液状の生体試料の撮像などに好適に利用できる。
　１０　生体試料撮像装置、１２　光源、１４　撮像セル、１４ａ，１４ｂ　薄板部、１４ｃ　上流端、１４ｄ　下流端、１４ｅ　内部空間、１４ｆ　流入路、１４ｇ　流出路、１６　対物レンズ、１８　カメラ、２０　データ処理装置、２０ａ　第１判断部、２０ｂ　第２判断部、２０ｃ　ポンプ制御部、２０ｄ　撮像制御部、２０ｅ　異常判断部、２０ｆ　吸引ノズル制御部、２０ｇ　攪拌制御部、２２　表示装置、２４　シリンジポンプ、２４ａ　ピストンアクチュエータ、２６　洗浄液容器、２８ａ　第１センサ、２８ｂ　第２センサ、３０　吸引ノズルアクチュエータ、３２　吸引ノズル、３４　試料容器、３６　洗浄槽、３８　廃液容器、４０　液体流路、４１　チューブ、１００　空気（エアギャップ）、１０２　洗浄液、１０４　生体試料、１１０　白血球、１１２　赤血球、１１４　上皮細胞、１１６　尿円柱、Ａ　第１位置、Ｂ　第２位置、Ｃ　第３位置。

Claims (20)

  1. 　粒子を含む液状の生体試料が流通し、前記生体試料に含まれる粒子を撮像するための撮像範囲を所定位置に有する液体流路と、
    　容器から前記液体流路に導入された前記生体試料を、上流側から下流側に向かう順方向、又はその逆方向に流通させるポンプと、
    　前記液体流路に導入された前記生体試料を前記順方向に流通させる第１動作、及び、前記生体試料を前記逆方向に流通させる第２動作を、前記ポンプに順に行わせるポンプ制御部と、
    　前記第２動作の後に前記液体流路に残存する前記生体試料に含まれる粒子を、前記撮像範囲において撮像する撮像部と、
    　を含む生体試料撮像装置。
  2. 　請求項１に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記液体流路の第１位置に、前記液体流路に導入された前記生体試料の下流端が到達したことを判断する第１判断部と、
    　前記液体流路の前記第１位置よりも上流側の第２位置に、前記液体流路に導入された前記生体試料の下流端が到達したことを判断する第２判断部と、を含み、
    　前記ポンプ制御部は、前記第１動作により前記生体試料の下流端を前記第１位置に到達させ、前記第２動作により前記生体試料の下流端を前記第２位置に到達させる、
    　ことを特徴とする生体試料撮像装置。
  3. 　請求項２に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記第１位置は前記撮像範囲より上流側に設けられ、
    　前記ポンプ制御部は、前記第２動作の後、前記生体試料を前記順方向に流通させる第３動作を、前記ポンプにさらに行わせ、
    　前記撮像部は、前記第３動作の後、前記撮像範囲にある前記生体試料に含まれる粒子を撮像する、生体試料撮像装置。
  4. 　請求項３に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記ポンプ制御部は、前記第３動作において、前記生体試料の下流端を前記撮像範囲より下流側に到達させ、
    　前記撮像部は、前記生体試料の下流端が前記撮像範囲より下流側にある状態で、前記撮像範囲にある前記生体試料に含まれる粒子を撮像する、生体試料撮像装置。
  5. 　請求項３に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記第３動作は、前記液体流路の上流端が前記容器の液面より引き上げられた状態で行われる、生体試料撮像装置。
  6. 　請求項２に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記第１位置は前記撮像範囲より下流側に設けられ、前記第２位置は前記撮像範囲の下流端又はそれより下流側に設けられる、生体試料撮像装置。
  7. 　請求項２に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記第１判断部は、前記第１位置に前記生体試料の下流端が到達したことを、前記ポンプの吸入量又は吐出量に基づいて判断する、生体試料撮像装置。
  8. 　請求項２に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記第２判断部は、前記第２位置に前記生体試料の下流端が到達したことを、前記ポンプの吸入量又は吐出量に基づいて判断する、生体試料撮像装置。
  9. 　請求項２に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記液体流路を流通する物体の種類に応じたデータを出力する第１センサをさらに含み、
    　前記第１判断部は、前記第１位置に前記生体試料の下流端が到達したことを、前記第１センサより出力されるデータに基づいて判断する、生体試料撮像装置。
  10. 　請求項９に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記液体流路を流通する物体の種類に応じたデータを出力する第２センサをさらに含み、
    　前記液体流路を流通する物体の前記第２センサによる検出位置は、前記第１センサによる検出位置よりも前記液体流路において上流側に設けられている、生体試料撮像装置。
  11. 　請求項２に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記液体流路の上流端から前記第２位置までの前記液体流路の内容積は、少なくとも前記撮像範囲における前記液体流路の内容積より大きい、生体試料撮像装置。
  12. 　請求項１に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記液体流路は、前記生体試料を吸引する吸引ノズルと、前記生体試料が内部空間に充填される撮像セルと、前記吸引ノズルにより吸引される前記生体試料を前記撮像セルに供給するチューブと、を含み、
    　前記撮像セルは、前記生体試料が導入される、対向する薄板部により挟まれた空間領域を有し、
    　前記撮像範囲は前記空間領域の全部又は一部に設けられる、生体試料撮像装置。
  13. 　請求項１２に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記薄板部の間隔は、前記チューブ又は前記吸引ノズルの少なくとも一方の内径よりも短い、生体試料撮像装置。
  14. 　請求項１に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記生体試料は尿である、生体試料撮像装置。
  15. 　請求項１に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記第１動作は、前記液体流路の上流端から前記生体試料を前記液体流路に導入する液体導入動作と、該液体導入動作の後に前記液体流路の上流端から空気を前記液体流路に導入する空気導入動作と、を含む、生体試料撮像装置。
  16. 　請求項１０に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記第１動作は、前記液体流路の上流端から前記生体試料を前記液体流路に導入する液体導入動作と、該液体導入動作の後に前記液体流路の上流端から空気を前記液体流路に導入する空気導入動作と、を含み、
    　前記生体試料撮像装置は、
    　前記空気導入動作の開始後に設けられる監視期間において、前記第２センサにおいて空気が検出される場合には、前記液体導入動作により前記液体流路に導入される前記生体試料が不足していると判断する異常判断部をさらに含む、生体試料撮像装置。
  17. 　請求項１５に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記第２動作は、前記液体流路の上流端が前記容器の液面より引き上げられた状態で行われる、生体試料撮像装置。
  18. 　請求項１に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記第１動作の前に前記容器内の前記生体試料を攪拌する攪拌手段をさらに含む、生体試料撮像装置。
  19. 　請求項１に記載の生体試料撮像装置において、
    　前記ポンプ制御部は、複数の前記容器から複数の前記生体試料を前記液体流路に順次導入するとともに、前記生体試料毎に、前記第１動作及び前記第２動作を前記ポンプに行わせ、
    　前記撮像部は、複数の前記容器から前記液体流路に順次導入される前記生体試料を順次撮像する、生体試料撮像装置。
  20. 　粒子を含む生体試料を液体流路に導入する第１ステップと、
    　前記液体流路に導入された前記生体試料を上流側から下流側に向かう順方向に流通させる第２ステップと、
    　前記第２ステップの後、前記生体試料を逆方向に流通させる第３ステップと、
    　前記第３ステップの後、前記液体流路に残存する前記生体試料に含まれる粒子を、前記液体流路上の撮像範囲において撮像する撮像ステップと、
    　を含む生体試料撮像方法。
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