DE4013180A1

DE4013180A1 - Verfahren zum automatischen chemischen analysieren und reaktionsgeraet fuer die durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE4013180A1
Application number: DE4013180A
Authority: DE
Inventors: Haruhisa Watanabe; Satoshi Tanaka; Shinya Matsuyama
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-04-25
Filing date: 1990-04-25
Publication date: 1990-10-31
Also published as: DE4013180C2; US5116765A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen chemi schen Analysieren und ein Reaktionsgefäß für die Durchführung des Verfahrens, insbesondere zum Nachweis von Hämolyse in Testflüssigkeiten sowie zur Auswertung von Agglutinationsmu stern, die in der Testflüssigkeit infolge einer immunologi schen Agglutinations-Reaktion entstanden sind.

Es gibt zwei Arten von Verfahren zum Nachweis von Agglutina tionsmustern, die infolge einer immunologischen Agglutinati ons-Reaktion entstehen. Das eine ist das Sedimentations-Ver fahren, bei dem eine Probe und ein Reagens in ein Reaktions gefäß mit einer kegeligen Bodenfläche aufgegeben und dann zentrifugiert werden. Danach läßt man das Reaktionsgefäß ste hen, damit sich auf seinem kegeligen Boden ein auszuwertendes Partikelmuster ausbilden kann. Das andere Verfahren ist das Schüttelverfahren, bei dem die Probe und das Reagens in ein Reaktionsgefäß mit ungefähr halbkugeliger Bodenfläche aufge geben und dann zentrifugiert werden. Danach wird das Reakti onsgefäß geschüttelt, um festzustellen, ob in der Testflüs sigkeit die Agglutinations-Reaktion ausgelöst wird.

Wenn beim Sedimentations-Verfahren die immunologische Agglu tinations-Reaktion in der Testflüssigkeit ausgelöst wird, werden die Blutkörperchenpartikel über die kegelige Bodenflä che des Reaktionsgefäßes verteilt und bilden darauf ein Ag glutinationsmuster; kommt es in der Testflüssigkeit nicht zur immunologischen Agglutinations-Reaktion, gleiten die Blutkör perchenpartikel an der Innenfläche des Reaktionsgefäßes nach unten und sammeln sich in der Mitte der Bodenfläche, wo sie ein Nicht-Agglutinations-Muster bilden. Diese auf der Boden fläche des Reaktionsgefäßes entstehenden Muster sind in Fig. 1A und 1B dargestellt.

Wenn dagegen beim Schüttelverfahren in der Testflüssigkeit eine immunologische Agglutinations-Reaktion stattfindet, sam meln sich die Blutkörperchenpartikel in der Mitte der unge fähr halbkugeligen Bodenfläche des Reaktionsgefäßes. Hat in der Testflüssigkeit eine immunologische Agglutinations-Reak tion nicht stattgefunden, sind die Blutkörperchenpartikel über die ganze Testflüssigkeit verteilt. Diese durch das Schüttelverfahren im Reaktionsgefäß entstehenden Partikelmu ster sind in den Seitenansichten der Fig. 2A und 2B darge stellt.

Liegt in einer Testflüssigkeit Hämolyse vor, dann ist die Durchsichtigkeit der Testflüssigkeit umso höher, je höher der Grad der Hämolyse. Bei Vorliegen einer starken Hämolyse wird die Testflüssigkeit wie rote Tinte und ändern ihre Transpa renz auch nach Schütteln des Reaktionsgefäßes nicht. Anderer seits nimmt die Transparenz der Testflüssigkeit mit sinkendem Grad der Hämolyse ab, so daß ein jenseits des Reaktionsgefä ßes angeordneter Gegenstand durch die Testflüssigkeit hin durch nicht sichtbar ist.

Ist es daher in der Testflüssigkeit durch Zerstören der in der Probe oder dem Reagens enthaltenen Blutkörperchen zu ei ner Hämolyse gekommen, können die Agglutinations- oder Nicht- Agglutinations-Muster nicht einwandfrei ausgewertet werden. Mit anderen Worten, bei Vorliegen von Hämolyse in einer Test flüssigkeit besteht die Gefahr, daß beim Sedimentations-Ver fahren das Nicht-Agglutinations-Muster als Agglutinations-Mu ster und beim Schüttelverfahren das Agglutinations-Muster als Nicht-Agglutinations-Muster beurteilt wird. Um ein einwand freies Analyseergebnis zu erhalten, muß daher vor dem Auswer ten des in der Testflüssigkeit entstandenen Partikelmusters auf das Vorhandensein von Hämolyse in der Testflüssigkeit ge prüft werden.

Bisher wurde der Nachweis von Hämolyse vom Laboranten visuell vorgenommen, bevor das in der Testflüssigkeit entstandene Partikelmuster im Analysiergerät automatisch ausgewertet wur de. Weil jedoch die Hämolyse-Reaktion sehr empfindlich ist, erfordert ihr Nachweis geübtes Personal und großen Zeitauf wand. Durch den visuellen Hämolyse-Nachweis wird der Analyse- Wirkungsgrad des automatischen Analysiergerätes niedrig ge halten. Der viele Stunden dauernde visuelle Nachweis kann zu Fehlern führen, was die endgültige Beurteilung der Agglutina tions-Reaktion in der Testflüssigkeit beeinflußt.

Es ist ferner bisher kein spezielles Reaktionsgerät für den Nachweis von Hämolyse in Testflüssigkeiten vorgeschlagen wor den, und somit war ein automatischer Nachweis von Hämolyse in Testflüssigkeiten mittels des herkömmlichen Analysiergerätes unmöglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum automatischen chemischen Analysieren zu schaffen, das es er möglicht, eine Testflüssigkeit auf Vorliegen von Hämolyse au tomatisch objektiv und genau zu überprüfen und die Genauig keit der Schlußanalyse, z.B. der immunologischen Agglutinati ons-Reaktion, durch Rückkoppeln des Ergebnisses des Hämolyse- Nachweises mit dem Analyseergebnis der immunologischen Agglu tinations-Reaktion zu erhöhen. Ferner soll die Erfindung ein Reaktionsgerät für die Durchführung des Verfahrens schaffen.

Ein diese Aufgabe lösendes Verfahren umfaßt erfindungsgemäß die folgenden Arbeitsschritte:

- Aufnehmen eines Bildes einer Markierung sowie eines Bil des eines in einer Testflüssigkeit entstandenen Partikel musters durch die Testflüssigkeit hindurch mittels einer Bildaufnahmevorrichtung,
- Verarbeiten des von Aufnahmevorrichtung aufgenommenen Bildes der Markierung,
- Berechnen eines numerischen Wertes der Schärfe der Mar kierung,
- anhand des numerischen Wertes nachweisen, ob in der Test flüssigkeit Hämolyse vorliegt, um ein Hämolyse-Nachweis- Signal abzuleiten, und
- entsprechend dem Hämolysenachweis-Signal den Agglutinati ons- oder Nicht-Agglutinations-Nachweis führen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden sowohl ein Bild der Markierung als auch ein Bild eines im Reaktionsgefäß ent standenen Partikelmusters durch die Testflüssigkeit hindurch von einer Bildaufnahmevorrichtung aufgenommen. Die Schärfe der Markierung wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert ver glichen, derart, daß das Vorhandensein von Hämolyse in der Testflüssigkeit nachweisbar ist. Es ist daher möglich, die Hämolyse in der Testflüssigkeit maschinell bei hohem Wir kungsgrad und fehlerfrei objektiv nachzuweisen.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Reaktionsgerät vorgeschlagen, das sich erfindungsgemäß auszeichnet durch

- eine Vielzahl von Mulden zur Aufnahme der Testflüssig keit, und
- eine Vielzahl von Markierungen, welche durch die Test flüssigkeit hindurch von einem optischen System lesbar sind, das in den Mulden entstandene Partikelmuster zu er kennen vermag.

Das Reaktionsgerät gemäß der Erfindung weist eine Vielzahl von Markierungen auf, die durch die Testflüssigkeit hindurch vom optischen System für die Feststellung von in der Test flüssigkeit entstandenen Partikelmustern lesbar sind. Bei Be nutzung des Reaktionsgerätes gemäß der Erfindung können daher sowohl die Bilder der Markierungen als auch die Bilder der Partikelmuster aufgenommen werden, und somit kann die in der Testflüssigkeit vorliegende Hämolyse bequem nachgewiesen wer den.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgen den anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zei gen:

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Verfahrens zum Nachweis von Hämolyse,

Fig. 4 eine Schrägansicht einer Grundplatte mit einer Viel zahl von Markierungen für den Hämolyse-Nachweis,

Fig. 5A eine Draufsicht auf ein Reaktionsgefäß, in dem eine Hämolyse stattgefunden hat,

Fig. 5B eine Draufsicht auf ein Reaktionsgefäß, in dem keine Hämolyse vorliegt,

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Reak tionsgerätes,

Fig. 7 eine Seitenansicht des in Fig. 6 dargestellten Reak tionsgerätes, und

Fig. 8 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform des Reaktionsgerätes.

Das Blockschaltbild in Fig. 3 zeigt eine Grundplatte 1 und eine aus durchsichtigem Werkstoff hergestellte Mikroplatte 2, in deren Oberseite eine Vielzahl von Mulden 2 a entsprechend einer Matrix eingearbeitet sind. Gemäß Fig. 4 sind auf der Oberseite der Grundplatte 1 dreieckförmige Markierungen 1 a entsprechend einer Matrix so ausgebildet, daß sich nach Auf legen der Mikroplatte 2 auf die Grundplatte 1 unter jeder Mulde 2 a der Mikroplatte 2 eine Markierung 1 a befindet und gegenüber der Mitte der Mulde 2 a versetzt ist. Nach Aufgeben von Reagentien und Proben in die Mulden 2 a, wird die Mikro platte 2 auf die Grundplatte 1 aufgesetzt. Die Bilder der in folge einer immunologischen Agglutinations-Reaktion in jeder Mulde 2 a entstandenen Partikelmuster ebenso wie die Bilder der Markierungen 1 a werden von einer über der Mikroplatte 2 angeordneten Videokamera 3 aufgenommen. Mit 3 a ist eine Lichtquelle bezeichnet. Weil die Markierungen 1 a unter den Bodenflächen der Mulden 2 a angeordnet sind, wird ihr Bild bei Vorliegen von Hämolyse in der Testflüssigkeit von der Video kamera 3 entsprechend Fig. 5A deutlich aufgenommen, weil die Testflüssigkeit infolge der Hämolyse durchsichtig und rot wie rote Tinte wird. Wenn jedoch in der Testflüssigkeit keine Hä molyse stattgefunden hat, wird das Bild der Markierung 1 a von der Videokamera 3 weniger deutlich oder überhaupt nicht auf genommen (sh. Fig. 5B), weil die Testflüssigkeit undurchsich tig wird.

Nach dem Aufnehmen der Bilder der in den Mulden 2 a entstande nen Partikelmuster und der Markierungen 1 a durch die Videoka mera 3, wird deren Ausgang einem Analog-Digital-Umsetzer 4 zugeleitet, der daraus digitale Bilddaten erzeugt, die in ei nem Bildspeicher 5 gespeichert werden. Danach werden die di gitalen Bilddaten eines Datenbereiches der Markierung 1 a von einem Bilddatenprozessor 6 verarbeitet.

Die Datenverarbeitung im Bilddatenprozessor 6 geschieht fol gendermaßen:

1) Erkennen des Bildes eines Rands der Markierung 1 a durch Verarbeiten der Daten des Datenbereiches, in dem sich die Markierung 11 befindet;
2) Berechnen des numerischen Grades der im Arbeitsschritt (1) erfaßten Schärfe des Randes;
3) Vergleichen des numerischen Wertes der Randschärfe der Markierung 1 a mit einem vorgegebenen Schwellenwert, und Nachweisen des Vorhandenseins von Hämolyse in der Weise, daß, wenn die Randschärfe größer ist als der Schwellen wert, Hämolyse in der Testflüssigkeit vorliegt, und wenn die Randschärfe geringer ist als der Schwellenwert, in der Testflüssigkeit keine Hämolyse stattgefunden hat.

Das Ergebnis der Datenverarbeitung wird auf einer Anzeigevor richtung 7 dargestellt. Nachdem das Vorliegen von Hämolyse nachgewiesen wurde, werden die Testflüssigkeiten mit Hämolyse aus der Analyselinie entfernt, und nur die hämolysefreien Testflüssigkeiten werden überprüft, ob sich ein Agglutinati ons-Partikelmuster gebildet hat oder nicht.

Gemäß der Erfindung läßt sich also der Nachweis von Hämolyse in der Testflüssigkeit mittels eines Analysegerätes automa tisch durchführen. Der Hämolyse-Nachweis läßt sich daher rasch und genau führen. Insbesondere bei einem großen Analy siergerät, in dem eine große Anzahl Proben untersucht wird, ist eine Reduzierung des Arbeitsaufwandes des Personals mög lich. Ferner ist durch Rückkoppelung des Ergebnisses des Hä molyse-Nachweises mit der Auswertung der immunologischen Ag glutinations-Reaktion eine Verbesserung der Genauigkeit der Agglutinations-Analyse zu erwarten.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die Markierungen 1 a auf der Oberseite der Grundplatte 1 ausgebil det. Die Mikroplatte 2 muß daher genau auf die Grundplatte 1 aufgelegt werden.

Bei der in Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsform ist in die Mikroplatte 2 eine Vielzahl von Mulden 2 a entsprechend einer Matrix eingearbeitet, und in den Mulden 2 a sind drei eckförmige Markierungen 1 a so aufgemalt oder aufgedruckt, daß sie gegenüber der Mitte der Bodenfläche der Mulde 2 a versetzt sind. Die Mikroplatte 2 gemäß Fig. 6 und 7 muß also nicht ge nau auf die Grundplatte 1 aufgesetzt werden.

Bei der in Fig. 8 dargestellten abgewandelten Ausführungsform der Mikroplatte 2 gemäß Fig. 6 und 7 ist jede Markierung 1 a auf der Rückseite der Mikroplatte 2 so angebracht, daß sie bei Betrachtung in der optischen Achse der Videokamera 3 ge genüber der Mitte jeder Mulde 2 a versetzt ist. Wenn bei die ser Mikroplatte 2 die Mulden 2 a nach jeder Analyse gespült werden, um die in ihnen enthaltene Testflüssigkeit zu entfer nen, verwischen die Markierungen 1 a nicht rasch.

Für die Wirkung der Erfindung ist die Gestalt der Markierun gen 1 a unwichtig. Der Werkstoff für die Mikroplatte 2 sollte durchsichtig oder halbdurchsichtig sein. Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Analyse unter Benut zung eines Analysiergerätes automatisch durchgeführt. Das er findungsgemäße Verfahren ist jedoch auch auf den visuellen Hämolyse-Nachweis anwendbar.

Claims

1. Verfahren zum automatischen chemischen Analysieren, gekennzeichnet durch die folgenden Arbeits schritte:

- Aufnehmen eines Bildes einer Markierung (1 a) sowie eines Bildes eines in einer Testflüssigkeit entstandenen Parti kelmusters durch die Testflüssigkeit hindurch mittels ei ner Bildaufnahmevorrichtung (3) ,
- Verarbeiten des von Aufnahmevorrichtung (3) aufgenommenen Bildes der Markierung (1 a),
- Berechnen eines numerischen Wertes der Schärfe der Mar kierung (1 a),
- anhand des numerischen Wertes nachweisen, ob in der Test flüssigkeit Hämolyse vorliegt, um ein Hämolysenachweis- Signal abzuleiten, und
- entsprechend dem Hämolysenachweis-Signal den Agglutinati ons- oder Nicht-Agglutinations-Nachweis führen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Markierung (1 a) unter der in einem Reaktionsgefäß (2 a) enthaltenen Testflüssigkeit so angebracht ist, daß sie gegenüber dem tiefsten Abschnitt der Bodenfläche vom Reaktionsgefäß (2 a) versetzt ist, und
- die Bilder des Partikelmusters und der Markierung (1 a) von der über dem Reaktionsgefäß (2 a) angeordneten Bild aufnahmevorrichtung (3) aufgenommen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Nachweis von Hämolyse in der Testflüssigkeit in der Weise geführt wird, daß die Schärfe der Markierung (1 a) mit einem im voraus festgelegten Schwellenwert verglichen wird,
- wenn die Schärfe der Markierung (1 a) größer ist als der Schwellenwert, auf das Vorliegen einer Hämolyse in der Testflüssigkeit geschlossen wird, und
- wenn die Schärfe der Markierung (1 a) kleiner ist als der Schwellenwert, auf Nichtvorliegen einer Hämolyse in der Tesflüssigkeit geschlossen wird.

4. Reaktionsgerät für die Durchführung eines Verfahrens zum automatischen chemischen Analysieren, bei dem das Vorhanden sein von Hämolyse in einer Testflüssigkeit nachgewiesen und ein Partikelmuster ausgewertet wird, das sich in der Test flüssigkeit infolge einer immunologischen Agglutinations-Re aktion gebildet hat, gekennzeichnet durch

- eine Vielzahl von Mulden (2 a) zur Aufnahme der Testflüs sigkeit, und
- eine Vielzahl von Markierungen (1 a), welche durch die Testflüssigkeit hindurch von einem optischen System (3) lesbar sind, das in den Mulden (2 a) entstandene Partikel muster zu erkennen vermag.

5. Reaktionsgerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch

- eine aus durchsichtigem oder halbdurchsichtigem Werkstoff hergestellte Mikroplatte (2), in der eine Vielzahl von Mulden (2 a) entsprechend einer Matrix ausgebildet sind, und
- eine Grundplatte (1), an der eine Vielzahl von Markierun gen (1 a) an Stellen, die den Mulden (2 a) in der Mikro platte (2) entsprechen, so ausgebildet sind, daß sie bei Betrachtung in einer optischen Achse des optischen Sy stems (3) gegenüber dem tiefsten Abschnitt jeder Mulde (2 a) versetzt sind.

6. Reaktionsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

- in einer aus durchsichtigem oder halbdurchsichtigem Werk stoff hergestellten Mikroplatte (2) eine Vielzahl von Mulden (2 a) entsprechend einer Matrix ausgebildet ist, und
- die Markierungen (1 a) in der Bodenfläche jeder Mulde (2 a) so ausgebildet sind, daß sie gegenüber dem tiefsten Ab schnitt jeder Mulde (2 a) versetzt sind.

7. Reaktionsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

- in einer aus durchsichtigem oder halbdurchsichtigem Werk stoff hergestellten Mikroplatte (2) eine Vielzahl von Mulden (2 a) entsprechend einer Matrix ausgebildet ist, und
- die Markierungen (1 a) auf der Rückseite der Mikroplatte (2) entsprechend jeder ihrer Mulden (2 a) so ausgebildet sind, daß sie bei Betrachtung in einer optischen Achse eines optischen Systems (3), das in den Mulden (2 a) ent standene Partikelmuster zu erfassen vermag, gegenüber dem tiefsten Abschnitt jeder Mulde (2 a) versetzt sind.