首页 / 专利库 / 光学 / 准直透镜 / 前向散射光信号探测装置与方法及细胞或粒子分析仪

前向散射光信号探测装置与方法及细胞或粒子分析仪

阅读:103发布:2023-02-25

专利汇可以提供前向散射光信号探测装置与方法及细胞或粒子分析仪专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种用于流式细胞分析仪或粒子分析仪的前向散射光 信号 探测装置与方法、以及包含该探测装置的细胞或粒子分析仪。其中所述探测装置包括探测单元,具有按一维方向布置的多个子探测单元,用于探测前向散射 光信号 ;以及收集单元,用于收集前向散射光信号并会聚到所述探测单元;其中将不同 位置 或区间的子探测单元探测的光信号作为不同散射 角 度的光信号。本发明可以减少系统的成本同时保持小型化优势,而且调试简单,可自由选择各种不同的收集角度,从而达到更精细区分被测细胞或粒子中各个子群的目的。,下面是前向散射光信号探测装置与方法及细胞或粒子分析仪专利的具体信息内容。

1. 一种用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置,其特征在于,包括:探测单元,包含按一维方向布置的多个子探测单元,用于探测前向散射光信号;以及收集单元,用于收集前向散射光信号并将其会聚到所述探测单元;其中将不同位置或区间的子探测单元所探测的光信号作为不同散射度的光信号。
2. 如权利要求1所述的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置,其特征在于,还包括:长条形狭缝,设置在所述探测单元前面,用于阻挡杂散光。
3. 如权利要求1所述的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号 探测装置,其特征在于,还包括:第一光阑,设置在所述收集单元前,用于消除部分前向高角散射 光对前向小角度散射光的影响。
4. 如权利要求1所述的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号 探测装置,其特征在于,还包括:准直透镜,用于将前向^L射光准直为平行于光轴的光束,以供收 集单元进行收集。
5. 如权利要求1所述的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号 探测装置,其特征在于,还包括:具有不同通光孔径的光阑,设置在所述探测单元之前的光路中; 其中将通过不同通光孔径光阑的光信号作为不同散射角度的光 信号。
6. 如权利要求1至5中任何一项所述的用于细胞或粒子分析^f义的前 向散射光信号探测装置,其特征在于:所述收集单元包括至少一个正柱面镜,该正柱面镜的作用方向垂 直于探测单元中的子探测单元列的方向。
7. 如权利要求1至5中任何一项所述的用于细胞或粒子分析仪的前 向散射光信号探测装置,其特征在于:所述探测单元中的子探测单元大小相等,并按一维方向等间距布置。
8. 如权利要求1至5中任何一项所述的用于细胞或粒子分析仪的前 向散射光信号探测装置,其特征在于:将不同位置区间内的子探测单元所探测的光信号作为不同散射 角度的光信号时,将同一位置区间内的子探测单元所探测的光信号的 加和作为相应散射角度的光信号。
9. 如权利要求1至5中任何一项所述的用于细胞或粒子分析仪的前 向散射光信号探测装置,其特征在于:所述探测单元为光电二极管阵列,包括至少三个光电二极管
10. —种细胞或粒子分析仪,包括:激发单元,用于提供对细胞或粒子进行照射的光束;流动室,用于供^^鞘液裹挟的样本液流过,使被测细胞或粒子逐 个通过照射区域以产生舉:射光;信号处理单元,用于从经过光电转换的散射光信号提取峰值或者 脉宽信息,来对细胞或粒子进行处理;其特征在于,还包括如权利要求1至8中任何一项所述的前向散射 光信号探测装置,用于探测不同lt射角度的前向散射光信号,以供所 述信号处理单元进行处理。
11. 如权利要求10所述的细胞或粒子分析仪,其特征在于,还包括: 光束整形单元,用于将激发单元发射的光束整形成椭圆形光斑以照射到所述流动室的照射区域,其中光斑的短轴方向和流动室中样本 流方向一致,长轴方向垂直于纟羊本流方向。
12. 如权利要求10所述的细胞或粒子分析仪,其特征在于,还包括:第二光阑,设置在所述流动室之后,用于阻挡未被细胞或粒子散 射的从激发单元发出的直射光。
13. 如权利要求10至12中任何一项所述的细胞或粒子分析仪,其特 征在于:所述光束整形单元包括一对垂直放置的正柱面镜。
14. 一种用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测方法,其特 征在于,包括:会聚步骤,用于通过正柱面镜将前向散射光信号会聚到包^^按一 维方向布置的多个子探测单元的探测单元;以及探测步骤,用于将不同位置或区间的子探测单元探测的光信号作 为不同散射角度的光信号。
15. 如权利要求14所迷的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信 号探测方法,其特征在于,还包括:准直步骤,用于对前向散射光信号进行准直,然后再进行会聚。
16. 如权利要求14所述的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信 号探测方法,其特征在于,还包括:选通步骤,用具有不同通光孔径的光阑对前向散射光进行选择通 过,并且将探测到的通过不同通光孔径光阑的光信号作为不同嘲匸射角 度的光信号。
17. 如权利要求14至16中任何一项所述的用于细胞或粒子分析仪的 前向散射光信号探测方法,其特征在于:将不同位置区间内的子探测单元所探测的光信号作为不同散射角度的光信号时,将同 一位置区间内的子探测单元所探测的光信号的 加和作为相应散射角度的光信号。

说明书全文

前向散射光信号探测装置与方法及细胞或粒子分析仪 技术领域

发明涉及一种流式细胞仪或粒子分析仪,特别是涉及一种用于

细胞或粒子分析仪的前向^:射光信号探测装置、包含该探测装置的细 胞或粒子分析仪以及用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测 方法。

背景技术

在临床中,检测患者体液中的细胞信息能辅助医生对患者的疾病 特征进行准确的判断,特别^1对血液中的细胞进行冲全查,如对血液中 的红细胞、白细胞以及血小板计数和分类等。由此而产生了很多细胞 分析装置,这些装置利用电阻抗法和光学法来对血液细胞进行分析, 其中电阻抗法只能探测这些细胞的体积信息,并根据这些体积信息得 到细胞的个数以及简单的分群信息。然而,在对临床诊断有重要意义 的白细胞进行分析时,电阻抗法则存在着明显的不足。白细胞一般可 分为以下五类:淋巴细月包、单核细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和 嗜性粒细胞,这些细胞不能筒单地采用电阻抗法进行分类。因此, 基流式细胞术的细胞分析仪便应运而生。
这样的血液细胞分析仪一般由血样准备单元、流体单元、检测单 元以及信号处理单元组成。其中血样准备单元将一定量的稀释后的样 本与试剂发生作用后输送给流体单元,然后流体单元运输该作用后的 样本给检测单元中的流动室。其中流动室提供一个光学检测区域,在 这个区域中运用鞘流原理将血液细胞样本流包裹在鞘流中,《吏血液细 胞逐个地通过检测区域。光源(通常是激光)提供一个照射光束,以 照射到流动室的检测区域上。当细胞流过检测区域的时候,照射光束 照射到细胞上就会发生散射或激发荧光发射等,检测单元中的探测单元将在流动室中产生的各种光学信息收集并转换成电信号。最后,这 些电信号在信号处理单元中^皮处理后,针对不同的血样细胞提供一维 直方图或者二维散点图信息来对这些细胞进行计数或者分类等。
图1是一种常见的细胞分析装置。其中,光源101通常为氩离子激
光器或者氦氖激光器。从光源101发出的光束经过聚焦透镜102后会聚 到流动室103上。纟皮;险测细月包在鞘流的包裹下一个个顺序地通过流动室 103,当这些细胞通过会聚的光斑区域时即发生散射现象。与光源101 发出的光束方向相同的前向散射光被收集透镜105接收,经过一个小孔 106会聚到光电二极管107上,小孔的作用是消除背景光线对探测的影 响,提高信号的信噪比。在前向散射光收集光路中还有一个遮挡直射 光光阑104,它的作用是阻挡从光源101直接发射而未^f皮细胞散射的光 束,减少探测的本底信号。在与发射光束相垂直的方向,即流动室的 侧向或者90度方向上,散射光被透镜108收集后会聚到探测器光电倍增 管110 (PMT)上, 一般情况下光电倍增管前面会放置一个干涉滤光片 109来增加探测的信噪比。
上述细胞分析仪通过探测细胞散射的前向散射光和侧向散射光 信号来实现细胞的分类。分别以侧向散射光信号和前向散射光信号为 横坐标和纵坐标画出二维散点图,如图2所示,在该散点图中,白细胞 -陂分成三个明显的子类,如淋巴细胞、单核细胞和粒细胞。
通常情况下,图1中所示的细胞分析仪采用了价格昂贵且体积笨重 的氩离子激光器或者氦氖激光器作为激发光源,这些激光器需要外围 高压驱动、工作寿命短且维护费用高。另外,由于侧向散射信号较弱, 一般采用光电倍增管(PMT)作为探测器件,这样的探测器件同样价 格昂贵、需要高压驱动且易受周围环境温度以及磁场等的影响。因此, 图1中所描述的细胞分析仪一般都具备体积庞大、成本高且维护费用高 等特点。
专利文献EP0696731介绍了 一种小型化且成本低的细胞分析仪,它 采用了小巧的激光二极管作为激发光源,并在前向方向上利用一个具 有两个感光面的光电二极管探测器来探测两种前向^:射光。该细胞分
6析仪的特点是它还包括了得益于其具有多个探测面的探测器件,其光 路的调节变得非常简单,具体介绍如下。
激光二极管发出的光束经过准直透镜之后被聚焦透镜会聚到流 动室上,形成一个椭圓形的光斑。其中光斑的短轴方向和流动室中才羊 本流流动方向平行,而长轴方向垂直于样本流方向。样本流中的细月包 流经该会聚光斑照射的区域时所产生的散射光被准直透镜准直为平 行光,该平行光直接照射到探测光电二极管上。同样,与图1中常见的 细胞分析仪一样,该光路在激发光束传播方向相同的前向方向上设置 了一个挡直射光光阑,以消除未^^皮细胞散射的直射光。光电二极管探 测器具有多个分离的子探测面,通过合理的设计各个子探测面(如A、
B、 C等)的大小,可以实现两种不同度细胞散射光的收集探测,并 将产生的光信号转化为电信号,输送给信号处理单元处理,从而得出 细胞的分类信息。
在该细胞分析仪中,光电二极管探测器中的子探测面C探测的是 前向小角度散射光(1-5度)信号,子探测面A和E探测的是前向高角度 散射光(6-20度)信号。
图3示出的是该细胞分析^f义的一个典型的白细胞分类结果。该散点 图是以前向高角度散射信号作为散点图的横坐标,前向小角度散射信 号作为散点图的纵坐标。在该散点图中,L代表淋巴细胞、M代表单核 细胞、G代表粒细胞、E代表嗜酸性粒细胞。
该细胞分析仪的另外一个特点在于它光路的筒易调试性上。图4 表示的其简易调试的原理。
图4(a)是其光电二极管探测器的示意图。图4(b)表示的是移开挡直 射光光阑之后,在调试合格的光路中激发光束经过准直透镜后照射到 探测器的光分布示意图,此时照射光斑呈椭圆状对称地分布在探测器 上。其中子探测面A和E以及B和D的差分信号输出均为O,而子探测面C 输出最大信号Oru义。
图4(c)和图4(d)表示的是当光路上下偏移时的情况,此时子探测面B 和D的差分信号仍为O,,但是子探测面A和E的差分信号则不为O。具体表现为当光路往上偏移的时候,其差分信号大于o,而往下偏移的时候 差分信号小于o。因此,通过监测该差分信号可以调节光路的上下偏移。
同理,图4(e)和图4(f)表示的是当光路左右偏移时的情况,此时子 探测面A和E的差分信号为O,但是子探测面B和D的差分信号则不为O。 具体表现为,当光路往左偏移的时候,其差分信号大于O,而往右偏移 的时候差分信号小于O。因此,通过监测该差分信号可以调节光路的左 右偏移。
在调节挡直射光光阑的时候,同样可以应用该差分探测原理。图 5(a)表示的是当挡直射光光阑对称对中地放置在光路中时,激光光束照 射到探测器上的光斑分布示意图。图5(b)和图5(c)表示的是当直射光光 阑左右偏移的时候,照射光斑的分布。当挡直射光光阑往左偏移的时 候,子探测面A和E的差分信号为O,但是子探测面B和D的差分信号则 小于O,反之则相反。
因此,通过该探测器的特殊设计,可以收集两种前向散射光,以 达到小型化、低成本以及筒易调试的要求。
专利文献EP0696731中所公开的细胞分析仪是为了解决传统细胞 分析仪体积大、成本高以及维护困难等缺点而提出来的,是一种典型 的小型化、低成本的细胞分析装置9然而,该技术中也同时存在一些 缺点:
1. 该技术使用了由多个特殊形状的子探测面组成的光电探测器。 由于这种探测器并不是市场上的通用器件,需要制造商单独制作,因 此价格比通用的光电二极管探测器要昂贵许多且不容易推广;
2. 在该技术中,从细胞发出的散射光被准直透镜准直后,照射到 光电探测器上,通过各个子纟果测面的大小来选择角度。因此,准直透 镜的位置判断显得十分重要,而在该技术中缺乏判断准直透镜是否处 于准直位置的标准,调节过程只能依靠有经验的人员完成;
面的差分信号来实现,但是由于该调节包括了二维方向,即上下和左 右方向,调节过程繁瑣。发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷,提供一种用于流 式细胞分析仪或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置与方法、以及 包含该探测装置的细胞或粒子分析仪。为了实现这一目的,本发明所 采取的技术方案如下。
按照本发明的第 一方面,提供一种用于细胞或粒子分析仪的前向
^:射光信号探测装置,包括:探测单元,包含按一维方向布置的多个 子探测单元,用于探测前向散射光信号;以及收集单元,用于收集前 向散射光信号并会聚到所述探测单元;其中将不同位置或区间的子探 测单元探测的光信号作为不同散射角度的光信号。其中将不同位置区 间内的子探测单元所探测的光信号作为不同"R射角度的光信号时,将 同一位置区间内的子探测单元所探测光信号的加和作为相应散射角 度的光信号。
可选的是,按照本发明第一方面的用于细胞或粒子分析仪的前向 散射光信号探测装置,还包括长条形狭缝,设置在所述探测单元前面, 用于阻挡杂散光。
再可选的是,按照本发明第 一方面的用于细胞或粒子分析仪的前 向^:射光信号探测装置,还包括第一光阑,设置在所述收集单元前, 用于消除部分前向高角嘞:射光对前向小角度散射光的影响。
进一步可选的是,按照本发明笫一方面的用于细胞或粒子分析仪 的前向散射光信号探测装置,还包括准直透镜,用于将前向散射光准 直为平行于光轴的光束,以供收集单元进行收集。其中前向散射光的 "ft射角度按照下式计算:
A 61 = arctan(—);
/
其中/为^:射源距准直透镜的距离,O为子探测单元距光轴的距离。
进一步可选的是,按照本发明第一方面的用于细胞或粒子分析仪 的前向散射光信号探测装置,还包括具有不同通光孔径的光阑,设置
9在所述探测单元之前的光路中;其中将通过不同通光孔径光阑的光信 号作为不同散射角度的光信号。
优选的是,按照本发明第一方面的用于细胞或粒子分析仪的前向 散射光信号探测装置,其中所述收集单元包括至少一个正柱面镜,该 正柱面镜的作用方向垂直于探测单元中的子探测单元列的方向。
再优选的是,按照本发明第一方面的用于细胞或粒子分析^f义的前 向散射光信号探测装置,其中所述探测单元中的子探测单元大小相 等,并按一维方向等间距布置。
进一步优选的是,按照本发明第一方面的用于细胞或粒子分析^f义 的前向散射光信号探测装置,其中所述探测单元为光电二极管阵列, 包括至少三个光电二极管。
按照本发明的第二方面,提供一种细胞或粒子分析仪,包括:激 发单元,用于提供对细胞或粒子进行照射的光束;流动室,用于供^皮 鞘液裹^夹的样本液流过,使净皮测细胞或粒子逐个通过照射区域以产生 散射光;信号处理单元,用于从经过光电转换的散射光信号提取峰值 或者脉宽信息,从而对细月包或粒子进行处理;以及还包括按照本发明 第一方面的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置,用于 探测不同散射角度的前向散射光信号,以供所述信号处理单元进行处 理。
可选的是,按照本发明笫二方面的细胞或粒子分析仪,还包括光 束整形单元,用于将激发单元发射的光束整形成椭圆形光斑以照射到 所述流动室的照射区域,其中光斑的短轴方向和流动室中样本流方向 一致,长轴方向则垂直于一羊本流方向。
再可选的是,按照本发明第二方面的细胞或粒子分析仪,还包括 第二光阑,设置在所述流动室之后,用于阻挡未被细胞或粒子散射的 从激发单元发出的直射光。
进一步可选的是,按照本发明第二方面的细胞或粒子分析4义,还 包括显示单元,用于显示所述信号处理单元的处理结果。优选的是,按照本发明第二方面的细胞或粒子分析仪,其中所述 光束整形单元包括一对垂直放置的正柱面镜。
按照本发明的第三方面,提供一种用于细胞或粒子分析仪的前向
^:射光信号探测方法,包括:会聚步骤,用于通过正柱面镜将前向散 射光信号会聚到包含按一维方向布置的多个子探测单元的探测单元; 以及探测步骤,用于将不同位置或区间的子探测单元探测的光信号作 为不同散射角度的光信号。其中将不同位置区间内的子探测单元所探 测的光信号作为不同散射角度的光信号时,将同 一位置区间内的子探 测单元所探测的光信号的加和作为相应散射角度的光信号。
可选的是,按照本发明第三方面的用于细胞或粒子分析仪的前向 散射光信号探测方法,,还包括准直步骤,用于对前向散射光信号进行 准直,然后再进行会聚。
再可选的是,按照本发明第三方面的用于细胞或粒子分析^f义的前 向"R射光信号探测方法,还包括选通步骤,用具有不同通光孔径的光 阑对前向散射光进行选择通过,并且将探测到的通过不同通光孔径光 阑的光信号作为不同散射角度的光信号。
采用本发明技术方案的用于流式细胞分析仪或粒子分析仪的前 向散射光信号探测装置与方法、以及包含该探测装置的细胞或粒子分 析仪,其优点主要体现在以下方面:
1. 通过在前向收集两路或更多路散射光信号来对白细胞进行分 类,而没有使用侧向散射光的探测,因此整个分析仪器可以做的很小 型化;
2. 由于采用了市场通用的光电二极管探测阵列作为探测器件,减 少了系统的成本,同时也保持了系统的小型化优势;
确,且探测阵列中多个子探测单元的应用也简化了调试步骤;
4基于探测单元中的多个子探测单元,可以自由选择各种不同的 收集角度,从而达到更精细区分被测细胞或粒子中各个子群的目的, 提高了系统设计的自由度。下面将结合附图并通过具体的实施例对本发明进行进一步说明。 附图说明
图1是传统的细胞分析仪光路示意图; 图2是传统的细胞分析仪输出的白细胞散点图; 图3是现有技术中的小型化细月包分析仪输出的白细胞散点图; 图4是现有技术中的小型化细胞分析仪的光路调节示意图; 图5是现有技术的小型化细^^分4斤仪光路中的挡直射光光阑调节 示意图;
图6是按照本发明实施例的细胞或粒子分析仪外观图; 图7是按照本发明实施例的细胞或粒子分析仪的系统框架图 图8是按照本发明实施例的细胞或粒子分析仪的光路示意图; 图9是流动室截面图;
图10是按照本发明实施例的光电二极管探测阵列示意图; 图11是按照本发明实施例的另一种光路示意图; 图12是按照本发明实施例的嘲:射光收集角度与探测阵列中子探 测单元关系示意图;
图13是按照本发明实施例的收集单元中光阑的作用示意图;
图14是按照本发明实施例的细胞或粒子分析仪的光路调节示意
图;
图15是按照本发明实施例的光路共焦法调节准直透镇;位置示意
图;
图16是使用按照本发明实施例的细胞分析仪对白细胞进行分类 的散点图;
图17是按照本发明实施例的用于细胞或粒子分析仪的前向散射
光信号^:测方法的流程图

具体实施方式

图6表示的是按照本实施例的细胞或粒子分析仪外观100的示意 图,包括:血样准备单元1中的采样针101,将采样针101放入患者的血
12液采集管中,按动开关102,就会触发该细胞或粒子分析仪开始工作, 从而进行血样吸取、试剂反应处理、细胞探测以及分析给出结果等; 触发开关102,通过按动该开关实现细胞或粒子分析仪的自动化运作; 以及LED指示灯103,它可以指示细胞或粒子分析仪的运行状态。
如图7所示,图6所示的细胞或粒子分析仪的功能结构包括如下几 个部分:
血样准备单元1,在其中将一定量的全血样本稀释,且与试剂发生 作用后输送给流体单元2;
流体单元2,在其中将待测样本在压的作用下形成鞘流,使细胞 一个个顺序通过流动室4的检测区域;
激发单元3,采用激光二极管作为光源,经过准直之后,由一对垂 直放置的正柱面镜作用后产生一束会聚在流动室上的光束,用来激发 经过该会聚光斑区域的细胞,使之产生散射光;
流动室4,用来导入样本流和鞘流,鞘流裹挟着样本流在压力作用 下通过流动室的检测区域,样本流中的细胞^皮激光束照射而产生散射
光;
收集单元5,收集从细胞散射出的一定角度范围内的^t射光,并被 探测单元6所探测;
探测单元6,将收集到的散射光信号转变为电信号,并输送织言号 处理单元7处理;
信号处理单元7,对光电转换后的信号进行处理,并提供一维直方 图或者二维散点图信息来对细胞进行计数或者分类等。
以下对各个組成部分分别进行描述。
血样准备单元1的作用是提供经过处理后的待检测样本,它包括由 采样针吸入一定量的全血样本,并将该样本进行一定比例的稀释。然 后,将稀释样本与相应的试剂进行反应,在反应时间充分后,将此时 的待测样本输送给流体单元2,由流体单元2进行下一 步的处理。
流体单元2包括一系列的管路、压力以及控制单元等。其作用是 形成鞘流条件,使稀释液包裹着待测样本进入流动室4,同时样本流中
13的细胞一个个顺序地通过流动室中的检测区域接受激光检测d流体单 元2的作用还包括将经过检测的样本流以及稀释液输送到一个废液池 内储存。
在本实施例中,釆用可见光波段的激光二极管作为激发光源,激 光二极管具有体积小、成本低且寿命长等优点,因此能大大降低细胞 或粒子分析仪的体积和成本。
激光二极管发出的光线经过一个准直透镜准直成平行光束,该平
行光束经过一对垂直放置的正柱面镜会聚在流动室4上,形成一个椭圆
形的聚焦光斑。光斑短轴方向与流动室中样本流动方向一致,短轴的
尺寸应与细月包的大小相匹配,大约10-20um;光斑长轴方向垂直于细 胞流动方向和光轴方向,长轴的尺寸应基本上覆盖流动室中的检测区 内壁宽度,在本实施例中长轴方向为200um。该扁平化的光斑有助于 减少由于样本流中细胞的摆动而引起的探测误差。
流动室4提供了一个激发光源,^:测细胞作用的区域。流动室4由 光学透明材料制成,典型的材料为石英玻璃。为了不改变光束的传播 特性,要求其内壁和外壁都具有相当高的平面度,并要保持内、外壁
射出。又 ''、 。' '"、 。
在收集单元5中,首先由一个准直透4竟将散射光准直成平行光束, 然后再经过一个正柱面镜会聚到探测单元上。
探测单元是一个线阵的多探测子单元的光电二极管探测阵列,该 阵列中的子探测单元的排列方向(以下称为长轴方向)与收集单元中 的正柱面^;的作用方向相垂直。散射光经过正柱面4竟后在长轴方向上 并没有^皮会聚,因此可通过探测阵列长轴方向上的各个子探测单元的 大小和位置,来选择收集前向方向上不同角度范围的两种嘲:射光;而 在探测阵列的短轴方向上,散射光纟皮正柱面镜会聚到探测阵列上,提 高了收集到的散射光能量。探测单元6将收集到的两路散射光信号转变 为电信号输送给信号处理单元7进行分析。信号处理单元7将光电转换之后的电信号进行相应的放大和滤波 处理,在将信号数字化之后提取散射信号的相关信息,并把这些信息 通过形成一维直方图或者二维散点图来实现对细胞进行计数或者分
类等,其结果通过输出设备来显示,输出设备可以是打印机或者LCD。
图8示出了按照本实施例的分析仪所采用的一种光路图,其中图8A 和8B分别是/人相互垂直的两个方向观察的光路图。作为激光器的激光 二极管31可采用如Opnext的HL6714G等,其最大输出功率10mW,波长为 670nm。激光器的安装方式为使发散角大的方向和流动室样本流方向 一致,如图8所示。准直透镜32将激光器发出的光线准直为平行光束。
一对垂直放置的正柱面镜33和34将准直后的光束会聚成一个扁椭 圆形的聚焦光斑,其中该聚焦光斑的短轴与流动室样本流方向一致。 正柱面镜33的作用是在流动室样本流方向上对准直光束进行会聚,而 正柱面镜34的作用是在垂直流动室样本流方向上对准直光束进行会 聚。该正柱面镜组的安装方式如图8所示。聚焦后的扁椭圆形光斑的大 小为20umx200um。
图9示出了流动室35的横截面图。流动室35由石英玻璃制成, 为4mmx4mmx10mm的棱柱,内开一个200umx200um的方孔,要求外壁 以及孔的内壁具有很好的平行度并且各自需要有很好的平面度以及 表面质量,使光奉在经过流动室的时候尽量小地改变其传播特性。样 本中的细胞流沿着图8A中垂直纸面的方向由里向外流动,或者在图 8B中在纸面中由下向上流动。
第二光阑(即挡直射光光阑)36用于阻挡未^支细胞f:射的从光源 发出的直射光束。准直透镜37将从细胞发出的"R射光准直为平行于光 轴方向的光束。第一光阑38用于消除部分前向高角嘲:射光对前向小角 度"R射光的影响。正柱面镜39在流动室样本流方向上对平行光束没有 作用,而在垂直于流动室样本流方向上对平行光束进行会聚。长条形 狭缝40用于阻挡周围的杂散光,提高探测的信噪比,其中长条方向和 正柱面4竟39的作用方向相垂直。线阵光电二极管探测阵列41有16个子探测单元,每个子探测单元
的大小为1.175mmx2.0mm,如图10所示。
光电二极管探测阵列41的各个子探测单元排列方向(以下称长轴 方向)与正柱面镜39的作用方向相垂直,这样经过准直透镜37之后的 平行光没有经过正柱面镜39的作用,平行地照射在探测阵列的长轴方 向上;而在正柱面镜39作用的方向上,准直的散射光纟皮会聚到探测阵 列的短轴方向上,提高了收集光的能量。因此,正柱面镜39和光电二 极管探测阵列41还可以有另外一种安装方式,如图11所示。
在光电二极管探测阵列长轴方向上,通过各个子探测单元的大小 和位置来进行收集角度的选择,如图8和11中所示,虚线代表的"R射光 表示前向小角度散射光,被光电二极管探测阵列中的中心部位的子探 测单元接收,而其他实线代表的散射光表示的是前向高角散射光,被 光电二极管探测阵列中的远离中心的子探测单元接收,从而输出两路 散射光信号。 ,
下面介绍lt射光角度的选择。
如图12所示,光电二极管探测阵列41以位于光轴上的第8子探测单 元为该探测阵列中心。当然,也可以以其它子探测单元或者两个相邻 的子纟果测单元之间的间隙作为整个光电二才及管^:测阵列的中心。此 时,在光电探测阵列的长轴方向,散射光被准直透镜准直之后直接照 射到光电阵列上(未^f皮正柱面镜作用)。通过各个子探测单元的大小 和位置选择散射角度,进行收集。
在本实施案例中,以子探测单元7和9的加和输出为前向小角度散 射信号,而以子探测单元6-1以及10-15共12个子探测单元的加和输出作 为前向高角度散射信号。以前向高角度散射信号收集为例,根据各个 子探测单元的大小和位置所对应的高度计算对应的^:射收集角度,如 前向高角度的下限如图中虚线所示,对应的探测器高度为D^而前向
高角度的上限如图中实线所示,对应的探测器高度为D2,则收集角度
范围为:
161 、, 《2 = arctan(,)
在本实施案例中,前向小角度收集范围为1°-5°,前向高角度收集 范围为8°-20°。
第一光阑38的作用叙述如下。由于从细胞发出的散射光被准直透 镜37准直之后,其截面积是一个圆形,理论上除了中间深色区域代表 的是前向小角度散射光信号外,其他部分均为前向高角度散射光信 号。但是,再经过正柱面镜39会聚之后,光电二极管探测阵列中的子 探测单元7和9所探测的前向小角度中包含了左右两侧的部分前向高角 度散射信号,如图13中斜线阴影部分所示。为了减少阴影部分的前向 高角度散射光信号对前向小角度"R射光信号的探测的影响,需要设置 一个第一光阑38,如图13中斜线阴影部分所示。
另外,除了直接利用各个子探测单元的大小和位置来确定收集角 度,还可以通过在光电二极管探测阵列之前的光路中设置不同通光孔 径的光阑,将通过不同通光孔径光阑的光信号作为不同嘞:射角度的光 信号,从而来实现对不同散射角度的光信号的收集。当然,不同通光 孔径的光阑最好设置在准直透镜与光电二极管探测阵列之间。此时, 上述公式中的D1和D2则代表光阑的通光孔径。
在本实施例中,采用了子探测单元7和9的加和输出为前向小角度 "^射信号,而以子探测单元6-1以及10-15共12个子探测单元的加和输出 作为前向高角度散射信号。也可以养用子探测单元7和9的加和输出为 前向小角度散射信号,而子探测单元6、 5和10、 11这四个子探测单元 的加和输出为前向中低角度散射信号,而4-1和12-15共8个子探测单元 的加和作为前向高角度散射信号,从而系统输出三路散射光信号。依 次类推,可以输出四路甚至更多路散射光信号,以达到更精细区分被 测细力包的目的。本实施例中,由于采用了光电二极管探测阵列而使得光路的调节
变得简单。图12中的子探测单元7和9可以输出差分信号,作为光路调 节的依据,现介绍如下。
调节光路之前,先将第二光阑36移开,由于正柱面镜39的作用, 从激光二极管发出的光束会4皮会聚成长条形的椭圆光斑分布,如图14 中阴影部分所示。该光斑的长轴方向同样和正柱面镜的作用方向相垂 直。
正常情况下,当光路调节好之后,该椭圆形光斑对称地分布在光 电二极管探测阵列上,如图14A所示,此时子探测单元7和9的差分输出 为0 (即output7-output9-0),而中央单元8的输出为最大(即output8 =max)。
图14B所示的是当光路向上偏移时的情况,此时子探测单元7和9 的差分输出大于0 (即output7-output9>0),而中央单元8的输出小于图 14A中的最大值(即output8〈max)。
图14C所示的是当光路向下偏移时的情况,此时子探测单元7和9 的差分输出小于0 (即output7-output9<0),而中央单元8的输出小于图 14A中的最大值(即output8〈max)。
在调节好光路之后,观察子探测单元7和9加和输出的前向小角度 强度来调节第二光阑36,当该输出强度最小的时候,即表示第二光阑 已经对中地;改置在光路中央。
在正柱面镜39的作用方向(即左右方向上),由于净皮准直的散射 光已经^支会聚,因此只需要将会聚后的光斑对准光电二极管探测阵列 前方的狭缝即可,因此在这个方向上的调节步骤显得十分简单。
在本实施例中,使用具有多个子探测单元的光电二极管探测阵列 来进行收集角度的选择。该部分也同样可以通过光路调节来实现,现 介绍如下。
图15表示的是在垂直样本流方向上的收集光路示意图,具体光路 图如图8A中所示。图15(A)表示是调试好的光路图,其中从细胞发出的散射光被准 直,而准直后的嘲:射光^皮正柱面镜会聚后通过光电二极管探测阵列前 的狭缝,纟皮各个子探测单元接收,输出该细胞对应的散射信号。
图15(B)表示的是准直透镜偏移准直位置(往右远离细胞方向)时 的示意图,此时从细胞发出的散射光被会聚,导致在经过正柱面镜后, ^:射光的会聚点提前,引起散射光不能被全部接收,子探测单元输出 的信号小于图15(A)中情况。
图15(C)表示的是准直透镜偏移准直位置(往左靠近细胞方向)时 的示意图,此时从细胞发出的散射光被发散,导致在经过正柱面镜后, 散射光的会聚点靠后,同样引起散射光不能被全部接收,子探测单元 输出的信号小于图15(A)中情况。
因此,采用上述的光学共焦方法,通过观察前向高角度的光信号 输出是否达到最大值即可判断准直透镜的位置是否正确,判断的标准 明确,调试过程简单。
从各个子探测单元输出的前向小角度和前向高角度散射信号被 转化为电信号后,送给信号处理单元分析处理。根据这些信号的峰值 或者脉沖宽度信息,输出一维直方图或者二维散点图来实现对细胞的 计数或者分类。 、
图16表示的是利用前向小角度和前向高角度散射信号绘制的经过 试剂处理之后的白细胞散点图。其中横轴代表前向高角度散射信号, 而纵轴代表前向小角度散射信号。从图中可以看出白细胞被明显地区 分为四个子分类,其中L代表淋巴细胞、M代表单核细胞、G代表粒细 胞、E代表嗜酸性粒细胞。
在本实施例中,由于采用了激光二极管作为光源,同时使用通用 的光电二极管探测阵列收集两路或更多路前向散射光来对白细胞进 行分类,没有使用侧向散射光的探测,因此整个分析仪器可以做得很 小型化,同时成本较低。另外,得益于多子探测单元的探测阵列的使 用,分析仪的光路调节也变得十分简单且判断标准明确。
19图17示出了按照本发明实施例的用于细胞或粒子分析仪的前向散 射光信号探测方法的流程图。该探测方法包括准直步骤1901、会聚步 骤1903、选通步骤1905和探测步骤1907,其中准直步骤1901和选通步骤 1905都是可选的。但是,在本实施例中,最好至少包括准直步骤1901。
在准直步骤1901中,通过透镜对来自散射源的前向散射光信号进 行准直,将其变换为平行光束。在会聚步骤1903中,通过正柱面镜将 前向散射光信号会聚到包括按一维方向布置的多个子探测单元的探 测单元。在探测步骤1907中,将不同位置或区间的子探测单元探测的 光信号作为不同散射角度的光信号。在将不同位置区间内的子4罙测单 元探测的光信号作为不同散射角度的光信号时,将同 一位置区间内的 子探测单元所探测的光信号的加和作为相应散射角度的光信号。
另外,按照本实施例的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号 探测方法,也可以通过选通步骤1905,使用具有不同通光孔径的光阑 对前向散射光进行选择通过,并且将探测到的通过不同通光孔径光阑 的光信号作为不同^:射角度的光信号。
以上通过具体的实施例对本发明进行了说明,但本发明并不限于 这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白,还可以对本发明估文各 种修改、等同替换、变化等等,但是,只要未背离本发明的精神,都 应在本发明的保护范围之内。另外,本申请说明书权利要求书中所 使用的一些术语,如"左"、"右"、"前."、"之前"等等,仅仅是为了便于描 述,而不是对本发明的限制。
20
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈