專利名稱：前向散射光信號探測裝置與方法及細(xì)胞或粒子分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流式細(xì)胞儀或粒子分析儀，特別是涉及一種用于
細(xì)胞或粒子分析儀的前向^:射光信號探測裝置、包含該探測裝置的細(xì) 胞或粒子分析儀以及用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向散射光信號探測 方法。
背景技術(shù)：
在臨床中，檢測患者體液中的細(xì)胞信息能輔助醫(yī)生對患者的疾病 特征進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，特別^1對血液中的細(xì)胞進(jìn)行沖全查，如對血液中 的紅細(xì)胞、白細(xì)胞以及血小板計數(shù)和分類等。由此而產(chǎn)生了很多細(xì)胞 分析裝置，這些裝置利用電阻抗法和光學(xué)法來對血液細(xì)胞進(jìn)行分析， 其中電阻抗法只能探測這些細(xì)胞的體積信息，并根據(jù)這些體積信息得 到細(xì)胞的個數(shù)以及簡單的分群信息。然而，在對臨床診斷有重要意義 的白細(xì)胞進(jìn)行分析時，電阻抗法則存在著明顯的不足。白細(xì)胞一般可 分為以下五類淋巴細(xì)月包、單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞和 嗜堿性粒細(xì)胞，這些細(xì)胞不能筒單地采用電阻抗法進(jìn)行分類。因此， 基流式細(xì)胞術(shù)的細(xì)胞分析儀便應(yīng)運而生。
這樣的血液細(xì)胞分析儀一般由血樣準(zhǔn)備單元、流體單元、檢測單 元以及信號處理單元組成。其中血樣準(zhǔn)備單元將一定量的稀釋后的樣 本與試劑發(fā)生作用后輸送給流體單元，然后流體單元運輸該作用后的 樣本給檢測單元中的流動室。其中流動室提供一個光學(xué)檢測區(qū)域，在 這個區(qū)域中運用鞘流原理將血液細(xì)胞樣本流包裹在鞘流中，《吏血液細(xì) 胞逐個地通過檢測區(qū)域。光源(通常是激光)提供一個照射光束，以 照射到流動室的檢測區(qū)域上。當(dāng)細(xì)胞流過檢測區(qū)域的時候，照射光束 照射到細(xì)胞上就會發(fā)生散射或激發(fā)熒光發(fā)射等，檢測單元中的探測單元將在流動室中產(chǎn)生的各種光學(xué)信息收集并轉(zhuǎn)換成電信號。最后，這 些電信號在信號處理單元中^皮處理后，針對不同的血樣細(xì)胞提供一維 直方圖或者二維散點圖信息來對這些細(xì)胞進(jìn)行計數(shù)或者分類等。
圖1是一種常見的細(xì)胞分析裝置。其中，光源101通常為氬離子激
光器或者氦氖激光器。從光源101發(fā)出的光束經(jīng)過聚焦透鏡102后會聚 到流動室103上。纟皮;險測細(xì)月包在鞘流的包裹下一個個順序地通過流動室 103,當(dāng)這些細(xì)胞通過會聚的光斑區(qū)域時即發(fā)生散射現(xiàn)象。與光源101 發(fā)出的光束方向相同的前向散射光被收集透鏡105接收，經(jīng)過一個小孔 106會聚到光電二極管107上，小孔的作用是消除背景光線對探測的影 響，提高信號的信噪比。在前向散射光收集光路中還有一個遮擋直射 光光闌104，它的作用是阻擋從光源101直接發(fā)射而未^f皮細(xì)胞散射的光 束，減少探測的本底信號。在與發(fā)射光束相垂直的方向，即流動室的 側(cè)向或者90度方向上，散射光被透鏡108收集后會聚到探測器光電倍增 管110 (PMT)上， 一般情況下光電倍增管前面會放置一個干涉濾光片 109來增加探測的信噪比。
上述細(xì)胞分析儀通過探測細(xì)胞散射的前向散射光和側(cè)向散射光 信號來實現(xiàn)細(xì)胞的分類。分別以側(cè)向散射光信號和前向散射光信號為 橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)畫出二維散點圖，如圖2所示，在該散點圖中，白細(xì)胞 -陂分成三個明顯的子類，如淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞和粒細(xì)胞。
通常情況下，圖1中所示的細(xì)胞分析儀采用了價格昂貴且體積笨重 的氬離子激光器或者氦氖激光器作為激發(fā)光源，這些激光器需要外圍 高壓驅(qū)動、工作壽命短且維護(hù)費用高。另外，由于側(cè)向散射信號較弱， 一般采用光電倍增管(PMT)作為探測器件，這樣的探測器件同樣價 格昂貴、需要高壓驅(qū)動且易受周圍環(huán)境溫度以及磁場等的影響。因此， 圖1中所描述的細(xì)胞分析儀一般都具備體積龐大、成本高且維護(hù)費用高 等特點。
專利文獻(xiàn)EP0696731介紹了 一種小型化且成本低的細(xì)胞分析儀，它 采用了小巧的激光二極管作為激發(fā)光源，并在前向方向上利用一個具 有兩個感光面的光電二極管探測器來探測兩種前向^:射光。該細(xì)胞分
6析儀的特點是它還包括了得益于其具有多個探測面的探測器件，其光 路的調(diào)節(jié)變得非常簡單，具體介紹如下。
激光二極管發(fā)出的光束經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡之后被聚焦透鏡會聚到流 動室上，形成一個橢圓形的光斑。其中光斑的短軸方向和流動室中才羊 本流流動方向平行，而長軸方向垂直于樣本流方向。樣本流中的細(xì)月包 流經(jīng)該會聚光斑照射的區(qū)域時所產(chǎn)生的散射光被準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直為平 行光，該平行光直接照射到探測光電二極管上。同樣，與圖1中常見的 細(xì)胞分析儀一樣，該光路在激發(fā)光束傳播方向相同的前向方向上設(shè)置 了一個擋直射光光闌，以消除未^^皮細(xì)胞散射的直射光。光電二極管探 測器具有多個分離的子探測面，通過合理的設(shè)計各個子探測面(如A、
B、 C等)的大小，可以實現(xiàn)兩種不同角度細(xì)胞散射光的收集探測，并 將產(chǎn)生的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，輸送給信號處理單元處理，從而得出 細(xì)胞的分類信息。
在該細(xì)胞分析儀中，光電二極管探測器中的子探測面C探測的是 前向小角度散射光(1-5度)信號，子探測面A和E探測的是前向高角度 散射光(6-20度)信號。
圖3示出的是該細(xì)胞分析^f義的一個典型的白細(xì)胞分類結(jié)果。該散點 圖是以前向高角度散射信號作為散點圖的橫坐標(biāo)，前向小角度散射信 號作為散點圖的縱坐標(biāo)。在該散點圖中，L代表淋巴細(xì)胞、M代表單核 細(xì)胞、G代表粒細(xì)胞、E代表嗜酸性粒細(xì)胞。
該細(xì)胞分析儀的另外一個特點在于它光路的筒易調(diào)試性上。圖4 表示的其簡易調(diào)試的原理。
圖4(a)是其光電二極管探測器的示意圖。圖4(b)表示的是移開擋直 射光光闌之后，在調(diào)試合格的光路中激發(fā)光束經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡后照射到 探測器的光分布示意圖，此時照射光斑呈橢圓狀對稱地分布在探測器 上。其中子探測面A和E以及B和D的差分信號輸出均為O，而子探測面C 輸出最大信號Oru義。
圖4(c)和圖4(d)表示的是當(dāng)光路上下偏移時的情況，此時子探測面B 和D的差分信號仍為O,,但是子探測面A和E的差分信號則不為O。具體表現(xiàn)為當(dāng)光路往上偏移的時候，其差分信號大于o,而往下偏移的時候 差分信號小于o。因此，通過監(jiān)測該差分信號可以調(diào)節(jié)光路的上下偏移。
同理，圖4(e)和圖4(f)表示的是當(dāng)光路左右偏移時的情況，此時子 探測面A和E的差分信號為O,但是子探測面B和D的差分信號則不為O。 具體表現(xiàn)為，當(dāng)光路往左偏移的時候，其差分信號大于O，而往右偏移 的時候差分信號小于O。因此，通過監(jiān)測該差分信號可以調(diào)節(jié)光路的左 右偏移。
在調(diào)節(jié)擋直射光光闌的時候，同樣可以應(yīng)用該差分探測原理。圖 5(a)表示的是當(dāng)擋直射光光闌對稱對中地放置在光路中時，激光光束照 射到探測器上的光斑分布示意圖。圖5(b)和圖5(c)表示的是當(dāng)直射光光 闌左右偏移的時候，照射光斑的分布。當(dāng)擋直射光光闌往左偏移的時 候，子探測面A和E的差分信號為O，但是子探測面B和D的差分信號則 小于O，反之則相反。
因此，通過該探測器的特殊設(shè)計，可以收集兩種前向散射光，以 達(dá)到小型化、低成本以及筒易調(diào)試的要求。
專利文獻(xiàn)EP0696731中所公開的細(xì)胞分析儀是為了解決傳統(tǒng)細(xì)胞 分析儀體積大、成本高以及維護(hù)困難等缺點而提出來的，是一種典型 的小型化、低成本的細(xì)胞分析裝置9然而，該技術(shù)中也同時存在一些 缺點
1. 該技術(shù)使用了由多個特殊形狀的子探測面組成的光電探測器。 由于這種探測器并不是市場上的通用器件，需要制造商單獨制作，因 此價格比通用的光電二極管探測器要昂貴許多且不容易推廣；
2. 在該技術(shù)中，從細(xì)胞發(fā)出的散射光被準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后，照射到 光電探測器上，通過各個子纟果測面的大小來選擇角度。因此，準(zhǔn)直透 鏡的位置判斷顯得十分重要，而在該技術(shù)中缺乏判斷準(zhǔn)直透鏡是否處 于準(zhǔn)直位置的標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)過程只能依靠有經(jīng)驗的人員完成；
面的差分信號來實現(xiàn)，但是由于該調(diào)節(jié)包括了二維方向，即上下和左 右方向，調(diào)節(jié)過程繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種用于流 式細(xì)胞分析儀或粒子分析儀的前向散射光信號探測裝置與方法、以及 包含該探測裝置的細(xì)胞或粒子分析儀。為了實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明所 采取的技術(shù)方案如下。
按照本發(fā)明的第 一方面，提供一種用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向
^:射光信號探測裝置，包括探測單元，包含按一維方向布置的多個 子探測單元，用于探測前向散射光信號；以及收集單元，用于收集前 向散射光信號并會聚到所述探測單元；其中將不同位置或區(qū)間的子探 測單元探測的光信號作為不同散射角度的光信號。其中將不同位置區(qū) 間內(nèi)的子探測單元所探測的光信號作為不同"R射角度的光信號時，將 同一位置區(qū)間內(nèi)的子探測單元所探測光信號的加和作為相應(yīng)散射角 度的光信號。
可選的是，按照本發(fā)明第一方面的用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向 散射光信號探測裝置，還包括長條形狹縫，設(shè)置在所述探測單元前面， 用于阻擋雜散光。
再可選的是，按照本發(fā)明第 一方面的用于細(xì)胞或粒子分析儀的前 向^:射光信號探測裝置，還包括第一光闌，設(shè)置在所述收集單元前， 用于消除部分前向高角嘞:射光對前向小角度散射光的影響。
進(jìn)一步可選的是，按照本發(fā)明笫一方面的用于細(xì)胞或粒子分析儀 的前向散射光信號探測裝置，還包括準(zhǔn)直透鏡，用于將前向散射光準(zhǔn) 直為平行于光軸的光束，以供收集單元進(jìn)行收集。其中前向散射光的 "ft射角度按照下式計算
門 A 61 = arctan(—);
/
其中/為^:射源距準(zhǔn)直透鏡的距離，O為子探測單元距光軸的距離。
進(jìn)一步可選的是，按照本發(fā)明第一方面的用于細(xì)胞或粒子分析儀 的前向散射光信號探測裝置，還包括具有不同通光孔徑的光闌，設(shè)置
9在所述探測單元之前的光路中；其中將通過不同通光孔徑光闌的光信 號作為不同散射角度的光信號。
優(yōu)選的是，按照本發(fā)明第一方面的用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向 散射光信號探測裝置，其中所述收集單元包括至少一個正柱面鏡，該 正柱面鏡的作用方向垂直于探測單元中的子探測單元列的方向。
再優(yōu)選的是，按照本發(fā)明第一方面的用于細(xì)胞或粒子分析^f義的前 向散射光信號探測裝置，其中所述探測單元中的子探測單元大小相 等，并按一維方向等間距布置。
進(jìn)一步優(yōu)選的是，按照本發(fā)明第一方面的用于細(xì)胞或粒子分析^f義 的前向散射光信號探測裝置，其中所述探測單元為光電二極管陣列， 包括至少三個光電二極管。
按照本發(fā)明的第二方面，提供一種細(xì)胞或粒子分析儀，包括激 發(fā)單元，用于提供對細(xì)胞或粒子進(jìn)行照射的光束；流動室，用于供^皮 鞘液裹^夾的樣本液流過，使凈皮測細(xì)胞或粒子逐個通過照射區(qū)域以產(chǎn)生 散射光；信號處理單元，用于從經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換的散射光信號提取峰值 或者脈寬信息，從而對細(xì)月包或粒子進(jìn)行處理；以及還包括按照本發(fā)明 第一方面的用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向散射光信號探測裝置，用于 探測不同散射角度的前向散射光信號，以供所述信號處理單元進(jìn)行處 理。
可選的是，按照本發(fā)明笫二方面的細(xì)胞或粒子分析儀，還包括光 束整形單元，用于將激發(fā)單元發(fā)射的光束整形成橢圓形光斑以照射到 所述流動室的照射區(qū)域，其中光斑的短軸方向和流動室中樣本流方向 一致，長軸方向則垂直于一羊本流方向。
再可選的是，按照本發(fā)明第二方面的細(xì)胞或粒子分析儀，還包括 第二光闌，設(shè)置在所述流動室之后，用于阻擋未被細(xì)胞或粒子散射的 從激發(fā)單元發(fā)出的直射光。
進(jìn)一步可選的是，按照本發(fā)明第二方面的細(xì)胞或粒子分析4義，還 包括顯示單元，用于顯示所述信號處理單元的處理結(jié)果。優(yōu)選的是，按照本發(fā)明第二方面的細(xì)胞或粒子分析儀，其中所述 光束整形單元包括一對垂直放置的正柱面鏡。
按照本發(fā)明的第三方面，提供一種用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向
^:射光信號探測方法，包括會聚步驟，用于通過正柱面鏡將前向散 射光信號會聚到包含按一維方向布置的多個子探測單元的探測單元； 以及探測步驟，用于將不同位置或區(qū)間的子探測單元探測的光信號作 為不同散射角度的光信號。其中將不同位置區(qū)間內(nèi)的子探測單元所探 測的光信號作為不同散射角度的光信號時，將同 一位置區(qū)間內(nèi)的子探 測單元所探測的光信號的加和作為相應(yīng)散射角度的光信號。
可選的是，按照本發(fā)明第三方面的用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向 散射光信號探測方法，，還包括準(zhǔn)直步驟，用于對前向散射光信號進(jìn)行 準(zhǔn)直，然后再進(jìn)行會聚。
再可選的是，按照本發(fā)明第三方面的用于細(xì)胞或粒子分析^f義的前 向"R射光信號探測方法，還包括選通步驟，用具有不同通光孔徑的光 闌對前向散射光進(jìn)行選擇通過，并且將探測到的通過不同通光孔徑光 闌的光信號作為不同散射角度的光信號。
采用本發(fā)明技術(shù)方案的用于流式細(xì)胞分析儀或粒子分析儀的前 向散射光信號探測裝置與方法、以及包含該探測裝置的細(xì)胞或粒子分 析儀，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下方面
1. 通過在前向收集兩路或更多路散射光信號來對白細(xì)胞進(jìn)行分 類，而沒有使用側(cè)向散射光的探測，因此整個分析儀器可以做的很小 型化；
2. 由于采用了市場通用的光電二極管探測陣列作為探測器件，減 少了系統(tǒng)的成本，同時也保持了系統(tǒng)的小型化優(yōu)勢；
確，且探測陣列中多個子探測單元的應(yīng)用也簡化了調(diào)試步驟；
4基于探測單元中的多個子探測單元，可以自由選擇各種不同的 收集角度，從而達(dá)到更精細(xì)區(qū)分被測細(xì)胞或粒子中各個子群的目的， 提高了系統(tǒng)設(shè)計的自由度。下面將結(jié)合附圖并通過具體的實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。


圖1是傳統(tǒng)的細(xì)胞分析儀光路示意圖； 圖2是傳統(tǒng)的細(xì)胞分析儀輸出的白細(xì)胞散點圖； 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中的小型化細(xì)月包分析儀輸出的白細(xì)胞散點圖； 圖4是現(xiàn)有技術(shù)中的小型化細(xì)胞分析儀的光路調(diào)節(jié)示意圖； 圖5是現(xiàn)有技術(shù)的小型化細(xì)^^分4斤儀光路中的擋直射光光闌調(diào)節(jié) 示意圖6是按照本發(fā)明實施例的細(xì)胞或粒子分析儀外觀圖； 圖7是按照本發(fā)明實施例的細(xì)胞或粒子分析儀的系統(tǒng)框架圖 圖8是按照本發(fā)明實施例的細(xì)胞或粒子分析儀的光路示意圖； 圖9是流動室截面圖10是按照本發(fā)明實施例的光電二極管探測陣列示意圖； 圖11是按照本發(fā)明實施例的另一種光路示意圖； 圖12是按照本發(fā)明實施例的嘲:射光收集角度與探測陣列中子探 測單元關(guān)系示意圖13是按照本發(fā)明實施例的收集單元中光闌的作用示意圖14是按照本發(fā)明實施例的細(xì)胞或粒子分析儀的光路調(diào)節(jié)示意
圖15是按照本發(fā)明實施例的光路共焦法調(diào)節(jié)準(zhǔn)直透鎮(zhèn);位置示意
圖16是使用按照本發(fā)明實施例的細(xì)胞分析儀對白細(xì)胞進(jìn)行分類 的散點圖17是按照本發(fā)明實施例的用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向散射
光信號^:測方法的流程圖。
具體實施例方式
圖6表示的是按照本實施例的細(xì)胞或粒子分析儀外觀100的示意 圖，包括血樣準(zhǔn)備單元1中的采樣針101，將采樣針101放入患者的血
12液采集管中，按動開關(guān)102，就會觸發(fā)該細(xì)胞或粒子分析儀開始工作， 從而進(jìn)行血樣吸取、試劑反應(yīng)處理、細(xì)胞探測以及分析給出結(jié)果等； 觸發(fā)開關(guān)102，通過按動該開關(guān)實現(xiàn)細(xì)胞或粒子分析儀的自動化運作； 以及LED指示燈103，它可以指示細(xì)胞或粒子分析儀的運行狀態(tài)。
如圖7所示，圖6所示的細(xì)胞或粒子分析儀的功能結(jié)構(gòu)包括如下幾 個部分
血樣準(zhǔn)備單元1，在其中將一定量的全血樣本稀釋，且與試劑發(fā)生 作用后輸送給流體單元2;
流體單元2，在其中將待測樣本在壓力的作用下形成鞘流，使細(xì)胞 一個個順序通過流動室4的檢測區(qū)域；
激發(fā)單元3，采用激光二極管作為光源，經(jīng)過準(zhǔn)直之后，由一對垂 直放置的正柱面鏡作用后產(chǎn)生一束會聚在流動室上的光束，用來激發(fā) 經(jīng)過該會聚光斑區(qū)域的細(xì)胞，使之產(chǎn)生散射光；
流動室4，用來導(dǎo)入樣本流和鞘流，鞘流裹挾著樣本流在壓力作用 下通過流動室的檢測區(qū)域，樣本流中的細(xì)胞^皮激光束照射而產(chǎn)生散射
光；
收集單元5，收集從細(xì)胞散射出的一定角度范圍內(nèi)的^t射光，并被 探測單元6所探測；
探測單元6，將收集到的散射光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并輸送織言?處理單元7處理；
信號處理單元7，對光電轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行處理，并提供一維直方 圖或者二維散點圖信息來對細(xì)胞進(jìn)行計數(shù)或者分類等。
以下對各個組成部分分別進(jìn)行描述。
血樣準(zhǔn)備單元1的作用是提供經(jīng)過處理后的待檢測樣本，它包括由 采樣針吸入一定量的全血樣本，并將該樣本進(jìn)行一定比例的稀釋。然 后，將稀釋樣本與相應(yīng)的試劑進(jìn)行反應(yīng)，在反應(yīng)時間充分后，將此時 的待測樣本輸送給流體單元2,由流體單元2進(jìn)行下一 步的處理。
流體單元2包括一系列的管路、壓力以及閥控制單元等。其作用是 形成鞘流條件，使稀釋液包裹著待測樣本進(jìn)入流動室4，同時樣本流中
13的細(xì)胞一個個順序地通過流動室中的檢測區(qū)域接受激光檢測d流體單 元2的作用還包括將經(jīng)過檢測的樣本流以及稀釋液輸送到一個廢液池 內(nèi)儲存。
在本實施例中，釆用可見光波段的激光二極管作為激發(fā)光源，激 光二極管具有體積小、成本低且壽命長等優(yōu)點，因此能大大降低細(xì)胞 或粒子分析儀的體積和成本。
激光二極管發(fā)出的光線經(jīng)過一個準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直成平行光束，該平
行光束經(jīng)過一對垂直放置的正柱面鏡會聚在流動室4上，形成一個橢圓
形的聚焦光斑。光斑短軸方向與流動室中樣本流動方向一致，短軸的
尺寸應(yīng)與細(xì)月包的大小相匹配，大約10-20um;光斑長軸方向垂直于細(xì) 胞流動方向和光軸方向，長軸的尺寸應(yīng)基本上覆蓋流動室中的檢測區(qū) 內(nèi)壁寬度，在本實施例中長軸方向為200um。該扁平化的光斑有助于 減少由于樣本流中細(xì)胞的擺動而引起的探測誤差。
流動室4提供了一個激發(fā)光源,^:測細(xì)胞作用的區(qū)域。流動室4由 光學(xué)透明材料制成，典型的材料為石英玻璃。為了不改變光束的傳播 特性，要求其內(nèi)壁和外壁都具有相當(dāng)高的平面度，并要保持內(nèi)、外壁
射出。又 ''、 。' '"、 。
在收集單元5中，首先由一個準(zhǔn)直透4竟將散射光準(zhǔn)直成平行光束， 然后再經(jīng)過一個正柱面鏡會聚到探測單元上。
探測單元是一個線陣的多探測子單元的光電二極管探測陣列，該 陣列中的子探測單元的排列方向(以下稱為長軸方向)與收集單元中 的正柱面^;的作用方向相垂直。散射光經(jīng)過正柱面4竟后在長軸方向上 并沒有^皮會聚，因此可通過探測陣列長軸方向上的各個子探測單元的 大小和位置，來選擇收集前向方向上不同角度范圍的兩種嘲:射光；而 在探測陣列的短軸方向上，散射光纟皮正柱面鏡會聚到探測陣列上，提 高了收集到的散射光能量。探測單元6將收集到的兩路散射光信號轉(zhuǎn)變 為電信號輸送給信號處理單元7進(jìn)行分析。信號處理單元7將光電轉(zhuǎn)換之后的電信號進(jìn)行相應(yīng)的放大和濾波 處理，在將信號數(shù)字化之后提取散射信號的相關(guān)信息，并把這些信息 通過形成一維直方圖或者二維散點圖來實現(xiàn)對細(xì)胞進(jìn)行計數(shù)或者分
類等，其結(jié)果通過輸出設(shè)備來顯示，輸出設(shè)備可以是打印機或者LCD。
圖8示出了按照本實施例的分析儀所采用的一種光路圖，其中圖8A 和8B分別是/人相互垂直的兩個方向觀察的光路圖。作為激光器的激光 二極管31可采用如Opnext的HL6714G等，其最大輸出功率10mW，波長為 670nm。激光器的安裝方式為使發(fā)散角大的方向和流動室樣本流方向 一致，如圖8所示。準(zhǔn)直透鏡32將激光器發(fā)出的光線準(zhǔn)直為平行光束。
一對垂直放置的正柱面鏡33和34將準(zhǔn)直后的光束會聚成一個扁橢 圓形的聚焦光斑，其中該聚焦光斑的短軸與流動室樣本流方向一致。 正柱面鏡33的作用是在流動室樣本流方向上對準(zhǔn)直光束進(jìn)行會聚，而 正柱面鏡34的作用是在垂直流動室樣本流方向上對準(zhǔn)直光束進(jìn)行會 聚。該正柱面鏡組的安裝方式如圖8所示。聚焦后的扁橢圓形光斑的大 小為20umx200um。
圖9示出了流動室35的橫截面圖。流動室35由石英玻璃制成， 為4mmx4mmx10mm的棱柱，內(nèi)開一個200umx200um的方孔，要求外壁 以及孔的內(nèi)壁具有很好的平行度并且各自需要有很好的平面度以及 表面質(zhì)量，使光奉在經(jīng)過流動室的時候盡量小地改變其傳播特性。樣 本中的細(xì)胞流沿著圖8A中垂直紙面的方向由里向外流動，或者在圖 8B中在紙面中由下向上流動。
第二光闌(即擋直射光光闌)36用于阻擋未^支細(xì)胞f:射的從光源 發(fā)出的直射光束。準(zhǔn)直透鏡37將從細(xì)胞發(fā)出的"R射光準(zhǔn)直為平行于光 軸方向的光束。第一光闌38用于消除部分前向高角嘲:射光對前向小角 度"R射光的影響。正柱面鏡39在流動室樣本流方向上對平行光束沒有 作用，而在垂直于流動室樣本流方向上對平行光束進(jìn)行會聚。長條形 狹縫40用于阻擋周圍的雜散光，提高探測的信噪比，其中長條方向和 正柱面4竟39的作用方向相垂直。線陣光電二極管探測陣列41有16個子探測單元，每個子探測單元
的大小為1.175mmx2.0mm，如圖10所示。
光電二極管探測陣列41的各個子探測單元排列方向(以下稱長軸 方向)與正柱面鏡39的作用方向相垂直，這樣經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡37之后的 平行光沒有經(jīng)過正柱面鏡39的作用，平行地照射在探測陣列的長軸方 向上；而在正柱面鏡39作用的方向上，準(zhǔn)直的散射光纟皮會聚到探測陣 列的短軸方向上，提高了收集光的能量。因此，正柱面鏡39和光電二 極管探測陣列41還可以有另外一種安裝方式，如圖11所示。
在光電二極管探測陣列長軸方向上，通過各個子探測單元的大小 和位置來進(jìn)行收集角度的選擇，如圖8和11中所示，虛線代表的"R射光 表示前向小角度散射光，被光電二極管探測陣列中的中心部位的子探 測單元接收，而其他實線代表的散射光表示的是前向高角散射光，被 光電二極管探測陣列中的遠(yuǎn)離中心的子探測單元接收，從而輸出兩路 散射光信號。 ，
下面介紹lt射光角度的選擇。
如圖12所示，光電二極管探測陣列41以位于光軸上的第8子探測單 元為該探測陣列中心。當(dāng)然，也可以以其它子探測單元或者兩個相鄰 的子纟果測單元之間的間隙作為整個光電二才及管^:測陣列的中心。此 時，在光電探測陣列的長軸方向，散射光被準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直之后直接照 射到光電陣列上(未^f皮正柱面鏡作用)。通過各個子探測單元的大小 和位置選擇散射角度，進(jìn)行收集。
在本實施案例中，以子探測單元7和9的加和輸出為前向小角度散 射信號，而以子探測單元6-1以及10-15共12個子探測單元的加和輸出作 為前向高角度散射信號。以前向高角度散射信號收集為例，根據(jù)各個 子探測單元的大小和位置所對應(yīng)的高度計算對應(yīng)的^:射收集角度，如 前向高角度的下限如圖中虛線所示，對應(yīng)的探測器高度為D^而前向
高角度的上限如圖中實線所示，對應(yīng)的探測器高度為D2，則收集角度
范圍為
161 、, 《2 = arctan(,)
在本實施案例中，前向小角度收集范圍為1°-5°，前向高角度收集 范圍為8°-20°。
第一光闌38的作用敘述如下。由于從細(xì)胞發(fā)出的散射光被準(zhǔn)直透 鏡37準(zhǔn)直之后，其截面積是一個圓形，理論上除了中間深色區(qū)域代表 的是前向小角度散射光信號外，其他部分均為前向高角度散射光信 號。但是，再經(jīng)過正柱面鏡39會聚之后，光電二極管探測陣列中的子 探測單元7和9所探測的前向小角度中包含了左右兩側(cè)的部分前向高角 度散射信號，如圖13中斜線陰影部分所示。為了減少陰影部分的前向 高角度散射光信號對前向小角度"R射光信號的探測的影響，需要設(shè)置 一個第一光闌38,如圖13中斜線陰影部分所示。
另外，除了直接利用各個子探測單元的大小和位置來確定收集角 度，還可以通過在光電二極管探測陣列之前的光路中設(shè)置不同通光孔 徑的光闌，將通過不同通光孔徑光闌的光信號作為不同嘞:射角度的光 信號，從而來實現(xiàn)對不同散射角度的光信號的收集。當(dāng)然，不同通光 孔徑的光闌最好設(shè)置在準(zhǔn)直透鏡與光電二極管探測陣列之間。此時， 上述公式中的D1和D2則代表光闌的通光孔徑。
在本實施例中，采用了子探測單元7和9的加和輸出為前向小角度 "^射信號，而以子探測單元6-1以及10-15共12個子探測單元的加和輸出 作為前向高角度散射信號。也可以養(yǎng)用子探測單元7和9的加和輸出為 前向小角度散射信號，而子探測單元6、 5和10、 11這四個子探測單元 的加和輸出為前向中低角度散射信號，而4-1和12-15共8個子探測單元 的加和作為前向高角度散射信號，從而系統(tǒng)輸出三路散射光信號。依 次類推，可以輸出四路甚至更多路散射光信號，以達(dá)到更精細(xì)區(qū)分被 測細(xì)力包的目的。本實施例中，由于采用了光電二極管探測陣列而使得光路的調(diào)節(jié)
變得簡單。圖12中的子探測單元7和9可以輸出差分信號，作為光路調(diào) 節(jié)的依據(jù)，現(xiàn)介紹如下。
調(diào)節(jié)光路之前，先將第二光闌36移開，由于正柱面鏡39的作用， 從激光二極管發(fā)出的光束會4皮會聚成長條形的橢圓光斑分布，如圖14 中陰影部分所示。該光斑的長軸方向同樣和正柱面鏡的作用方向相垂 直。
正常情況下，當(dāng)光路調(diào)節(jié)好之后，該橢圓形光斑對稱地分布在光 電二極管探測陣列上，如圖14A所示，此時子探測單元7和9的差分輸出 為0 (即output7-output9-0),而中央單元8的輸出為最大(即output8 =max)。
圖14B所示的是當(dāng)光路向上偏移時的情況，此時子探測單元7和9 的差分輸出大于0 (即output7-output9>0)，而中央單元8的輸出小于圖 14A中的最大值(即output8〈max)。
圖14C所示的是當(dāng)光路向下偏移時的情況，此時子探測單元7和9 的差分輸出小于0 (即output7-output9<0)，而中央單元8的輸出小于圖 14A中的最大值(即output8〈max)。
在調(diào)節(jié)好光路之后，觀察子探測單元7和9加和輸出的前向小角度 強度來調(diào)節(jié)第二光闌36，當(dāng)該輸出強度最小的時候，即表示第二光闌 已經(jīng)對中地;改置在光路中央。
在正柱面鏡39的作用方向(即左右方向上)，由于凈皮準(zhǔn)直的散射 光已經(jīng)^支會聚，因此只需要將會聚后的光斑對準(zhǔn)光電二極管探測陣列 前方的狹縫即可，因此在這個方向上的調(diào)節(jié)步驟顯得十分簡單。
在本實施例中，使用具有多個子探測單元的光電二極管探測陣列 來進(jìn)行收集角度的選擇。該部分也同樣可以通過光路調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，現(xiàn) 介紹如下。
圖15表示的是在垂直樣本流方向上的收集光路示意圖，具體光路 圖如圖8A中所示。圖15(A)表示是調(diào)試好的光路圖，其中從細(xì)胞發(fā)出的散射光被準(zhǔn) 直，而準(zhǔn)直后的嘲:射光^皮正柱面鏡會聚后通過光電二極管探測陣列前 的狹縫，纟皮各個子探測單元接收，輸出該細(xì)胞對應(yīng)的散射信號。
圖15(B)表示的是準(zhǔn)直透鏡偏移準(zhǔn)直位置(往右遠(yuǎn)離細(xì)胞方向)時 的示意圖，此時從細(xì)胞發(fā)出的散射光被會聚，導(dǎo)致在經(jīng)過正柱面鏡后， ^:射光的會聚點提前，引起散射光不能被全部接收，子探測單元輸出 的信號小于圖15(A)中情況。
圖15(C)表示的是準(zhǔn)直透鏡偏移準(zhǔn)直位置(往左靠近細(xì)胞方向)時 的示意圖，此時從細(xì)胞發(fā)出的散射光被發(fā)散，導(dǎo)致在經(jīng)過正柱面鏡后， 散射光的會聚點靠后，同樣引起散射光不能被全部接收，子探測單元 輸出的信號小于圖15(A)中情況。
因此，采用上述的光學(xué)共焦方法，通過觀察前向高角度的光信號 輸出是否達(dá)到最大值即可判斷準(zhǔn)直透鏡的位置是否正確，判斷的標(biāo)準(zhǔn) 明確，調(diào)試過程簡單。
從各個子探測單元輸出的前向小角度和前向高角度散射信號被 轉(zhuǎn)化為電信號后，送給信號處理單元分析處理。根據(jù)這些信號的峰值 或者脈沖寬度信息，輸出一維直方圖或者二維散點圖來實現(xiàn)對細(xì)胞的 計數(shù)或者分類。 、
圖16表示的是利用前向小角度和前向高角度散射信號繪制的經(jīng)過 試劑處理之后的白細(xì)胞散點圖。其中橫軸代表前向高角度散射信號， 而縱軸代表前向小角度散射信號。從圖中可以看出白細(xì)胞被明顯地區(qū) 分為四個子分類，其中L代表淋巴細(xì)胞、M代表單核細(xì)胞、G代表粒細(xì) 胞、E代表嗜酸性粒細(xì)胞。
在本實施例中，由于采用了激光二極管作為光源，同時使用通用 的光電二極管探測陣列收集兩路或更多路前向散射光來對白細(xì)胞進(jìn) 行分類，沒有使用側(cè)向散射光的探測，因此整個分析儀器可以做得很 小型化，同時成本較低。另外，得益于多子探測單元的探測陣列的使 用，分析儀的光路調(diào)節(jié)也變得十分簡單且判斷標(biāo)準(zhǔn)明確。
19圖17示出了按照本發(fā)明實施例的用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向散 射光信號探測方法的流程圖。該探測方法包括準(zhǔn)直步驟1901、會聚步 驟1903、選通步驟1905和探測步驟1907,其中準(zhǔn)直步驟1901和選通步驟 1905都是可選的。但是，在本實施例中，最好至少包括準(zhǔn)直步驟1901。
在準(zhǔn)直步驟1901中，通過透鏡對來自散射源的前向散射光信號進(jìn) 行準(zhǔn)直，將其變換為平行光束。在會聚步驟1903中，通過正柱面鏡將 前向散射光信號會聚到包括按一維方向布置的多個子探測單元的探 測單元。在探測步驟1907中，將不同位置或區(qū)間的子探測單元探測的 光信號作為不同散射角度的光信號。在將不同位置區(qū)間內(nèi)的子4罙測單 元探測的光信號作為不同散射角度的光信號時，將同 一位置區(qū)間內(nèi)的 子探測單元所探測的光信號的加和作為相應(yīng)散射角度的光信號。
另外，按照本實施例的用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向散射光信號 探測方法，也可以通過選通步驟1905,使用具有不同通光孔徑的光闌 對前向散射光進(jìn)行選擇通過，并且將探測到的通過不同通光孔徑光闌 的光信號作為不同^:射角度的光信號。
以上通過具體的實施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于 這些具體的實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，還可以對本發(fā)明估文各 種修改、等同替換、變化等等，但是，只要未背離本發(fā)明的精神，都 應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。另外，本申請說明書和權(quán)利要求書中所 使用的一些術(shù)語，如"左"、"右"、"前."、"之前"等等，僅僅是為了便于描 述，而不是對本發(fā)明的限制。
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權(quán)利要求
1. 一種用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向散射光信號探測裝置，其特征在于，包括探測單元，包含按一維方向布置的多個子探測單元，用于探測前向散射光信號；以及收集單元，用于收集前向散射光信號并將其會聚到所述探測單元；其中將不同位置或區(qū)間的子探測單元所探測的光信號作為不同散射角度的光信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向散射光信號探測裝置，其特征在于，還包括長條形狹縫，設(shè)置在所述探測單元前面，用于阻擋雜散光。
3. 如權(quán)利要求1所述的用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向散射光信號 探測裝置，其特征在于，還包括第一光闌，設(shè)置在所述收集單元前，用于消除部分前向高角散射 光對前向小角度散射光的影響。
4. 如權(quán)利要求1所述的用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向散射光信號 探測裝置，其特征在于，還包括準(zhǔn)直透鏡，用于將前向^L射光準(zhǔn)直為平行于光軸的光束，以供收 集單元進(jìn)行收集。
5. 如權(quán)利要求1所述的用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向散射光信號 探測裝置，其特征在于，還包括具有不同通光孔徑的光闌，設(shè)置在所述探測單元之前的光路中； 其中將通過不同通光孔徑光闌的光信號作為不同散射角度的光 信號。
6. 如權(quán)利要求1至5中任何一項所述的用于細(xì)胞或粒子分析^f義的前 向散射光信號探測裝置，其特征在于所述收集單元包括至少一個正柱面鏡，該正柱面鏡的作用方向垂 直于探測單元中的子探測單元列的方向。
7. 如權(quán)利要求1至5中任何一項所述的用于細(xì)胞或粒子分析儀的前 向散射光信號探測裝置，其特征在于所述探測單元中的子探測單元大小相等，并按一維方向等間距布置。
8. 如權(quán)利要求1至5中任何一項所述的用于細(xì)胞或粒子分析儀的前 向散射光信號探測裝置，其特征在于將不同位置區(qū)間內(nèi)的子探測單元所探測的光信號作為不同散射 角度的光信號時，將同一位置區(qū)間內(nèi)的子探測單元所探測的光信號的 加和作為相應(yīng)散射角度的光信號。
9. 如權(quán)利要求1至5中任何一項所述的用于細(xì)胞或粒子分析儀的前 向散射光信號探測裝置，其特征在于所述探測單元為光電二極管陣列，包括至少三個光電二極管。
10. —種細(xì)胞或粒子分析儀，包括激發(fā)單元，用于提供對細(xì)胞或粒子進(jìn)行照射的光束；流動室，用于供^^鞘液裹挾的樣本液流過，使被測細(xì)胞或粒子逐 個通過照射區(qū)域以產(chǎn)生舉:射光；信號處理單元，用于從經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換的散射光信號提取峰值或者 脈寬信息，來對細(xì)胞或粒子進(jìn)行處理；其特征在于，還包括如權(quán)利要求1至8中任何一項所述的前向散射 光信號探測裝置，用于探測不同lt射角度的前向散射光信號，以供所 述信號處理單元進(jìn)行處理。
11. 如權(quán)利要求10所述的細(xì)胞或粒子分析儀，其特征在于，還包括 光束整形單元，用于將激發(fā)單元發(fā)射的光束整形成橢圓形光斑以照射到所述流動室的照射區(qū)域，其中光斑的短軸方向和流動室中樣本 流方向一致，長軸方向垂直于纟羊本流方向。
12. 如權(quán)利要求10所述的細(xì)胞或粒子分析儀，其特征在于，還包括第二光闌，設(shè)置在所述流動室之后，用于阻擋未被細(xì)胞或粒子散 射的從激發(fā)單元發(fā)出的直射光。
13. 如權(quán)利要求10至12中任何一項所述的細(xì)胞或粒子分析儀，其特 征在于所述光束整形單元包括一對垂直放置的正柱面鏡。
14. 一種用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向散射光信號探測方法，其特 征在于，包括會聚步驟，用于通過正柱面鏡將前向散射光信號會聚到包^^按一 維方向布置的多個子探測單元的探測單元；以及探測步驟，用于將不同位置或區(qū)間的子探測單元探測的光信號作 為不同散射角度的光信號。
15. 如權(quán)利要求14所迷的用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向散射光信 號探測方法，其特征在于，還包括準(zhǔn)直步驟，用于對前向散射光信號進(jìn)行準(zhǔn)直，然后再進(jìn)行會聚。
16. 如權(quán)利要求14所述的用于細(xì)胞或粒子分析儀的前向散射光信 號探測方法，其特征在于，還包括選通步驟，用具有不同通光孔徑的光闌對前向散射光進(jìn)行選擇通 過，并且將探測到的通過不同通光孔徑光闌的光信號作為不同嘲匸射角 度的光信號。
17. 如權(quán)利要求14至16中任何一項所述的用于細(xì)胞或粒子分析儀的 前向散射光信號探測方法，其特征在于將不同位置區(qū)間內(nèi)的子探測單元所探測的光信號作為不同散射角度的光信號時，將同 一位置區(qū)間內(nèi)的子探測單元所探測的光信號的 加和作為相應(yīng)散射角度的光信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于流式細(xì)胞分析儀或粒子分析儀的前向散射光信號探測裝置與方法、以及包含該探測裝置的細(xì)胞或粒子分析儀。其中所述探測裝置包括探測單元，具有按一維方向布置的多個子探測單元，用于探測前向散射光信號；以及收集單元，用于收集前向散射光信號并會聚到所述探測單元；其中將不同位置或區(qū)間的子探測單元探測的光信號作為不同散射角度的光信號。本發(fā)明可以減少系統(tǒng)的成本同時保持小型化優(yōu)勢，而且調(diào)試簡單，可自由選擇各種不同的收集角度，從而達(dá)到更精細(xì)區(qū)分被測細(xì)胞或粒子中各個子群的目的。
文檔編號G01N15/14GK101498646SQ20081006606
公開日2009年8月5日 申請日期2008年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月3日
發(fā)明者新 周, 成 羅, 邵漢榮 申請人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司