粒子成像室及其設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種粒子成像室，屬于醫(yī)學(xué)體外診斷所使用的影像式粒子分析儀。平直通道壁面和曲面通道壁面和兩個側(cè)通道壁面形成流體通道，曲面通道壁面具有圓弧形、余弦函數(shù)型和三次以上多項式型的曲面類型，通過調(diào)整樣本注入管位置使樣本液體進(jìn)入拍攝區(qū)域時基本處于流通通道的中心。本發(fā)明給出了粒子成像室的設(shè)計方法，并通過控制流量使樣本液體和鞘液流速相同，有效減小了樣本中粒子所受拉伸力和剪切力，并抑制了粒子的翻滾，提高了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【專利說明】粒子成像室及其設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)體外診斷所使用的影像式粒子分析儀的粒子成像室及其設(shè)計方法，尤其是涉及一種使用平面流式成像技術(shù)的粒子分析儀的粒子成像室及其設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]分析液體樣本中的顆粒物的方法和系統(tǒng)，有一種影像式的方法，需要將樣本液體送到光學(xué)系統(tǒng)的焦平面處，令光學(xué)系統(tǒng)能夠采集到樣本液體中顆粒物的圖像。對于顯微成像的光學(xué)系統(tǒng)，焦平面的厚度非常薄，使用這種方法的裝置中，需要使用鞘液包裹樣本進(jìn)入成像區(qū)域。
[0003]專利GB2167880A公開了一種用于顯微成像的平面層流裝置，該裝置給出的流體通道，從液體入口到拍攝區(qū)域之間有一段厚度變窄，截面積變小，通過這樣的幾何尺寸變化，使得樣本液體的厚度變薄，以適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的景深。專利CN100472199C公開了一種貫流分析器，利用幾何聚焦和線性流速聚焦使得樣本流體厚度變薄。這些技術(shù)，只針對光學(xué)系統(tǒng)的景深，對樣本液體的薄厚程度進(jìn)行研究，而沒有對樣本粒子的狀態(tài)進(jìn)行研究分析。
[0004]專利CN102998243A注意到了這個粒子姿態(tài)的問題，并針對這一問題提出了一種解決方法，使用多個鞘液泵對進(jìn)入粒子成像室的鞘液流量進(jìn)行分別控制，使樣本液體進(jìn)入成像區(qū)時處在通道的中心位置，從而控制粒子姿態(tài)。但是這種技術(shù)是從泵的流量控制樣本液體位置，也就是說只關(guān)心成像區(qū)的流動結(jié)果，而沒有研究液體流動的中間過程。
[0005]樣本液體在粒子成像室內(nèi)運(yùn)動的過程中，會受到周圍液體的力的作用，其中有運(yùn)動方向上的推拉力、垂直于運(yùn)動方向的剪切力，這些力的作用對于樣本液體中的粒子存在影響。在粒子成像室的設(shè)計制作過程中，應(yīng)針對這些力進(jìn)行優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種粒子成像室及其設(shè)計方法，用于獲得被外層液體包裹而引導(dǎo)流動的樣本液體中粒子的影像。
[0007]本發(fā)明采取的的技術(shù)方案是:包括曲面通道壁面、平直通道壁面和兩個通道側(cè)壁面所形成的中空的流體通道，鞘液隔離器、樣本注入管、第一鞘液注入管、第二鞘液注入管、廢液排出管，所述鞘液隔離器，與兩個通道側(cè)壁面相連接，所述樣本注入管，穿過鞘液隔離器內(nèi)部，其開口處具有扁平形狀，所述第一鞘液注入管，與第二鞘液注入管，分別位于鞘液隔離器的兩側(cè)，所述鞘液隔離器兩側(cè)的鞘液，一側(cè)為具有第一流量的從第一鞘液注入管注入的鞘液，另一側(cè)為具有第二流量的從第二鞘液注入管注入的鞘液；具有兩種流量的鞘液從兩側(cè)包夾住從所述鞘液隔離器的開口處流出的樣本液體，使樣本液體沿著希望的路徑運(yùn)動，進(jìn)入所述粒子成像室的成像區(qū)域。所述曲面通道壁面，具有圓弧型、余弦函數(shù)型、三次以上多項式型的曲面類型。
[0008]所述曲面通道壁面采用圓弧型。
[0009]所述第一鞘液注入管、第二鞘液注入管分別用于鞘液注入，使鞘液分別具有第一流量和第二流量，鞘液隔離器用于樣本液體的注入，使樣本液體具有第三流量，具有第一流量的鞘液和具有第二流量的鞘液分別位于具有第三流量的樣本液體兩側(cè)。
[0010]該粒子成像室的內(nèi)腔通道形狀經(jīng)過設(shè)計，優(yōu)化液體運(yùn)動的加速曲線，能夠降低由粒子上游和下游速度差引起的拉伸力，減少樣本中粒子的運(yùn)動損壞。所述粒子成像室包括曲面通道壁面、平直通道壁面和兩個通道側(cè)壁面所形成的中空的流體通道，鞘液隔離器、樣本注入管、第一鞘液注入管、第二鞘液注入管、廢液排出管。所述鞘液隔離器，與兩個通道側(cè)壁面相連接，所述樣本注入管，穿過鞘液隔離器內(nèi)部，其開口處具有扁平形狀，所述第一鞘液注入管，與第二鞘液注入管，分別位于鞘液隔離器的兩側(cè)。所述曲面通道壁面，具圓弧型、余弦函數(shù)型、三次以上多項式型的曲面類型，使通道壁面的截面積變化率連續(xù)，能夠使通道內(nèi)流動的液體流速變化率連續(xù)，不產(chǎn)生突變。
[0011]本發(fā)明提高粒子成像質(zhì)量方法的一個重要方面是，通過控制樣本液體和鞘液的流量，減小樣本液體與周圍的鞘液的速度差，保持樣本液體與鞘液流速的一致性，從而減小樣本液體和鞘液之間的剪切力，降低系統(tǒng)的勢能，同時減少樣本液體中粒子的卷曲、彎折等情況的發(fā)生，提高粒子成像的質(zhì)量。
[0012]本發(fā)明提高粒子成像質(zhì)量方法的另一個方面是，在所述樣本液體和鞘液流速基本相同的前提下，由于粒子成像室結(jié)構(gòu)的不對稱，使得樣本液體兩側(cè)的鞘液流動的距離和所受的阻力不盡相同，因此樣本液體在進(jìn)入拍攝區(qū)域時會偏離流通通道的中心，本方法通過調(diào)整樣本注入管的位置，使樣本液體進(jìn)入拍攝區(qū)域時基本處于流通通道的中心，從而抑制樣本液體中粒子的翻滾。
[0013]本發(fā)明粒子成像室的設(shè)計方法，包括下列步驟:
[0014]I)、確定光學(xué)系統(tǒng)的景深，2)、根據(jù)加工工藝所能達(dá)到的最小尺寸確定粒子成像室成像區(qū)的尺寸和樣本液體入口尺寸，3)、根據(jù)質(zhì)量守恒計算得出粒子成像室流體通道尺寸，
4)、以保證樣本液體加速度在合理范圍內(nèi)為原則，通過理論分析和仿真計算確定曲面形狀和尺寸，5)、根據(jù)粒子成像室的結(jié)構(gòu)和尺寸，優(yōu)化樣本液體進(jìn)入流體通道的位置。
[0015]本發(fā)明的有益效果:提出一種粒子成像室，通過對粒子成像室內(nèi)部流體通道的精確計算，給出曲線參數(shù)，使該流體通道的形狀能有效的減少液體流動過程中拉伸力和加速度過大引起的粒子損壞；同時采用控制液體流量的方式保證液體流速的一致性，減少粒子的卷曲和彎折；再通過調(diào)整樣本注入管的位置，使樣本液體進(jìn)入拍攝區(qū)域時基本處于流體通道的中心，從而抑制樣本液體中粒子的翻滾，提高了粒子分析的準(zhǔn)確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的粒子成像室的斜側(cè)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明粒子成像室不同類型曲面通道壁面對比圖；
[0018]圖3是本發(fā)明粒子成像室的流體通道尺寸示意圖；
[0019]圖4A是四種類型曲面所構(gòu)成粒子成像室內(nèi)的樣本液體流動速度對比曲線；
[0020]圖4B是四種類型曲面所構(gòu)成粒子成像室內(nèi)的樣本液體流動加速度對比曲線；
[0021]圖5是樣本注入管在中央時的樣本路徑仿真計算結(jié)果圖；
[0022]圖6是樣本注入管向平直通道壁面平移0.6mm時的樣本路徑仿真計算結(jié)果圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明提出了一種粒子成像室，用于獲得被外層液體包裹而引導(dǎo)流動的樣本液體中粒子的影像。該粒子成像室的內(nèi)腔通道形狀經(jīng)過設(shè)計，優(yōu)化液體運(yùn)動的加速曲線，能夠降低鞘液與樣本之間的剪切力，減少樣本中粒子的運(yùn)動損壞。
[0024]所述粒子成像室如圖1所示，包括平直通道壁面I，曲面通道壁面2，通道側(cè)壁面3，兩個通道側(cè)壁面所形成的中空的流體通道4，鞘液隔離器5，樣本注入管6，第一鞘液注入管7，第二鞘液注入管8，廢液排出管9。所述鞘液隔離器5，與兩個通道側(cè)壁面3相連接，所述樣本注入管6，穿過鞘液隔離器5內(nèi)部，其開口處具有扁平形狀，所述第一鞘液注入管7與第二鞘液注入管8，分別位于鞘液隔離器5的兩側(cè)。所述曲面通道壁面2，具有圓弧型、余弦函數(shù)型、三次以上多項式型的曲面類型，使通道壁面的截面積變化率連續(xù)，能夠使通道內(nèi)流動的液體流速變化率連續(xù)，不產(chǎn)生突變。
[0025]所述曲面通道壁面2，優(yōu)先采用圓弧型。
[0026]粒子成像室的功能是運(yùn)送樣本中的粒子到光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭前，使光學(xué)系統(tǒng)能夠采集到粒子的圖像。鞘液和樣本進(jìn)入粒子成像室后，流動速度、方向等狀態(tài)發(fā)生變化，最終使樣本液體流過粒子成像室的成像區(qū)時，得到位置合理、厚度合理的樣本層，從而使樣本液體內(nèi)的粒子能夠清晰的成像。粒子成像室的內(nèi)部流體通道的形狀、尺寸對于其內(nèi)流動的樣本液體和粒子存在影響，設(shè)計合理的粒子成像室，使其內(nèi)部液體的流動狀態(tài)平穩(wěn)地變化，最終在成像區(qū)得到符合測試需求的流動狀態(tài)，而不盡合理的通道形狀、尺寸，會使流體通道內(nèi)流動的液體的流動狀態(tài)發(fā)生不合理的變化，影響粒子成像效果。
[0027]為在粒子成像室的成像區(qū)得到厚度合理的樣本層，首先需要確定粒子成像室的流體通道尺寸。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在所研究的系統(tǒng)內(nèi)的流體質(zhì)量沒有增加也沒有減少的情況下，流入系統(tǒng)的流體質(zhì)量等于流出系統(tǒng)的流體質(zhì)量。當(dāng)流體是不可壓縮流體，也就是流體密度一定的情況下，可以認(rèn)為流入系統(tǒng)的流體體積等于流出系統(tǒng)的流體體積。如圖2所示，有如下公式:
【權(quán)利要求】
1.一種粒子成像室，其特征在于:包括曲面通道壁面、平直通道壁面和兩個通道側(cè)壁面所形成的中空的流體通道，鞘液隔離器、樣本注入管、第一鞘液注入管、第二鞘液注入管、廢液排出管。所述鞘液隔離器，與兩個通道側(cè)壁面相連接，所述樣本注入管，穿過鞘液隔離器內(nèi)部，其開口處具有扁平形狀，所述第一鞘液注入管，與第二鞘液注入管，分別位于鞘液隔離器的兩側(cè)；所述鞘液隔離器兩側(cè)的鞘液，一側(cè)為具有第一流量的從第一鞘液注入管注入的鞘液，另一側(cè)為具有第二流量的從第二鞘液注入管注入的鞘液；具有兩種流量的鞘液從兩側(cè)包夾住從所述鞘液隔離器的開口處流出的樣本液體，使樣本液體沿著希望的路徑運(yùn)動，進(jìn)入所述粒子成像室的成像區(qū)域；所述曲面通道壁面，采用圓弧型、余弦函數(shù)型、三次以上多項式型的曲面類型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粒子成像室，其特征在于:所述曲面通道壁面采用圓弧型。
3.根據(jù)如權(quán)利要求1所述的粒子成像室，其特征在于:第一鞘液注入管、第二鞘液注入管分別用于鞘液注入，使鞘液分別具有第一流量和第二流量，鞘液隔離器用于樣本液體的注入，使樣本液體具有第三流量，具有第一流量的鞘液和具有第二流量的鞘液分別位于具有第三流量的樣本液體兩側(cè)。
4.如權(quán)利要求1所述粒子成像室的設(shè)計方法，其特征在于包括下列步驟: 1)確定光學(xué)系統(tǒng)的景深； 2)根據(jù)加工工藝所能達(dá)到的最小尺寸確定粒子成像室成像區(qū)的尺寸和樣本液體入口尺寸； 3)根據(jù)質(zhì)量守恒計算得出粒子成像室流體通道尺寸； 4)以保證樣本液體加速度在合理范圍內(nèi)為原則，通過理論分析和仿真計算確定曲面形狀和尺寸； 5)根據(jù)粒子成像室的結(jié)構(gòu)和尺寸，優(yōu)化樣本液體進(jìn)入流體通道的位置。
【文檔編號】G01N21/01GK103558153SQ201310533096
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】孫健, 牛振興, 石欣, 趙越 申請人:長春迪瑞醫(yī)療科技股份有限公司