專利名稱：二次光散射法檢測細(xì)胞儀中顆粒飛行速度的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測影像流式細(xì)胞儀。具體講，涉及二次光散射法檢測細(xì)胞儀中顆粒 飛行速度的方法和實(shí)施裝置。
背景技術(shù)：
本技術(shù)主要應(yīng)用于影像流式細(xì)胞儀，而影像流式細(xì)胞儀是從傳統(tǒng)流式細(xì)胞儀進(jìn)化 而來的。傳統(tǒng)的流式細(xì)胞儀是一種用于對細(xì)胞或粒子進(jìn)行分析和分選，從而達(dá)到從細(xì)胞水 平上進(jìn)行早期疾病診斷(如癌癥)或研究毒品、射線等對細(xì)胞影響等目的的儀器。該儀器 在工作時(shí)需要對細(xì)胞或粒子進(jìn)行特異熒光標(biāo)記，計(jì)算機(jī)通過散射光和熒光信息確定細(xì)胞或 粒子的物理及化學(xué)信息，因而操作人員無法看到細(xì)胞或粒子的實(shí)際圖像。為解決這些問題， 影像流式細(xì)胞儀可實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)拍攝大量顆粒、可觀測細(xì)胞或粒子真實(shí)圖像及單個(gè)細(xì)胞或 粒子逐一“拍照留念”等功能。影像流式細(xì)胞儀技術(shù)是將稀釋后的血樣或其他生物學(xué)標(biāo)本，與鞘液(包裹血樣) 一起從微孔噴嘴噴出，使用高速攝影技術(shù)對噴流中的顆粒逐一拍照，再運(yùn)用圖像處理技術(shù) 實(shí)現(xiàn)對顆粒的識別、分類和計(jì)數(shù)。本技術(shù)中所謂“顆粒飛行速度”的測量實(shí)指被鞘液包裹的血樣中的顆粒的速度測 量，而顆粒的速度必然決定于包裹其的鞘液，故而調(diào)整鞘液速度實(shí)際上也即調(diào)整顆粒速度。 顆粒飛行速度的測量作用有二1、影像流式細(xì)胞儀中，樣本及鞘流從噴嘴噴出的速度需要十分穩(wěn)定，而為了穩(wěn)定 液流速度，首先要測量液流速度。2、影像流式細(xì)胞儀中，相機(jī)快門和閃光燈一定要在被拍攝顆粒進(jìn)入攝影區(qū)的合適 時(shí)刻開啟。要實(shí)現(xiàn)該目的，首先需要探測到顆粒的到來，其次要及時(shí)測量出其飛行速度，以 便決定相機(jī)快門和閃光燈啟動的時(shí)刻。傳統(tǒng)流式細(xì)胞儀技術(shù)中，也需要穩(wěn)定樣本從噴嘴噴射出的速度。為此，也需要測定 噴嘴噴射速度，以便為噴射裝置提供反饋參數(shù)，再通過調(diào)節(jié)樣本池或鞘流池內(nèi)的壓力或其 他方法，穩(wěn)定噴射速度。傳統(tǒng)流式細(xì)胞儀和影像流式細(xì)胞儀中，現(xiàn)有流速測量方法可以分為兩類。一類 需要至少兩個(gè)激光器，如體內(nèi)成像流式細(xì)胞儀(In Vivo Imaging Flow Cytometer)是通 過測量計(jì)數(shù)狹縫與延遲成像脈沖時(shí)間段內(nèi)細(xì)胞運(yùn)動的距離來計(jì)算速度的，這種方法需要 計(jì)數(shù)和成像兩個(gè)功能的激光器，又如多光譜影像細(xì)胞儀(Multispectral Imaging Flow Cytometer)將速度測量作為子系統(tǒng)，而子系統(tǒng)中又附加一激光器；另一類測速方法是通過 公式推斷速度，并非進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，例如衍射成像流式細(xì)胞儀(Diffraction Imaging Flow Cytometer)根據(jù)液柱中不同的豎直位置由公式計(jì)算出速度。這兩種現(xiàn)存方法存在明顯弊端第一種所需激光器較多，開銷大且調(diào)試難度增加； 第二種不能保證所照的每張照片上均有細(xì)胞或粒子，因?yàn)樗鶞y速度并不一定準(zhǔn)確，效率因 此降低。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的進(jìn)行速度測量，本發(fā)明采取的技術(shù) 方案是，二次光散射法檢測細(xì)胞儀中顆粒飛行速度的方法，使自細(xì)胞儀噴嘴噴出的連續(xù)穿 過兩束距離已知為D的平行光，產(chǎn)生兩次散射，散射光經(jīng)聚焦后被光敏傳感器接收，光敏傳 感器分別探測兩次光散射并通過電子計(jì)時(shí)電路測量兩次光散射發(fā)生的時(shí)間間隔T，通過速 度V = D/T計(jì)算出顆粒飛行的平均速度。二次光散射法檢測細(xì)胞儀中顆粒飛行速度的裝置，包括C形支座2，其中心附近自上而下快速流過噴嘴噴出的鞘流1 ；激光管3發(fā)出的入射光束4穿過C形支座2 —側(cè)上的狹縫A進(jìn)入C形支座2，照射 到鞘流1后進(jìn)入C形支座2上與入射側(cè)相對一側(cè)的狹縫A’，從狹縫射出后經(jīng)直角棱鏡5兩 次反射成為出射光束6，出射光束6穿過與狹縫A’位于C形支座2同側(cè)且在其上方的狹縫 B’、鞘流1，并從支座2上與狹縫A同側(cè)且在其上方的狹縫B射出，入射光束4和出射光束6 平行，相距距離由C形支座2上的狹縫A和B的距離決定，并且已知為D ；透鏡位于C型支座2上，用于聚焦散射光，聚焦后照射到透鏡后方的光敏器7上；光敏器7將散射光信號轉(zhuǎn)換成電信號；后續(xù)電路，用于根據(jù)速度V = D/T，T為散射光信號時(shí)間間隔，計(jì)算出顆粒飛行的平 均速度V。激光管為激光器平行光管，產(chǎn)生的激光束橫截面是矩形或接近矩形的橢圓形。所述的裝置，安裝調(diào)試時(shí)，可以在狹縫B處觀察是否有激光射出，只有當(dāng)在狹縫B 觀測到反射出的激光時(shí)，才說明整個(gè)光路調(diào)節(jié)正確。本發(fā)明其特點(diǎn)在于1、僅使用一只激光器即可產(chǎn)生所要的兩束平行激光束。一方面，減少使用激光器 的數(shù)目有效削減了成本，因?yàn)槟壳凹す鈨x價(jià)格較之整個(gè)細(xì)胞儀花費(fèi)仍占較大比重；另一方 面，一臺激光儀與一個(gè)直角棱鏡的組合較兩臺激光儀更容易調(diào)試安裝調(diào)試時(shí)，用薄紙覆蓋 住狹縫B，啟動激光器，調(diào)整激光器的位置，當(dāng)狹縫B處的薄紙上有激光光斑且光斑面積最 大時(shí)，表明此時(shí)激光器處于最佳位置，固定鎖死激光器即可。兩條光線必然平行，若用兩臺 激光器，則不能保證。2、由于能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的速度測量，在系統(tǒng)正常工作的情況下能保證每張照 片上均有一個(gè)顆粒的影像，提高了效率，節(jié)約了成本。


圖1測量裝置立體示意圖，圖中1是鞘流，2是C形支座(支架)，3是激光器，4是 入射激光束，5是直角棱鏡，6是出射激光束，7是光敏器。圖2測量裝置前視圖。圖3測量裝置俯視圖。圖4 散射光檢測與處理部分功能框圖。圖5 實(shí)測脈沖波形。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用光散射原理實(shí)現(xiàn)。當(dāng)同一顆粒連續(xù)穿過兩束距離已知為D的平行光時(shí) 產(chǎn)生各產(chǎn)生一次散射，散射光經(jīng)聚焦后可被光敏傳感器接收，光敏傳感器分別探測兩次光 散射并通過電子計(jì)時(shí)電路測量兩次光散射發(fā)生的時(shí)間間隔T，通過V = D/T計(jì)算出顆粒飛行 的平均速度。技術(shù)方案如下(見圖1):從噴嘴噴出的液體為由鞘流1包裹的血樣。血樣經(jīng)過多次稀釋，濃度較小，因而血 液中各粒子或細(xì)胞間距離較大，從而從噴嘴噴出的各個(gè)粒子或細(xì)胞的間距允許本裝置對每 個(gè)樣本的飛行時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。鞘流1以一圓圈形包裹血樣，在本技術(shù)測量范圍內(nèi)，流動的鞘 液仍可視為柱體，因而鞘液速度可視為顆粒速度，這一條件使得通過調(diào)節(jié)氣壓來調(diào)節(jié)粒子 速度成為合理方式。噴嘴噴出的鞘流1從測量裝置的C形支座2中心附近自上而下快速流過。激光管 3發(fā)出的入射光束4穿過C形支座2 —側(cè)上的狹縫A進(jìn)入C形支座2，照射到鞘流1后進(jìn)入 C形支座2上與入射側(cè)相對一側(cè)的狹縫A’，從狹縫射出后經(jīng)直角棱鏡5兩次反射成為出射 光束6，出射光束6穿過與狹縫A’位于C形支座2同側(cè)且在其上方的狹縫B’、鞘流1，并從 支座2上與狹縫A同側(cè)且在其上方的狹縫B射出。入射光束4和出射光束6平行，相距距 離由C形支座2上的狹縫A和B的距離決定，并且已知為D。鞘流1中的顆粒隨鞘流1從噴嘴中噴射出，進(jìn)入C形支架并沿其向下噴射。由前 所述可知，鞘流1和顆粒將兩次穿過光束第一次穿過位于上方的出射光束6，第二次穿過 位于下方的入射光束4。當(dāng)顆粒穿過出射光束6時(shí)，產(chǎn)生一次光散射。散射光經(jīng)位于與兩 相對側(cè)的狹縫相鄰一側(cè)的透鏡(位于C型支座上)聚焦，照射到透鏡后方的光敏器7上，光 敏器7將該散射光信號轉(zhuǎn)換成電信號，即電脈沖。同樣，當(dāng)顆粒7向下運(yùn)動穿過入射光束4 時(shí)，也產(chǎn)生一次光散射，光敏器9也同樣輸出一個(gè)電脈沖信號。兩個(gè)電脈沖被后續(xù)電子電路處理后可以測出脈沖間隔T，從而根據(jù)V = D/T，后續(xù) 電路可以計(jì)算出顆粒飛行的平均速度V，這里顆粒的運(yùn)動可近似看做勻速直線運(yùn)動。激光器3發(fā)出的激光束4的橫截面為長方形或近似長方形，經(jīng)寬度足夠的直角棱 鏡5兩次反射后，出射光6的橫截面也基本為長方形或近似于長方形，這樣的設(shè)計(jì)可大大降 低入射光和反射光瞄準(zhǔn)難度，使無論在鞘液中何位置的顆粒均能散射激光。綜上，本發(fā)明1、僅使用一只激光器即可產(chǎn)生所要的兩束平行激光束。一方面，減少使用激光器 的數(shù)目有效削減了成本，因?yàn)槟壳凹す鈨x價(jià)格較之整個(gè)細(xì)胞儀花費(fèi)仍占較大比重；另一方 面，一臺激光儀與一個(gè)直角棱鏡的組合較兩臺激光儀更容易調(diào)試安裝調(diào)試時(shí)，用薄紙覆蓋 住狹縫B，啟動激光器，調(diào)整激光器的位置，當(dāng)狹縫B處的薄紙上有激光光斑且光斑面積最 大時(shí)，表明此時(shí)激光器處于最佳位置，固定鎖死激光器即可。兩條光線必然平行，若用兩臺 激光器，則不能保證。2、由于能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的速度測量，在系統(tǒng)正常工作的情況下能保證每張照 片上均有一個(gè)顆粒的影像，提高了效率，節(jié)約了成本。
權(quán)利要求
一種二次光散射法檢測細(xì)胞儀中顆粒飛行速度的方法，其特征是，使自細(xì)胞儀噴嘴噴出的連續(xù)穿過兩束距離已知為D的平行光，產(chǎn)生兩次散射，散射光經(jīng)聚焦后被光敏傳感器接收，光敏傳感器分別探測兩次光散射并通過電子計(jì)時(shí)電路測量兩次光散射發(fā)生的時(shí)間間隔T，通過速度V＝D/T計(jì)算出顆粒飛行的平均速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二次光散射法檢測細(xì)胞儀中顆粒飛行速度的方法的實(shí) 施裝置，其特征是，包括C形支座(2)，其中心附近自上而下快速流過噴嘴噴出的鞘流(1)；激光管(3)發(fā)出的入射光束(4)穿過C形支座(2) —側(cè)上的狹縫A進(jìn)入C形支座(2)， 照射到鞘流(1)后進(jìn)入C形支座(2)上與入射側(cè)相對一側(cè)的狹縫A’，從狹縫射出后經(jīng)直角 棱鏡(5)兩次反射成為出射光束(6)，出射光束(6)穿過與狹縫A’位于C形支座⑵同側(cè) 且在其上方的狹縫B’、鞘流(1)，并從支座(2)上與狹縫A同側(cè)且在其上方的狹縫B射出， 入射光束⑷和出射光束(6)平行，相距距離由C形支座⑵上的狹縫A和B的距離決定， 并且已知為D ；透鏡位于C型支座(2)上，用于聚焦散射光，聚焦后照射到透鏡后方的光敏器(7)上；光敏器(7)將散射光信號轉(zhuǎn)換成電信號；后續(xù)電路，用于根據(jù)速度V = D/T，T為散射光 信號時(shí)間間隔，計(jì)算出顆粒飛行的平均速度V。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種二次光散射法檢測細(xì)胞儀中顆粒飛行速度的方法的實(shí) 施裝置，其特征是，激光管為激光器平行光管，產(chǎn)生的激光束橫截面是矩形或接近矩形的橢 圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種二次光散射法檢測細(xì)胞儀中顆粒飛行速度的方法的實(shí) 施裝置，其特征是，所述的裝置，安裝調(diào)試時(shí)，可以在狹縫B處觀察是否有激光射出，只有當(dāng) 在狹縫B觀測到反射出的激光時(shí)，才說明整個(gè)光路調(diào)節(jié)正確。
全文摘要
本發(fā)明涉及檢測影像流式細(xì)胞儀，涉及二次光散射法檢測細(xì)胞儀中顆粒飛行速度的方法和實(shí)施裝置。為進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的進(jìn)行速度測量，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，二次光散射法檢測細(xì)胞儀中顆粒飛行速度的方法，使自細(xì)胞儀噴嘴噴出的連續(xù)穿過兩束距離已知為D的平行光，產(chǎn)生兩次散射，散射光經(jīng)聚焦后被光敏傳感器接收，光敏傳感器分別探測兩次光散射并通過電子計(jì)時(shí)電路測量兩次光散射發(fā)生的時(shí)間間隔T，通過速度V＝D/T計(jì)算出顆粒飛行的平均速度。本發(fā)明還提供了相應(yīng)的實(shí)施裝置。本發(fā)明主要應(yīng)用于檢測細(xì)胞儀中的顆粒飛行速度。
文檔編號G01P5/18GK101915855SQ20101024138
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者朱險(xiǎn)峰, 李春暉, 蔡雪嬌, 馬思宇 申請人:天津大學(xué)