專利名稱：二次光散射法檢測細胞儀中顆粒飛行速度的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及檢測影像流式細胞儀。具體講，涉及二次光散射法檢測細胞儀中顆粒 飛行速度的方法和實施裝置。
背景技術：
本技術主要應用于影像流式細胞儀，而影像流式細胞儀是從傳統流式細胞儀進化 而來的。傳統的流式細胞儀是一種用于對細胞或粒子進行分析和分選，從而達到從細胞水 平上進行早期疾病診斷(如癌癥)或研究毒品、射線等對細胞影響等目的的儀器。該儀器 在工作時需要對細胞或粒子進行特異熒光標記，計算機通過散射光和熒光信息確定細胞或 粒子的物理及化學信息，因而操作人員無法看到細胞或粒子的實際圖像。為解決這些問題， 影像流式細胞儀可實現短時間內拍攝大量顆粒、可觀測細胞或粒子真實圖像及單個細胞或 粒子逐一“拍照留念”等功能。影像流式細胞儀技術是將稀釋后的血樣或其他生物學標本，與鞘液(包裹血樣) 一起從微孔噴嘴噴出，使用高速攝影技術對噴流中的顆粒逐一拍照，再運用圖像處理技術 實現對顆粒的識別、分類和計數。本技術中所謂“顆粒飛行速度”的測量實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，故而調整鞘液速度實際上也即調整顆粒速度。 顆粒飛行速度的測量作用有二1、影像流式細胞儀中，樣本及鞘流從噴嘴噴出的速度需要十分穩定，而為了穩定 液流速度，首先要測量液流速度。2、影像流式細胞儀中，相機快門和閃光燈一定要在被拍攝顆粒進入攝影區的合適 時刻開啟。要實現該目的，首先需要探測到顆粒的到來，其次要及時測量出其飛行速度，以 便決定相機快門和閃光燈啟動的時刻。傳統流式細胞儀技術中，也需要穩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，再通過調節樣本池或鞘流池內的壓力或其 他方法，穩定噴射速度。傳統流式細胞儀和影像流式細胞儀中，現有流速測量方法可以分為兩類。一類 需要至少兩個激光器，如體內成像流式細胞儀(In Vivo Imaging Flow Cytometer)是通 過測量計數狹縫與延遲成像脈沖時間段內細胞運動的距離來計算速度的，這種方法需要 計數和成像兩個功能的激光器，又如多光譜影像細胞儀(Multispectral Imaging Flow Cytometer)將速度測量作為子系統，而子系統中又附加一激光器；另一類測速方法是通過 公式推斷速度，并非進行實時測量，例如衍射成像流式細胞儀(Diffraction Imaging Flow Cytometer)根據液柱中不同的豎直位置由公式計算出速度。這兩種現存方法存在明顯弊端第一種所需激光器較多，開銷大且調試難度增加； 第二種不能保證所照的每張照片上均有細胞或粒子，因為所測速度并不一定準確，效率因 此降低。
發明內容
為克服現有技術的不足，能夠進行實時、準確的進行速度測量，本發明采取的技術 方案是，二次光散射法檢測細胞儀中顆粒飛行速度的方法，使自細胞儀噴嘴噴出的連續穿 過兩束距離已知為D的平行光，產生兩次散射，散射光經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時電路測量兩次光散射發生的時間間隔T，通過速 度V = D/T計算出顆粒飛行的平均速度。二次光散射法檢測細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發出的入射光束4穿過C形支座2 —側上的狹縫A進入C形支座2，照射 到鞘流1后進入C形支座2上與入射側相對一側的狹縫A’，從狹縫射出后經直角棱鏡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同側且在其上方的狹縫 B’、鞘流1，并從支座2上與狹縫A同側且在其上方的狹縫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將散射光信號轉換成電信號；后續電路，用于根據速度V = D/T，T為散射光信號時間間隔，計算出顆粒飛行的平 均速度V。激光管為激光器平行光管，產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，安裝調試時，可以在狹縫B處觀察是否有激光射出，只有當在狹縫B 觀測到反射出的激光時，才說明整個光路調節正確。本發明其特點在于1、僅使用一只激光器即可產生所要的兩束平行激光束。一方面，減少使用激光器 的數目有效削減了成本，因為目前激光儀價格較之整個細胞儀花費仍占較大比重；另一方 面，一臺激光儀與一個直角棱鏡的組合較兩臺激光儀更容易調試安裝調試時，用薄紙覆蓋 住狹縫B，啟動激光器，調整激光器的位置，當狹縫B處的薄紙上有激光光斑且光斑面積最 大時，表明此時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、由于能夠進行實時、準確的速度測量，在系統正常工作的情況下能保證每張照 片上均有一個顆粒的影像，提高了效率，節約了成本。
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 實測脈沖波形。
具體實施例方式本發明采用光散射原理實現。當同一顆粒連續穿過兩束距離已知為D的平行光時 產生各產生一次散射，散射光經聚焦后可被光敏傳感器接收，光敏傳感器分別探測兩次光 散射并通過電子計時電路測量兩次光散射發生的時間間隔T，通過V = D/T計算出顆粒飛行 的平均速度。技術方案如下(見圖1):從噴嘴噴出的液體為由鞘流1包裹的血樣。血樣經過多次稀釋，濃度較小，因而血 液中各粒子或細胞間距離較大，從而從噴嘴噴出的各個粒子或細胞的間距允許本裝置對每 個樣本的飛行時間進行計算。鞘流1以一圓圈形包裹血樣，在本技術測量范圍內，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節氣壓來調節粒子 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發出的入射光束4穿過C形支座2 —側上的狹縫A進入C形支座2，照射到鞘流1后進入 C形支座2上與入射側相對一側的狹縫A’，從狹縫射出后經直角棱鏡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同側且在其上方的狹縫B’、鞘流1，并從 支座2上與狹縫A同側且在其上方的狹縫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。當顆粒穿過出射光束6時，產生一次光散射。散射光經位于與兩 相對側的狹縫相鄰一側的透鏡(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將該散射光信號轉換成電信號，即電脈沖。同樣，當顆粒7向下運動穿過入射光束4 時，也產生一次光散射，光敏器9也同樣輸出一個電脈沖信號。兩個電脈沖被后續電子電路處理后可以測出脈沖間隔T，從而根據V = D/T，后續 電路可以計算出顆粒飛行的平均速度V，這里顆粒的運動可近似看做勻速直線運動。激光器3發出的激光束4的橫截面為長方形或近似長方形，經寬度足夠的直角棱 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，這樣的設計可大大降 低入射光和反射光瞄準難度，使無論在鞘液中何位置的顆粒均能散射激光。綜上，本發明1、僅使用一只激光器即可產生所要的兩束平行激光束。一方面，減少使用激光器 的數目有效削減了成本，因為目前激光儀價格較之整個細胞儀花費仍占較大比重；另一方 面，一臺激光儀與一個直角棱鏡的組合較兩臺激光儀更容易調試安裝調試時，用薄紙覆蓋 住狹縫B，啟動激光器，調整激光器的位置，當狹縫B處的薄紙上有激光光斑且光斑面積最 大時，表明此時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、由于能夠進行實時、準確的速度測量，在系統正常工作的情況下能保證每張照 片上均有一個顆粒的影像，提高了效率，節約了成本。
權利要求
一種二次光散射法檢測細胞儀中顆粒飛行速度的方法，其特征是，使自細胞儀噴嘴噴出的連續穿過兩束距離已知為D的平行光，產生兩次散射，散射光經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時電路測量兩次光散射發生的時間間隔T，通過速度V＝D/T計算出顆粒飛行的平均速度。
2.根據權利要求1所述的一種二次光散射法檢測細胞儀中顆粒飛行速度的方法的實 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)發出的入射光束(4)穿過C形支座(2) —側上的狹縫A進入C形支座(2)， 照射到鞘流(1)后進入C形支座(2)上與入射側相對一側的狹縫A’，從狹縫射出后經直角 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 且在其上方的狹縫B’、鞘流(1)，并從支座(2)上與狹縫A同側且在其上方的狹縫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)將散射光信號轉換成電信號；后續電路，用于根據速度V = D/T，T為散射光 信號時間間隔，計算出顆粒飛行的平均速度V。
3.根據權利要求2所述的一種二次光散射法檢測細胞儀中顆粒飛行速度的方法的實 施裝置，其特征是，激光管為激光器平行光管，產生的激光束橫截面是矩形或接近矩形的橢 圓形。
4.根據權利要求2所述的一種二次光散射法檢測細胞儀中顆粒飛行速度的方法的實 施裝置，其特征是，所述的裝置，安裝調試時，可以在狹縫B處觀察是否有激光射出，只有當 在狹縫B觀測到反射出的激光時，才說明整個光路調節正確。
全文摘要
本發明涉及檢測影像流式細胞儀，涉及二次光散射法檢測細胞儀中顆粒飛行速度的方法和實施裝置。為進行實時、準確的進行速度測量，本發明采取的技術方案是，二次光散射法檢測細胞儀中顆粒飛行速度的方法，使自細胞儀噴嘴噴出的連續穿過兩束距離已知為D的平行光，產生兩次散射，散射光經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時電路測量兩次光散射發生的時間間隔T，通過速度V＝D/T計算出顆粒飛行的平均速度。本發明還提供了相應的實施裝置。本發明主要應用于檢測細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 優先權日2010年7月30日
發明者朱險峰, 李春暉, 蔡雪嬌, 馬思宇 申請人:天津大學