JP2869423B2 - Device for analyzing particles in fluids - Google Patents

Device for analyzing particles in fluids

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JP2869423B2
JP2869423B2 JP7354791A JP35479195A JP2869423B2 JP 2869423 B2 JP2869423 B2 JP 2869423B2 JP 7354791 A JP7354791 A JP 7354791A JP 35479195 A JP35479195 A JP 35479195A JP 2869423 B2 JP2869423 B2 JP 2869423B2
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light
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SHISUMETSUKUSU KK
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N15/14Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1456Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals
    • G01N15/1459Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers without spatial resolution of the texture or inner structure of the particle, e.g. processing of pulse signals the analysis being performed on a sample stream
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    • G01N15/10Investigating individual particles
    • G01N15/14Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers
    • G01N15/1434Electro-optical investigation, e.g. flow cytometers using an analyser being characterised by its optical arrangement
    • G01N2015/1438Using two lasers in succession

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、流体中の粒子、例
えば血球等の静止像を捉え、解折する粒子分析装置に関
するものである。 【0002】 【発明が解決しようとする課題】従来から、細胞などの
粒子の検査においては、スライドグラス上に塗抹染色さ
れた粒子(細胞)を顕微鏡を通して観察されていた。 【0003】しかしながら、顕微鏡による観察を行うた
めには、その前に細胞の塗抹、固定、染色などの煩雑な
標本作成作業が必要であること、さらに、血球等の細胞
は生体中では血液等の流体中に存在しているのに対し、
細胞を固定した状態でしか観察できないため、必ずしも
本来の細胞の形態を正しく見ていない、という問題があ
った。 【0004】一方、流体中の粒子の顕微鏡像を撮像する
試しみは、最近、いくつか行われている。たとえば、カ
ッヘル(Kachel)他「ザ・ジャーナル・オブ・ヒ
ストケミストリー・アンド・サイトケミストリー(Th
e Journal of Histochemist
ry and Cytochemistry)」第27
巻第1号第335ページ(1979年)に記載された手
段は、懸濁液中の粒子を細孔へ一列に通過させ、そのと
きの電気インピーダンスの変化によって細胞の通過を検
知し、その瞬間にフラッシュランプを点灯させ、同時に
カメラで撮影して、粒子の静止画像を得るものである。 【0005】また、特表昭57−500995号公報お
よび特開昭58−76740号公報に記載された手段
は、流体試料を流路に通し、撮像領域中において一定周
期でストロボを点灯させ、同時にCCDカメラで撮影す
ることにより、流体中の粒子の静止画像を得るものであ
る。 【0006】流体中の粒子の顕微鏡像を撮影する試みの
うち、前述のカッヘルのものにおいては、抵抗式および
光式検出原理を併用しているため、検出器の構造が非常
に複雑となり調整がし難くなっている。 【0007】また、特表昭57−500995号公報等
に記載されているものにおいても、撮像領域を形成する
フローセルの構造が非常に複雑で試料流体の流し方も複
雑になっている。 【0008】これはさらに、単に定期的にストロボを点
灯させるものであって、流体中を流れる粒子を検知して
これを撮像するものではなく、撮像効率が悪い。即ち、
尿中の血液細胞などを検出する場合、粒子数が少なく、
粒子なしの状態が多発し、無意味な撮像を繰り返すこと
になる。 【0009】さらに、半導体レーザによって細胞を検出
しフラッシュランプを照射するものは特開昭60−26
0830号公報に記載されているが、この公報に記載さ
れているものは、細胞の像を撮影するものではなく、当
然に画像解析をするものでもない。 【0010】上述のように、従来のものは、いずれも粒
子の画像解析およびその情報の利用については何ら述べ
られておらず、本格的な粒子分析が不可能であるばかり
でなく、それを目的とするものでもない。 【0011】 【課題を解決するための手段】本発明は、粒子を浮遊さ
せた液体試料をシース液で囲繞して流動させるためのフ
ローセルと、上記粒子の流れる上記液体試料の領域にト
リガー用の光を常時照射するための半導体レーザにてな
るトリガー用光源と、上記粒子の撮像時にパルス光を発
光する撮像用パルス光源と、上記トリガー用光源からの
光を上記粒子が横切ったことを検知して粒子検知信号を
発生する粒子検出器と、上記粒子検知信号に基づき上記
撮像用パルス光源を発光させる手段と、上記撮像用パル
ス光源からのパルス光を粒子に照射する集光レンズと、
上記パルス光による粒子の静止画像を撮像するための対
物レンズおよび撮像手段と、得られた静止画像を処理し
解析する画像処理部と、を具備することを特徴とする流
体中の粒子分析装置である。 【0012】換言すれば、常時点灯された半導体レーザ
にてなるトリガー用光源と、トリガー用光源からの光線
を粒子が横切ったことを検知して粒子検知信号を発する
粒子検出器と、粒子検知信号を撮像用パルス光源へ送る
回路と、を備えた流体中の粒子分析装置である。 【0013】先ず、常時点灯されたトリガー用光源と粒
子検出器によって被検出粒子が検出され、検出された粒
子が、対物レンズの前に到達したタイミングで、撮像用
パルス光源が動作し、所定の粒子の静止画像を得ること
ができる。そして、当該画像を分析することにより、粒
子の形状や内部状態についての情報を得ることができ
る。 【0014】 【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図1に示され
た画面に基いて説明する。当該実施例は、粒子としての
血液細胞を分析する装置であって、まず、細胞を希釈液
または染色液中に浮遊させた液体試料は、細胞分析装置
10において、チヤンバー12の上部の入口14から供
給される。一方、チヤンバー12の上方側西部の入口1
6からは、生理食塩水または蒸留水(以下これをシース
液と呼ぶ)が供給される。 【0015】液体試料とシース液はともにチヤンバー1
2内を下方へ流れ、角柱状のフローセル18に達する。
フローセル18中では、液体試料はシース液にさや状に
とり囲まれた形で流れ、いわゆるシース流が形成されて
いる。 【0016】次に、本実施例の光学系について述べる。
撮像用レーザーパルス光源20としては窒素レーザー、
半導体レーザーまたはYAGレーザー等を使用する。な
お、パルス光源としては必ずしもレーザーでなくともよ
く、キセノンフラッシュランプでも実用に供し得る。 【0017】図1において矢印は光線の進行方向を示
す。撮像用レーザーパルス光源20から発せられた光
は、集光レンズ22で絞られ、その焦点はフローセル1
8中においてシース流の液体試料が流れる位置に結ばれ
る。この点を以下撮像点38と呼ぶ。フローセル18を
透過したレーザー光は対物レンズ24に達する。 【0018】レーザーパルス光が発せられたとき、液体
試料中の細胞が撮像点38を通過すると、その細胞の全
体像がCCDカメラ26で撮像された細胞の画像は、静
止画像入力部28へ送られ、システム制御・画像解析部
30で画像処理され、解析される。 【0019】半導体レーザーにてなるトリガー用光源3
2を常時点灯させておき、フローセル18中を細胞が通
過したことを細胞検出器34で検知し、細胞検知信号を
発生させ、遅延回路36でこの細胞検知信号を一定時間
遅延させたのち、撮像用レーザーパルス光源20を発光
させることによっても細胞を撮影することができる。 【0020】遅延回路36は、細胞が細胞検出器34で
検知されてから撮像点38に達するまでフローセル18
中を流れる時間だけ撮像用レーザーパルス光源20の発
光を遅延させるためのものである。 【0021】また、細胞の大きさによって細胞検出器3
4で検知したパルスのパルス幅が異なるので、目的とす
る大きさの細胞を検知したときのみ、撮像用レーザーパ
ルス光源20を発光させて、液体試料中の細胞を選択的
に撮像することもできる。なお、撮像用レーザーパルス
光源20を一定の周期で連続的に発光させておくと液体
試料中に存在する細胞の濃度に応じた確率で細胞をとら
え、撮像することができる。システム制御・画像解析部
30は、この細胞分析装置10の全体の動作を制御する
働きもする。 【0022】次に、トリガー用光源32と細胞検出器3
4を備えた実施例について図2に基いて詳細に説明す
る。18は横断面が長方形をしたフローセルであり、光
軸に直交する最も肉厚の薄い所で約0.3mmの肉厚に
なっており、さらにこのセルの内径は一辺が0.1〜
0.5mm、他辺は0.2〜1mmである。これらの寸
法は分析対象の試料に応じて可変である。試料を注入す
るノズル19の内径は0.2〜0.5mmに作られる。 【0023】40は可視光を発光する半導体レーザーで
あり、出力は2〜20mWである。42はコリメートレ
ンズであり、光ディスク装置用として市販されているも
のが利用できる。このレンズ42は開口数NAが0.4
5〜0.6であり、光ビームの断面形状が楕円である平
行光を出力する。 【0024】44はコンデンサレンズであり、そのF数
は30より小さく、焦点距離fは10mm以上のもので
ある。このコンデンサレンズ44は微動位置調整装置
(図示せず)によって、フローセル18の中心部付近に
焦点を結ぶように位置を調整される。 【0025】46はシリンダーレンズであり、図3
(a)断面の形状の放射パターンを(b)断面のように
絞る。図3(b)断面の寸法Sは、コンデンサレンズ4
4のF数で決まり、寸法lは、シリンダレンズ46によ
る非点収差の量で決まる。細胞検出用としては、S=7
〜20μm、l=100〜300μmが適当である。上
述の半導体レーザー40、コリメートレンズ42、コン
デンサレンズ44、シリンダーレンズ46は図1におけ
るトリガー用光源32を構成している。 【0026】48はビームストッパであり、直接光を遮
断し、光軸に対して2度以上の範囲の前方散乱光を透過
させる。このような低角度前方散乱光の強度は細胞の大
きさを反映することが知られている。 【0027】50はコレクタレンズであり、顕微鏡対物
レンズの低倍率のもの、すなわち4倍〜20倍のものが
使用される。このコレクタレンズ50は前方散乱光を後
述のピンホール52の中心に集光する。 【0028】52はピンホールであり、ピンホール径は
倍率やフローセル18の厚さに応じてφ0.2〜φ2m
mの間に選ばれる。コレクタレンズ50、および、ピン
ホール52は、ともに、微動位置調整装置(図示せず)
によって、その位置を調整される。コレクタレンズ50
とピンホール52の間の距離は、コレクタレンズ50に
生物顕微鏡用対物レンズを使用する場合には約150m
mに、金属顕微鏡用対物レンズを使用する場合には約2
00mmにする。 【0029】またフローセル18とコレクタレンズ50
の間の距離に応じて、コレクタレンズ50とピンホール
52の間の距離は調整される。54はフォトダイオード
またはピンフォトダイオードである。このフォトダイオ
ードまたはピンフォトダイオード54には逆バイアス電
圧をかけ、接合容量を減少させることにより素子の応答
速度を上げている。 【0030】このように素子の応答速度を上げないと、
細胞の通過が検知されてから細胞が撮像点38に達する
までにレーザーパルス光源を発光させることが出来なく
なることがある。以上のコレクタレンズ50、ピンホー
ル52、フォトダイオード54が図1における細胞検出
器34の一部に相当する。 【0031】56はパルスレーザーダイオードであり、
これにはたとえば、浜松ホトニクス製L2376(波長
890nm、出力10W)またはSANDERS製GA
AP−12(波長870〜904nm、出力12W)を
使用する。58はコンデンサレンズBであり、撮像用光
源側の拡大光学系を構成するものである。このコンデン
サレンズ58の焦点位置Fは、図4に示すように、パル
スレーザーダイオード56から見てフローセル18の中
心位置よりもやや遠方にある。 【0032】すなわち、この焦点位置Fは、CCDカメ
ラ64で撮像したとき、画面内に充分な大きさで細胞の
像が得られるように設定される。また、コンデンサレン
ズ58と焦点位置Fとの間の距離qと、パルスレーザー
ダイオード56とコンデンサレンズ58との間の距離P
との間には、q/p≫10の関係があることが望まし
い。 【0033】パルスレーザーダイオード56とコンデン
サレンズ58はそれぞれ、図1の撮像用レーザーパルス
光源20および集光レンズ22にほぼ相当する。60は
コヒーレンシー低下用部品であり、たとえば、スリガラ
ス、または、光ファイバーの束が使用される。 【0034】62は撮像用レンズであり、倍率20倍〜
40倍の顕微鏡用対物レンズが使用され、図1の対物レ
ンズ24に相当するものである。この撮像用レンズ62
も微動位置調整装置(図示せず)によって、その位置を
調整される。64はCCDカメラである。 【0035】次に、図2におけるパルスレーザーダイオ
ード56のかわりに光源としてNレーザー、YAGレ
ーザー、N/Dyeレーザー、および、YAGレーザ
ーと高調波発振器との組合せ等を用いた場合の例を図5
に示す。この場合には、レーザー66からの光が平行で
あるため図2のコンデンサレンズ58は必要とせず、レ
ーザー光をそのままフローセル18へ投射する。 【0036】さらに、細胞検出のために図2のように前
方散乱光を検出することに加えて側方散乱光も検出する
様にした場合を図6に示す。この場合、68はコレクタ
レンズであり、側方散乱光を検出する。前方散乱光に合
わせて側方散乱光を検出する様にしたことにより、細胞
検出をより確実に、かつ、多用途に実施できる。なぜな
らば、側方散乱光は細胞の大きさと細胞の表面または内
部状態を反映するため、細胞の大きさを主として反映す
る前方散乱光のみを検出する場合よりも情報量が増大
し、細胞の通過をより確実に検知できるものとなる。 【0037】さらにまた、細胞の表面または内部状態を
反映した情報が得られるため、細胞の大きさだけでは識
別できなかった細胞の種類を正確に判定できるようにな
り、必要とする種類の細胞の通過時のみ撮像することも
可能となる。 【0038】次に、本実施例の細胞分析装置10の光学
分解能と、細胞が静止画像として促えられるためのシー
ス流の流速の限界に関して窒素レーザーを使用した場合
について述べる。 【0039】窒素レーザーは波長337.1nm、パル
ス幅約10nsの強力な(ピーク出力:100KW以上
のものがある)パルス発振が得られるものである。な
お、窒素レーザーの場合は紫外光であるため、以下に述
べる様に分解能に優れている。 【0040】分解能δは、対物レンズの開口数NAと光
の波長λで決り、 δ=λ/NA の式が成り立つ。 【0041】本実施例では、対物レンズ24の開口数N
Aは0.85であったので、分解能δは δ=λ/NA=337.1/0.85=396.6〔n
m〕 となり、約0.4μmである。 【0042】一方、窒素レーザーのパルス幅Δxは約1
0nSであり、分解能が約0.4μmであるから、細胞
が静止画像として見られるためのシース流の最高流速V
は、 V=δ/Δx=0.40×10−6/10×10−9
40〔m/S〕 となる。すなわち、約40m/s以下の速度で細胞を流
せば、静止画像を得ることができる。 【0043】しかし、余り流速を速くしすぎるとシース
流が乱れるので、実際には流速は約6m/s以下としな
ければならない。 【0044】次に、本実施例の細胞分析装置10を使用
して健常人の白血球を撮像し、得られた画像から白血球
をグループ分けした例を示す。まず、細胞内の顆粒等の
状態を良く認識できるように白血球を染色する。ここで
の染色方法は、塗抹方式では乾燥された血液に染色する
のに対し、採血した血を生きたままの状態で染色するこ
とに特色がある。 【0045】細胞の染色および希釈方法は以下のとおり
である。 a.蒸留水1mlに対し、ギムザ染色液1滴を加えてギ
ムザ希釈液を作る。 b.ギムザ希釈液と血液原液4対1の割合で混合し、時
々攪拌しながら30分程度染色する。 【0046】上記の方法(この方法を以下、超生体染色
法と呼ぶ)で作成された試料は細胞分析装置10へ入口
14から流し込まれる。撮像点38を通過中の細胞の像
はCCDカメラ26により促えられ、静止画像入力部2
8を介してシステム制御・画像処理部30へ送られる。
得られた画像には、ちらつきや雑音の除去のための処理
が施される。 【0047】上記の様にして得られた白血球画像は、4
つのグループに分けられる。表1は各グループの特徴と
出現率を示したものである。図7〜図10は、各グルー
プの画像を示したものである。画像の一辺は、グループ
A、グループC、グループDが約30μm、グループB
が約15μmである。 【0048】 【0049】これらの白血球画像につき、メイ・キムザ
複合染色を施した塗抹標本や超生体染色を施した血液を
スライドグラスに採りカバーガラスで封じて作成した標
本の顕微鏡観察による白血球画像と比較した結果、グル
ープAは好中球、グループBはリンパ球、グループCは
単球、グループDは好酸球および好塩球であると同定さ
れた。 【0050】したがって、本実施例の装置により、白血
球細胞を撮像し、さらに、得られた白血球の画像を解析
し、この白血球の大きさと顆粒の状態を認識することに
より表1に示す特徴に基いて白血球を各種細胞へ分類・
同定することができる。 【0051】次に、本実施例装置におけるフローセルの
流れの中の赤血球を撮像した例を図11に示す。図中の
周辺のリング状の縞は、赤血球による回折縞である。こ
の回折縞が赤血球の画像解析にとって妨げとなる場合に
は、レーザー光のコヒーレンスを低下させて回折現象を
弱めてやればよい。そのためには、例えば、集光レンズ
22とフローセル18の間にするガラスを配置すること
が適当である。 【0052】 【発明の効果】本発明によれば以下に述べる様な特有の
効果が得られる。 (1)従来例のように単に定期的にストロボを点灯させ
るものではなく、流体中の粒子を的確にキャッチし、そ
のキャッチした粒子のみを撮像するので、無意味な撮像
を行うことはなく撮像効率が向上する。 【0053】(2)この静止画像を解析することによ
り、粒子の形状や内部状態についての情報を得ることが
できる。 【0054】(3)スライドグラス上の粒子の顕微鏡観
察では得られなかった流れの中に存在するときの粒子の
形態が直接に観察できる。 【0055】(4)装置に使用されるフローセルが角柱
状の場合、製作しやすく安価となる。また粒子通過の検
出を行い撮像用パルス光源の発光を制御する場合にも、
撮像用光学系の上部に粒子検出用光学系を備えるだけで
よいので、本発明による装置は構造が非常に簡単であ
り、製造が容易であるとともにその保守および調整がし
やすい。 【0056】(5)半導体レーザーを使用することによ
り、装置が小型となって安価となり、また長寿命化を企
図することができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION [0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a particle analyzer for capturing and analyzing still images of particles in a fluid, such as blood cells. Conventionally, in the examination of particles such as cells, particles (cells) smeared and stained on a slide glass have been observed through a microscope. [0003] However, complicated observations such as smearing, fixing, and staining of cells are required before performing observation with a microscope. While present in the fluid,
There is a problem that the original cell morphology is not always correctly observed because observation can be performed only in a state where the cells are fixed. [0004] On the other hand, some attempts have been made recently to capture a microscope image of particles in a fluid. For example, Kachel et al., "The Journal of Histochemistry and Site Chemistry (Th.
e Journal of Histochemistry
ry and Cytochemistry) "No. 27
No. 1, page 335 (1979) discloses a method in which particles in a suspension are passed in a row through pores, and the change in electric impedance at that time is used to detect the passage of cells. A flash lamp is turned on at the same time, and a still image of particles is obtained by photographing with a camera at the same time. The means described in Japanese Patent Publication No. 57-500995 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-76740 is to pass a fluid sample through a flow path, turn on a strobe light at a constant period in an imaging region, and simultaneously A still image of particles in the fluid is obtained by photographing with a CCD camera. [0006] Among the attempts to take a microscopic image of particles in a fluid, the aforementioned Kachel's method uses the resistive and optical detection principles in combination, so that the structure of the detector is very complicated and adjustment is difficult. It is difficult to do. [0007] Also, in the device described in Japanese Patent Publication No. 57-500995, the structure of the flow cell forming the imaging region is very complicated, and the flow of the sample fluid is also complicated. [0008] Further, this method merely turns on the strobe light periodically, and does not detect particles flowing in the fluid and picks up the images, and thus the imaging efficiency is poor. That is,
When detecting blood cells in urine, the number of particles is small,
The state without particles frequently occurs, and meaningless imaging is repeated. Further, a method of detecting cells with a semiconductor laser and irradiating a flash lamp is disclosed in JP-A-60-26.
Although it is described in Japanese Patent Publication No. 0830, the one described in this publication does not take an image of a cell and naturally does not perform image analysis. [0010] As described above, none of the conventional devices describes image analysis of particles and use of the information at all, and not only is it impossible to perform full-scale particle analysis, but also for the purpose. It is not something to be said. According to the present invention, there is provided a flow cell for surrounding a liquid sample in which particles are suspended with a sheath liquid to flow the liquid sample, and a trigger cell in a region of the liquid sample in which the particles flow. A trigger light source composed of a semiconductor laser for constantly irradiating light, an imaging pulse light source that emits pulse light when imaging the particles, and detecting that the particles cross light from the trigger light source. A particle detector that generates a particle detection signal, a unit that causes the imaging pulse light source to emit light based on the particle detection signal, and a condensing lens that irradiates the pulse light from the imaging pulse light source to the particles.
An apparatus for analyzing particles in a fluid, comprising: an objective lens and imaging means for capturing a still image of particles by the pulsed light; and an image processing unit for processing and analyzing the obtained still image. is there. In other words, a trigger light source composed of a semiconductor laser that is constantly lit, a particle detector that detects that a particle has crossed a light beam from the trigger light source and issues a particle detection signal, and a particle detection signal And a circuit for sending a pulse to the imaging pulse light source. First, a particle to be detected is detected by a trigger light source and a particle detector which are always lit, and at a timing when the detected particle arrives before an objective lens, an imaging pulse light source operates and a predetermined pulse light source operates. A still image of the particles can be obtained. Then, by analyzing the image, information on the shape and internal state of the particles can be obtained. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to the screen shown in FIG. This embodiment is an apparatus for analyzing blood cells as particles. First, a liquid sample in which cells are suspended in a diluent or a staining solution is supplied from a cell analyzer 10 through an inlet 14 at an upper portion of a chamber 12. Supplied. On the other hand, the entrance 1 on the western side of the upper side of the chamber 12
From 6, physiological saline or distilled water (hereinafter referred to as sheath liquid) is supplied. The liquid sample and the sheath liquid are both chamber 1
2 flows downward and reaches a prismatic flow cell 18.
In the flow cell 18, the liquid sample flows in a sheath liquid in a pod-like shape, and a so-called sheath flow is formed. Next, the optical system of this embodiment will be described.
As a laser pulse light source 20 for imaging, a nitrogen laser,
A semiconductor laser or a YAG laser is used. Note that the pulse light source is not necessarily a laser, and a xenon flash lamp can be used in practice. In FIG. 1, arrows indicate the traveling directions of light rays. The light emitted from the imaging laser pulse light source 20 is condensed by a condenser lens 22 and the focus is
8 is connected to the position where the liquid sample of the sheath flow flows. This point is hereinafter referred to as an imaging point 38. The laser light transmitted through the flow cell 18 reaches the objective lens 24. When the cells in the liquid sample pass through the imaging point 38 when the laser pulse light is emitted, the whole image of the cells is transmitted to the still image input unit 28 by the CCD camera 26. The image is processed and analyzed by the system control / image analysis unit 30. Trigger light source 3 composed of a semiconductor laser
2 is always lit, the cell detector 34 detects that a cell has passed through the flow cell 18, generates a cell detection signal, and delays the cell detection signal by a delay circuit 36 for a predetermined time. The cells can also be photographed by causing the laser pulse light source 20 to emit light. The delay circuit 36 controls the flow cell 18 from the time when the cell is detected by the cell detector 34 until the time when the cell reaches the imaging point 38.
This is for delaying the light emission of the imaging laser pulse light source 20 by the time flowing through the inside. The cell detector 3 depends on the size of the cell.
Since the pulse width of the pulse detected in step 4 is different, the imaging laser pulse light source 20 can be made to emit light only when a cell of a target size is detected, so that cells in the liquid sample can be selectively imaged. . When the imaging laser pulse light source 20 emits light continuously at a constant cycle, cells can be captured and imaged at a probability corresponding to the concentration of cells present in the liquid sample. The system control / image analysis unit 30 also functions to control the overall operation of the cell analyzer 10. Next, the trigger light source 32 and the cell detector 3
4 will be described in detail with reference to FIG. Reference numeral 18 denotes a flow cell having a rectangular cross section, which has a thickness of about 0.3 mm at the thinnest point perpendicular to the optical axis.
0.5 mm and the other side is 0.2 to 1 mm. These dimensions are variable depending on the sample to be analyzed. The inside diameter of the nozzle 19 for injecting the sample is made 0.2 to 0.5 mm. A semiconductor laser 40 emits visible light and has an output of 2 to 20 mW. Reference numeral 42 denotes a collimator lens, which is commercially available for an optical disk device. This lens 42 has a numerical aperture NA of 0.4
5 to 0.6, and outputs parallel light whose light beam has an elliptical cross-sectional shape. Reference numeral 44 denotes a condenser lens having an F number smaller than 30 and a focal length f of 10 mm or more. The position of the condenser lens 44 is adjusted by a fine movement position adjusting device (not shown) so that a focus is formed near the center of the flow cell 18. Reference numeral 46 denotes a cylinder lens.
(A) A radiation pattern having a cross-sectional shape is narrowed down as shown in (b). The dimension S of the cross section in FIG.
The dimension l is determined by the amount of astigmatism due to the cylinder lens 46. For cell detection, S = 7
2020 μm, l = 100-300 μm is appropriate. The above-described semiconductor laser 40, collimating lens 42, condenser lens 44, and cylinder lens 46 constitute the trigger light source 32 in FIG. Reference numeral 48 denotes a beam stopper which directly blocks light and transmits forward scattered light in a range of 2 degrees or more with respect to the optical axis. It is known that the intensity of such low angle forward scattered light reflects the size of the cell. Reference numeral 50 denotes a collector lens, which is a low-magnification microscope objective lens, that is, a lens having a magnification of 4 to 20 times. The collector lens 50 collects forward scattered light at the center of a pinhole 52 described later. Reference numeral 52 denotes a pinhole, and the diameter of the pinhole is φ0.2 to φ2 m depending on the magnification and the thickness of the flow cell 18.
m. The collector lens 50 and the pinhole 52 are both fine movement position adjusting devices (not shown).
By adjusting the position. Collector lens 50
When the objective lens for a biological microscope is used as the collector lens 50, the distance between the
m is about 2 when using a metal microscope objective lens.
Set to 00 mm. The flow cell 18 and the collector lens 50
The distance between the collector lens 50 and the pinhole 52 is adjusted according to the distance between. Reference numeral 54 denotes a photodiode or a pin photodiode. A reverse bias voltage is applied to the photodiode or the pin photodiode 54 to reduce the junction capacitance, thereby increasing the response speed of the element. If the response speed of the element is not increased as described above,
The laser pulse light source may not be able to emit light until the cell reaches the imaging point 38 after the passage of the cell is detected. The above-described collector lens 50, pinhole 52, and photodiode 54 correspond to a part of the cell detector 34 in FIG. 56 is a pulse laser diode,
This includes, for example, L2376 (wavelength 890 nm, output 10 W) manufactured by Hamamatsu Photonics or GA manufactured by SANDERS
AP-12 (wavelength 870-904 nm, output 12W) is used. Reference numeral 58 denotes a condenser lens B, which constitutes a magnifying optical system on the imaging light source side. The focal position F of the condenser lens 58 is slightly farther than the center position of the flow cell 18 when viewed from the pulse laser diode 56, as shown in FIG. That is, the focus position F is set such that when the image is taken by the CCD camera 64, a sufficiently large image of the cell is obtained in the screen. Further, a distance q between the condenser lens 58 and the focal position F and a distance P between the pulse laser diode 56 and the condenser lens 58
Desirably has a relationship of q / p≫10. The pulse laser diode 56 and the condenser lens 58 substantially correspond to the imaging laser pulse light source 20 and the condenser lens 22 in FIG. 1, respectively. Reference numeral 60 denotes a coherency reducing component, for example, a ground glass or a bundle of optical fibers is used. An imaging lens 62 has a magnification of 20 times or more.
A 40 × microscope objective lens is used and corresponds to the objective lens 24 in FIG. This imaging lens 62
The position is also adjusted by a fine movement position adjusting device (not shown). 64 is a CCD camera. Next, an example in which an N 2 laser, a YAG laser, an N 2 / Dye laser, or a combination of a YAG laser and a harmonic oscillator is used as a light source instead of the pulse laser diode 56 in FIG. FIG.
Shown in In this case, since the light from the laser 66 is parallel, the condenser lens 58 shown in FIG. 2 is not required, and the laser light is projected onto the flow cell 18 as it is. FIG. 6 shows a case in which side scattered light is detected in addition to forward scattered light as shown in FIG. 2 for cell detection. In this case, reference numeral 68 denotes a collector lens which detects side scattered light. By detecting the side scattered light in accordance with the forward scattered light, cell detection can be performed more reliably and versatilely. Because the side scattered light reflects the size of the cell and the surface or internal state of the cell, the amount of information increases compared to the case where only forward scattered light mainly reflecting the size of the cell is detected, and the passage of the cell Can be detected more reliably. Furthermore, since information reflecting the surface or internal state of the cell can be obtained, the type of cell that could not be identified only by the size of the cell can be accurately determined, and the required type of cell can be determined. It is also possible to take an image only when passing. Next, the case where a nitrogen laser is used will be described with respect to the optical resolution of the cell analyzer 10 of this embodiment and the limit of the flow rate of the sheath flow for promoting the cells as a still image. The nitrogen laser has a wavelength of 337.1 nm and a pulse width of about 10 ns, and can provide a strong pulse oscillation (some of which has a peak output of 100 KW or more). In the case of a nitrogen laser, since it is ultraviolet light, it has excellent resolution as described below. The resolution δ is determined by the numerical aperture NA of the objective lens and the wavelength λ of the light, and the equation δ = λ / NA holds. In this embodiment, the numerical aperture N of the objective lens 24 is
Since A was 0.85, the resolution δ was δ = λ / NA = 337.1 / 0.85 = 396.6 [n
m], which is about 0.4 μm. On the other hand, the pulse width Δx of the nitrogen laser is about 1
0 nS and the resolution is about 0.4 μm, so that the maximum flow velocity V of the sheath flow for the cell to be viewed as a still image
V = δ / Δx = 0.40 × 10 −6 / 10 × 10 −9 =
40 [m / S]. That is, a still image can be obtained by flowing cells at a speed of about 40 m / s or less. However, if the flow velocity is too high, the sheath flow will be disturbed. Therefore, the flow velocity must be set to about 6 m / s or less in practice. Next, an example is shown in which leukocytes of a healthy person are imaged using the cell analyzer 10 of the present embodiment, and the leukocytes are grouped from the obtained images. First, leukocytes are stained so that the state of intracellular granules and the like can be recognized well. The staining method here is characterized in that, in the smear method, dried blood is stained, whereas the collected blood is stained in a living state. The method for staining and diluting the cells is as follows. a. One drop of Giemsa stain is added to 1 ml of distilled water to prepare a Giemsa diluent. b. The Giemsa diluent and the blood stock solution are mixed at a ratio of 4: 1 and stained for about 30 minutes with occasional stirring. The sample prepared by the above-described method (hereinafter, this method is referred to as “super vital staining method”) flows into the cell analyzer 10 through the inlet 14. The image of the cell passing through the imaging point 38 is prompted by the CCD camera 26, and the still image input unit 2
8 to the system control / image processing unit 30.
The obtained image is subjected to processing for removing flicker and noise. The white blood cell image obtained as described above
Divided into two groups. Table 1 shows the characteristics and appearance rates of each group. 7 to 10 show images of each group. One side of the image is about 30 μm for group A, group C and group D, and group B
Is about 15 μm. [0048] The results of comparing these white blood cell images with white blood cell images obtained by microscopic observation of a sample prepared by taking a smear sample subjected to May-Kimsa combined staining or blood subjected to super vital staining on a slide glass and sealing with a cover glass , Group A was identified as neutrophils, group B as lymphocytes, group C as monocytes, and group D as eosinophils and eosinophils. Therefore, the apparatus of the present embodiment images white blood cells, further analyzes the obtained white blood cell image, and recognizes the size of the white blood cells and the state of the granules. Classify leukocytes into various cells
Can be identified. Next, FIG. 11 shows an example in which red blood cells in the flow of the flow cell in the apparatus of this embodiment are imaged. The peripheral ring-shaped fringes in the figure are diffraction fringes by red blood cells. If the diffraction fringes hinder the image analysis of red blood cells, the diffraction phenomenon may be reduced by reducing the coherence of the laser light. For this purpose, for example, it is appropriate to dispose a glass between the condenser lens 22 and the flow cell 18. According to the present invention, the following specific effects can be obtained. (1) Rather than simply turning on the strobe periodically as in the prior art, particles in the fluid are accurately caught and only the caught particles are imaged. Therefore, imaging without meaningless imaging is performed. Efficiency is improved. (2) By analyzing this still image, information on the shape and internal state of the particles can be obtained. (3) The morphology of the particles when present in a stream that could not be obtained by microscopic observation of the particles on the slide glass can be directly observed. (4) If the flow cell used in the apparatus is prismatic, it is easy to manufacture and inexpensive. Also, when detecting the passage of particles and controlling the light emission of the imaging pulse light source,
The device according to the invention is very simple in construction, easy to manufacture and easy to maintain and adjust, since it is only necessary to provide the particle detection optics on top of the imaging optics. (5) By using a semiconductor laser, the device can be reduced in size and cost, and the life can be extended.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明による粒子分析装置の一実施例(細胞分
析装置)を示す概略図である。 【図2】本発明による粒子分析装置において半導体レー
ザーを使用した一実施例の光学系の説明図である。 【図3】本発明の実施例の粒子検出系における光放射パ
ターンを示す説明図である。 【図4】本発明の図2の実施例の撮像用光源側の拡大光
学系を示す説明図である。 【図5】本発明による粒子分析装置において、撮像用光
源としてNレーザー等を使用した一実施例の光学系の
部分説明図である。 【図6】本発明の図2の実施例に側方散乱光検出系を加
えた場合の光学系の部分説明図である。 【図7】グループAの白血球細胞を示す顕微鏡写真であ
る。 【図8】グループBの白血球細胞を示す顕微鏡写真であ
る。 【図9】グループCの白血球細胞を示す顕微鏡写真であ
る。 【図10】グループDの白血球細胞を示す顕微鏡写真で
ある。 【図11】赤血球を示す顕微鏡写真である。 【符号の説明】 10 細胞分析装置 12 チャンバー 14 試料入口 16 シース液入口 18 フローセル 20 撮像用レーザーパルス光源 22 集光レンズ 24 対物レンズ 26 CCDカメラ 28 静止画像入力部 30 システム制御・画像解析部 32 トリガー用光源 34 細胞検出器 36 遅延回路 38 撮像点
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment (cell analyzer) of a particle analyzer according to the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of an optical system of one embodiment using a semiconductor laser in the particle analyzer according to the present invention. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a light emission pattern in the particle detection system according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an enlarged optical system on the imaging light source side in the embodiment of FIG. 2 of the present invention. FIG. 5 is a partial explanatory view of an optical system of one embodiment using an N 2 laser or the like as a light source for imaging in the particle analyzer according to the present invention. FIG. 6 is a partial explanatory view of an optical system when a side scattered light detection system is added to the embodiment of FIG. 2 of the present invention. FIG. 7 is a micrograph showing white blood cells of Group A. FIG. 8 is a micrograph showing white blood cells of Group B. FIG. 9 is a micrograph showing white blood cells of Group C. FIG. 10 is a micrograph showing white blood cells of Group D. FIG. 11 is a micrograph showing red blood cells. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cell analyzer 12 Chamber 14 Sample inlet 16 Sheath liquid inlet 18 Flow cell 20 Laser pulse light source for imaging 22 Condenser lens 24 Objective lens 26 CCD camera 28 Still image input unit 30 System control / image analysis unit 32 Trigger Light source 34 Cell detector 36 Delay circuit 38 Imaging point

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.粒子を浮遊させた液体試料をシース液で囲繞して流
動させるためのフローセルと、上記粒子の流れる上記液
体試料の領域にトリガー用の光を常時照射するための半
導体レーザにてなるトリガー用光源と、上記粒子の撮像
時にパルス光を発光する撮像用パルス光源と、上記トリ
ガー用光源からの光を上記粒子が横切ったことを検知し
て粒子検知信号を発生する粒子検出器と、上記粒子検知
信号に基づき上記撮像用パルス光源を発光させる手段
と、上記撮像用パルス光源からのパルス光を粒子に照射
する集光レンズと、上記パルス光による粒子の静止画像
を撮像するための対物レンズおよび撮像手段と、得られ
た静止画像を処理し解析する画像処理部と、を具備する
ことを特徴とする流体中の粒子分析装置。
(57) [Claims] A flow cell for surrounding the liquid sample in which the particles are suspended with the sheath liquid to flow, and a trigger light source including a semiconductor laser for constantly irradiating trigger light to an area of the liquid sample in which the particles flow, An imaging pulse light source that emits pulsed light when imaging the particles, a particle detector that generates a particle detection signal by detecting that the particles cross light from the trigger light source, and the particle detection signal. Means for causing the imaging pulse light source to emit light, a condenser lens for irradiating particles with pulse light from the imaging pulse light source, an objective lens for capturing a still image of the particles by the pulse light, and imaging means And an image processing section for processing and analyzing the obtained still image.
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