CN101498646B - 前向散射光信号探测装置与方法及细胞或粒子分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于流式细胞分析仪或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置与方法、以及包含该探测装置的细胞或粒子分析仪。其中所述探测装置包括探测单元，具有按一维方向布置的多个子探测单元，用于探测前向散射光信号；以及收集单元，用于收集前向散射光信号并会聚到所述探测单元；其中将不同位置或区间的子探测单元探测的光信号作为不同散射角度的光信号。本发明可以减少系统的成本同时保持小型化优势，而且调试简单，可自由选择各种不同的收集角度，从而达到更精细区分被测细胞或粒子中各个子群的目的。

Description

前向散射光信号探测装置与方法及细胞或粒子分析仪

技术领域

本发明涉及一种流式细胞仪或粒子分析仪，特别是涉及一种用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置、包含该探测装置的细胞或粒子分析仪以及用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测方法。

背景技术

在临床中，检测患者体液中的细胞信息能辅助医生对患者的疾病特征进行准确的判断，特别是对血液中的细胞进行检查，如对血液中的红细胞、白细胞以及血小板计数和分类等。由此而产生了很多细胞分析装置，这些装置利用电阻抗法和光学法来对血液细胞进行分析，其中电阻抗法只能探测这些细胞的体积信息，并根据这些体积信息得到细胞的个数以及简单的分群信息。然而，在对临床诊断有重要意义的白细胞进行分析时，电阻抗法则存在着明显的不足。白细胞一般可分为以下五类：淋巴细胞、单核细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞，这些细胞不能简单地采用电阻抗法进行分类。因此，基流式细胞术的细胞分析仪便应运而生。

这样的血液细胞分析仪一般由血样准备单元、流体单元、检测单元以及信号处理单元组成。其中血样准备单元将一定量的稀释后的样本与试剂发生作用后输送给流体单元，然后流体单元运输该作用后的样本给检测单元中的流动室。其中流动室提供一个光学检测区域，在这个区域中运用鞘流原理将血液细胞样本流包裹在鞘流中，使血液细胞逐个地通过检测区域。光源(通常是激光)提供一个照射光束，以照射到流动室的检测区域上。当细胞流过检测区域的时候，照射光束照射到细胞上就会发生散射或激发荧光发射等，检测单元中的探测单元将在流动室中产生的各种光学信息收集并转换成电信号。最后，这些电信号在信号处理单元中被处理后，针对不同的血样细胞提供一维直方图或者二维散点图信息来对这些细胞进行计数或者分类等。

图1是一种常见的细胞分析装置。其中，光源101通常为氩离子激光器或者氦氖激光器。从光源101发出的光束经过聚焦透镜102后会聚到流动室103上。被检测细胞在鞘流的包裹下一个个顺序地通过流动室103，当这些细胞通过会聚的光斑区域时即发生散射现象。与光源101发出的光束方向相同的前向散射光被收集透镜105接收，经过一个小孔106会聚到光电二极管107上，小孔的作用是消除背景光线对探测的影响，提高信号的信噪比。在前向散射光收集光路中还有一个遮挡直射光光阑104，它的作用是阻挡从光源101直接发射而未被细胞散射的光束，减少探测的本底信号。在与发射光束相垂直的方向，即流动室的侧向或者90度方向上，散射光被透镜108收集后会聚到探测器光电倍增管110(PMT)上，一般情况下光电倍增管前面会放置一个干涉滤光片109来增加探测的信噪比。

上述细胞分析仪通过探测细胞散射的前向散射光和侧向散射光信号来实现细胞的分类。分别以侧向散射光信号和前向散射光信号为横坐标和纵坐标画出二维散点图，如图2所示，在该散点图中，白细胞被分成三个明显的子类，如淋巴细胞、单核细胞和粒细胞。

通常情况下，图1中所示的细胞分析仪采用了价格昂贵且体积笨重的氩离子激光器或者氦氖激光器作为激发光源，这些激光器需要外围高压驱动、工作寿命短且维护费用高。另外，由于侧向散射信号较弱，一般采用光电倍增管(PMT)作为探测器件，这样的探测器件同样价格昂贵、需要高压驱动且易受周围环境温度以及磁场等的影响。因此，图1中所描述的细胞分析仪一般都具备体积庞大、成本高且维护费用高等特点。

专利文献EP0696731介绍了一种小型化且成本低的细胞分析仪，它采用了小巧的激光二极管作为激发光源，并在前向方向上利用一个具有两个感光面的光电二极管探测器来探测两种前向散射光。该细胞分析仪的特点是它还包括了得益于其具有多个探测面的探测器件，其光路的调节变得非常简单，具体介绍如下。

激光二极管发出的光束经过准直透镜之后被聚焦透镜会聚到流动室上，形成一个椭圆形的光斑。其中光斑的短轴方向和流动室中样本流流动方向平行，而长轴方向垂直于样本流方向。样本流中的细胞流经该会聚光斑照射的区域时所产生的散射光被准直透镜准直为平行光，该平行光直接照射到探测光电二极管上。同样，与图1中常见的细胞分析仪一样，该光路在激发光束传播方向相同的前向方向上设置了一个挡直射光光阑，以消除未被细胞散射的直射光。光电二极管探测器具有多个分离的子探测面，通过合理的设计各个子探测面(如A、B、C等)的大小，可以实现两种不同角度细胞散射光的收集探测，并将产生的光信号转化为电信号，输送给信号处理单元处理，从而得出细胞的分类信息。

在该细胞分析仪中，光电二极管探测器中的子探测面C探测的是前向小角度散射光(1-5度)信号，子探测面A和E探测的是前向高角度散射光(6-20度)信号。

图3示出的是该细胞分析仪的一个典型的白细胞分类结果。该散点图是以前向高角度散射信号作为散点图的横坐标，前向小角度散射信号作为散点图的纵坐标。在该散点图中，L代表淋巴细胞、M代表单核细胞、G代表粒细胞、E代表嗜酸性粒细胞。

该细胞分析仪的另外一个特点在于它光路的简易调试性上。图4表示的其简易调试的原理。

图4(a)是其光电二极管探测器的示意图。图4(b)表示的是移开挡直射光光阑之后，在调试合格的光路中激发光束经过准直透镜后照射到探测器的光分布示意图，此时照射光斑呈椭圆状对称地分布在探测器上。其中子探测面A和E以及B和D的差分信号输出均为0，而子探测面C输出最大信号Cm_最大。

图4(c)和图4(d)表示的是当光路上下偏移时的情况，此时子探测面B和D的差分信号仍为0，.但是子探测面A和E的差分信号则不为0。具体表现为当光路往上偏移的时候，其差分信号大于0，而往下偏移的时候差分信号小于0。因此，通过监测该差分信号可以调节光路的上下偏移。

同理，图4(e)和图4(f)表示的是当光路左右偏移时的情况，此时子探测面A和E的差分信号为0，但是子探测面B和D的差分信号则不为0。具体表现为，当光路往左偏移的时候，其差分信号大于0，而往右偏移的时候差分信号小于0。因此，通过监测该差分信号可以调节光路的左右偏移。

在调节挡直射光光阑的时候，同样可以应用该差分探测原理。图5(a)表示的是当挡直射光光阑对称对中地放置在光路中时，激光光束照射到探测器上的光斑分布示意图。图5(b)和图5(c)表示的是当直射光光阑左右偏移的时候，照射光斑的分布。当挡直射光光阑往左偏移的时候，子探测面A和E的差分信号为0，但是子探测面B和D的差分信号则小于0，反之则相反。

因此，通过该探测器的特殊设计，可以收集两种前向散射光，以达到小型化、低成本以及简易调试的要求。

专利文献EP0696731中所公开的细胞分析仪是为了解决传统细胞分析仪体积大、成本高以及维护困难等缺点而提出来的，是一种典型的小型化、低成本的细胞分析装置。然而，该技术中也同时存在一些缺点：

1.该技术使用了由多个特殊形状的子探测面组成的光电探测器。由于这种探测器并不是市场上的通用器件，需要制造商单独制作，因此价格比通用的光电二极管探测器要昂贵许多且不容易推广；

2.在该技术中，从细胞发出的散射光被准直透镜准直后，照射到光电探测器上，通过各个子探测面的大小来选择角度。因此，准直透镜的位置判断显得十分重要，而在该技术中缺乏判断准直透镜是否处于准直位置的标准，调节过程只能依靠有经验的人员完成；

3.即使该技术中的光路调节可以通过检测光电探测器各个子探测面的差分信号来实现，但是由于该调节包括了二维方向，即上下和左右方向，调节过程繁琐。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种用于流式细胞分析仪或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置与方法、以及包含该探测装置的细胞或粒子分析仪。为了实现这一目的，本发明所采取的技术方案如下。

按照本发明的第一方面，提供一种用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，包括：探测单元，包含按一维方向布置的多个子探测单元，用于探测前向散射光信号；以及收集单元，用于收集前向散射光信号并会聚到所述探测单元；其中将不同位置或区间的子探测单元探测的光信号作为不同散射角度的光信号。其中将不同位置区间内的子探测单元所探测的光信号作为不同散射角度的光信号时，将同一位置区间内的子探测单元所探测光信号的加和作为相应散射角度的光信号。

可选的是，按照本发明第一方面的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，还包括长条形狭缝，设置在所述探测单元前面，用于阻挡杂散光。

再可选的是，按照本发明第一方面的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，还包括第一光阑，设置在所述收集单元前，用于消除部分前向高角散射光对前向小角度散射光的影响。

进一步可选的是，按照本发明第一方面的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，还包括准直透镜，用于将前向散射光准直为平行于光轴的光束，以供收集单元进行收集。其中前向散射光的散射角度按照下式计算：

$\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{D}{f}\right);$

其中f为散射源距准直透镜的距离，D为子探测单元距光轴的距离。

进一步可选的是，按照本发明第一方面的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，还包括具有不同通光孔径的光阑，设置在所述探测单元之前的光路中；其中将通过不同通光孔径光阑的光信号作为不同散射角度的光信号。

优选的是，按照本发明第一方面的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，其中所述收集单元包括至少一个正柱面镜，该正柱面镜的作用方向垂直于探测单元中的子探测单元列的方向。

再优选的是，按照本发明第一方面的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，其中所述探测单元中的子探测单元大小相等，并按一维方向等间距布置。

进一步优选的是，按照本发明第一方面的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，其中所述探测单元为光电二极管阵列，包括至少三个光电二极管。

按照本发明的第二方面，提供一种细胞或粒子分析仪，包括：激发单元，用于提供对细胞或粒子进行照射的光束；流动室，用于供被鞘液裹挟的样本液流过，使被测细胞或粒子逐个通过照射区域以产生散射光；信号处理单元，用于从经过光电转换的散射光信号提取峰值或者脉宽信息，从而对细胞或粒子进行处理；以及还包括按照本发明第一方面的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，用于探测不同散射角度的前向散射光信号，以供所述信号处理单元进行处理。

可选的是，按照本发明第二方面的细胞或粒子分析仪，还包括光束整形单元，用于将激发单元发射的光束整形成椭圆形光斑以照射到所述流动室的照射区域，其中光斑的短轴方向和流动室中样本流方向一致，长轴方向则垂直于样本流方向。

再可选的是，按照本发明第二方面的细胞或粒子分析仪，还包括第二光阑，设置在所述流动室之后，用于阻挡未被细胞或粒子散射的从激发单元发出的直射光。

进一步可选的是，按照本发明第二方面的细胞或粒子分析仪，还包括显示单元，用于显示所述信号处理单元的处理结果。

优选的是，按照本发明第二方面的细胞或粒子分析仪，其中所述光束整形单元包括一对垂直放置的正柱面镜。

按照本发明的第三方面，提供一种用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测方法，包括：会聚步骤，用于通过正柱面镜将前向散射光信号会聚到包含按一维方向布置的多个子探测单元的探测单元；以及探测步骤，用于将不同位置或区间的子探测单元探测的光信号作为不同散射角度的光信号。其中将不同位置区间内的子探测单元所探测的光信号作为不同散射角度的光信号时，将同一位置区间内的子探测单元所探测的光信号的加和作为相应散射角度的光信号。

可选的是，按照本发明第三方面的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测方法，.还包括准直步骤，用于对前向散射光信号进行准直，然后再进行会聚。

再可选的是，按照本发明第三方面的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测方法，还包括选通步骤，用具有不同通光孔径的光阑对前向散射光进行选择通过，并且将探测到的通过不同通光孔径光阑的光信号作为不同散射角度的光信号。

采用本发明技术方案的用于流式细胞分析仪或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置与方法、以及包含该探测装置的细胞或粒子分析仪，其优点主要体现在以下方面：

1.通过在前向收集两路或更多路散射光信号来对白细胞进行分类，而没有使用侧向散射光的探测，因此整个分析仪器可以做的很小型化；

2.由于采用了市场通用的光电二极管探测阵列作为探测器件，减少了系统的成本，同时也保持了系统的小型化优势；

3.由于采用了光路共焦的设计原理使得光路的调节判断标准明确，且探测阵列中多个子探测单元的应用也简化了调试步骤；

4.基于探测单元中的多个子探测单元，可以自由选择各种不同的收集角度，从而达到更精细区分被测细胞或粒子中各个子群的目的，提高了系统设计的自由度。

下面将结合附图并通过具体的实施例对本发明进行进一步说明。

附图说明

图1是传统的细胞分析仪光路示意图；

图2是传统的细胞分析仪输出的白细胞散点图；

图3是现有技术中的小型化细胞分析仪输出的白细胞散点图；

图4是现有技术中的小型化细胞分析仪的光路调节示意图；

图5是现有技术的小型化细胞分析仪光路中的挡直射光光阑调节示意图；

图6是按照本发明实施例的细胞或粒子分析仪外观图；

图7是按照本发明实施例的细胞或粒子分析仪的系统框架图

图8是按照本发明实施例的细胞或粒子分析仪的光路示意图；

图9是流动室截面图；

图10是按照本发明实施例的光电二极管探测阵列示意图；

图11是按照本发明实施例的另一种光路示意图；

图12是按照本发明实施例的散射光收集角度与探测阵列中子探测单元关系示意图；

图13是按照本发明实施例的收集单元中光阑的作用示意图；

图14是按照本发明实施例的细胞或粒子分析仪的光路调节示意图；

图15是按照本发明实施例的光路共焦法调节准直透镜位置示意图；

图16是使用按照本发明实施例的细胞分析仪对白细胞进行分类的散点图；

图17是按照本发明实施例的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测方法的流程图。

具体实施方式

图6表示的是按照本实施例的细胞或粒子分析仪外观100的示意图，包括：血样准备单元1中的采样针101，将采样针101放入患者的血液采集管中，按动开关102，就会触发该细胞或粒子分析仪开始工作，从而进行血样吸取、试剂反应处理、细胞探测以及分析给出结果等；触发开关102，通过按动该开关实现细胞或粒子分析仪的自动化运作；以及LED指示灯103，它可以指示细胞或粒子分析仪的运行状态。

如图7所示，图6所示的细胞或粒子分析仪的功能结构包括如下几个部分：

血样准备单元1，在其中将一定量的全血样本稀释，且与试剂发生作用后输送给流体单元2；

流体单元2，在其中将待测样本在压力的作用下形成鞘流，使细胞一个个顺序通过流动室4的检测区域；

激发单元3，采用激光二极管作为光源，经过准直之后，由一对垂直放置的正柱面镜作用后产生一束会聚在流动室上的光束，用来激发经过该会聚光斑区域的细胞，使之产生散射光；

流动室4，用来导入样本流和鞘流，鞘流裹挟着样本流在压力作用下通过流动室的检测区域，样本流中的细胞被激光束照射而产生散射光；

收集单元5，收集从细胞散射出的一定角度范围内的散射光，并被探测单元6所探测；

探测单元6，将收集到的散射光信号转变为电信号，并输送给信号处理单元7处理；

信号处理单元7，对光电转换后的信号进行处理，并提供一维直方图或者二维散点图信息来对细胞进行计数或者分类等。

以下对各个组成部分分别进行描述。

血样准备单元1的作用是提供经过处理后的待检测样本，它包括由采样针吸入一定量的全血样本，并将该样本进行一定比例的稀释。然后，将稀释样本与相应的试剂进行反应，在反应时间充分后，将此时的待测样本输送给流体单元2，由流体单元2进行下一步的处理。

流体单元2包括一系列的管路、压力以及阀控制单元等。其作用是形成鞘流条件，使稀释液包裹着待测样本进入流动室4，同时样本流中的细胞一个个顺序地通过流动室中的检测区域接受激光检测。流体单元2的作用还包括将经过检测的样本流以及稀释液输送到一个废液池内储存。

在本实施例中，采用可见光波段的激光二极管作为激发光源，激光二极管具有体积小、成本低且寿命长等优点，因此能大大降低细胞或粒子分析仪的体积和成本。

激光二极管发出的光线经过一个准直透镜准直成平行光束，该平行光束经过一对垂直放置的正柱面镜会聚在流动室4上，形成一个椭圆形的聚焦光斑。光斑短轴方向与流动室中样本流动方向一致，短轴的尺寸应与细胞的大小相匹配，大约10～20um；光斑长轴方向垂直于细胞流动方向和光轴方向，长轴的尺寸应基本上覆盖流动室中的检测区内壁宽度，在本实施例中长轴方向为200um。该扁平化的光斑有助于减少由于样本流中细胞的摆动而引起的探测误差。

流动室4提供了一个激发光源与被测细胞作用的区域。流动室4由光学透明材料制成，典型的材料为石英玻璃。为了不改变光束的传播特性，要求其内壁和外壁都具有相当高的平面度，并要保持内、外壁的平行度，使照射光束不改变方向地进入以及散射光束不改变方向地射出。

在收集单元5中，首先由一个准直透镜将散射光准直成平行光束，然后再经过一个正柱面镜会聚到探测单元上。

探测单元是一个线阵的多探测子单元的光电二极管探测阵列，该阵列中的子探测单元的排列方向(以下称为长轴方向)与收集单元中的正柱面镜的作用方向相垂直。散射光经过正柱面镜后在长轴方向上并没有被会聚，因此可通过探测阵列长轴方向上的各个子探测单元的大小和位置，来选择收集前向方向上不同角度范围的两种散射光；而在探测阵列的短轴方向上，散射光被正柱面镜会聚到探测阵列上，提高了收集到的散射光能量。探测单元6将收集到的两路散射光信号转变为电信号输送给信号处理单元7进行分析。

信号处理单元7将光电转换之后的电信号进行相应的放大和滤波处理，在将信号数字化之后提取散射信号的相关信息，并把这些信息通过形成一维直方图或者二维散点图来实现对细胞进行计数或者分类等，其结果通过输出设备来显示，输出设备可以是打印机或者LCD。

图8示出了按照本实施例的分析仪所采用的一种光路图，其中图8A和8B分别是从相互垂直的两个方向观察的光路图。作为激光器的激光二极管31可采用如Opnext的HL6714G等，其最大输出功率10mW，波长为670nm。激光器的安装方式为使发散角大的方向和流动室样本流方向一致，如图8所示。准直透镜32将激光器发出的光线准直为平行光束。

一对垂直放置的正柱面镜33和34将准直后的光束会聚成一个扁椭圆形的聚焦光斑，其中该聚焦光斑的短轴与流动室样本流方向一致。正柱面镜33的作用是在流动室样本流方向上对准直光束进行会聚，而正柱面镜34的作用是在垂直流动室样本流方向上对准直光束进行会聚。该正柱面镜组的安装方式如图8所示。聚焦后的扁椭圆形光斑的大小为20um×200um。

图9示出了流动室35的横截面图。流动室35由石英玻璃制成，为4mm×4mm×10mm的棱柱，内开一个200um×200um的方孔，要求外壁以及孔的内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质量，使光束在经过流动室的时候尽量小地改变其传播特性。样本中的细胞流沿着图8A中垂直纸面的方向由里向外流动，或者在图8B中在纸面中由下向上流动。

第二光阑(即挡直射光光阑)36用于阻挡未被细胞散射的从光源发出的直射光束。准直透镜37将从细胞发出的散射光准直为平行于光轴方向的光束。第一光阑38用于消除部分前向高角散射光对前向小角度散射光的影响。正柱面镜39在流动室样本流方向上对平行光束没有作用，而在垂直于流动室样本流方向上对平行光束进行会聚。长条形狭缝40用于阻挡周围的杂散光，提高探测的信噪比，其中长条方向和正柱面镜39的作用方向相垂直。

线阵光电二极管探测阵列41有16个子探测单元，每个子探测单元的大小为1.175mm×2.0mm，如图10所示。

光电二极管探测阵列41的各个子探测单元排列方向(以下称长轴方向)与正柱面镜39的作用方向相垂直，这样经过准直透镜37之后的平行光没有经过正柱面镜39的作用，平行地照射在探测阵列的长轴方向上；而在正柱面镜39作用的方向上，准直的散射光被会聚到探测阵列的短轴方向上，提高了收集光的能量。因此，正柱面镜39和光电二极管探测阵列41还可以有另外一种安装方式，如图11所示。

在光电二极管探测阵列长轴方向上，通过各个子探测单元的大小和位置来进行收集角度的选择，如图8和11中所示，虚线代表的散射光表示前向小角度散射光，被光电二极管探测阵列中的中心部位的子探测单元接收，而其他实线代表的散射光表示的是前向高角散射光，被光电二极管探测阵列中的远离中心的子探测单元接收，从而输出两路散射光信号。

下面介绍散射光角度的选择。

如图12所示，光电二极管探测阵列41以位于光轴上的第8子探测单元为该探测阵列中心。当然，也可以以其它子探测单元或者两个相邻的子探测单元之间的间隙作为整个光电二极管探测阵列的中心。此时，在光电探测阵列的长轴方向，散射光被准直透镜准直之后直接照射到光电阵列上(未被正柱面镜作用)。通过各个子探测单元的大小和位置选择散射角度，进行收集。

在本实施案例中，以子探测单元7和9的加和输出为前向小角度散射信号，而以子探测单元6-1以及10-15共12个子探测单元的加和输出作为前向高角度散射信号。以前向高角度散射信号收集为例，根据各个子探测单元的大小和位置所对应的高度计算对应的散射收集角度，如前向高角度的下限如图中虚线所示，对应的探测器高度为D₁，而前向高角度的上限如图中实线所示，对应的探测器高度为D₂，则收集角度范围为：

${\mathrm{\θ}}_1=\arctan \left(\frac{D_1}{f}\right)$

${\mathrm{\θ}}_2=\arctan \left(\frac{D_2}{f}\right)$

在本实施案例中，前向小角度收集范围为1°-5°，前向高角度收集范围为8°-20°。

第一光阑38的作用叙述如下。由于从细胞发出的散射光被准直透镜37准直之后，其截面积是一个圆形，理论上除了中间深色区域代表的是前向小角度散射光信号外，其他部分均为前向高角度散射光信号。但是，再经过正柱面镜39会聚之后，光电二极管探测阵列中的子探测单元7和9所探测的前向小角度中包含了左右两侧的部分前向高角度散射信号，如图13中斜线阴影部分所示。为了减少阴影部分的前向高角度散射光信号对前向小角度散射光信号的探测的影响，需要设置一个第一光阑38，如图13中斜线阴影部分所示。

另外，除了直接利用各个子探测单元的大小和位置来确定收集角度，还可以通过在光电二极管探测阵列之前的光路中设置不同通光孔径的光阑，将通过不同通光孔径光阑的光信号作为不同散射角度的光信号，从而来实现对不同散射角度的光信号的收集。当然，不同通光孔径的光阑最好设置在准直透镜与光电二极管探测阵列之间。此时，上述公式中的D1和D2则代表光阑的通光孔径。

在本实施例中，采用了子探测单元7和9的加和输出为前向小角度散射信号，而以子探测单元6-1以及10-15共12个子探测单元的加和输出作为前向高角度散射信号。也可以采用子探测单元7和9的加和输出为前向小角度散射信号，而子探测单元6、5和10、11这四个子探测单元的加和输出为前向中低角度散射信号，而4-1和12-15共8个子探测单元的加和作为前向高角度散射信号，从而系统输出三路散射光信号。依次类推，可以输出四路甚至更多路散射光信号，以达到更精细区分被测细胞的目的。

本实施例中，由于采用了光电二极管探测阵列而使得光路的调节变得简单。图12中的子探测单元7和9可以输出差分信号，作为光路调节的依据，现介绍如下。

调节光路之前，先将第二光阑36移开，由于正柱面镜39的作用，从激光二极管发出的光束会被会聚成长条形的椭圆光斑分布，如图14中阴影部分所示。该光斑的长轴方向同样和正柱面镜的作用方向相垂直。

正常情况下，当光路调节好之后，该椭圆形光斑对称地分布在光电二极管探测阵列上，如图14A所示，此时子探测单元7和9的差分输出为0(即output7-output9＝0)，而中央单元8的输出为最大(即output8＝max)。

图14B所示的是当光路向上偏移时的情况，此时子探测单元7和9的差分输出大于0(即output7-output9＞0)，而中央单元8的输出小于图14A中的最大值(即0utput8＜max)。

图14C所示的是当光路向下偏移时的情况，此时子探测单元7和9的差分输出小于0(即output7-output9＜0)，而中央单元8的输出小于图14A中的最大值(即output8＜max)。

在调节好光路之后，观察子探测单元7和9加和输出的前向小角度强度来调节第二光阑36，当该输出强度最小的时候，即表示第二光阑已经对中地放置在光路中央。

在正柱面镜39的作用方向(即左右方向上)，由于被准直的散射光已经被会聚，因此只需要将会聚后的光斑对准光电二极管探测阵列前方的狭缝即可，因此在这个方向上的调节步骤显得十分简单。

在本实施例中，使用具有多个子探测单元的光电二极管探测阵列来进行收集角度的选择。该部分也同样可以通过光路调节来实现，现介绍如下。

图15表示的是在垂直样本流方向上的收集光路示意图，具体光路图如图8A中所示。

图15(A)表示是调试好的光路图，其中从细胞发出的散射光被准直，而准直后的散射光被正柱面镜会聚后通过光电二极管探测阵列前的狭缝，被各个子探测单元接收，输出该细胞对应的散射信号。

图15(B)表示的是准直透镜偏移准直位置(往右远离细胞方向)时的示意图，此时从细胞发出的散射光被会聚，导致在经过正柱面镜后，散射光的会聚点提前，引起散射光不能被全部接收，子探测单元输出的信号小于图15(A)中情况。

图15(C)表示的是准直透镜偏移准直位置(往左靠近细胞方向)时的示意图，此时从细胞发出的散射光被发散，导致在经过正柱面镜后，散射光的会聚点靠后，同样引起散射光不能被全部接收，子探测单元输出的信号小于图15(A)中情况。

因此，采用上述的光学共焦方法，通过观察前向高角度的光信号输出是否达到最大值即可判断准直透镜的位置是否正确，判断的标准明确，调试过程简单。

从各个子探测单元输出的前向小角度和前向高角度散射信号被转化为电信号后，送给信号处理单元分析处理。根据这些信号的峰值或者脉冲宽度信息，输出一维直方图或者二维散点图来实现对细胞的计数或者分类。

图16表示的是利用前向小角度和前向高角度散射信号绘制的经过试剂处理之后的白细胞散点图。其中横轴代表前向高角度散射信号，而纵轴代表前向小角度散射信号。从图中可以看出白细胞被明显地区分为四个子分类，其中L代表淋巴细胞、M代表单核细胞、G代表粒细胞、E代表嗜酸性粒细胞。

在本实施例中，由于采用了激光二极管作为光源，同时使用通用的光电二极管探测阵列收集两路或更多路前向散射光来对白细胞进行分类，没有使用侧向散射光的探测，因此整个分析仪器可以做得很小型化，同时成本较低。另外，得益于多子探测单元的探测阵列的使用，分析仪的光路调节也变得十分简单且判断标准明确。

图17示出了按照本发明实施例的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测方法的流程图。该探测方法包括准直步骤1901、会聚步骤1903、选通步骤1905和探测步骤1907，其中准直步骤1901和选通步骤1905都是可选的。但是，在本实施例中，最好至少包括准直步骤1901。

在准直步骤1901中，通过透镜对来自散射源的前向散射光信号进行准直，将其变换为平行光束。在会聚步骤1903中，通过正柱面镜将前向散射光信号会聚到包括按一维方向布置的多个子探测单元的探测单元。在探测步骤1907中，将不同位置或区间的子探测单元探测的光信号作为不同散射角度的光信号。在将不同位置区间内的子探测单元探测的光信号作为不同散射角度的光信号时，将同一位置区间内的子探测单元所探测的光信号的加和作为相应散射角度的光信号。

另外，按照本实施例的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测方法，也可以通过选通步骤1905，使用具有不同通光孔径的光阑对前向散射光进行选择通过，并且将探测到的通过不同通光孔径光阑的光信号作为不同散射角度的光信号。

以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等，但是，只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书中所使用的一些术语，如“左”、“右”、“前”、“之前”等等，仅仅是为了便于描述，而不是对本发明的限制。

Claims (17)

1.一种用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，其特征在于，包括：

探测单元，包含按一维方向布置的多个子探测单元，用于探测前向散射光信号；以及

收集单元，用于收集前向散射光信号并将其在与所述一维方向垂直的方向上会聚到所述探测单元；

其中将不同位置或区间的子探测单元所探测的光信号作为不同散射角度的光信号，

其中，所述细胞或粒子逐个通过流动室的照射区域以产生所述前向散射光。

2.如权利要求1所述的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，其特征在于，还包括：

长条形狭缝，设置在所述探测单元前面，用于阻挡杂散光。

3.如权利要求1所述的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，其特征在于，还包括：

第一光阑，设置在所述收集单元前，用于消除部分前向高角散射光对前向小角度散射光的影响。

4.如权利要求1所述的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，其特征在于，还包括：

准直透镜，用于将前向散射光准直为平行于光轴的光束，以供收集单元进行收集。

5.如权利要求1所述的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，其特征在于，还包括：

具有不同通光孔径的光阑，设置在所述探测单元之前的光路中；

其中将通过不同通光孔径光阑的光信号作为不同散射角度的光信号。

6.如权利要求1至5中任何一项所述的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，其特征在于：

所述收集单元包括至少一个正柱面镜，该正柱面镜的作用方向垂直于探测单元中的子探测单元列的方向。

7.如权利要求1至5中任何一项所述的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，其特征在于：

所述探测单元中的子探测单元大小相等，并按一维方向等间距布置。

8.如权利要求1至5中任何一项所述的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，其特征在于：

将不同位置区间内的子探测单元所探测的光信号作为不同散射角度的光信号时，将同一位置区间内的子探测单元所探测的光信号的加和作为相应散射角度的光信号。

9.如权利要求1至5中任何一项所述的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测装置，其特征在于：

所述探测单元为光电二极管阵列，包括至少三个光电二极管。

10.一种细胞或粒子分析仪，包括：

激发单元，用于提供对细胞或粒子进行照射的光束；

流动室，用于供被鞘液裹挟的样本液流过，使被测细胞或粒子逐个通过照射区域以产生散射光；

信号处理单元，用于从经过光电转换的散射光信号提取峰值或者脉宽信息，来对细胞或粒子进行处理；

其特征在于，还包括如权利要求1至8中任何一项所述的前向散射光信号探测装置，用于探测不同散射角度的前向散射光信号，以供所述信号处理单元进行处理。

11.如权利要求10所述的细胞或粒子分析仪，其特征在于，还包括：

光束整形单元，用于将激发单元发射的光束整形成椭圆形光斑以照射到所述流动室的照射区域，其中光斑的短轴方向和流动室中样本流方向一致，长轴方向垂直于样本流方向。

12.如权利要求10所述的细胞或粒子分析仪，其特征在于，还包括：

第二光阑，设置在所述流动室之后，用于阻挡未被细胞或粒子散射的从激发单元发出的直射光。

13.如权利要求11所述的细胞或粒子分析仪，其特征在于：

所述光束整形单元包括一对垂直放置的正柱面镜。

14.一种用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测方法，其特征在于，包括：

会聚步骤，用于通过正柱面镜将前向散射光信号以如下方式会聚到包含按一维方向布置的多个子探测单元的探测单元：会聚的方向与所述一维方向垂直；以及

探测步骤，用于将不同位置或区间的子探测单元探测的光信号作为不同散射角度的光信号，

其中，所述细胞或粒子逐个通过流动室的照射区域以产生所述前向散射光。

15.如权利要求14所述的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测方法，其特征在于，还包括：

准直步骤，用于对前向散射光信号进行准直，然后再进行会聚。

16.如权利要求14所述的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测方法，其特征在于，还包括：

选通步骤，用具有不同通光孔径的光阑对前向散射光进行选择通过，并且将探测到的通过不同通光孔径光阑的光信号作为不同散射角度的光信号。

17.如权利要求14至16中任何一项所述的用于细胞或粒子分析仪的前向散射光信号探测方法，其特征在于：

将不同位置区间内的子探测单元所探测的光信号作为不同散射角度的光信号时，将同一位置区间内的子探测单元所探测的光信号的加和作为相应散射角度的光信号。

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