CN103361265A - 一种肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置，由激光光源系统、光束整形系统、激光共聚焦系统、分光系统、显微镜系统、细胞流系统或细胞采集系统、荧光聚焦系统及细胞分析系统构成；激光光源系统发出不同波长激光经光束整形系统整形，激光经整形后由激光共聚焦系统将其焦点汇聚到同一平面，然后经分光系统进入显微镜系统后照射到细胞流系统或细胞采集系统中的染色细胞上；染色细胞经激光照射后产生的荧光经显微镜系统放大后进入分光系统，放大后的荧光由分光系统反射到荧光聚焦系统后，进入细胞分析系统进行细胞分选，得出分选结果；本发明检测速度快、精度高，能应用在肿瘤细胞及其他各种病理细胞的早期诊断、早期治疗及预后判断。

Description

一种肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置

技术领域

本发明涉及诊断仪器，具体涉及一种肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置。

背景技术

攻克癌症一直是医学界亟需解决的重大课题，据联合国世界卫生组织WHO 近期报道全球每年死于癌症的人数已逾“1000万之众"。尽管人们越来越关注肿瘤的早期诊断，但肿瘤患者的5年生存率依然不是很理想。按目前的医疗水平，对没有发生转移的早期癌症病人约有80%-90%以上可以治愈；但是对于晚期的癌症病人，在治疗后能生存5年以上的人就比较少了。其根本原因就是缺乏真正能早期甚至超早期发现肿瘤组织并进行治疗的手段。癌症病人如能在早期发现并及时治疗，不仅可以提高生存率，同时也可以提高病人的生存质量，所以对于癌症要早期发现、早期诊断并早期治疗。

目前的癌症诊断和研究的方法有：肿瘤的基因诊断、放射免疫显像、分子核医学技术、磁共振弥散加权成像等方法。

肿瘤的基因诊断：肿瘤的形成是遗传因素与环境因素相互作用的结果，随着分子生物学的迅速发展，人们对肿瘤的认识已经发展到基因水平，发现了许多肿瘤相关基因，并从基因水平对癌症进行诊断，也可以通过检测与癌变有关的基因标志物来判定组织学的良恶性程度，或者检测癌症的进展。目前常用的基因诊断方法可概括为三类:核酸凝胶电泳、核酸杂交和聚合酶链反应(PCR )技术及直接测定致病基因序列，基因诊断方法虽可能发现其中存在的所有基因缺陷或相应的疾病，但由于工作量过大，成本高，故目前用于临床诊断受到一定限制。

放射免疫显像法：放射免疫显像是一种以放射性核素标记的抗肿瘤及其相关抗原的抗体为显像剂定位肿瘤的技术。基本过程为：标记抗体经静脉或其它途径注入体内后定向地与肿瘤细胞相结合；在适当时间内，通过放射性核素使全身或局部显像来识别肿瘤所处的部位和大小。然而对于实质性肿瘤，当放射性核素到达肿瘤部位发挥作用后，往往会使正常组织承受过多的放射性损害。

分子核医学技术：在肿瘤发生过程中，由于基因的突变与扩增，肿瘤细胞膜上的某些受体常常超量表达。利用配体与受体结合具有高特异性、高选择性及高亲和性的特点，采用放射性核素标记的配体作为示踪剂，使其与肿瘤细胞上高密度表达的相应受体结合，从而使肿瘤得以显像的技术称之为分子核技术肿瘤显像。应用核医学的示踪技术，揭示病变组织细胞受体的变化，基因的异常表达，生化、代谢及细胞信号转导的异常改变等，为肿瘤的诊断、良恶性鉴别、临床分期、疗效评估以及预后检测等提供信息，同时为肿瘤研究提供分子水平的依据。分子核技术诊断肿瘤是目前使用最多的技术，但是分子核技术对肿瘤细胞的早期诊断效果不是很理想，在肿瘤早期诊断上作用有限且多次进行核检查对患者的身体还有一定的损害。

磁共振弥散加权成像法：磁共振弥散加权成像是利用磁共振成像(MRI)的特殊序列观察活体组织中水分子的微观弥散运动的一种成像方法，是一种对水分子弥散运动敏感的成像技术，与以往的常规MRIT1加权像，T2加权像不同，质子成像（DWI）使MRI对人体的研究深入到了更微观水平，可反映人体组织的空间组成信息及病理生理状态下各组织成份之间水分子交换的功能状态。伴随磁共振软件的技术进步，DWI的临床应用也愈加广泛，已从初期的中枢神经系统扩展到体内各脏器，为肿瘤鉴别诊断提供新的信息，其作用已引起广泛关注。然而目前多数应用尚处于探讨研究阶段，尤其需要进一步深入研究活体条件下弥散机制的基础，其临床应用价值还需进一步发掘，广泛应用于临床之前尚需积累更多的经验。

基因诊断、放射免疫显像、分子核医学技术、磁共振弥散加权成像等肿瘤诊断方法虽然目前都有所发展，但是这些方法主要用于静态定性分析，不能动态监测肿瘤细胞在治疗过程的变化及肿瘤细胞转移，限制了其在基础研究及临床中的应用，尤其是在恶性肿瘤等重大疾病在诊断和治疗过程中所需要的对细胞数目的准确定量分析。因此有必要发展新的仪器来解决这个问题，以满足对活体内细胞数目定量分析的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能早期诊断并实时监测肿瘤细胞在治疗过程的变化及肿瘤细胞转移情况，能对重大疾病在诊断和治疗过程中所需要的细胞数目进行准确定量分析，对采集的细胞进行基因分型、活体细胞培养和药物敏感性鉴定的肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置，利用激光对染色的肿瘤细胞或其它各种病理细胞进行照射，通过肿瘤细胞或其它各种病理细胞的荧光反射来判断肿瘤或其它各种病理细胞播散在血循环中的转移性肿瘤细胞或各种病理细胞；同时通过细胞采集对肿瘤细胞进行早期诊断、个性化诊断、肿瘤进行个性化治疗及预后判断、肿瘤药物敏感性检测、遗传病筛查与诊断、传染病诊断、免疫疾病诊断，以及昂贵药物治疗监测等项目。

该肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置，由激光光源系统、光束整形系统、激光共聚焦系统、分光系统、显微镜系统、细胞流系统或细胞采集系统、荧光聚焦系统及细胞分析系统构成；激光光源系统发出不同波长激光经光束整形系统整形，激光经整形后由激光共聚焦系统将其焦点汇聚到同一平面，然后经分光系统进入显微镜系统后照射到细胞流系统或细胞采集系统中的染色细胞上；染色细胞经激光照射后产生的荧光经显微镜系统放大后进入分光系统，放大后的荧光由分光系统反射到荧光聚焦系统后，进入细胞分析系统进行细胞分选，根据分选结果进行诊断。

所述激光光源系统能发出405nm、488nm、514nm、543nm、561nm及640nm中一种或几种波长激光，激光的输出功率大于5毫瓦。

所述光束整形系统将激光光源系统发出的圆形光斑整形成长条形光斑，所述光束整形系统由平凹、平凸及平平透镜软胶和构成。

所述激光共聚焦系统由不同曲率的消色差透镜软胶合构成，消色差透镜为两胶合透镜、三胶合透镜、四胶合透镜及五胶合透镜中的一种。

所述分光系统由半反半透透镜组软胶合构成。

所述显微镜系统为双镜片物镜。

所述细胞采集系统包括供染色的单个细胞流过的血流管道，细胞采集系统采集细胞并对采集的细胞进行染色、基因分型、活体细胞培养和药物敏感性鉴定。

所述荧光聚焦系统由消色差透镜软胶合构成，消色差透镜为两胶合透镜、三胶合透镜、四胶合透镜及五胶合透镜中的一种。

所述细胞分析系统，由将光信号转换为电信号的信号采集系统及将信号采集系统采集到的细胞信息进行分选及显示的控制系统构成。

所述信号采集系统为光电转换器，所述控制系统由控制器及与控制器连接的显示屏构成。

本发明的优点在于：该肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置，是对细胞(或微粒)的物理、生理、病理、生化、免疫、遗传、分子生物学形状及功能状态等进行定性定量检测的一种现代细胞分析技术，具有以下优势：

1、可以高速分析上万个细胞，并能同时从一个细胞中测得多个参数，与传统的荧光镜检查相比，具有速度快、精度高、准确性好等优点，能应用在肿瘤细胞及其他各种病理细胞的早期检测诊断上。

2、可以实时监测在体（小动物或人体）血循环内某个或某些靶细胞群体的存在，如实体瘤血液播散后在血循环中的转移性肿瘤细胞，并进行定量分析。

3、可以做到长时程﹑连续地对同一活体循环系统内的标记细胞进行监测。

4、可以对肿瘤细胞进行染色、基因分型、体外活体培养和肿瘤药物敏感性鉴定，以及判断肿瘤的治疗效果及预后。

5、该设备用途广泛：可广泛应用于免疫学、血液学、肿瘤学、细胞生物学、细胞遗传学、生物化学等临床医学和基础医学研究领域。

6、该设备结构简单、方便操作、无创、安全性高。

7、采用液晶显示器，具有显示质量高、数字式接口、体积小、重量轻及功耗低等优点。

8、实现仪器完全自动化，无须手动，具有很强的数据处理和分析能力，实现实时显示。

9、该设备体积小、便于携带、一次性投入长期使用、费用低。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置的结构示意图；

图2为图1肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置的光束整形系统的结构示意图；

图3为图1肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置的细胞采集系统的单细胞血流管道的结构示意图；

上述图中的标记均为：

A、激光光源系统

B、激光光束整形系统

C、激光共聚焦系统

D、分光系统

E、显微镜系统

F、细胞流系统或细胞采集系统

G、荧光聚焦系统

H、信号采集系统

L、细胞分选系统

M、数据显示系统

N、血流管

O、单细胞排列漏斗

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，该肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置，由激光光源系统A（激发光）、激光光束整形系统B、激光共聚焦系统C、分光系统D、显微镜系统E、细胞流系统或细胞采集系统F、荧光聚焦系统G及信号采集系统H、细胞分选系统L及数据显示系统M等部分构成；其中信号采集系统H、细胞分选系统L及数据显示系统M构成细胞分析系统；信号采集系统H为能将光信号转换为电信号的光电转换器，细胞分选系统L及数据显示系统M构成控制系统，信号采集系统H连接控制系统；细胞分选系统L由控制器加Matlab编译的软件组成，数据显示系统M为连接控制器的LCD或LED显示器。

由激光发光源系统A发出的不同波长的激光经光束整形系统B进行光束整形，将圆形光斑整形成长条状光斑，不同波长的激光经整形后进入激光共聚焦系统C。激光共聚焦系统C将不同波长的激光焦点汇聚到同一平面上，然后经分光系统D进入显微镜系统E。激光经显微镜系统E后照射到细胞流系统或细胞采集系统F内的高速流动或固定的染色细胞上，激光照射到染色细胞上后产生荧光。荧光经显微镜系统E后进入分光系统D，经分光系统D反射后进入荧光聚焦系统G，经荧光聚焦系统G进行聚焦后进入信号采集系统H。信号采集系统H对荧光信号进行采集后将光信号转换成电信号进入细胞分选系统L，细胞分选系统L对细胞进行分选，然后将分选结果显示在数据显示系统M上，根据分选结果进行诊断。

激光光源系统A的激光可以为：405nm、488nm、514nm、543nm、561nm、640nm等不同的波长，激光由激光器发出，激光器的类型可以是固体激光器、半导体激光器、气体激光器、光纤激光器以及染料激光器等类型，激光输出的功率大于5毫瓦。

激光光源系统A的激光传输到光束整形系统B内，光束整形系统B对激光进行光束整形，将圆形光斑整形成长条形光斑。光束整形系统B由平凹、平凸及平平透镜软胶和构成。

优选构成光束整形系统B的透镜为五组。

如图2所示，作为优选实施方式1，光束整形系统B由平凸、平凹、平平、平凸及平凹五组透镜依次排列后软胶合而成。

作为优选实施方式2，光束整形系统B由平平、平凸、平凹、平凸及平凹五组透镜依次排列后软胶合而成。

作为优选实施方式3，光束整形系统B由平凸、平凹、平凸、平凹及平平五组透镜依次排列后软胶合而成。

经光束整形系统B整形后的激光进入激光共聚焦系统C，激光共聚焦系统C将不同波长的激光聚焦到同一平面上。激光共聚焦系统C由不同曲率的消色差透镜软胶和而成，消色差透镜为两透镜胶合、三透镜胶合、四透镜胶合及五透镜胶合中的一种，相邻两组平凹胶合透镜及平凸胶合透镜的凹面及凸面相互配合。

两透镜胶合、三透镜胶合、四透镜胶合及五透镜胶合的曲率值可以从15到50，相邻胶合透镜的凹面及凸面曲率值相加为0，即胶合透镜的凹面及凸面正负对应即可。

优选光束整形系统B由五组消色差透镜胶合构成。

作为优选的实施方式1，激光共聚焦系统C由两胶合平凹透镜、两胶合平凸透镜、三胶合平平、四胶合平凸-平凹及五胶合平凹-平凸-平平透镜依次排列胶合而成。

作为优选的实施方式2，激光共聚焦系统C由两胶合平凸透镜、两胶合平凹透镜、三胶合平平、四胶合平凸-平凹及五胶合平凹-平凸-平平透镜依次排列软胶合而成。

作为优选的实施方式3，激光共聚焦系统C由五胶合平凹-平凸-平平透镜、两胶合平凹透镜、两胶合平凸透镜、三胶合平平、四胶合平凸-平凹依次排列软胶合而成。

胶合透镜的曲率值可以为15到50中的一种或多种，例如两胶合平凹透镜的凹面曲率为R=-25，平面曲率为0；两胶合平凸透镜中的凸面曲率为R=25，平面曲率为0；四胶合平凸-平凹及五胶合平凹-平凸-平平的透镜凸面曲率为R=30，平面曲率为0，凹面曲率为R=-30。

从激光共聚焦系统C输出的激光经分光系统D、显微镜系统E进入细胞流系统（或细胞采集系统）F对流动的染色细胞进行照射。

分光系统D是由半反半透透镜依次排列软胶合构成，作为优选的实施方式，分光系统D由三组半反半透透镜依次排列后软胶和构成。分光系统D对激光是全透的，激光可以没有损耗的直行通过，而从染色细胞发出的荧光经过分光系统D时则反射到荧光聚焦系统G内。

显微镜系统E为双镜片物镜，其对激光没有作用，激光可以直接通过，其能对从染色细胞反射出来的荧光进行放大，便于后续的采集。

细胞流系统F可采用小动物、人体的动脉或静脉血管，也可采用细胞采集系统替代，细胞采集系统采集人体或小动物静脉血，然后得到单个细胞流过的血流管道。如图3所示，血流管道由血流管N及套装在血流管N外的单细胞排列漏斗O构成；人体或小动物静脉取到的血放入血流管，然后经单细胞排列漏斗O形成单细胞血流管道。血流管道可采用光学玻璃、石英等透明、稳定的材料制作。

细胞流系统F或细胞采集系统，可以将细胞进行染色，并通过激光照射到染色细胞上后产生荧光；同时，采集的细胞也可以通过染色、基因分型、活体细胞培养和细胞对药物敏感性鉴定等。

进入荧光聚焦系统G的荧光在系统内进行聚焦，其聚焦焦点在信号采集系统H的焦平面上，二者形成共轭。荧光聚焦系统F同样由不同曲率的消色差透镜软胶合构成，不同曲率的消色差透镜分别可采用相同或不同的材料制作，全部采用胶合技术。不同曲率的消色差透镜中每组消色差透镜为两透镜胶合、三透镜胶合、四透镜胶合及五透镜胶合中的一种，相邻两组平凹胶合透镜及平凸胶合透镜的凹面及凸面相互配合。

两透镜胶合、三透镜胶合、四透镜胶合及五透镜胶合的曲率值可以从15到50，相邻胶合透镜的凹面及凸面曲率值相加为0，即胶合透镜的凹面及凸面正负对应即可。

荧光聚焦系统G与激光共聚焦系统C透镜组构造相同，但透镜组的制作材料不同，由于荧光聚焦系统G光强度比较弱，需尽量选择对荧光吸收少的材料制作，优选荧光聚焦系统G采用融石英材料制作。而激光共聚焦系统材料可选用普通K9玻璃，亦能选用融石英。

优选荧光聚焦系统G由五组消色差透镜胶合构成。

作为优选的实施方式一，荧光聚焦系统G由两胶合平凹透镜、两胶合平凸透镜、三胶合平平、四胶合平凸-平凹及五胶合平凹-平凸-平平透镜依次排列胶合而成。

作为优选的实施方式2，荧光聚焦系统G由两胶合平凸透镜、两胶合平凹透镜、三胶合平平、四胶合平凸-平凹及五胶合平凹-平凸-平平透镜依次排列软胶合而成。

作为优选的实施方式3，荧光聚焦系统G由五胶合平凹-平凸-平平透镜、两胶合平凹透镜、两胶合平凸透镜、三胶合平平及四胶合平凸-平凹依次排列软胶合而成。

胶合透镜的曲率值可以为15到50中的一种或多种，例如两胶合平凹透镜的凹面曲率为R=-25，平面曲率为0；两胶合平凸透镜中的凸面曲率为R=25，平面曲率为0；四胶合平凸-平凹及五胶合平凹-平凸-平平的透镜凸面曲率为R=30，平面曲率为0，凹面曲率为R=-30。

信号采集系统H为光电转换器，将光信号转换成电信号，信号采集系统H优选为光电倍增管。

经信号采集系统H采集到的信号传送到细胞分选系统L，细胞分选系统L对采集到的细胞信号进行处理及分选，最终得到带有荧光信号的细胞的数量，并将分析出来的数据传送到数据显示系统M上；数据显示系统M显示系统数据，供科学和临床研究，只有肿瘤细胞或其他病理细胞才具有荧光信号，以此得出诊断结果。

发明人制作了一台样机，该样机激光器系统A采用波长为488nm的半导体激光器，功率为50mw。光束整形系统B由五组平凸、平凹、平平、平凸及平凹五组透镜依次排列后软胶合而成。

激光共聚焦系统C及荧光聚焦系统G分别采用两胶合平凹透镜、两胶合平凸透镜、三胶合平平、四胶合平凸-平凹及五胶合平凹-平凸-平平透镜依次排列胶合而成。

激光共聚焦系统C选用K9玻璃制作，荧光聚焦系统G采用融石英材料制作。

显微镜系统E采用一个双镜片显微物镜，细胞流系统F采用小老鼠耳部静脉。

信号采集系统H为光电转换器，信号采集系统H连接计算机，细胞分选系统L选用Matlab编译的软件，该软件在计算机上运行，实现细胞的分选；整个系统由计算机控制器进行控制、数据实时显示在显示器上。

该肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置，是对细胞(或微粒)的物理、生理、病理、生化、免疫、遗传、分子生物学形状及功能状态等进行定性定量检测的一种现代细胞分析技术。它可以高速分析上万个细胞，并能同时从一个细胞中测得多个参数，与传统的荧光镜检查相比，具有速度快、精度高、准确性好等优点；是当代最先进的细胞定量分析技术，可用于白血病的分型、肿瘤细胞染色体的异倍性测定以及免疫学研究，细菌鉴定、病毒感染细胞的识别和爱滋病感染者T4、T8细胞的计数。可广泛应用于免疫学、血液学、肿瘤学、细胞生物学、细胞遗传学、生物化学等临床医学和基础医学研究领域。

在肿瘤检测方面可以实时监测在体（小动物或人体）血循环内某个(某些) 靶细胞群体的存在，如实体瘤血液播散后在血循环中的转移性肿瘤细胞，并进行定量分析；可以对（小动物或人体）循环系统中的流动细胞进行连续自动监测并上传至设备的存储系统。

该肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置，以高能量激光照射高速运动状态下被荧光素染色的单细胞或微粒,测量其产生的散射光和发射荧光的强度，从而对细胞(或微粒)的物理、生理、病理、生化、免疫、遗传、分子生物学形状及功能状态等进行定性定量检测，它集电子技术、计算机技术、激光技术、流体理论于一体，是一种非常先进的检测仪器。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置，其特征在于：由激光光源系统、光束整形系统、激光共聚焦系统、分光系统、显微镜系统、细胞流系统或细胞采集系统、荧光聚焦系统及细胞分析系统构成；激光光源系统发出不同波长激光经光束整形系统整形，激光经整形后由激光共聚焦系统将其焦点汇聚到同一平面，然后经分光系统进入显微镜系统后照射到细胞流系统或细胞采集系统中的染色细胞上；染色细胞经激光照射后产生的荧光经显微镜系统放大后进入分光系统，放大后的荧光由分光系统反射到荧光聚焦系统后，进入细胞分析系统进行细胞分选，根据分选结果进行诊断。

2.如权利要求1所述的肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置，其特征在于：所述激光光源系统能发出405nm、488nm、514nm、543nm、561nm及640nm中一种或几种波长激光，激光的输出功率大于5毫瓦。

3.如权利要求2所述的肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置，其特征在于：所述光束整形系统将激光光源系统发出的圆形光斑整形成长条形光斑，所述光束整形系统由平凹、平凸及平平透镜软胶和构成。

4.如权利要求1或2或3所述的肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置，其特征在于：所述激光共聚焦系统由不同曲率的消色差透镜软胶合构成，消色差透镜为两胶合透镜、三胶合透镜、四胶合透镜及五胶合透镜中的一种。

5.如权利要求4所述的肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置，其特征在于：所述分光系统由半反半透透镜组软胶合构成。

6.如权利要求5所述的肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置，其特征在于：所述显微镜系统为双镜片物镜。

7.如权利要求6所述的肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置，其特征在于：所述细胞采集系统包括供染色的单个细胞流过的血流管道，细胞采集系统采集细胞并对采集的细胞进行染色、基因分型、活体细胞培养和药物敏感性鉴定。

8.如权利要求7所述的肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置，其特征在于：所述荧光聚焦系统由消色差透镜软胶合构成，消色差透镜为两胶合透镜、三胶合透镜、四胶合透镜及五胶合透镜中的一种。

9.如权利要求8所述的肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置，其特征在于：所述细胞分析系统，由将光信号转换为电信号的信号采集系统及将信号采集系统采集到的细胞信息进行分选及显示的控制系统构成。

10.如权利要求9所述的肿瘤细胞或其它病理细胞检测诊断装置，其特征在于：所述信号采集系统为光电转换器，所述控制系统由控制器及与控制器连接的显示屏构成。

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