CN104330348B - 一种基于流式超连续谱衰荡光谱的血细胞分类系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于流式超连续谱衰荡光谱的血细胞分类系统及方法。系统预先设定检测细胞数目值M。启动计数，然后开始对细胞流中的每一个单独细胞进行超连续谱谱段的衰荡光谱信号进行检测与分析。得到每一个单独细胞整个谱段每个波长对应的衰荡时间，当电阻计数达到预设数值M时，停止衰荡光谱检测。计算M个细胞整个谱段每个波长对应的衰荡时间作为细胞分类特征，进行不同种类动物血细胞的判别。本发明的有益效果是结合了流式细胞分析与激光超连续谱衰荡光谱技术，用以提供足够的可供分类的特性参数，可改进常规动物血细胞鉴别分类的效果。

Description

一种基于流式超连续谱衰荡光谱的血细胞分类系统及方法

技术领域

本发明涉及一种血细胞分类技术,尤其涉及一种基于流式超连续谱衰荡光谱的血细胞分类系统及方法。

背景技术

流式细胞术是一种在液流系统中，快速测定单个细胞或细胞器的生物学性质，并把特点的细胞或细胞器分离收集的技术。在流式细胞术中常采用电阻法、荧光法、光散射法、光吸收法等。这些常规方法没有利用到激光光谱分析，在分析细胞特征上主要依靠其电学性质、光散射性质的区别进行分类，在区别不同动物同类细胞时出现一定困难。例：在不同动物红细胞区分识别时，由于红细胞电学性质及光散射性质类似，难以建立足够区分识别的特征。

针对该难题，本发明提出一种基于流式超连续谱衰荡光谱(ring-downspectroscopy)的血细胞分类方法。该方法采用流式装载部件进行自动装载、进样、通道分离、溶血、稀释等操作形成不同类型血细胞的细胞流，并采用电阻法进行计数，作为衰荡光谱分析的辅助手段。预先设定检测细胞数目值M。启动计数，然后开始对细胞流中的每一个单独细胞进行超连续谱谱段的衰荡光谱信号进行检测与分析。得到每一个单独细胞整个谱段每个波长对应的衰荡时间，当电阻计数达到预设数值M时，停止衰荡光谱检测。计算M个细胞整个谱段每个波长对应的衰荡时间作为细胞分类特征，进行不同种类动物血细胞的判别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于流式超连续谱衰荡光谱的血细胞分类系统及方法，克服传统流式细胞术在不同动物同种血细胞识别判断的不足。

本发明的技术方案是这样来实现的，基于流式超连续谱衰荡光谱(ring-downspectroscopy)的血细胞分类仪器主要由流式细胞分离器、全光纤超连续谱激光器、衰荡光谱组件、超连续谱衰荡光谱信号采集分析部分构成。其中流式细胞分离器包括流式装载部件、流速控制器、流动室；流动室中含有采样分离稀释溶血组件、血小板通道、白细胞通道、红细胞通道、样品细胞流管。衰荡光谱组件由针孔滤片、显微物镜、一对衰荡镜片组成。超连续谱衰荡光谱信号采集分析部分由光谱分析组件、分析软件、计算机组成。

全血试管通过流式装载部件进行自动装载，进入仪器内部的流动室后，通过采样分离稀释溶血组件进行自动吸管进样，通过自动溶血、稀释、通道分离等操作，形成红细胞通道、白细胞通道、血小板通道。选择其中一个通道(注：如要分析红细胞，就选红细胞通道；其他类推)，通道细胞溶液通过喷嘴进入样品细胞流管，形成细胞流，并沿样品细胞流管的中轴线从上至下流动，样品细胞流管沿管壁位置从上至下通辅助液体鞘液，通过流速控制器可进行流速控制，通过改变鞘液与细胞流的流速差，从而形成不同直径的细胞流，选择合适的流速差，形成单层单纵列细胞流。电阻计数器基于电阻法可对单层单纵列细胞流进行计数。预先设定检测细胞数目值M。启动计数，同时启动全光纤超连续谱激光器、衰荡光谱组件、超连续谱衰荡光谱信号采集分析部分，开始对单层单纵列细胞流的每一个单独血细胞进行超连续谱谱段的衰荡光谱信号进行检测与分析，其步骤为：

全光纤超连续谱激光器发出的超连续谱脉冲激光光束经过针孔滤片，激光光束的光束中心直径近似与针孔直径相等，经显微物镜耦合进入由二片高反射率衰荡镜片组成的衰荡腔中，并精确聚焦单层单纵列细胞流的单个血细胞上，其聚焦光束直径与典型血细胞直径相当。当光束穿过单个血细胞后，透射光谱分布与该血细胞的光学性质有关，此外由于吸收其强度减少，经第二片衰荡镜片的高反射率镜面反射再次穿过血细胞，光强进一步减小，光束再经第一片衰荡镜片的高反射率镜面反射再次穿过血细胞，从而在衰荡腔内来回振荡，第二衰荡镜片后的光谱分析组件进行透过光谱信号的采集，其超连续谱整个谱段对应每个波长的信号的强度随振荡次数的增加而逐渐减少，当采集到的信号强度为初始强度的1/e时对应的时间为该血细胞的衰荡时间，通过光谱分析组件可得到该血细胞超连续谱整个谱段的时间分辨光谱，通过及分析软件及计算机，可对该血细胞进行整个谱段的光谱随时间变化的关系，并计算该血细胞整个谱段对应每个波长的衰荡时间，把这些数据存入计算机中以供后续分析。

流速控制器控制的单个血细胞流过聚焦光束的时间远大于对该血细胞整个谱段的时间分辨光谱的采集及信号处理时间。该血细胞的光谱分析结束后，继续进行下一个血细胞的整个谱段的时间分辨光谱的采集及信号处理。当电阻计数器所计血细胞数目达到预先设定的数值M时，完成整个血细胞流的时间分辨光谱的采集，血细胞流液通过废液处理器处理并排出仪器。计算M个血细胞整个谱段每个波长对应的衰荡时间作为细胞分类特征，用以进行不同动物血细胞的判别。

本发明的有益效果是结合了流式细胞分析与激光超连续谱衰荡光谱技术，用以提供足够的可供分类的特性参数，可改进常规动物血细胞鉴别分类的效果。

附图说明

图1为本发明的原理图，图中：1——全光纤超连续谱激光器；2——激光光束；3——针孔滤片；4——针孔；5——100倍显微物镜；6——衰荡镜片A；7——废液处理器；8——单层单纵列细胞流；9——衰荡镜片B；10——计算机；11——光谱分析组件；12——分析软件；13——样品细胞流管；14——流速控制器；15——电阻计数器；16——血小板通道；17——白细胞通道；18——红细胞通道；19——采样分离稀释溶血组件；20——流式装载部件；21——流动室；22——喷嘴；23——鞘液；24——流式细胞分离器；25——超连续谱衰荡光谱信号采集分析部分；26——衰荡光谱组件。

具体实施方式

本发明的原理如图1所示,在具体实施例中

基于流式超连续谱衰荡光谱(ring-down spectroscopy)的血细胞分类仪器主要由流式细胞分离器24、全光纤超连续谱激光器1、衰荡光谱组件26、超连续谱衰荡光谱信号采集分析部分25构成。其中流式细胞分离器24包括流式装载部件20、流速控制器14、流动室21；流动室21中含有采样分离稀释溶血组件19、血小板通道16、白细胞通道17、红细胞通道18、样品细胞流管13。衰荡光谱组件26由针孔滤片3、100倍显微物镜5、衰荡镜片A6、衰荡镜片B9组成。超连续谱衰荡光谱信号采集分析部分25由光谱分析组件11、分析软件12、计算机10组成。

全血试管通过流式装载部件20进行自动装载，进入仪器内部的流动室21后，通过采样分离稀释溶血组件19进行自动吸管进样，通过自动溶血、稀释、通道分离等操作，形成红细胞通道18、白细胞通道17、血小板通道16。选择其中一个通道(注：如要分析红细胞，就选红细胞通道；其他类推)，通道细胞溶液通过喷嘴22进入样品细胞流管13，形成细胞流，并沿样品细胞流管13的中轴线从上至下流动，样品细胞流管13沿管壁位置从上至下通辅助液体鞘液23，通过流速控制器14可进行流速控制，通过改变鞘液23与细胞流的流速差，从而形成不同直径的细胞流，选择合适的流速差，形成单层单纵列细胞流8。电阻计数器15基于电阻法可对单层单纵列细胞流8进行计数。预先设定检测细胞数目值M。启动计数，同时启动全光纤超连续谱激光器1、衰荡光谱组件26、超连续谱衰荡光谱信号采集分析部分25，开始对单层单纵列细胞流8的每一个单独血细胞进行超连续谱谱段的衰荡光谱信号进行检测与分析，其步骤为：

全光纤超连续谱激光器1可发出一定谱段的脉冲激光，在本具体实施例中其光谱范围为400nm-1300nm，脉宽为250fs.其发出的超连续谱脉冲激光光束2经过针孔滤片3，针孔滤片3上中心位置针孔4的直径为1mm,激光光束2的光束中心直径近似与针孔4直径相等，经100倍显微物镜5耦合进入由高反射率衰荡镜片A6与衰荡镜片B9组成的衰荡腔中，并精确聚焦单层单纵列细胞流8的单个血细胞上，其聚焦光束直径为10微米，与典型血细胞直径相当。当光束穿过单个血细胞后，透射光谱分布与该血细胞的光学性质有关，此外由于吸收其强度减少，经衰荡镜片B9的高反射率镜面反射再次穿过血细胞，光强进一步减小，光束再经衰荡镜片A6的高反射率镜面反射再次穿过血细胞，从而在衰荡腔内来回振荡，衰荡镜片B9后的光谱分析组件11进行透过光谱信号的采集，其超连续谱整个谱段对应每个波长的信号的强度随振荡次数的增加而逐渐减少，当采集到的信号强度为初始强度的1/e时对应的时间为该血细胞的衰荡时间，通过光谱分析组件11可得到该血细胞超连续谱整个谱段的时间分辨光谱，通过及分析软件12及计算机10，可对该血细胞进行整个谱段的光谱随时间变化的关系，并计算该血细胞整个谱段对应每个波长的衰荡时间，把这些数据存入计算机10中以供后续分析。

流速控制器14控制的单个血细胞流过聚焦光束的时间远大于对该血细胞整个谱段的时间分辨光谱的采集及信号处理时间。该血细胞的光谱分析结束后，继续进行下一个血细胞的整个谱段的时间分辨光谱的采集及信号处理。当电阻计数器15所计血细胞数目达到预先设定的数值M时，完成整个血细胞流的时间分辨光谱的采集，血细胞流液通过废液处理器7处理并排出仪器。计算M个血细胞整个谱段每个波长对应的衰荡时间作为细胞分类特征，用以进行不同动物血细胞的判别。

Claims (2)

1.一种基于流式超连续谱衰荡光谱的血细胞分类系统，它包括流式细胞分离器(24)、全光纤超连续谱激光器(1)、衰荡光谱组件(26)、超连续谱衰荡光谱信号采集分析部分(25)，其特征在于：

所述的流式细胞分离器(24)包括流式装载部件(20)、流速控制器(14)、流动室(21)；流动室(21)中含有采样分离稀释溶血组件(19)、血小板通道(16)、白细胞通道(17)、红细胞通道(18)、样品细胞流管(13)；

所述的衰荡光谱组件(26)由针孔滤片(3)、100倍显微物镜(5)、衰荡镜片A(6)、衰荡镜片B(9)组成；

所述的超连续谱衰荡光谱信号采集分析部分(25)由光谱分析组件(11)、分析软件(12)、计算机(10)组成；

全血试管通过流式装载部件(20)进行自动装载，进入仪器内部的流动室(21)后，通过采样分离稀释溶血组件(19)进行自动吸管进样，通过自动溶血、稀释、通道分离操作，形成红细胞通道(18)、白细胞通道(17)、血小板通道(16)；选择其中一个通道，通道细胞溶液通过喷嘴(22)进入样品细胞流管(13)，形成细胞流，并沿样品细胞流管(13)的中轴线从上至下流动，样品细胞流管(13)沿管壁位置从上至下通辅助液体鞘液(23)，通过流速控制器(14)可进行流速控制，通过改变鞘液(23)与细胞流的流速差，从而形成不同直径的细胞流，选择合适的流速差，形成单层单纵列细胞流(8)；电阻计数器(15)基于电阻法可对单层单纵列细胞流(8)进行计数；预先设定检测细胞数目值M，启动计数，同时启动全光纤超连续谱激光器(1)、衰荡光谱组件(26)、超连续谱衰荡光谱信号采集分析部分(25)，开始对单层单纵列细胞流(8)的每一个单独血细胞进行超连续谱谱段的衰荡光谱信号进行检测与分析。

2.一种基于权利要求1所述基于流式超连续谱衰荡光谱的血细胞分类系统的血细胞分类检测方法，其特征在于方法如下：

全光纤超连续谱激光器(1)发出的超连续谱脉冲激光光束(2)经过针孔滤片(3)，针孔滤片(3)上中心位置针孔(4)的直径与激光光束(2)的光束直径近似相等，经100倍显微物镜(5)耦合进入由高反射率衰荡镜片A(6)与衰荡镜片B(9)组成的衰荡腔中，并精确聚焦单层单纵列细胞流(8)的单个血细胞上，其聚焦光束直径与待测血细胞直径相当；当光束穿过单个血细胞后，透射光谱分布与该血细胞的光学性质有关，此外由于吸收其强度减少，经衰荡镜片B(9)的高反射率镜面反射再次穿过血细胞，光强进一步减小，光束再经衰荡镜片A(6)的高反射率镜面反射再次穿过血细胞，从而在衰荡腔内来回振荡，衰荡镜片B(9)后的光谱分析组件(11)进行透过光谱信号的采集，其超连续谱整个谱段对应每个波长的信号的强度随振荡次数的增加而逐渐减少，当采集到的信号强度为初始强度的1/e时对应的时间为该血细胞的衰荡时间，通过光谱分析组件(11)可得到该血细胞超连续谱整个谱段的时间分辨光谱，通过分析软件(12)及计算机(10)，可得到该血细胞进行整个谱段的光谱随时间变化的关系，并计算该血细胞整个谱段对应每个波长的衰荡时间，把这些数据存入计算机(10)中以供后续分析；

流速控制器(14)控制的单个血细胞流过聚焦光束的时间远大于对该血细胞整个谱段的时间分辨光谱的采集及信号处理时间，该血细胞的光谱分析结束后，继续进行下一个血细胞的整个谱段的时间分辨光谱的采集及信号处理，当电阻计数器(15)所计血细胞数目达到预先设定的数值M时，完成整个血细胞流的时间分辨光谱的采集，血细胞流液通过废液处理器(7)处理并排出仪器，计算M个血细胞整个谱段每个波长对应的衰荡时间作为细胞分类特征，用以进行不同动物血细胞的判别。