CN104535298B - 应用于成像流式细胞仪的侧向散射光模拟装置 - Google Patents

Abstract

应用于成像流式细胞仪的侧向散射光模拟装置，涉及精密测量和探测领域，具体涉及成像流式细胞仪医疗仪器领域的侧向散射光模拟装置。解决采用现有成像流式细胞仪系统中的液流系统和光学系统去验证调焦测速算法，存在购买仪器成本高，且仪器部分模块单独工作的可行性也需要验证等问题，包括发光机构，光强分布调整机构，散射体机构，运动机构，利用光强分布调整机构和运动机构，规范侧向散射光成像光斑的形状，尺寸，以及运动方向，完成不同尺寸，不同速度的运动目标模拟。通过运动机构可以提供透光和不透光周期变换的光通路，运动机构光通路与散射体出射光相交；运动机构提供的透光部分的尺寸可调；光通路周期变化频率可调。

Description

应用于成像流式细胞仪的侧向散射光模拟装置

技术领域

本发明涉及精密测量和探测领域，具体涉及成像流式细胞仪医疗仪器领域的侧向散射光模拟装置。

背景技术

在微观成像领域，特别是在需要探测对象速度等参数的时候，由于存在样本制备，环境条件等限制，无法直接提供现实的条件，需要给系统其它部分提供模拟条件，比如在成像流式细胞仪系统中。

现有的成像流式细胞仪系统可分为液流系统，光学系统，电子系统三部分组成。液流系统利用水力聚焦原理，驱动鞘液包裹着样品通过流动室；光学系统将收集到侧向散射光和荧光传递给调焦测速系统和TDI成像系统；调焦测速系统利用光栅调制侧向散射光，计算出离焦量和目标运动速度；目标运动速度作为速度反馈提供液流系统，作为行频率参数提供给TDI成像系统。

在现有成像流式细胞仪系统中，为了能实现调焦测速算法，需要液流系统和照明系统为光学系统和调焦测速系统提供运动目标；为了能够验证调焦测速算法的有效性，需要明确当前目标的运动速度和目标相对显微物镜的离焦量。利用现有的成像流式细胞仪的照明系统，液流系统和光学系统去验证调焦测速算法，不仅购买仪器成本高，仪器部分模块单独工作的可行性也需要验证；设计独立的照明系统，液流系统和光学系统来验证调焦测速算法，利用国内技术，独立设计尚有一定的难度。

由于调焦测速系统无法验证有效性，无法提供速度反馈，急需一套能提供已知运动速度的微观运动对象对液流中的微观物体(如细胞)进行模拟。

发明内容

本发明为解决采用现有成像流式细胞仪系统中的液流系统和光学系统去验证调焦测速算法，存在购买仪器成本高，且仪器部分模块单独工作的可行性也需要验证等问题，提供一种应用于流式细胞仪调焦测速算法的侧向散射光模拟装置。

应用于成像流式细胞仪的侧向散射光模拟装置，该装置包括依次放置在光 学平台上的发光机构、光强分布调整机构、散射体机构和运动机构；所述发光机构发出的光线经光强分布调整机构调整后由散射体机构增强光线的发散性，调整运动机构的挡光频率，实现模拟流式细胞仪运动样品散射侧向散射光。

所述的发光机构包括电源、发光体、滤光片机构和遮光机构；所述滤光片机构由滤光片、滤光片切换机构和滤光片夹持机构组成；所述滤光片切换机构固定在滤光片夹持机构上，发光体发出的光线经滤光片切换机构上的滤光片后通过遮光机构上的透光孔进入光强分布调整机构。

所述的光强分布调整机构包括柱镜和柱镜夹持机构；通过柱镜夹持机构调整柱镜，使柱镜的轴线与发光机构发出的光线垂直，经柱镜出射柱状光斑进入散射体机构；所述散射体机构包括散射体、散射体夹持机构和位移台；散射体固定在散射体夹持机构上，通过位移台控制散射体夹持机构移动。

所述柱镜的轴向尺寸大于遮光机构的透光孔直径，所述散射体高度与柱镜的轴向尺寸相同，散射体的宽度大于柱镜的宽度。

所述运动机构由驱动机构和遮光板组成，所述遮光板的几何中心打孔，且遮光板上刻有透光和不透光相间的条纹，所述遮光板固定在驱动机构的驱动轴上，驱动轴的轴向作为遮光板的法线方向，使驱动轴与经过散射体机构散射的光线传输方向平行。所述遮光板为圆形，透光条纹的长度为L，L＝R₂-R₁，所述R₂为透光条纹距离遮光板中心的最大距离，R₁为透光条纹距离遮光板中心的最小距离，透光条纹宽度d₆，d₆＝d₃，d₃为通过柱镜后光斑的宽度；在遮光板转动过程中，透光条纹所在直线与柱状光斑相交时间内，该透光条纹都能够与柱状光斑相交，即相交点距离遮光板圆心的距离d₇满足条件：R₁<d₇<R₂。

本发明的有益效果：本发明设计的一种应用于流式细胞仪调焦测速算法的侧向散射光模拟装置，可以模拟流式细胞仪样品散射侧向散射光的现象，为调焦测速算法提供运动目标。本装置利用光强分布调整机构和运动机构，规范侧向散射光成像光斑的形状，尺寸，以及运动方向，完成不同尺寸，不同速度的运动目标模拟。本发明的侧向散射光模拟装置的运动机构可以提供透光和不透光周期变换的光通路，运动机构光通路与散射体出射光相交；运动机构提供的透光部分的尺寸可调；光通路周期变化频率可调。本发明可以有可以在无法提供成像流式细胞仪液流驱动系统的前提下，完成对自动调焦和速度测量算法的验证。

附图说明

图1为本发明所述的应用于成像流式细胞仪的侧向散射光模拟装置的原理示意图；

图2为本发明所述的应用于成像流式细胞仪的侧向散射光模拟装置结构图；

图3为本发明所述的应用于成像流式细胞仪的侧向散射光模拟装置中运动机构的原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，成像流式细胞仪的侧向散射光模拟装置，包括发光机构10，光强分布调整机构11，散射体机构12和运动机构13；通过在发光机构10与散射体机构12之间加入光强分布调整机构11，完成对发光机构10发出光斑的形状调整；在上述光强分布调整机构11与运动机构13之间加入散射体机构12，减小光线的准直性，增强光线的发散性；运动机构13贴近散射体机构12放置，驱动机构130驱动遮光板131运动，遮光板131时而挡光，时而透光，使发光机构10发出的光，最终变成周期性亮暗的光；调整运动机构13的挡光频率，控制模拟装置出射光周期性的亮暗，从而模拟出成像流式细胞仪运动样品散射侧向散射光的现象。通过上述侧向散射光模拟装置四个机构的联合作用，可以模拟样品散射侧向散射光的现象，用于测试和验证成像流式细胞仪的调焦测速算法。

本实施方式所述的侧向散射光模拟装置最终出射光的形状，由光强分布调整机构11的出射光与运动机构13的透光部分的重合部分共同决定，即两机构出射光的交集为模拟装置出射光的形状，光强分布调整机构11出射光为柱状光，柱状光的轴线为模拟出射光斑运动直线，模拟光斑沿柱镜110轴线的运动方向，由运动物体相对于光强分布调整机构11的运动方向决定。

结合图2说明本实施方式，本实施方式所述的发光机构10，光强分布调整机构11，散射体机构12和运动机构13依次放置在光学平台200上，所述的发光机构10包含电源101，发光体102，滤光片机构103和遮光机构104。其中，滤光片机构103包括滤光片1031、滤光片切换机构1032和滤光片夹持机构 1033，图中所有元件的中心，都与发光体102的发出的光线201在一条线上；发光体102通过电源101供电，沿图2中光线201方向出射光线；通过滤光片机构103可以选择不同波段的滤波片处于光线通路上，选择不同波长的光通过；遮光机构104透光形状为圆形的透光孔，透过孔直径为φ₁；遮光机构104完成上述模拟装置的第一次光线遮挡，所述遮光机构可以采用可变光阑，遮光机构104的透光孔径直径φ₁确定出射光斑的直径。本实施方式中的发光本102为点光源，

本实施方式所述的发光机构10之后为光强分布调整机构11，该机构通过柱镜夹持机构111，保证柱镜的轴线方向202与光线201垂直，保证光线201垂直于柱镜平面通过柱镜的几何中心；柱镜的轴线方向202，决定整个侧向散射光模拟装置最终出射光斑的运动直线，优选轴线为竖直方向，参照成像流式细胞仪运动样品流动的方向，即出射光斑的运动方向为竖直方向；上述光强分布调整机构11包含的柱镜110沿自身轴线方向202尺寸(即柱镜轴向高度)为d₁，要求所述柱镜轴向高度d₁大于遮光机构104的透光孔径直径φ₁，沿垂直于轴线方向202的宽度为d₂，要求柱镜宽度d₂大于遮光机构104的透光孔直径φ₁；光线经过上述光强分布调整机构11的调整，光斑的空间分布变为截面积尺寸为高度与透光孔直径φ₁相同，光斑宽度为d₃的矩形光斑；上述尺寸φ₁对应成像流式细胞仪检测区的高度，上述尺寸d₃对应成像流式细胞仪检测区的宽度。光强分布调整机构11之后为散射光机构12，上述散射体机构12包含散射体120，散射体夹持机构121和位移台122；沿着光线201的传播方向，散射体120的透光部分尺寸满足，散射体120的高度d₄与柱镜110的轴线方向202尺寸相同，且大于φ₁，散射体120的宽度大于。散射体120的宽度d₅大于柱镜110的宽度d₂和光斑的宽度d₃。

根据图2所示，沿着光线传播方向，模拟装置最后一个机构为运动机构13，包含驱动机构130和遮光板131，遮光板131的几何中心打孔，固定在驱动机构的驱动轴203上，以驱动轴203的轴向作为遮光板131的法线方向，并且保持驱动轴203与光线201传输方向平行。在本实施方式中，选择电机作为遮光板的驱动机构130，优选步进电机，可以减小运动过程中电机抖动对遮光板131的影响；优选遮光板轮廓为圆形，可以减小运动过程中由于遮光板131因为几 何尺寸不对称对驱动机构130旋转稳定性的影响；所述遮光板131的厚度不宜过大，优选厚度小于1mm。

结合图3说明本实施方式，图3为遮光板131的圆形轮廓示意图。所述遮光板131上刻有透光和不透光相间的条纹，透光条纹的尺寸根据模拟目标沿运动方向的尺寸确定。所述透光条纹长度L＝R₂-R₁，其中，R₂为透光条纹距离遮光板131中心的最大距离，R₁为透光条纹距离遮光板131中心的最小距离，透光条纹宽度d₆＝d₃，保证透光条纹与经过柱镜后的柱状条纹具有相同宽度；结合图2，在遮光板131转动过程中，保证透光条纹302所在直线301与柱状光斑304相交时间内，该透光条纹302都能够与柱状光斑304相交，即相交点距离遮光板131圆心的距离d₇满足条件：R₁<d₇<R₂。透光条纹之间不透光的部分称为不透光条纹，根据图3所示，不透光条纹要保证相邻的两条透光条纹(以第一透光条纹302与第二透光条纹303为例)不同时与柱状光斑相交。遮光板的驱动机构130做回转运动，会带动遮光板131作切割光线201的运动，透光条纹逐条的与柱状光斑304相交，重叠部分随着遮光板131的旋转，沿着柱状光斑做自上而下的运动，完成了侧向散射光目标的模拟；通过调节遮光板的驱动机构130的驱动速度，可以改变透光条纹与柱状光斑304重叠部分的运动速度，改变模拟运动目标的运动速度，达到对模拟目标运动速度的绝对可控。

本实施方式中的侧向散射光模拟装置的散射体机构由位移台122承载，需要在调焦算法测试和验证时，可以通过调整位移台122相对于后续光学系统的位置，实现对运动目标的调焦。

采用以上结合附图描述的本发明优选实施例的侧向散射光模拟装置，实现了模拟成像流式细胞仪样品经过检测区散射侧向散射光的现象，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于提供一种运动机构，该运动机构驱动本身遮光机构运动时，周期性的对散射光实现透光和不透光的作用，从而模拟出成像流式细胞仪样品经过检测区散射侧向散射光的现象。对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的控制电路并不需要创造性的劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.应用于成像流式细胞仪的侧向散射光模拟装置，该装置包括依次放置在光学平台上的发光机构(10)、光强分布调整机构(11)、散射体机构(12)和运动机构(13)；其特征是，所述发光机构发出的光线经光强分布调整机构调整后由散射体机构增强光线的发散性，调整运动机构的挡光频率，实现模拟流式细胞仪运动样品散射侧向散射光；

所述发光机构(10)包括电源(101)、发光体(102)、滤光片机构(103)和遮光机构(104)；所述滤光片机构(103)由滤光片(1031)、滤光片切换机构(1032)和滤光片夹持机构(1033)组成；所述滤光片切换机构(1032)固定在滤光片夹持机构(1033)上，发光体(102)发出的光线经滤光片切换机构(1032)上的滤光片(1031)后通过遮光机构(104)上的透光孔进入光强分布调整机构(11)；

所述光强分布调整机构(11)包括柱镜(110)和柱镜夹持机构(111)；通过柱镜夹持机构(111)调整柱镜(110)，使柱镜(110)的轴线与发光机构(10)发出的光线垂直，经柱镜(110)出射柱状光斑进入散射体机构(12)；所述散射体机构(12)包括散射体(120)、散射体夹持机构(121)和位移台(122)；散射体(120)固定在散射体夹持机构(121)上，通过位移台(122)控制散射体夹持机构(121)移动；

所述运动机构(13)由驱动机构(130)和遮光板(131)组成，所述遮光板(131)的几何中心打孔，且遮光板(131)上刻有透光和不透光相间的条纹，所述遮光板(131)固定在驱动机构(130)的驱动轴(203)上，驱动轴(203)的轴向作为遮光板(131)的法线方向，使驱动轴(203)与经过散射体机构(12)散射的光线(201)传输方向平行。

2.根据权利要求1所述的应用于成像流式细胞仪的侧向散射光模拟装置，其特征在于，所述柱镜(110)的轴线方向(202)尺寸大于遮光机构(104)的透光孔直径，所述散射体(120)高度与柱镜(110)的轴线方向(202)尺寸相同，散射体(120)的宽度大于柱镜(110)的宽度。

3.根据权利要求1所述的应用于成像流式细胞仪的侧向散射光模拟装置，其特征在于，所述遮光板(131)为圆形，透光条纹的长度为L，L＝R₂-R₁，所述R₂为透光条纹距离遮光板(131)中心的最大距离，R₁为透光条纹距离遮光板(131)中心的最小距离，透光条纹宽度d₆，d₆＝d₃，d₃为通过柱镜(110)后光斑的宽度；

在遮光板(131)转动过程中，透光条纹所在直线(301)与柱状光斑相交时间内，该透光条纹(302)都能够与柱状光斑(304)相交，即相交点距离遮光板(131)圆心的距离d₇满足条件：R₁<d₇<R₂。