CN104535572A - 基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测系统，包括光相位光路系统和光散射光路系统，光相位光路系统包括激光器、扩束准直系统、第一分束镜、液流系统、样品、第一反射镜、第二分束镜、第三分束镜、第二反射镜、和面阵CCD，应用马赫增德尔干涉原理采集测定液流系统中待测样品的光学干涉图；光散射光路系统包括第三反射镜、第五透镜、会聚透镜和光电二极管，用于采集样品的散射光信号。本发明可以实现对于大量血细胞的实施监测和快速分类，同时可对特定细胞进行全面、精准的信息检测，满足现实使用需求，节约检测时间与成本，提高检测效率。

Description

基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测系统

技术领域

本发明属于细胞检测技术领域，尤其是一种基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测系统。

背景技术

对生物血细胞进行分类识别是生物学以及医学等领域的重要研究课题。细胞大小和形态的检测方法以及分类众多，其中镜检和流式技术是两个比较常用的细胞光学检测方法，其中镜检针对于个体细胞，进行静态的形态测量；流式技术则适用于多个细胞的快速检测。例如日本希森美康株式会社发明专利申请公开号为CN104075981A，名称为“血细胞分析装置及血细胞分析方法”，采用流式技术，利用光散射和荧光检测来分类细胞；中国发明专利申请公开号为CN102590067A，名称为“一种利用普通显微镜可进行血细胞相位成像的加载装置”，采用相位显微成像的技术对细胞进行分类。相位显微成像技术为镜检技术中的一部分，具有检测精准的特点。

从技术应用来看，相位显微成像的检测速度过慢，不能够适宜于大量细胞的实时监测；而流式技术能够快速的对细胞进行检测，其速度可以达到每秒上万个细胞，但是快速也导致了其检测精度低，对于样品中异常的细胞不能进行分析，同时现有的流式技术采用荧光染色和光散射法结合进行细胞分类，而荧光染色需要的试剂众多，成本较高，步骤繁琐，得到的细胞信息不完整。基于上述两种方法的优缺点，本发明提出了一种光散射与相位成像下的血细胞联合检测技术，该技术能有效的结合两者的优势。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测系统，能够更加完整、准确、快速的进行血细胞检测。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测系统，其特征在于：包括光相位光路系统和光散射光路系统；所述光相位光路系统用于采集待测样品的光学干涉图，包括激光器、扩束准直系统、第一分束镜、液流系统、样品、第一反射镜、第二分束镜、第三分束镜、第二反射镜、和面阵CCD，其中扩束准直系统、第一分束镜、第三分束镜和第二反射镜依次放置在激光器的光路上，所述样品盛放在液流系统中、与第一反射镜依次放置在第一分束镜的反射光路上，所述第二分束镜和面阵CCD依次放置在第一反射镜的反射光路上，且所述第二分束镜同时位于第二反射镜的反射光路上；所述光散射光路系统用于采集样品的散射光信号，包括第三反射镜、第五透镜、会聚透镜和光电二极管，所述第三反射镜位于第三分束镜的反射光路上，所述第五透镜、样品、会聚透镜和光电二极管依次放置在第三反射透镜的反射光路上。

进一步地，所述扩束准直系统包括依次放置在激光器光路上的第一透镜、针孔滤波器和第二透镜。

进一步地，所述光相位光路系统还包括第一显微放大镜、第三透镜、第二显微放大镜和第四透镜，所述第一显微放大镜位于液流系统与第一反射镜之间的光路上，所述第三透镜位于第一反射镜与第二分束镜之间的光路上，所述第二显微放大镜和第四透镜依次放置在第二反射镜与第二分束镜之间的光路上。

进一步地，所述第三透镜的物方焦点与所述第一显微放大镜的像方虚焦点重合，所述第四透镜的物方焦点与所述第二显微放大镜的像方虚焦点重合。

进一步地，所述第一显微镜与第二显微镜的放大率均为50倍，且焦距均为4cm。

进一步地，所述第一分束镜的反射光经所述液流系统、第一显微放大镜、第一反射镜、第三透镜到达第二分束镜的光程等于所述第一分束镜的透射光经过所述第三分束镜、第二反射镜、第二显微放大镜、第四透镜到达第二分束镜的光程。

进一步地，所述样品位于第五透镜的焦平面上、且位于第一显微放大镜的物方焦平面处。

进一步地，所述第一分束镜、第二分束镜、第三分束镜均以45度放置，且镀有45度入射时半透半反的介质膜。

本发明中所述的光相位光路系统应用马赫增德尔干涉原理采集测定液流系统中待测样品的光学干涉图，同时利用在第三分束镜形成的反射光作为光散射光路系统的入射光，采集样品的散射光信号，将待测样品所含有的血细胞实现快速分类，当在光散射光路系统中发现异常细胞时，同时在面阵CCD上抓取该异常细胞的光学干涉图，依据光相位恢复技术，根据相位与细胞厚度的关系，得到均质细胞的形态，本发明的基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测系统，可以实现对于大量血细胞的实施监测和快速分类，同时可对特定细胞进行全面、精准的信息检测，满足现实使用需求，节约检测时间与成本，提高检测效率。

附图说明

图1为本发明所述基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测装置的结构示意图。

图2为本发明所述的光散射光路系统的结构示意图。

附图标记说明如下：

1-激光器，2-第一透镜，3-针孔滤波器，4-第二透镜，5-第一分束镜，6-液流系统，7-样品，8-第一显微放大镜，9-第一反射镜，10-第三透镜，11-第二分束镜，12-第三分束镜，13-第二反射镜，14-第二显微放大镜，15-第四透镜，16-第三反射镜，17-第五透镜，18-会聚透镜，19-光电二极管，20-面阵CCD。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本实施例中的激光器1是波长为632.8nm，输出功率为3.4mW的氦氖激光器。

激光器1光源发出水平方向的光束，向前传输经第一透镜2、针孔滤波器3、第二透镜4扩束准直后达到第一分束镜5，光束在第一分束镜5分为继续水平传输的透射光和垂直向上传输的反射光，继续水平传输的透射光束前向到达第三分束镜12，光束在第三分束镜12分为继续水平传输的透射光和垂直向上传输的反射光两束光，继续水平传输的透射光束经第二反射镜13反射后改为垂直向上的参考光，所述第二显微放大镜14的像方虚焦点与第四透镜15的物方焦点重合，保证所述参考光经第二显微放大镜14放大、再经第四透镜15后转换为平行光束到达第二分束镜11；由第一分束镜5分为垂直向上的反射光束经由携带样品7的液流系统6后，成为携带样品信息的物光，所诉样品7置于第一显微放大镜8的物方焦平面处。所述物光通过第一显微放大镜8以及第一反射镜9组成的显微系统，形成放大倒立的像，所述第一反射镜9成45度放置，将所述垂直入射的物光反射后改为沿水平方向传输，且第一显微镜8的像方虚焦点与第三透镜10的物方焦点重合，保证所述物光经第三透镜10后转换为平行光束到达第二分束镜11，所述物光与所述参考光在第二分束镜11会聚发生干涉，最终成像于面阵CCD的接收面上，形成细胞样品7的干涉图像，依据光相位恢复技术，根据相位与细胞厚度的关系，最终得到均质细胞的三维形态图。

为了减少最终成像的误差，需调节参考光光路和物光光路的光程一致，即在液流系统6中无细胞悬浮液流入时，通过选择不同折射率或厚度参数的分束镜和液流系统6的材质与厚度，使第一分束镜5的反射光经液流系统6、第一放大镜8、第一反射镜9、第三透镜10到达第二分束镜11的光程等于所述第一分束镜5的透射光经过第三分束镜12、第二反射镜13、第二显微放大镜14、第四透镜15到达第二分束镜11的光程。

本实施例中的第一分束镜5、第二分束镜11和第三分束镜12均均以45度放置，且镀有45度入射时半透半反的介质膜，透射光与反射光的强度各为入射光强度的50％，确保干涉光路的效果。

第一显微放大镜8和第二显微放大镜14的参数一致，放大倍率均为50倍、且焦距为4cm，以保证光束通过后的光程一致，并且使得最终到达第二分束镜11的两束光束直径一致，使得干涉图像的信息完全，精确。

通过第三分束镜12垂直向上的反射光到达第三反射镜16后，经过反射改为水平方向，成为光散射光路系统的入射光，所述样品7位于第五透镜17的焦平面上，所述入射光经过第五透镜17后聚焦于液流系统6中的样品7上，照射到样品7上的光经细胞散射，其中前向散射光经过会聚透镜18聚焦于光电二极管19的接受面上，聚焦光斑的直径和待测样品7中血细胞直径接近，为10～20μm，大多数白细胞和红细胞的直径为10-15μm，例外的单核细胞直径可以达到20μm，淋巴细胞部分小于10μm，病变细胞的折射率、直径会与正常细胞有巨大差别。细胞越大，前向散射光越强，利用该原理实现对细胞分类。光电二极管19所得到的信息可以将测定样品7所含有的血细胞进行初步分类并且从中分选出直径显著大于或者小于正常血细胞直径的血细胞。

常规流式细胞仪中对于直径显著不同的病变细胞通常采用两种方法进行检测，一种直接以废液的通道流掉，通过检测不同类型细胞的比例实行监测，对血样的浪费过多，另一种是采用荧光染色的方法进行检测，会对细胞造成损伤。本实施例中利用细胞前向散射光实现对大量细胞的即时监测与分类，即节省样品同时不会对样品造成损伤。

本实施例的基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测系统工作时，首先让含有血细胞的测定样品7在液流体统6中流动，检测出通过液流系统6的血细胞照射的散射光并获取检测信号，根据检测信号将测定样品7所含有的血细胞进行初步分类，并且从中分选出直径显著大于或者小于正常血细胞直径的血细胞；同时向通过液流系统6的血细胞照射的光所获得的物光和参考光的干涉后，获取测定样品7的信息，得到测定样品7的光学干涉图，依据光相位恢复技术，根据相位与细胞厚度的关系，得到均质细胞的形态。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测系统，其特征在于：包括光相位光路系统和光散射光路系统；

所述光相位光路系统用于采集待测样品的光学干涉图，包括激光器(1)、扩束准直系统、第一分束镜(5)、液流系统(6)、样品(7)、第一反射镜(9)、第二分束镜(11)、第三分束镜(12)、第二反射镜(13)、和面阵CCD(20)，所述扩束准直系统、第一分束镜(5)、第三分束镜(12)和第二反射镜(13)依次放置在激光器(1)的光路上，所述样品(7)盛放在液流系统(6)中，所述样品(7)与第一反射镜(9)依次放置在第一分束镜(5)的反射光路上，所述第二分束镜(11)和面阵CCD(20)依次放置在第一反射镜(9)的反射光路上，且所述第二分束镜(11)同时位于第二反射镜(13)的反射光路上；

所述光散射光路系统用于采集样品的散射光信号，包括第三反射镜(16)、第五透镜(17)、会聚透镜(18)和光电二极管(19)，所述第三反射镜(16)位于第三分束镜(12)的反射光路上，所述第五透镜(17)、样品(7)、会聚透镜(18)和光电二极管(19)依次放置在第三反射透镜(16)的反射光路上。

2.根据权利要求1所述的基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测系统，其特征在于：

所述扩束准直系统包括依次放置在激光器(1)光路上的第一透镜(2)、针孔滤波器(3)和第二透镜(4)。

3.根据权利要求2所述的基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测系统，其特征在于：

还包括第一显微放大镜(8)、第三透镜(10)、第二显微放大镜(14)和第四透镜(15)，所述第一显微放大镜(8)位于液流系统(6)与第一反射镜(9)之间的光路上，所述第三透镜(10)位于第一反射镜(9)与第二分束镜(11)之间的光路上，所述第二显微放大镜(14)和第四透镜(15)依次放置在第二反射镜(13)与第二分束镜(11)之间的光路上。

4.根据权利要求3所述的基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测系统，其特征在于：

所述第三透镜(10)的物方焦点与所述第一显微放大镜(8)的像方虚焦点重合，所述第四透镜(15)的物方焦点与所述第二显微放大镜(14)的像方虚焦点重合。

5.根据权利要求4所述的基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测系统，其特征在于：

所述第一显微镜(8)与第二显微镜(15)的放大率均为50倍，且焦距均为4cm。

6.根据权利要求5所述的基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测系统，其特征在于：

所述第一分束镜(5)的反射光经所述液流系统(6)、第一显微放大镜(8)、第一反射镜(9)、第三透镜(10)到达第二分束镜(11)的光程等于所述第一分束镜(5)的透射光经过所述第三分束镜(12)、第二反射镜(13)、第二显微放大镜(14)、第四透镜(15)到达第二分束镜(11)的光程。

7.根据权利要求6所述的基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测系统，其特征在于：

所述样品(7)位于第五透镜(17)的焦平面上、且位于第一显微放大镜(8)的物方焦平面处。

8.根据权利要求1～7任一项所述的基于光散射与相位成像下的血细胞联合检测系统，其特征在于：

所述第一分束镜(5)、第二分束镜(12)、第三分束镜(11)均以45度放置，且镀有45度入射时半透半反的介质膜。