CN204731137U - 五分类血液分析仪光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及人体血液检测仪器技术领域。五分类血液分析仪光学系统，包括前光整形组件，样本整形组件,散射光接收组件。前光整形组件是在光路上设置激光器、准直透镜、快轴聚焦透镜和慢轴聚焦透镜，快轴聚焦透镜和慢轴聚焦透镜固定在能够360°旋转的整形镜筒中；散射光接收组件是在光阑上设置三个环形通光孔构成低角、中低角和中高角散射光透射区域，对应三个环形通光孔的光电探测阵列上设置低角、中低角和中高角采光电探测器,并分别输出电信号。本实用新型光学系统散射光接收是直接采集三个不同区域、接近360°范围的白细胞散射光信号，采用一体化的光电探测器阵列，光路结构得简单，成本低，使用方便，信号源稳定，准确度高。

Description

五分类血液分析仪光学系统

技术领域

本实用新型涉及人体血液检测仪器技术领域，特别是一种采用光散射法检测血液的五分类血液分析仪光学系统。

背景技术

血常规检测是各级医院广泛开展的体外检测项目，现阶段对血细胞计数分类的方法通常采用阻抗法和光学法。阻抗法由于只是根据血细胞大小来进行分类区分，对白细胞的只能得到三分群分类结果，在五分类血液分析仪上阻抗法大部分是应用于红细胞和血小板计数；光学法相对来说应用更广泛一些，由于是利用血细胞多维信息来对细胞进行分类，因此不仅能够对血细胞、血小板及白细胞进行计数，还能将白细胞进行更细致的而划分，并能够对特殊细胞进行区分，如网织红细胞、异常淋巴细胞及未成熟细胞，医学临产意义更大。在高端的五分类血液分析仪中，大多数厂商都是利用散射光(前向散射和侧向散射)、透射光、荧光，或者偏振光等信号进行组合来对血细胞进行识别区分。但与之配套的光学系统、试剂系统、液路系统和硬件系统都非常庞杂，制造成本、设备成本和使用成本也非常高，这类设备只适用于三甲以上的大型医院。对于中低端的五分类血液分析仪中，基本上都是利用前向散射光来对白细胞进行分类，根据小角度散射光反应细胞大小，大角度前向散射反应细胞内部复杂度对白细胞进行分类。专利CN200610062982流式细胞分析仪使用了多个非球面镜、柱面镜及分光棱镜，制造成本高；信号处理单元采用分光棱镜将光路分为两路，造成了光学系统庞大，而且需要调节的部件多，在安装调节时步骤繁琐复杂，制造成本和使用维护成本高。专利CN201310213994粒子分析仪的光学系统，散射光收集组件分为了两个独立的部分，分别对光阑和光电探测调节，中角和大角只是选择性的接收了部分区域，信号质量差，其结构复杂，检测数据不全面。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、使用方便、检测信号全面、数据质量高的五分类血液分析仪光学系统。

本实用新型的目的是通过如下途径实现的：

五分类血液分析仪光学系统，包括：用于得到长椭圆形状照射光源的前光整形组件100，用于产生血细胞散射光的样本整形组件200,用于收集血细胞散射光的散射光接收组件300,所述前光整形组件100是在光路上设置激光器101、准直透镜102、快轴聚焦透镜103和慢轴聚焦透镜104产生长椭圆形状照射光源，所述快轴聚焦透镜103和慢轴聚焦透镜104固定在整形镜筒108中，整形镜筒108能够实现360°旋转调节长椭圆形状照射光源长短轴方向；所述散射光接收组件300是在光阑301上以十字光阑中心为光轴点设置三个环形通光孔构成低角601、中低角602和中高角603散射光透射区域，对应三个环形通光孔的光电探测阵列302上设置低角光电探测器702、中低角光电探测器701和中高角光电探测器703,并分别输出电信号。

更进一步是：所述激光器101是半导体激光器，中心波长670nm；准直透镜102是非球面透镜，数值孔径大于0.5；快轴聚焦透镜103是平凸透镜；慢轴聚焦透镜104是圆形的平凹柱面镜。

更进一步是：所述低角光电探测器702采集的散射光范围为：1°—5°，中低角光电探测器701采集的散射光范围为：7°—15°，中高角光电探测器703采集的散射光范围为：18°—35°。

更进一步是:所述光阑301上的十字光阑低角区域十字光阑宽度0.3mm，中低角和中高角区域十字光阑宽度0.5mm。

更进一步是:光电探测阵列302上设置低角光电探测器702、中低角光电探测器701和中高角光电探测器703，所述光电探测器是直接将光电探测器裸片对称结构加工在一块PCB上。

更进一步是:前光整形组件100和样本整形组件200上分别有调节组件400实现X轴方向和Y轴方向移动调节，所述调节组件400是由支架403上装有螺纹副401和弹簧402构成。

更进一步是:样本整形组件200是由石英流动室201、鞘流筒和样本针构成，石英流动室201能够实现±15°水平旋转调节。

本实用新型的积极效果：本实用新型五分类血液分析仪光学系统是以散射光采集组件300中的光阑301为固定基准点，整个光学系统需要调节的地方只有5处，其中前光整形组件有3处，样本整流组件有2处，大大的简化了光学系统调试时的步骤，在结构方面，本实用新型光学系统散射光接收组件采取的是直接采集的方式，整个光路结构得到简化，大幅的缩短了光路，整个光学系统的体积远小于现有的五分类血液分析仪,减少了加工制造费用，降低了维护成本。调节组件能够精密调节、低摩擦滑动，而且调节组件可以重复使用。本实用新型光学系统实现了对白细胞散射光信号三个不同区域的采集，并通过一体化的光电探测器阵列，实现对各个区域的散射光接近360°范围的接收，为白细胞的三维散点图提供更加稳定的信号源，提高对白细胞五分类的准确度。该实用新型的光学系统也可以用于其他细胞及粒子的计数和分类。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图

图2为本实用新型调节组件400结构示意图

图3为本实用新型光路示意图

图4为本实用新型样本整形组件200光路示意图

图5为本实用新型前光整形组件100结构示意图

图6为本实用新型前光整形组件100剖视结构示意图

图7为本实用新型散射光接收组件300结构示意图

图8为本实用新型光阑301正视图

图9为本实用新型笫一种光电探测阵列302正视图

图10为本实用新型笫二种光电探测阵列302正视图

图11为本实用新型笫三种光电探测阵列302正视图

图中:100.前光整形组件,200.样本整形组件,300.散射光接收组件,400.调节组件,101.激光器,102.准直透镜,103.快轴聚焦透镜,104.慢轴聚焦透镜,105.光源固定板,106.光源底座,107.前光主体,108.整形镜筒,109.压圈,110.前光底座,201.石英流动室,301.光阑,302.光电探测阵列,303.固定支架,304.光电探测阵列固定板,401.螺纹副,402.弹簧,403.支架,601.低角,602.中低角,603.中高角,701.低角光电探测器,702.中低角光电探测器,703.中高角光电探测器。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型作详细说明:

实施例:如图1所示,本实用新型五分类血液分析仪光学系统由前光整形组件100、样本整流组件200、散射光接收组件300和调节组件400组成。前光整形组件100用于提供特定形状的长椭圆形状照射光斑。如图3所示，前光整形组件100中光学元件包括激光器101，准直透镜102，快轴聚焦透镜103和慢轴聚焦透镜104。激光器101可以选择半导体激光器，中心波长670nm；准直透镜102选择非球面透镜，数值孔径大于0.5；快轴聚焦透镜103选择平凸透镜；慢轴准直透镜104选择圆形的平凹柱面镜。如图5和图6所示，激光器101固定在光源底座106上，将它们用弹簧柱塞卡在前光主体107上，并用光源固定板105预紧在前光主体107上，使光源底座能够进行微小的二维移动，在之后的光学系统调试过程中再锁紧螺钉。准直透镜102位于前光主体107中，能够前后一维移动。快轴聚焦透镜103和慢轴聚焦透镜104固定在整形镜筒108中，整形镜筒108用压圈109预紧在前光主体中，能够实现360°旋转调节。前光主体107预紧在前光底座110上，利用可拆卸的螺纹副调节组件400能够进行前后一维方向(X轴方向)调节。

如图4所示,样本整流组件200用于提供白细胞散射光产生的场所。它利用流式聚焦原理，当满足流体力学的层流条件，即雷诺数Re小于2300：

$\mathrm{Re}=\frac{\mathrm{d\&rho;}\stackrel{\&OverBar;}{v}}{\mathrm{\&eta;}}<2300$

上式中的d为流体通道直径，ρ为流体密度，为流体平均速度，η为流体粘稠度。鞘流就会包裹着样本流且两者不产生交叉，样本流在鞘流的挤压下形成一个宽度和白细胞相当的细流，其中的白细胞就会一个一个排队通过照射光斑，继而产生散射信号。样本整流组件200主要包括石英流动室201、鞘流筒和样本针。石英流动室201中心流路尺寸为20μm×20μm。石英流动室201在该组件中能够实现±15°的水平旋转调节，样本整流组件200能够通过调节组件400进行左右一维方向(Y轴方向)调节，如图1所示。照射光斑是强度均匀的长椭圆形状,经过试剂处理过的白细胞最大直径为20多微米；检测区的流道尺寸为200μm×200μm；样本整流组件200形成的层流宽度约为30μm；半导体激光长轴和短轴的发散角不一致，出射的光束形状为椭圆形；整形过后的光斑需要水平覆盖检测区，垂直方向(层流流动方向)接近白细胞直径。因为不同机器、不同环境下样本整流组件200形成的层流可能出现在检测区域不同的地方，另外也可以作为光路调节的一个参考点(光斑对称的覆盖检测区，会在光阑上形成对称的两光斑)；各种细胞通过光斑后，光电探测器阵列各个区域的探测器就会产生大小不一的脉冲信号；整形镜筒108能够实现360°旋转调节,短轴准直透镜我们选择成本更低的圆形柱面镜，在装配时，由于没有方向性，无法保证最后的椭圆照射光斑的长轴垂直于层流方向，必须让整形镜筒108能够360°调节。

如图7所示,散射光接收组件300用于分离白细胞不同角度散射光，并将光信号转化为电信号。散射光接收组件300包括光阑301、固定支架303、光电探测阵列302和光电探测阵列固定板304。该组件为整个光学系统的基准点，采用销钉定位，不需要调节。光阑301为环形光阑，如图8所示,光阑301上以十字光阑中心为光轴点设置三个环形通光孔构成低角601、中低角602和中高角603散射光透射区域，对应三个环形通光孔的光电探测阵列302上设置低角光电探测器702、中低角光电探测器701和中高角光电探测器703,并分别输出电信号。低角601、中低角602和中高角603透射区域，光阑中间的十字光阑为消除透射光和衍射光设计，也可以作为光学系统基准点，在低角范围内，十字光阑宽度为0.3mm，在中低角和中高角部分，宽度为0.5mm；如图9所示，光电探测阵列302采用一体化设计，直接将光电探测器裸片加工在一块PCB上，对应光阑形状，也分为低角、中低角和中高角采集阵列，各个区域都使用4片硅光电探测裸片，并采用对称结构设计。散射光接收组件300能够采集的散射光范围分别为：低角：1°—5°，中低角：7°—15°，中高角：18°—35°。光电探测阵列302排布可以根据光阑结构采用多种形式，如图10和图11所示实施案例，也还可根据信号质量对各个区域选择性的粘贴光电探测器，达到降低成本的目的。

如图2所示，调节组件400采用螺纹副401、弹簧402和支架403来实现光学系统的调节，螺纹副401可以实现光学系统的精密调节，弹簧402可以消除螺纹的回程误差。在光学系统调试完成后，可以将调节组件卸下重复使用。对支架可以是根据成本考虑是钣金件或是机加件，在该实施例中，采用的是钣金件。另外，为保证前光整形组件100和样本整流组件200能够顺畅的进行一维滑动，均采用滑动片进行压紧和导向，前光底座110、流动室底座和滑动片采用POM材质或者铜材质，实现低摩擦滑动。

Claims (7)

1.一种五分类血液分析仪光学系统,包括：用于得到长椭圆形状照射光源的前光整形组件(100)，用于产生血细胞散射光的样本整形组件(200),用于收集血细胞散射光的散射光接收组件(300),其特征是所述前光整形组件(100)是在光路上设置激光器(101)、准直透镜(102)、快轴聚焦透镜(103)和慢轴聚焦透镜(104)产生长椭圆形状照射光源，所述快轴聚焦透镜(103)和慢轴聚焦透镜(104)固定在整形镜筒(108)中，整形镜筒(108)能够实现360°旋转调节长椭圆形状照射光源长短轴方向；所述散射光接收组件(300)是在光阑(301)上以十字光阑中心为光轴点设置三个环形通光孔构成低角(601)、中低角(602)和中高角(603)散射光透射区域，对应三个环形通光孔的光电探测阵列(302)上设置低角光电探测器(702)、中低角光电探测器(701)和中高角光电探测器(703),并分别输出电信号。

2.根据权利要求1所述五分类血液分析仪光学系统，其特征在于所述激光器(101)是半导体激光器，中心波长670nm；准直透镜(102)是非球面透镜，数值孔径大于0.5；快轴聚焦透镜(103)是平凸透镜；慢轴聚焦透镜(104)是圆形的平凹柱面镜。

3.根据权利要求1所述五分类血液分析仪光学系统，其特征在于所述低角光电探测器(702)采集的散射光范围为：1°—5°，中低角光电探测器(701)采集的散射光范围为：7°—15°，中高角光电探测器(703)采集的散射光范围为：18°—35°。

4.根据权利要求1所述五分类血液分析仪光学系统，其特征在于所述光阑(301)上的十字光阑低角区域十字光阑宽度0.3mm，中低角和中高角区域十字光阑宽度0.5mm。

5.根据权利要求1所述五分类血液分析仪光学系统，其特征在于光电探测阵列(302)上设置低角光电探测器(702)、中低角光电探测器(701)和中高角光电探测器(703)，所述光电探测器是直接将光电探测器裸片对称结构加工在一块PCB上。

6.根据权利要求1所述五分类血液分析仪光学系统，其特征在于前光整形组件(100)和样本整形组件(200)上分别有调节组件(400)实现X轴方向和Y轴方向移动调节，所述调节组件(400)是由支架(403)上装有螺纹副(401)和弹簧(402)构成。

7.根据权利要求1所述五分类血液分析仪光学系统，其特征在于样本整形组件(200)是由石英流动室(201)、鞘流筒和样本针构成，石英流动室(201)能够实现±15°水平旋转调节。