CN212658587U - 血细胞计数仪的光学系统及血细胞计数仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光学系统，光学系统包括依次设置的前光装置、流动室装置和光检测装置，前光装置用于提供准直并整形的激光束，流动室装置为检测的血细胞被激光束照射的地方，光检测装置包括中低角度检测装置和高角度检测装置，其中的高角度检测装置包括高角度光阑、高角度会聚透镜和高角度光电检测器，所述中角度检测装置包括中角度光电检测器；本发明还提供了一种包括这种光学系统的血细胞计数仪，这种光学系统结构简单、安装维修简便并且对淋巴细胞、单核细胞、中性粒细胞、嗜碱性粒细胞和嗜酸性粒细胞具有很好的识别以及检测的作用。

Description

血细胞计数仪的光学系统及血细胞计数仪

技术领域

本申请涉及采用光学原理识别检测血细胞，尤其涉及一种识别检测血细胞的血细胞计数仪以及血细胞计数仪中的光学系统。

背景技术

血细胞计数仪作为对各种细胞参数进行计数和分类的仪器已被广泛应用于医学和生物领域，目前对血液中的淋巴细胞，单核细胞，中性粒细胞，嗜碱性粒细胞和嗜酸性粒细胞进行检测的血细胞计数仪大多数都是采用光散射法，这样的血细胞计数仪由光源，流动室以及光电检测装置组成，其中流动室提供一个光学检测区域,在这个区域内运用鞘流原理将待检测血细胞流包裹在鞘流中；光源，提供照射光束照射到流动室的检测区域中，当包裹在鞘液中的待检测血细胞流过检测区域时，照射光束照射到待检测血细胞上发生散射；光电检测装置将在流动室中产生的各种光学信号收集并转换成电信号，对这些转换后的电信号进行处理和分析就可以得到血液中存在的各种细胞的参数，进行计数和分类等处理。

目前检测淋巴细胞，单核细胞，中性粒细胞，嗜碱性粒细胞和嗜酸性粒细胞的血细胞计数仪中，有采用两个角度来接收待检测血细胞散射光信息进行待检测血细胞的识别以及分类，包括低角度和中角度，低角度包括低角度光阑和低角度光电检测器，中角度包括中角度光阑和中角度光电检测器，其中低角度的散射光可以反映细胞的体积大小，中角度的散射光可以反映细胞内部的复杂度，并根据两个角度方向脉冲强度将每个测量细胞绘制在二维的散点图上；五分类血细胞计数仪采用DIFF和BASO的双通道方法，即在一个测量周期内先后进行DIFF和BASO通道两次鞘液推样时序，可生成三维的DIFF和BASO散点图，第一次为淋巴细胞，单核细胞，中性粒细胞和嗜酸性粒细胞的通道，获得这四种细胞(DIFF)的散点图，第二次为嗜碱性粒细胞的通道，在该通道的散点图中分出嗜碱性粒细胞(BASO)。

采用这种血细胞计数仪虽然可以检测出待检测细胞中的这五种细胞，但是当嗜酸性粒细胞或者另外四种细胞中的某一种细胞含量过多或者过少时，采用这种血细胞计数仪无法精准的识别和计数这种异样的血液样本，现有技术中也有多采用一个高角度的光电检测器，但是这种血细胞计数仪中光学系统需要使用的零部件比较多，对仪器光学系统后续的安装以及维修不利，并且会增加整个仪器的成本，并且高角度这个角度的光电检测装置对光电二极管的要求较高，整体成本会更高，因此，现需要设计一种检测成本更低，结构更简单以及检测性能更好的血细胞计数仪。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供了一种检测成本更低，结构更简单以及检测性能更好的血细胞计数仪。

本发明提供了一种光学系统，所述光学系统包括依次设置的前光装置、流动室装置和光检测装置，所述前光装置用于提供准直并整形的激光束，流动室装置为检测的血细胞被激光束照射的地方，光检测装置包括高角度检测装置，所述高角度检测装置包括高角度会聚透镜，用于会聚高角度范围的散射光。

进一步的，所述高角度检测装置还包括高角度光阑和高角度光电检测器，所述高角度光阑的通光孔设置在与散射光光轴的夹角为高角度范围的散射光的光路上，高角度光电检测器设置在高角度范围的散射光经高角度光阑和高角度会聚透镜后出射的光路上，用于感应高角度范围的散射光并输出电信号。

进一步的，所述高角度会聚透镜设置于高角度光阑和高角度光电检测器之间。

进一步的，所述光检测装置还包括中角度检测装置，所述中角度检测装置包括中角度光电检测器，所述中角度光电检测器设置在中角度范围的散射光出射的光路上，用于感应中角度范围的散射光并输出信号。

进一步的，所述光检测装置还包括低角度检测装置，所述低角度检测装置包括低角度光阑和低角度光电检测器，所述低角度光阑的通光孔设置在与散射光光轴的夹角为低角度范围的散射光的光路上。

进一步的，所述低角度光电检测器设置在低角度范围的散射光经低角度光阑后出射的光路上，用于感应低角度范围的散射光并输出电信号。

进一步的，所述低角度光阑的通光孔的中间设有十字挡光条的低角度范围散射光的散射圆，所述低角度光阑的通光孔的圆心位于光轴上，十字挡光条用于遮挡光轴上的光和与光轴夹角很小的光以及杂散光。

进一步的，所述挡光条的宽度等于1°散射光散射圆的直径，低角度范围角度为1～4°，中角度范围角度为6～23°，高角度范围角度为22～40°。

进一步的，所述低角度检测装置和中角度检测装置设置于一个平面上，进一步的，所述平面与散射光光轴垂直。

进一步的，所述高角度光阑相对于散射光光轴倾斜设置。

进一步的，所述高角度光阑相对于散射光光轴夹角为45°。

进一步的，所述光学系统还包括第一安装件和第二安装件，所述低角度检测装置和中角度检测装置安装在第一安装件上，所述高角度光阑、高角度会聚透镜和高角度检测装置安装在第二安装件上。

进一步的，所述前光装置包括激光准直组件和光束整形组件，所述激光准直组件包括激光二极管光源和非球面透镜，非球面透镜将激光二极管出射的发散光束准直成截面是椭圆的准直激光光束。

进一步的，所述光束整形组件包括平凸球面镜和平凹柱面镜，准直的激光光束经过整形组件后，垂直方向的激光光束束腰在流动室装置处，水平方向的激光光束束腰在所述平凸面透镜和平凹柱面镜形成的焦面处。

进一步的，流动室装置包括流动室和整流组件，被测细胞在鞘液的约束下，排成一条直线逐个通过流动室。

本发明还提供一种血细胞计数仪，这种血细胞计数仪包括如上所述的光学系统。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明的高角度检测装置中设置有高角度会聚透镜，散射光通过高角度光阑，再经过高角度会聚透镜会聚到达高角度光电检测器，此方案可以降低光电二极管的感光面积，减低结电容，提高检测信号带宽，降低仪器成本。

本发明中的中角度检测装置中未使用中角度光阑，简化了仪器光学系统结构，降低了仪器成本，便于后期仪器光学系统的安装以及维修。

本发明中的低角度光阑的通光孔的中间设置十字挡光条，可以遮挡光轴上的光和与光轴夹角很小的光以及杂散光，提高信噪比，保障检测结果的准确性。

本发明中的前光装置中使用一片平凸球面镜和一片平凹柱面镜对光源发出的光进行整形，使在流动室装置中的椭圆光斑扁平化效果更好，能够保障检测结果的准确性。

显然，根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

以下通过实施例形式的具体实施方式，对本实用新型的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本实用新型上述内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

附图说明

图1为本发明血细胞计数仪的光路图；

图2为本发明高角度光阑结构示意图；

图3为本发明前光光路示意图；

图4为本发明低角度光阑结构示意图；

图5为本发明中光学系统的安装组件；

图6为本发明中安装组件中的第二安装件的爆炸图；

图7为本发明中安装组件中的第一安装件的爆炸图；

图8为本发明中淋巴细胞、单核细胞、中性粒细胞和嗜酸性粒细胞通道的三维散点图；

图9为本发明中嗜碱性粒细胞通道的三维散点图。

具体实施方式

如图1所示，血细胞计数仪的光学系统包括依次设置的前光装置1、流动室装置2和光检测装置3，前光装置用于提供准直并整形的激光束照射被检测的血细胞，流动室装置为检测的血细胞被激光束照射的地方，被检测血细胞被光束激发后发出的散射光直接到达低角度光阑34和中角度检测装置36，高角度检测装置接收经会聚透镜32会聚后的高角度范围的散射光；光检测装置包括高角度检测装置、中角度检测装置和低角度检测装置，其中低角度检测装置包括低角度光阑34和低角度光电检测器35，低角度光阑的通光孔设置在与散射光光轴的夹角为低角度范围的散射光的光路上，低角度光电检测器设置在低角度范围的散射光经低角度光阑后出射的光路上，用于感应低角度范围的散射光并输出电信号；中角度检测装置包括中角度光电检测器36，中角度光电检测器设置在中角度范围的散射光出射的光路上，用于感应中角度范围的散射光并输出信号；高角度检测装置包括高角度光阑31、高角度会聚透镜32和高角度光电检测器33，高角度光阑的通光孔设置在与散射光光轴的夹角为高角度范围的散射光的光路上，高角度光电检测器设置在高角度范围的散射光经高角度会聚透镜和高角度光阑后出射的光路上，用于感应高角度范围的散射光并输出电信号，为了节省空间以及达到很好的聚光效果，高角度会聚透镜设置于高角度光阑和高角度光电检测器之间，在另外的实施例中，高角度会聚透镜也可以不设置于高角度光阑和高角度光电检测器之间，其中的高角度光阑相对于散射光光轴倾斜设置，高角度光阑的作用为消杂光，透镜自身的孔径限制了散射角，其中高角度光阑的结构示意图如图2所示；高角度光阑相对于散射光光轴夹角为45°；其中的低角度范围的角度为1～4°，中角度范围的角度为6～23°，高角度范围的角度为22～40°；为了节约整个系统内部的体积以及更好的接受散射光，其中的低角度检测装置和中角度检测装置设置在一个平面上，这个平面和散射光的光轴垂直，在另外的实施例中，低角度检测装置和中角度检测装置也可以不设置在一个平面上；前光装置包括激光准直组件和光束整形组件，激光准直组件包括激光二极管光源11和非球面透镜12，其中的非球面透镜将激光二极管发散的光束准直成截面是椭圆的准直激光光束，其中的光束整形组件包括平凸球面镜13和平凹柱面镜14，如图3所示，准直的激光光束经过整形组件后，垂直方向的激光光束束腰在流动室装置处，水平方向的激光光束束腰在平凸球面镜合平凹柱面镜形成的焦面处，位于低角度光阑的前后，其光信号不被光电检测器接收，以免影响检测结果；光学系统中的流动室装置包括流动室和整流组件，其中的流动室装置通过流体聚焦原理，使被测血细胞在鞘液的约束下，排成一条直线逐个通过流动室。

本发明中的低角度光阑的结构示意图如图4所示，低角度光阑的通光孔340的形状为中间设有十字挡光条3401的低角度范围散射光的散射圆，低角度光阑的通光孔的圆心位于光轴上，十字档条光竖直方向的作用是遮挡光轴上的光和光轴夹角很小的光，在光轴上，激光的光强大于细胞发出的散射光的强度，为减少误差，需要滤除光轴上的光和光轴夹角很小的光；十字挡光条水平方向的作用是遮挡整形后光束通过流动室内孔衍射的光，减小杂散光，提高信噪比，其中挡光条的宽度等于1°散射光散射圆的直径。

本发明中，没有设置中角度光阑，使整个光学系统结构简单，低角度光阑遮挡了中角度光电检测器的部分区域，中角度下限散射圆与低角度光阑边缘相切，中角度上限散射圆与中角度光电检测器边缘相切。

如图5所示，本发明中的光学系统还包括第一安装件15和第二安装件16，低角度光阑、低角度检测装置和中角度检测装置安装在第一安装件上，高角度光阑、高角度会聚透镜和高角度检测装置安装在第二安装件上。

如图6所示，高角度会聚透镜安装在透镜套筒17内，再通过螺纹安装到第二安装件16B上；高角度光阑31通过螺钉装配到第二安装件16A上；高角度探测器33通过螺钉装配到第二安装件16B上；16A和16B通过螺钉装配，组成第二安装件16。

如图7所示，本专利选择一个2单元探测器作为低角度检测装置35和中角度检测装置36，低角度检测装置和中角度检测装置通过螺钉和压片18安装在第一安装件15上；压片18的作用是保证低角度检测装置和中角度检测装置装配后其感光面与第一安装件15表面水平，进而与低角度光阑表面水平，保证接收的低角度和中角度散射角度精度，低角度光阑34通过销钉精确定位在第一安装件15上，如图5所示，第一安装件15和第二安装件16通过螺钉装配到一起。

本发明的光学检测原理如下：激光二极管发射的光经非球面透镜准直成截面为椭圆的激光光束，准直的激光光束再经过平凸球面镜和平凹柱面镜整形，整形后的光束形成椭圆形光斑，椭圆形光斑照射到流动室中的被鞘液包裹的待检测样本流上，其中光斑的短轴方向(竖直方向)的光和流动室中样本流的方向一致，并且束腰在流动室装置处；长轴方向(水平方向)的光垂直于样本流方向，并且束腰在所述平凸球面镜和平凹柱面镜形成的焦面处，在低角度光阑前后；样本流中的血细胞被激光照射后发生散射，散射光通过低角度光阑和高角度光阑、高角度会聚透镜后被低角度光电检测器和高角度光电检测器接收，其中的中角度光直接被中角度光电检测器接收。样本流中的每个细胞通过光照区域，会同时产生低角度、中角度、高角度散射光信号，3路信号组成一个空间三维坐标系，每个细胞的三路信号大小作为空间坐标系中的一个点，所有细胞在空间坐标系形成的点就构成了血细胞的散点图。由于各类细胞被激光照射后产生的散射光强度不同，所以各类细胞在空间坐标系中的位置不同，使用时，需要调整第一安装件和第二安装件相对于流动室的位置。通过各类细胞在空间坐标系中的位置差异，可以将白细胞五分类并计数。

白细胞分为淋巴细胞，单核细胞，中性粒细胞，嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞五类，白细胞分类计数采用DIFF和BASO的双通道方法，即在一个测量周期内先后进行DIFF和BASO通道两次鞘液推样时序，借助试剂对血细胞的处理，可生成三维的DIFF散点图和三维的BASO散点图。第一次为淋巴细胞，单核细胞，中性粒细胞和嗜酸性粒细胞的通道，获得这四种细胞(DIFF)的散点图，第二次为嗜碱性粒细胞的通道，在该通道的散点图中分出嗜碱性粒细胞(BASO)。

采用带有本发明中的光学系统的血细胞计数仪对淋巴细胞、单核细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞进行识别和检测，其检测结果如图8和图9所示，图8为淋巴细胞、单核细胞、中性粒细胞和嗜酸性粒细胞通道的三维散点图，从图中看出，采用带有本发明中的光学系统对这4种细胞具有很好的识别作用，图9为嗜碱性粒细胞通道的三维散点图。

Claims (17)

1.一种光学系统，其特征在于：所述光学系统包括依次设置的前光装置、流动室装置和光检测装置，所述前光装置用于提供准直并整形的激光束，流动室装置为检测的血细胞被激光束照射的地方，光检测装置包括高角度检测装置，所述高角度检测装置包括高角度会聚透镜，用于会聚高角度范围的散射光。

2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述高角度检测装置还包括高角度光阑和高角度光电检测器，所述高角度光阑的通光孔设置在与散射光光轴的夹角为高角度范围的散射光的光路上，高角度光电检测器设置在高角度范围的散射光经高角度光阑和高角度会聚透镜后出射的光路上，用于感应高角度范围的散射光并输出电信号。

3.如权利要求2所述的光学系统，其特征在于：所述高角度会聚透镜设置于高角度光阑和高角度光电检测器之间。

4.如权利要求2或3所述的光学系统，其特征在于：所述光检测装置还包括中角度检测装置，所述中角度检测装置包括中角度光电检测器，所述中角度光电检测器设置在中角度范围的散射光出射的光路上，用于感应中角度范围的散射光并输出信号。

5.如权利要求4所述的光学系统，其特征在于：所述光检测装置还包括低角度检测装置，所述低角度检测装置包括低角度光阑和低角度光电检测器，所述低角度光阑的通光孔设置在与散射光光轴的夹角为低角度范围的散射光的光路上。

6.如权利要求5所述的光学系统，其特征在于：所述低角度光电检测器设置在低角度范围的散射光经低角度光阑后出射的光路上，用于感应低角度范围的散射光并输出电信号。

7.如权利要求5或6所述的光学系统，其特征在于：所述低角度光阑的通光孔的中间设有十字挡光条的低角度范围散射光的散射圆，所述低角度光阑的通光孔的圆心位于光轴上，十字挡光条用于遮挡光轴上的光和与光轴夹角很小的光以及杂散光。

8.如权利要求7所述的光学系统，其特征在于：所述挡光条的宽度等于1°散射光散射圆的直径，低角度范围角度为1°～4°，中角度范围角度为6°～23°，高角度范围角度为22°～40°。

9.如权利要求8所述的光学系统，其特征在于：所述低角度检测装置和中角度检测装置设置于一个平面上。

10.如权利要求9所述的光学系统，其特征在于：所述平面与散射光光轴垂直。

11.如权利要求7所述的光学系统，其特征在于：所述高角度光阑相对于散射光光轴倾斜设置。

12.如权利要求11所述的光学系统，其特征在于：所述高角度光阑相对于散射光光轴夹角为45°。

13.如权利要求8所述的光学系统，其特征在于：所述光学系统还包括第一安装件和第二安装件，所述低角度检测装置和中角度检测装置安装在第一安装件上，所述高角度光阑、高角度会聚透镜和高角度检测装置安装在第二安装件上。

14.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述前光装置包括激光准直组件和光束整形组件，所述激光准直组件包括激光二极管光源和非球面透镜，非球面透镜将激光二极管光源发出的发散光束准直成截面是椭圆的准直激光光束。

15.如权利要求14所述的光学系统，其特征在于：所述光束整形组件包括平凸球面镜和平凹柱面镜，准直激光光束经过光束整形组件后，垂直方向的激光光束束腰在流动室装置处，水平方向的激光光束束腰在所述平凸球面镜和平凹柱面镜形成的焦面处。

16.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述流动室装置包括流动室和整流组件，被测血细胞在鞘液的约束下，排成一条直线逐个通过流动室。

17.一种血细胞计数仪，其特征在于：包括如权利要求1-16任意一项所述的光学系统。

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