JP2001330550A - パルス信号計測回路およびそれを用いたフローサイトメータ - Google Patents

パルス信号計測回路およびそれを用いたフローサイトメータ

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JP2001330550A
JP2001330550A JP2000148064A JP2000148064A JP2001330550A JP 2001330550 A JP2001330550 A JP 2001330550A JP 2000148064 A JP2000148064 A JP 2000148064A JP 2000148064 A JP2000148064 A JP 2000148064A JP 2001330550 A JP2001330550 A JP 2001330550A
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waveform signal
pulse
pulse waveform
signal
threshold
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JP2000148064A
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English (en)
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Tokihiro Kosaka
時弘 小坂
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Sysmex Corp
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Sysmex Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パルス波形信号の半値幅を小規模な回路で効
率よく計測すること。 【解決手段】 パルス波形信号と第1しきい値とをパル
ス波形信号の立上り時に比較する第1比較部と、パルス
波形信号の波高値を検出する波高値検出部と、パルス波
形信号と第2しきい値とをパルス波形信号の立下り時に
比較する第2比較部と、パルス波形信号が第1しきい値
を越えてから第2しきい値以下に達するまでの時間Aを
計時する第1計時部と、パルス波形信号が第1しきい値
を越えてからピークを経て波高値の半分に達するまでの
時間Bを計時する第2計時部と、(2B−A)をパルス
波形信号の半値幅として演算する演算部とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、パルス信号計測
回路およびそれを用いたフローサイトメータに関し、特
にフローサイトメータにおいてシースフローセルを流れ
る粒子の粒子信号の半値幅を計測する回路に関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】細胞や血
球などの粒子を分析するための測定装置として、従来か
らフローサイトメータが利用されている。一般的なフロ
ーサイトメータでは、細胞や血球の種類を判別するため
に前もって適当な染色を施し、その粒子懸濁液を細いガ
ラス管に導き、その懸濁液の流れに対してレーザ光を細
く絞り込んで照射する。粒子がそのレーザ光照射エリア
を通過するごとに、その粒子による散乱光や蛍光が検出
される。散乱光や蛍光は、フォトダイオードやフォトマ
ルチプライヤによって光電変換され、粒子1個1個につ
いて複数の電気信号が得られる。
【0003】これらの検出信号の波形を処理することに
よって、その信号パルスの波高値、面積、幅といった種
々の特徴パラメータが求められる。さらに、個々の粒子
について求められた複数の特徴パラメータを用いて統計
解析することにより、測定した試料中に含まれる粒子の
種類や比率が求められる。
【0004】ところで、細胞に染色を施す目的や染色対
象物質は様々である。例えば、核の中のDNAを特異的
に染色する場合もあれば、核外のRNAを特異的に染色
する場合もある。また、細胞表面抗原を特異的に染色す
る場合もあり、それぞれで染色対象部位が異なる。さら
に、染色対象物質が異なる複数の染色を同時に施し、そ
れぞれの染色反応物質によって異なる波長の蛍光を光学
的フィルタで分離し、それぞれの波長の蛍光強度の違い
を利用して細胞を分類する場合もある。
【0005】細胞に照射するレーザビームを細胞の大き
さよりも小さく絞った場合、染色される部位の違いによ
って、その蛍光検出信号の波形は異なってくる。例え
ば、細胞の表面抗原だけを特異染色した場合の光検出信
号波形は図2のようになるが、細胞中心部の核だけを染
色した場合の蛍光検出信号は図3のようになり、図2に
比べて波形の山が急峻である。
【0006】染色対象物質が異なる複数の染色を施すよ
うな場合、もし各々の染色反応物質による蛍光波長にあ
まり差がなく、その波長の範囲が互いにオーバーラップ
するような場合には、各々の染色対象物質を正確に定量
することは難しく、細胞の種類を正しく同定することは
困難になる。このような場合でも、それぞれの染料によ
る染色対象部位が異なる場合には、その蛍光検出信号の
パルス幅や半値幅の情報が、細胞を分類するのに有用な
パラメータとなりうる。
【0007】検出信号パルスの半値幅を求めるには、そ
の信号の波高値を知る必要があるが、従来の半値幅算出
方法では、各検出信号の波高値を算出するまでの間、そ
の信号の波形データをメモリに記憶しておく必要があっ
た。この方法による半値幅算出回路では、回路規模が大
で実装面積が大になる、メモリへの書き込みと読み出し
処理が必要なために信号処理を高速化できない、コスト
が高くなる、といった欠点があり、コスト・パフォーマ
ンスの点で、「半値幅」という特徴パラメータがフロー
サイトメータで利用されることは、今までほとんどなか
った。
【0008】この発明はこのような事情を考慮してなさ
れたもので、個々の細胞の蛍光検出信号の半値幅を、小
規模な回路で効率よく算出するための回路を提供するも
のであり、またこの回路を搭載したフローサイトメータ
を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、パルス波形
信号と第1しきい値とをパルス波形信号の立上り時に比
較する第1比較部と、パルス波形信号の波高値を検出す
る波高値検出部と、パルス波形信号と第2しきい値とを
パルス波形信号の立下り時に比較する第2比較部と、パ
ルス波形信号が第1しきい値を越えてから第2しきい値
以下に達するまでの時間Aを計時する第1計時部と、パ
ルス波形信号が第1しきい値を越えてからピークを経て
波高値の半分に達するまでの時間Bを計時する第2計時
部と、(2B−A)をパルス波形信号の半値幅として演
算する演算部とを備えるパルス信号計測回路を提供する
ものである。
【0010】
【発明の実施の形態】この発明の対象とするパルス波形
信号とは、例えば、細胞や血球などの複数の粒子をシー
スフローセルに導いて各粒子にレーザ光を照射し、各粒
子からの散乱光や蛍光などを光電変換器を用いて電気信
号に変換したものである。
【0011】この発明における第1および第2比較部に
は、公知のコンパレータを用いることができる。また、
第1および第2計時部は、クロックパルスをカウントす
るカウンタを用いて構成できる。半値幅を演算する演算
部には例えばマイクロコンピュータを用いることができ
る。
【0012】この発明では、第2しきい値が第1しきい
値より低く設定されることが好ましい。これによって、
パルス波形信号にノイズ波形が含まれていても、この回
路がノイズ波形を誤ってすぐに信号の終端と判断するこ
とがない。
【0013】また、この発明は、シースフローセルと、
シースフローセルに一列に流れる複数の粒子の各々の特
徴を光学的に検出してパルス波形信号に変換する光電変
換部と、得られたパルス波形信号の半値幅を演算する前
記のパルス信号計測回路と、演算された半値幅を特徴パ
ラメータとして出力する出力部とを備えるフローサイト
メータを提供するものである。
【0014】この発明のシースフローセルは、細胞や血
球などの粒子をシースフローセルに導いて各粒子にレー
ザ光を照射し、各粒子から散乱光や蛍光などの光を検出
するようなものであればよく、これには公知のものを利
用することができる。
【0015】各粒子から光学的に検出する特徴とは、例
えば、1つの粒子から得られる前方散乱光、側方散乱
光、蛍光、側方蛍光などをいう。
【0016】また、粒子からその特徴を光学的に検出し
てパルス波形信号に変換する光電変換部には、フォトダ
イオード、フォトトランジスタ、フォトマルチプライヤ
チューブのような光電変換素子を用いることができる。
また、出力部は、CRT、液晶ディスプレイ又はプリン
タなどで構成できる。
【0017】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明
を詳述する。これによってこの発明が限定されるもので
はない。図1に、この発明の実施例に係るフローサイト
メータのブロック図を示す。光学系100では、血球や
細胞の懸濁液をシースフローセル1に導き、シース液流
によって細く絞られた懸濁液流に対してレーザ光源2か
らコンデンサレンズ5を介してレーザ光を照射する。
【0018】この実施例では、レーザ光照射エリアを横
切っていく粒子1個1個の前方散乱光、側方蛍光をそれ
ぞれ集光レンズ6、7を介して捉え、それぞれフォトダ
イオード3とフォトマルチプライヤチューブ4とで光電
変換する。フォトダイオード3とフォトマルチプライヤ
チューブ4から得られたそれぞれの検出信号つまり、パ
ルス波形信号Sa,Sbは、信号処理系200によって
波形処理される。
【0019】信号処理系200は、パルス信号計測回路
8a,8bと特徴パラメータ処理部9と出力部10とを
備える。パルス信号計測回路8a,8bはフォトダイオ
ード3およびフォトマルチプライヤチューブ4からそれ
ぞれ得られるパルス波形信号Sa,Sbを計測してパル
ス幅、パルス半値幅、パルス波高値を算出し、それらを
特徴パラメータとして特徴パラメータ処理部9へ出力す
る。特徴パラメータ処理部9は、特徴パラメータを統計
的に処理し度数分布やスキャッタグラムの形で出力部1
0に出力させる。
【0020】ここで、パルス信号計測回路8a又は8b
におけるパルス半値幅の算出方法について図4を用いて
説明する。この算出方法は、検出信号の波形が、通常ほ
ぼ左右対称である点を利用しており、波形データを記憶
しておくためのメモリは必要としない。
【0021】粒子検出信号が十分小さな第1ディスクリ
レベルDSR1(第1しきい値)を越えるか又は以上になる
時点を信号開始点STARTとし、次にその信号レベルが、
その信号の波高値PKの半分のレベル(PK/2)以下
又は未満になる時点を半値点HALFとし、さらにその信号
レベルが第2ディスクリレベルDSR2(第2しきい値)未
満又は以下になる時点を信号終了点ENDとし、
【0022】時間間隔A= END−START……(1) 時間間隔B= HALF−START……(2) を求め、 X=B−(A−B)=2×B−A……(3) をその粒子検出信号の半値幅として算出する。
【0023】図5は上記方法によりパルス波形信号Sa
又はSbの半値幅を演算するためのパルス信号計測回路
8a又は8bを示す詳細ブロック図である。同図におい
て、検出信号(パルス波形信号)Sa又はSbの波形サ
ンプリングデータWAVEDは、比較器11,12,13,
14に供給され、それぞれ第1および第2ディスクリレ
ベルDSR1,DSR2、半波高値PK/2および波高値PKと
実時間で比較される。
【0024】比較器11,12,13は、それぞれ、粒
子検出信号の開始点、検出信号の終了点、波高値の半分
のレベルになる点を検知するためのものである。比較器
12は、検出信号にノイズが含まれているような場合で
も誤ってすぐに信号の終端と判断しないよう、ヒステリ
シスを設けている。つまり、第2ディスクリレベルDSR2
を第1ディスクリレベルDSR1−ヒステリシスレベルHYS
としている。
【0025】サンプリングデータWAVEDが第1ディスク
リレベルDSR1を超えるか又は以上になると、フリップフ
ロップ15と16がセットされ、パルス幅カウンタ18
と19が起動される。また、同時にピークデータ保持用
レジスタ20の内容がクリア(0に)される。パルス幅
カウンタ18と19は、それぞれ、フリップフロップ1
8と19がセットされている状態にある時、波形サンプ
リング用クロックCLKによりカウントアップされる。
【0026】サンプリングデータWAVEDが段々大きくな
っている状態では、比較器14とセレクタ17によっ
て、その時点のサンプリングデータWAVEDの信号レベル
がピークデータ保持用レジスタ20に記憶されていく。
その信号レベルがピーク点を過ぎると、このピークデー
タ保持用レジスタ20の内容は変化せず、波高値PKを
保持した状態になる。同時に演算器21がPK/2を演
算する。
【0027】次に、サンプリングデータWAVEDが波高値
PKの半分の値(PK/2)以下又は未満になると、比
較器13によってフリップフロップ16がリセットさ
れ、パルス幅カウンタ19はストップし、図4の時間間
隔Bが求められる。
【0028】さらに、サンプリングデータWAVEDがディ
スクリレベルDSR2、つまり(DSR1−HYS)以下又は未満
になると、比較器12によってフリップフロップ15が
リセットされ、パルス幅カウンタ18はストップし、図
4の時間間隔Aが求められる。時間間隔AとBが求めら
れれば、式(3)よりX=(2B−A)を計算する演算
器22によって半値幅Xが求められる。
【0029】この実施例では、Aが信号パルス幅とし
て、PKが波高値として同時に求められているので、小
規模な回路で効率よく半値幅を含む各種信号波形の特徴
パラメータを算出することができる。
【0030】
【発明の効果】この発明によれば、半値幅の算出アルゴ
リズムを、メモリを使用しないで小規模なディジタル信
号処理回路で実現することができるので、プログラマブ
ルなロジックデバイスに容易に組込むことが可能であ
り、実装面積が小さい低コスト信号処理速度が早
い回路特性の経年変化がないという4つの利点を有す
る。この発明のフローサイトメータによれば、各細胞の
光検出信号の波高値でけでなく半値幅という特徴パラメ
ータを利用するこもできるようになり、蛍光染色された
細胞の種類によって核からの蛍光が強い場合や核周辺の
顆粒からの蛍光が強い場合など、蛍光発光部位の違いを
捉えることが期待でき、複数の種類の細胞を従来より精
度よく分類できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る実施例を示すブロック図であ
る。
【図2】パルス波形信号の一例を示す波形図である。
【図3】パルス波形信号の他の例を示す波形図である。
【図4】この発明のパルス半値幅の算出方法を示す説明
図である。
【図5】図1の要部詳細ブロック図である。
【符号の説明】
1 シースフローセル 2 レーザ光源 3 フォトダイオード 4 フォトマルチプライヤチューブ 5 コンデンサレンズ 6 集光レンズ 7 集光レンズ 8a パルス信号計測回路 8b パルス信号計測回路 9 特徴パラメータ処理部 10 出力部 11 比較器 12 比較器 13 比較器 14 比較器 15 フリップフロップ 16 フリップフロップ 17 セレクタ 18 パルス幅カウンタ 19 パルス幅カウンタ 20 ピークデータ保持用レジスタ 21 演算器 22 演算器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パルス波形信号と第1しきい値とをパル
    ス波形信号の立上り時に比較する第1比較部と、パルス
    波形信号の波高値を検出する波高値検出部と、パルス波
    形信号と第2しきい値とをパルス波形信号の立下り時に
    比較する第2比較部と、パルス波形信号が第1しきい値
    を越えてから第2しきい値以下に達するまでの時間Aを
    計時する第1計時部と、パルス波形信号が第1しきい値
    を越えてからピークを経て波高値の半分に達するまでの
    時間Bを計時する第2計時部と、(2B−A)をパルス
    波形信号の半値幅として演算する演算部とを備えるパル
    ス信号計測回路。
  2. 【請求項2】 第2しきい値は第1しきい値よりも低く
    設定されヒステリシス特性を有することを特徴とする請
    求項1記載のパルス信号計測回路。
  3. 【請求項3】 シースフローセルと、シースフローセル
    に一列に流れる複数の粒子の各々の特徴を光学的に検出
    してパルス波形信号に変換する光電変換部と、得られた
    パルス波形信号の半値幅を演算する請求項1記載のパル
    ス信号計測回路と、演算された半値幅を特徴パラメータ
    として出力する出力部とを備えるフローサイトメータ。
JP2000148064A 2000-05-19 2000-05-19 パルス信号計測回路およびそれを用いたフローサイトメータ Pending JP2001330550A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006103920A1 (ja) * 2005-03-29 2006-10-05 Sysmex Corporation 癌・異型細胞および凝集粒子を弁別する方法および細胞分析装置

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WO2006103920A1 (ja) * 2005-03-29 2006-10-05 Sysmex Corporation 癌・異型細胞および凝集粒子を弁別する方法および細胞分析装置

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