JP2016200458A - Optical device and information processing system - Google Patents

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Toshishige Fujii
俊茂 藤井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device and an information processing system with which it is possible to measure the type or state of a sample noninvasively.SOLUTION: The optical device comprises an irradiation system 10 for radiating a linearly polarized light in a prescribed direction of polarization toward a sample, and optical detection systems 30-1 to 30-3 for detecting scattered light caused by incidence of the linearly polarized light on the sample, the irradiation system 10 including a VCSEL 11 for radiating the linearly polarized light, the optical detection systems 30-1 to 30-3 being disposed on optical paths in mutually different directions of scattering angle and including polarization filters 31-1 to 31-3 for allowing the linearly polarized component of scattered light to pass through at a predetermined angle and optical receivers 35-1 to 35-3 for receiving the light having passed through the polarization filters 31-1 to 31-3.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光学装置及び情報処理システムに関する。   The present invention relates to an optical device and an information processing system.

従来から、細胞の細胞種を同定する技術として、フローサイトメーターが知られている(例えば、特許文献1参照)。フローサイトメーターでは、細い流路に細胞を1つずつ流し、流路を流れる細胞に対しレーザ光を照射して前方散乱光と側方散乱光とを計測し、細胞の大きさを反映する前方散乱光強度と細胞内の構造や顆粒などの情報を反映する側方散乱光強度との組み合わせから、細胞の細胞種を同定する。   Conventionally, a flow cytometer is known as a technique for identifying the cell type of a cell (see, for example, Patent Document 1). In a flow cytometer, cells are flowed one by one in a narrow channel, and the cells flowing in the channel are irradiated with laser light to measure forward scattered light and side scattered light to reflect the size of the cell. The cell type of the cell is identified from the combination of the scattered light intensity and the side scattered light intensity reflecting information such as intracellular structure and granules.

但し、側方散乱光(側方散乱光強度)には、細胞内の多種のタンパク質や様々な小器官などの情報が混ざっており、どのような粒子からの散乱光であるかを区別できなければ細胞の細胞種を同定することが困難である。このため、フローサイトメーターでは、細胞に蛍光色素を導入して、側方散乱光がどのような粒子からの散乱光であるかを区別している。   However, side scattered light (side scattered light intensity) is mixed with information on various proteins and various organelles in the cell, and it is impossible to distinguish from what kind of particles the scattered light is. It is difficult to identify the cell type of the cell. For this reason, in the flow cytometer, a fluorescent dye is introduced into a cell to distinguish from what kind of particles the side scattered light is scattered.

上述のように、フローサイトメーターでは、細胞の細胞種を非侵襲的に測定することができない。また、フローサイトメーターは、細胞単体を測定するものであるため、コロニー、コロイド、及びゲルなど細胞単体以外の微細構造が複雑な試料の種別や状態を測定することはできない。   As described above, the cell type of a cell cannot be measured non-invasively with a flow cytometer. In addition, since the flow cytometer measures a single cell, it cannot measure the type and state of a sample having a complicated fine structure other than the single cell, such as a colony, a colloid, and a gel.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、試料の種別又は状態を非侵襲的に測定させることが可能な光学装置及び情報処理システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical device and an information processing system capable of noninvasively measuring the type or state of a sample.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様にかかる光学装置は、所定の偏光方向の直線偏光を試料に向けて射出する照射系と、前記直線偏光が前記試料に入射することによって生じる散乱光を検出する複数の光検出系と、を備え、前記照射系は、前記直線偏光を射出する垂直面発光レーザを含み、前記複数の光検出系は、互いに異なる散乱角方向の光路上に配され、それぞれ、前記散乱光の直線偏光成分を予め定められた角度で通過させる偏光素子と、当該偏光素子を通過した光を受光する受光器とを、含む。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, an optical device according to one embodiment of the present invention includes an irradiation system that emits linearly polarized light having a predetermined polarization direction toward a sample, and the linearly polarized light is applied to the sample. A plurality of light detection systems that detect scattered light generated by the incidence, wherein the irradiation system includes a vertical surface emitting laser that emits the linearly polarized light, and the plurality of light detection systems have different scattering angles. A polarizing element that is arranged on the optical path in the direction and passes the linearly polarized light component of the scattered light at a predetermined angle, and a light receiver that receives the light that has passed through the polarizing element.

本発明によれば、試料の種別又は状態を非侵襲的に測定させることが可能という効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to noninvasively measure the type or state of a sample.

図1は、第1実施形態の情報処理システムの一例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of an information processing system according to the first embodiment. 図2は、第1実施形態のVCSELのレーザ出射口の一例を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an example of a laser emission port of the VCSEL of the first embodiment. 図3は、第1実施形態のVCSELのレーザ出射口の一例を示す側面図である。FIG. 3 is a side view showing an example of the laser emission port of the VCSEL of the first embodiment. 図4は、細胞内に混在する大小様々な粒子の散乱の説明図である。FIG. 4 is an explanatory view of scattering of various particles mixed in the cell. 図5は、図4に示す散乱の詳細図である。FIG. 5 is a detailed view of the scattering shown in FIG. 図6は、第1実施形態の原理の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of the principle of the first embodiment. 図7は、磁界振動面での散乱光強度分布を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the scattered light intensity distribution on the magnetic field vibration surface. 図8は、電界振動面での散乱光強度分布を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the scattered light intensity distribution on the electric field vibration surface. 図9は、ある試料の散乱光の時間変化の一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a temporal change in scattered light of a sample. 図10は、ある粒子が熱運動により時間の経過と共に移動して行く場合の重なり部分の体積の時間変化を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the time change of the volume of the overlapping portion when a certain particle moves with the passage of time due to thermal motion. 図11は、時間相関関数の概念図である。FIG. 11 is a conceptual diagram of a time correlation function. 図12は、散乱光強度の時間相関関数を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a time correlation function of scattered light intensity. 図13は、散乱光の干渉と光路差の説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of interference of scattered light and an optical path difference. 図14は、ポリスチレンラテックスの単分散粒子の解析結果を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing the analysis results of monodisperse particles of polystyrene latex. 図15は、g(2)(τ)−1とg(2)(τ)−1を逆ラプラス変換して得られたH(Γ)を示した図である。FIG. 15 is a diagram showing H (Γ) obtained by inverse Laplace transform of g (2) (τ) -1 and g (2) (τ) -1. 図16は、第1実施形態の情報処理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram illustrating an example of a hardware configuration of the information processing apparatus according to the first embodiment. 図17は、第1実施形態の情報処理装置の機能構成の一例を示すブロック図である。FIG. 17 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the information processing apparatus according to the first embodiment. 図18は、実施例1の同定情報を示す図である。FIG. 18 is a diagram illustrating identification information of the first embodiment. 図19は、実施例2の同定情報を示す図である。FIG. 19 is a diagram illustrating identification information of the second embodiment. 図20は、高分子溶液の散乱光強度の位置依存性の一例を示す図である。FIG. 20 is a diagram illustrating an example of the position dependency of the scattered light intensity of the polymer solution. 図21は、生体系やゲルの散乱光強度の位置依存性の一例を示す図である。FIG. 21 is a diagram illustrating an example of the position dependency of the scattered light intensity of a biological system or gel. 図22は、アンサンブル平均相関関数−相関時間の一例を示す図である。FIG. 22 is a diagram illustrating an example of an ensemble average correlation function-correlation time. 図23は、緩和時間分布−緩和時間の一例を示す図である。FIG. 23 is a diagram illustrating an example of relaxation time distribution-relaxation time. 図24は、第2実施形態の情報処理装置の機能構成の一例を示すブロック図である。FIG. 24 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the information processing apparatus according to the second embodiment. 図25は、実施例3の同定情報を示す図である。FIG. 25 is a diagram illustrating identification information of the third embodiment. 図26は、実施例4の同定情報を示す図である。FIG. 26 is a diagram illustrating identification information of the fourth embodiment.

以下、添付図面を参照しながら、本発明にかかる光学装置及び情報処理システムの実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of an optical device and an information processing system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態の情報処理システム1の一例を示す構成図である。図1に示すように、情報処理システム1は、照射系10と、ステージ21と、恒温板22と、サンプルホルダー23と、試料25と、ハーフミラー26と、光学顕微鏡27と、光検出系30−1〜30−3(複数の光検出系の一例)と、情報処理装置100とを、備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of an information processing system 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the information processing system 1 includes an irradiation system 10, a stage 21, a thermostat 22, a sample holder 23, a sample 25, a half mirror 26, an optical microscope 27, and a light detection system 30. -1 to 30-3 (an example of a plurality of light detection systems) and the information processing apparatus 100 are provided.

なお、照射系10、ステージ21、恒温板22、サンプルホルダー23、試料25、ハーフミラー26、光学顕微鏡27、及び光検出系30−1〜30−3が、光学装置を構成する。但し、図1に示す例では、光学装置の内部構成を分かりやすくするため、暗箱の図示を省略している。また第1実施形態では、光検出系の台数が3台である場合を例に取り説明するが、これに限定されず、2台であっても、4台以上であってもよい。   The irradiation system 10, the stage 21, the thermostat 22, the sample holder 23, the sample 25, the half mirror 26, the optical microscope 27, and the light detection systems 30-1 to 30-3 constitute an optical device. However, in the example shown in FIG. 1, the dark box is not shown for easy understanding of the internal configuration of the optical device. In the first embodiment, the case where the number of light detection systems is three will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the number may be two or four or more.

照射系10は、所定の偏光方向の直線偏光24を試料25に向けて射出するものであり、図1に示すように、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER、垂直面発光レーザアレイの一例)11と、コリメートレンズ13と、反射ミラー14と、円筒面平凸レンズ15とを、含む。但し、照射系10は、これらの構成に限定されるものではなく、一部の構成を省略したり、他の構成を追加したり、一部の構成を他の構成に置き換えたりしてもよい。   The irradiation system 10 emits linearly polarized light 24 having a predetermined polarization direction toward a sample 25. As shown in FIG. 1, a VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting LASER) 11 A collimating lens 13, a reflecting mirror 14, and a cylindrical plano-convex lens 15. However, the irradiation system 10 is not limited to these configurations, and some configurations may be omitted, other configurations may be added, or some configurations may be replaced with other configurations. .

VCSEL11は、基板表面に直交する方向に、所定の偏光方向に偏光したレーザ光である直線偏光24を射出する。所定の偏光方向は、試料25に対してある一方向であればよい。第1実施形態では、VCSEL11の発振波長が780nm帯である場合を例に取り説明するが、これに限定されるものではない。第1実施形態では、照射系10は、VCSEL11を光源に用いるため、端面発光レーザを光源に用いた場合のように、偏光フィルタなどの偏光素子を介さなくても所定の偏光方向の直線偏光24を射出できる。   The VCSEL 11 emits linearly polarized light 24 that is laser light polarized in a predetermined polarization direction in a direction orthogonal to the substrate surface. The predetermined polarization direction may be one direction with respect to the sample 25. In the first embodiment, the case where the oscillation wavelength of the VCSEL 11 is in the 780 nm band will be described as an example, but the present invention is not limited to this. In the first embodiment, since the irradiation system 10 uses the VCSEL 11 as a light source, the linearly polarized light 24 in a predetermined polarization direction can be used without using a polarizing element such as a polarizing filter as in the case where an edge emitting laser is used as the light source. Can be injected.

図2は、第1実施形態のVCSEL11のレーザ出射口12の一例を示す平面図であり、図3は、第1実施形態のVCSEL11のレーザ出射口12の一例を示す側面図である。   FIG. 2 is a plan view showing an example of the laser emission port 12 of the VCSEL 11 of the first embodiment, and FIG. 3 is a side view showing an example of the laser emission port 12 of the VCSEL 11 of the first embodiment.

レーザ出射口12の高次モードフィルタ12−1は、λ/4厚さのSiN膜により構成されており、素子中央部を除いた周辺領域に設けられている。また、高次モードフィルタ12−1の形状は、偏光の安定性を向上させるため、α方向で2つに分断された異方性形状となっている。ここで、高次モードフィルタ12−1が設けられた領域である低反射領域12−2では、多層膜反射鏡は、λ/4厚さの低屈折率で終端されて反射率が低下する。このため、基本モードは、素子の中央部にモード分布を有し、高次モードは、素子の周辺部にモード分布を有するので、高次モードフィルタ12−1は、高次モードに対して多層膜反射鏡の反射率を選択的に低下させて発振を抑制する。この結果、基本横モードのみが発振し、シングルモード出力が増加するので、図2及び図3に示す例では、レーザ出射口12は、X方向に偏光したレーザ光を射出する。   The high-order mode filter 12-1 at the laser emission port 12 is formed of a SiN film having a thickness of λ / 4, and is provided in a peripheral region excluding the central portion of the element. The shape of the high-order mode filter 12-1 is an anisotropic shape divided into two in the α direction in order to improve the stability of polarization. Here, in the low reflection region 12-2, which is a region where the high-order mode filter 12-1 is provided, the multilayer mirror is terminated with a low refractive index of λ / 4 thickness, and the reflectance decreases. For this reason, the fundamental mode has a mode distribution in the central portion of the element, and the high-order mode has a mode distribution in the peripheral portion of the element. Therefore, the high-order mode filter 12-1 has a multilayer structure with respect to the high-order mode. Oscillation is suppressed by selectively reducing the reflectance of the film reflector. As a result, only the fundamental transverse mode oscillates and the single mode output increases, so in the example shown in FIGS. 2 and 3, the laser emission port 12 emits laser light polarized in the X direction.

また、VCSELでは、レーザ出射口を、同一平面上のチップに数10μmピッチ程度の高密度で配置可能であるため、端面発光レーザに比べアレイ化が容易である。このため、第1実施形態のVCSEL11では、6×6の2次元配列でレーザ出射口12を等間隔(例えば、30μm間隔)に配置した場合、即ち、合計36チャネルのレーザ出射口12を配置した場合を例に取り説明するが、チャネル数や配置間隔はこれらに限定されるものではなく、任意に設計できる。   Further, in the VCSEL, since the laser emission ports can be arranged on a chip on the same plane with a high density of about several tens of μm, arraying is easier than with an edge emitting laser. For this reason, in the VCSEL 11 of the first embodiment, when the laser emission ports 12 are arranged at a regular interval (for example, 30 μm intervals) in a 6 × 6 two-dimensional array, that is, a total of 36 channels of the laser emission ports 12 are arranged. Although the case will be described as an example, the number of channels and the arrangement interval are not limited to these and can be arbitrarily designed.

コリメートレンズ13は、VCSEL11から射出された直線偏光24の光路上に配置され、直線偏光24の光束を略平行光とする。   The collimating lens 13 is disposed on the optical path of the linearly polarized light 24 emitted from the VCSEL 11 and makes the light beam of the linearly polarized light 24 substantially parallel light.

反射ミラー14は、コリメートレンズ13により略平行光とされた直線偏光24を、試料25に向けて反射する。これにより、直線偏光24が試料25に照射される。円筒面平凸レンズ15は、反射ミラー14により反射された直線偏光24を集光する。但し、円筒面平凸レンズ15は、省略してもよい。   The reflection mirror 14 reflects the linearly polarized light 24 that has been made substantially parallel light by the collimator lens 13 toward the sample 25. Thereby, the linearly polarized light 24 is irradiated to the sample 25. The cylindrical plano-convex lens 15 condenses the linearly polarized light 24 reflected by the reflecting mirror 14. However, the cylindrical plano-convex lens 15 may be omitted.

なお、VCSEL11から試料25への入射角θは、基本的に上向きに垂直方向とする。   In addition, the incident angle θ from the VCSEL 11 to the sample 25 is basically set upward in the vertical direction.

試料25は、測定の対象となる物質であり、細胞、微生物・細胞小器官・細胞内形質、タンパク質、ゲル、固体、液晶、コロイド、高分子溶液、高分子溶融液、及び電解質溶液等の微粒子が溶解した溶液などが挙げられる。なお、試料25は、透明、不透明のいずれであってもよく、また、不均質なものや高粘度で複雑な形状をしたものであってもよい。   The sample 25 is a substance to be measured, and fine particles such as cells, microorganisms / organelles / intracellular characters, proteins, gels, solids, liquid crystals, colloids, polymer solutions, polymer melts, and electrolyte solutions. A solution in which is dissolved. Note that the sample 25 may be either transparent or opaque, and may be heterogeneous or a highly viscous and complicated shape.

試料25は、サンプルホルダー23に収容される。サンプルホルダー23は、例えば、レーザ光に対して透明な試料セルやシャーレなどが挙げられる。但し、サンプルホルダー23を省略し、試料25をステージ21上(詳細には、恒温板22)上に直接配置してもよい。   The sample 25 is accommodated in the sample holder 23. Examples of the sample holder 23 include a sample cell and a petri dish that are transparent to laser light. However, the sample holder 23 may be omitted, and the sample 25 may be directly arranged on the stage 21 (specifically, the thermostat 22).

恒温板22は、試料25の温度を一定に保つためのものである。   The thermostat 22 is for keeping the temperature of the sample 25 constant.

光学顕微鏡27は、直線偏光24が試料25から出射する方向に設けられている。これにより、直線偏光24が試料25に照射されている様子を微細に拡大して観察することができる。なお、光学顕微鏡27の手前には、ハーフミラー26が配置されており、試料25を直線的に透過した散乱光を屈曲して光検出系30−1へ導く。   The optical microscope 27 is provided in a direction in which the linearly polarized light 24 is emitted from the sample 25. As a result, it is possible to observe the state in which the linearly polarized light 24 is irradiated on the sample 25 with a fine magnification. Note that a half mirror 26 is disposed in front of the optical microscope 27, and the scattered light linearly transmitted through the sample 25 is bent and guided to the light detection system 30-1.

光検出系30−1〜30−3は、直線偏光24が試料25に入射することによって生じる散乱光を検出するものであり、詳細には、散乱光の強度を検出する。光検出系30−1〜30−3は、互いに異なる散乱角方向の光路上に配されている。   The light detection systems 30-1 to 30-3 detect scattered light generated when the linearly polarized light 24 enters the sample 25. Specifically, the light detection systems 30-1 to 30-3 detect the intensity of the scattered light. The light detection systems 30-1 to 30-3 are arranged on optical paths in different scattering angle directions.

散乱角は、直線偏光24の軸方向(図1では上向き鉛直方向)を0度として0度〜180度の間で設定することができるが、90度〜180度の間では反射の影響が大きくなり、試料25の内部情報を得にくくなる。   The scattering angle can be set between 0 degrees and 180 degrees with the axial direction of the linearly polarized light 24 (upward vertical direction in FIG. 1) being 0 degrees, but the influence of reflection is large between 90 degrees and 180 degrees. Thus, it becomes difficult to obtain internal information of the sample 25.

このため、第1実施形態では、光検出系30−1が配される散乱角方向を90度方向、光検出系30−2が配される散乱角方向を60度方向、光検出系30−3が配される散乱角方向を40度方向としているが、これに限定されず、0度〜90度方向であればどのような散乱角方向であってもよい。但し、少なくともいずれかの光検出系については、VCSEL11から射出されるレーザ光の軸方向(90度方向)に配されていることが好ましい。   For this reason, in the first embodiment, the scattering angle direction in which the light detection system 30-1 is arranged is 90 degrees, the scattering angle direction in which the light detection system 30-2 is arranged is 60 degrees, and the light detection system 30- However, the present invention is not limited to this, and any scattering angle direction may be used as long as the direction is 0 degree to 90 degrees. However, at least one of the light detection systems is preferably arranged in the axial direction (90-degree direction) of the laser light emitted from the VCSEL 11.

なお、散乱角は、詳細には、直線偏光24の軸上の照明中心と光検出系に含まれる後述の受光器の中心線とを結ぶ線が成す角である。   The scattering angle is specifically an angle formed by a line connecting the illumination center on the axis of the linearly polarized light 24 and the center line of a light receiver described later included in the light detection system.

また、光検出系30−1〜30−3は、略同一平面上に配されていることが好ましく、特に、直線偏光24が偏光された所定の偏光方向の電界振動面における略同一平面であることが好ましい。   Further, the light detection systems 30-1 to 30-3 are preferably arranged on substantially the same plane, and in particular, substantially the same plane in the electric field vibration plane of a predetermined polarization direction in which the linearly polarized light 24 is polarized. It is preferable.

光検出系30−1は、偏光フィルタ31−1(偏光素子の一例)と、ピンホール32−1と、迷光防止板33−1と、光拡散板34−1と、受光器35−1とを、含む。光検出系30−2は、偏光フィルタ31−2(偏光素子の一例)と、ピンホール32−2と、迷光防止板33−2と、光拡散板34−2と、受光器35−2とを、含む。光検出系30−3は、偏光フィルタ31−3(偏光素子の一例)と、ピンホール32−3と、迷光防止板33−3と、光拡散板34−3と、受光器35−3とを、含む。   The light detection system 30-1 includes a polarizing filter 31-1 (an example of a polarizing element), a pinhole 32-1, a stray light prevention plate 33-1, a light diffusion plate 34-1, and a light receiver 35-1. including. The light detection system 30-2 includes a polarizing filter 31-2 (an example of a polarizing element), a pinhole 32-2, a stray light prevention plate 33-2, a light diffusion plate 34-2, and a light receiver 35-2. including. The light detection system 30-3 includes a polarizing filter 31-3 (an example of a polarizing element), a pinhole 32-3, a stray light prevention plate 33-3, a light diffusion plate 34-3, and a light receiver 35-3. including.

但し、光検出系30−1〜30−3は、それぞれ、これらの構成に限定されるものではなく、一部の構成を省略したり、他の構成を追加したり、一部の構成を他の構成に置き換えたりしてもよい。   However, the light detection systems 30-1 to 30-3 are not limited to these configurations, respectively, and some configurations may be omitted, other configurations may be added, or some configurations may be omitted. It may be replaced with the configuration of

なお、以下では、光検出系30−1〜30−3それぞれが備える各構成について光検出系30−1を例に取り説明するが、光検出系30−2、30−3についても同様である。   In the following description, each of the components included in the light detection systems 30-1 to 30-3 will be described by taking the light detection system 30-1 as an example, but the same applies to the light detection systems 30-2 and 30-3. .

偏光フィルタ31−1は、散乱光の直線偏光成分を予め定められた角度で通過させることで、散乱光を予め定められた角度方向で偏光する。具体的には、偏光フィルタ31−1は、散乱光の直線偏光成分を、直線偏光24が偏光された所定の偏光方向の電界振動面又は磁界振動面の偏光方向で通過させることで、散乱光を直線偏光24が偏光された所定の偏光方向の電界振動面又は磁界振動面に偏光する。なお、偏光フィルタ31−1に代え、偏光フィルタと同等の機能を有する偏光ビームスプリッタを用いてもよい。   The polarization filter 31-1 polarizes the scattered light in a predetermined angular direction by allowing the linearly polarized component of the scattered light to pass through at a predetermined angle. Specifically, the polarization filter 31-1 allows the linearly polarized component of the scattered light to pass in the polarization direction of the electric field vibration surface or the magnetic field vibration surface of the predetermined polarization direction in which the linearly polarized light 24 is polarized. Is polarized on the electric field vibration surface or the magnetic field vibration surface of the predetermined polarization direction in which the linearly polarized light 24 is polarized. In place of the polarizing filter 31-1, a polarizing beam splitter having the same function as the polarizing filter may be used.

ピンホール32−1は、偏光フィルタ31−1により偏光された光を通過させる。迷光防止板33−1は、受光器35−1への迷光の侵入を防ぐためのものである。光拡散板34−1は、受光器35−1の損傷を防ぐためのものである。   The pinhole 32-1 allows the light polarized by the polarizing filter 31-1 to pass through. The stray light prevention plate 33-1 is for preventing stray light from entering the light receiver 35-1. The light diffusing plate 34-1 is for preventing damage to the light receiver 35-1.

受光器35−1は、偏光フィルタ31−1を通過した光を受光するものであり、ピンホール32−1を通過した光を受光する。具体的には、受光器35−1は、受光した光の強度を検出し、検出した光の強度を電気信号に変換し、情報処理装置100へ出力する。受光器35−1は、例えば、光電子増倍管やアバランシェダイオードなどが挙げられる。   The light receiver 35-1 receives light that has passed through the polarizing filter 31-1, and receives light that has passed through the pinhole 32-1. Specifically, the light receiver 35-1 detects the intensity of the received light, converts the detected light intensity into an electrical signal, and outputs the electrical signal to the information processing apparatus 100. Examples of the light receiver 35-1 include a photomultiplier tube and an avalanche diode.

情報処理装置100は、受光器35−1〜35−3から出力された電気信号を解析することで、試料25の種別や状態を同定するための同定情報を測定したり、試料25の種別や状態を同定したりする。   The information processing apparatus 100 measures the identification information for identifying the type and state of the sample 25 by analyzing the electrical signals output from the light receivers 35-1 to 35-3, To identify the condition.

なお第1実施形態では、照射系10や光検出系30−1〜30−3の位置関係は固定されているものとするが、照射系10や光検出系30−1〜30−3の位置を制御可能とすることで、これらの位置関係を変更するようにしてもよい。このようにすれば、散乱角度依存性を調査することもできる。   In the first embodiment, the positional relationship between the irradiation system 10 and the light detection systems 30-1 to 30-3 is fixed, but the positions of the irradiation system 10 and the light detection systems 30-1 to 30-3 are fixed. These positional relationships may be changed by making controllable. In this way, the scattering angle dependency can also be investigated.

次に、第1実施形態の情報処理装置100が行う解析の詳細を説明する前に、従来技術であるフローサイトメーターにおいて、蛍光色素を導入しなければ、細胞内の構造や顆粒などの情報を測定できない理由について、「光散乱計測によるヒト有核細胞微細構造分析法に関する研究(永井豊 著)」を参考に説明する。   Next, before explaining the details of the analysis performed by the information processing apparatus 100 according to the first embodiment, in a conventional flow cytometer, if a fluorescent dye is not introduced, information such as intracellular structure and granules is obtained. The reason why it cannot be measured will be explained with reference to “Research on Fine Structure Analysis of Human Nucleated Cells by Light Scattering Measurement (by Yutaka Nagai)”.

図4は、細胞内に混在する大小様々な粒子の散乱の説明図であり、図5は、図4において符号43が示す散乱の詳細図である。   FIG. 4 is an explanatory view of scattering of various particles mixed in a cell, and FIG. 5 is a detailed view of scattering indicated by reference numeral 43 in FIG.

フローサイトメーターでは、前述のように、流路を流れる細胞に対しレーザ光を照射して前方散乱光と側方散乱光とを計測するが、側方散乱光(側方散乱光強度)には、細胞内の多種のタンパク質や様々な小器官などの情報が混ざっている。そして、図4の符号41が示す小さな粒子の散乱や図4の符号42が示す大きな粒子の散乱が、図4の符号43が示すように混在して行われており、小さな粒子の散乱の形状と大きな粒子の散乱の形状とを、きれいに分離することが困難であった。   In the flow cytometer, as described above, the cells flowing in the flow path are irradiated with laser light to measure the forward scattered light and the side scattered light, but the side scattered light (side scattered light intensity) Information on various proteins in the cell and various organelles are mixed. Then, the scattering of small particles indicated by reference numeral 41 in FIG. 4 and the scattering of large particles indicated by reference numeral 42 in FIG. 4 are mixed as indicated by reference numeral 43 in FIG. It was difficult to cleanly separate the shape of large particles from the shape of scattering.

このため、フローサイトメーターでは、細胞に蛍光色素を導入することで、小さな粒子の散乱の形状と大きな粒子の散乱の形状とを区別し、細胞内の情報を測定していた。但し、フローサイトメーターでは、細胞に蛍光色素を導入するため、細胞が侵襲され、再生医療など体内から取り出した細胞を再び体内に戻すような用途に使用することができない。   For this reason, in the flow cytometer, by introducing a fluorescent dye into the cell, the scattering shape of small particles and the scattering shape of large particles are distinguished, and the intracellular information is measured. However, in a flow cytometer, since a fluorescent dye is introduced into a cell, the cell is invaded and cannot be used for applications such as regenerative medicine in which a cell taken out from the body is returned to the body.

次に、第1実施形態の情報処理装置100において、微細構造が複雑な試料の種別や状態を非侵襲的に測定することができる原理について説明する。   Next, the principle that the information processing apparatus 100 according to the first embodiment can noninvasively measure the type and state of a sample having a complicated fine structure will be described.

まず、本発明者らは、図6に示すように、直線偏光ビームの直線偏光成分である入射波を粒子51に照射した場合の散乱光強度分布を、磁界振動面52と電界振動面53とに分けて考えることに着目した。   First, as shown in FIG. 6, the present inventors show the scattered light intensity distribution when an incident wave, which is a linearly polarized component of a linearly polarized beam, is irradiated onto the particle 51, and the magnetic field vibration surface 52 and the electric field vibration surface 53. We focused on thinking separately.

図7は、磁界振動面52(以下、磁界振動面52をI1平面と称する場合がある)での散乱光強度分布を示し、図8は、電界振動面53(以下、電界振動面53をI2平面と称する場合がある)での散乱光強度分布を示す。θは光の入射方向と出射方向の角度であり、角度に応じた散乱光強度が偏光方向によって異なることが確認できる。   7 shows the scattered light intensity distribution on the magnetic field vibration surface 52 (hereinafter, the magnetic field vibration surface 52 may be referred to as the I1 plane), and FIG. 8 shows the electric field vibration surface 53 (hereinafter, the electric field vibration surface 53 is referred to as I2 plane). 2 shows a scattered light intensity distribution in a case called a plane. θ is an angle between the incident direction and the outgoing direction of light, and it can be confirmed that the scattered light intensity corresponding to the angle differs depending on the polarization direction.

そして、本発明者らは、図1で説明したような光学装置で光を検出すること、即ち、偏光させた入射光である直線偏光24を試料25に透過・散乱させ、同一平面上に異なる角度で配された光検出系30−1〜30−3において、散乱された光をある特定の偏光方向の光で検出することで、微細構造が複雑な試料25の種別や状態を選別できることを見出した。   Then, the inventors detect light with the optical apparatus as described in FIG. 1, that is, transmit and scatter the linearly polarized light 24, which is polarized incident light, to the sample 25, and are different on the same plane. In the light detection systems 30-1 to 30-3 arranged at an angle, the type and state of the sample 25 having a complicated fine structure can be selected by detecting the scattered light with light having a specific polarization direction. I found it.

例えば、本発明者らは、直線偏光24を、図6に示すように上下方向に電界振動面53が偏光されている入射波とし、光検出系30−1を入射波の直線軸上に配し、入射波の電界振動面53に偏光された散乱光強度を検出するようにし、光検出系30−2、30−3を、入射波の偏光方向の電界振動面53の同一平面上において異なる角度に配し、それぞれ、電界振動面53、磁界振動面52という異なる偏光面にて散乱光強度を検出するようにした。そして、本発明者らは、光検出系30−1〜30−3それぞれの散乱光強度の比を算出し、予め算出した各種の試料の統計的データと照らし合わせることで、試料25の種別や状態を同定できることを見出した。   For example, the inventors set the linearly polarized light 24 as an incident wave in which the electric field vibration surface 53 is polarized in the vertical direction as shown in FIG. 6, and arranges the light detection system 30-1 on the linear axis of the incident wave. The scattered light intensity polarized on the electric field vibration surface 53 of the incident wave is detected, and the light detection systems 30-2 and 30-3 are different on the same plane of the electric field vibration surface 53 in the polarization direction of the incident wave. The scattered light intensity is detected by different polarization planes, ie, the electric field vibration surface 53 and the magnetic field vibration surface 52, which are arranged at angles. Then, the inventors calculate the ratio of the scattered light intensity of each of the light detection systems 30-1 to 30-3, and compares it with statistical data of various samples calculated in advance, so that the type of the sample 25 and We found that the condition could be identified.

図8に示すように、ある方向に偏光させた出射光の電界振動面53であるI2平面上では、特徴的な散乱光分布を示し、粒子サイズの違いによっても顕著に異なる形状に変化する。このため、光検出系30−1〜30−3を異なる角度でI2平面上に配置して散乱光を検出すると、光検出系30−1〜30−3それぞれで特徴的な散乱光の強度が得られる。そして、得られた散乱光の強度を統計データ化することで、試料25の特徴を数値化でき、試料25の種類や状態を同定できる。   As shown in FIG. 8, on the I2 plane which is the electric field vibration surface 53 of the outgoing light polarized in a certain direction, a characteristic scattered light distribution is shown, and the shape changes significantly depending on the particle size. For this reason, when the light detection systems 30-1 to 30-3 are arranged on the I2 plane at different angles and scattered light is detected, the intensity of characteristic scattered light in each of the light detection systems 30-1 to 30-3 is increased. can get. Then, by converting the intensity of the obtained scattered light into statistical data, the characteristics of the sample 25 can be digitized, and the type and state of the sample 25 can be identified.

例えば、図8のI2平面の散乱光強度分布にて偏光角度の変化がない場合に、入射波と直線方向の強度を1とすると、矢印方向の強度が0.8になったと仮定する。しかし、試料25に偏光された光を入射すると偏光角度の回転が生じるため、I2平面の散乱光強度分布によりドラスティックな変化が生じ、試料25特有のパターンがはっきりと現れるようになり、試料25の種類や状態を同定することに非常に有効な手段となる。   For example, when there is no change in the polarization angle in the scattered light intensity distribution on the I2 plane in FIG. 8, assuming that the incident wave and the intensity in the linear direction are 1, the intensity in the arrow direction is assumed to be 0.8. However, when the polarized light is incident on the sample 25, the rotation of the polarization angle occurs, so that a drastic change occurs due to the scattered light intensity distribution on the I2 plane, and a pattern peculiar to the sample 25 appears clearly. This is a very effective means for identifying the type and state of the.

本発明者らは、この手法により、蛍光色素などを用いない非侵襲的解析と比較して、試料25の種別の判別において高い正答率を得たが、動的光散乱法を適用すること、即ち、散乱光の時間変化から時間平均相関関数−相関時間の緩和データを演算し、時間相関関数を求めていくことで、更に高い正答率を得られることを見出した。   The present inventors obtained a high correct answer rate in discrimination of the type of the sample 25 by this method compared with noninvasive analysis without using a fluorescent dye or the like, but applying the dynamic light scattering method, That is, it has been found that by calculating the time average correlation function-correlation time relaxation data from the time variation of the scattered light and obtaining the time correlation function, a higher correct answer rate can be obtained.

次に、「光散乱法の基礎と応用(講談社 編著柴山充弘ら)」を参考に、第1実施形態の情報処理装置100において、動的光散乱法の原理をどのように利用するのかを説明する。   Next, referring to “Basics and Applications of Light Scattering Method (Kodansha, edited by Mitsuhiro Shibayama et al.)”, The information processing apparatus 100 according to the first embodiment explains how to use the principle of the dynamic light scattering method. To do.

まず、試料に光を照射すると、試料中の分子に振動する双極子が誘起され、それが2次光源として光を発する。散乱体が媒質中でブラウン運動などにより運動しているとドップラーシフトにより散乱光の周波数はわずかであるが変化する。この微妙な周波数の変化を利用して散乱体の運動に関する知見を得るのが動的光散乱法である。但し、散乱光の変化は非常に小さく測定はほぼ不可能なので、散乱光強度の時間相関を調べることで物体の運動を調べる。   First, when a sample is irradiated with light, a dipole that oscillates in a molecule in the sample is induced, which emits light as a secondary light source. When the scatterer moves in the medium due to Brownian motion or the like, the frequency of the scattered light changes slightly due to Doppler shift. The dynamic light scattering method obtains knowledge about the motion of the scatterer by using this subtle change in frequency. However, since the change in the scattered light is very small and measurement is almost impossible, the motion of the object is examined by examining the time correlation of the scattered light intensity.

図9は、ある試料の散乱光の時間変化の一例を示す図である。図9に示すように、散乱光強度A(t)は、時間tと共に変動している。ここで、A(t)の時間平均<A(t)>は、数式(1)に示すように、A(t)を長時間Tにわたって積分し、Tで割ることによって得られる。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a temporal change in scattered light of a sample. As shown in FIG. 9, the scattered light intensity A (t) varies with time t. Here, the time average <A (t)> of A (t) is obtained by integrating A (t) over a long period of time T and dividing by T, as shown in Equation (1).

ここで時刻tにおけるA=A(t)と、そこから時間がτだけ経過した後の時刻t+τにおけるA=A(t+τ)の積の長時間平均をA(t)の時間相関関数という。   Here, the long-term average of the product of A = A (t) at time t and A = A (t + τ) at time t + τ after time τ has elapsed therefrom is referred to as a time correlation function of A (t).

図10は、ある粒子が熱運動により時間の経過と共に移動して行く場合の重なり部分の体積の時間変化を示す図であり、図11は、時間相関関数の概念図である。図10及び図11に示すように、時間相関関数は、図10に示す重なり部分の体積の時間変化に例えることができる。つまり、時間ゼロ(t=0)では粒子の体積そのものであるが、τ、τ、τと時間が経過すると共にやがてゼロに減衰する。 FIG. 10 is a diagram showing the time change of the volume of the overlapping portion when a certain particle moves with the passage of time due to thermal motion, and FIG. 11 is a conceptual diagram of the time correlation function. As shown in FIGS. 10 and 11, the time correlation function can be compared to the time change of the volume of the overlapping portion shown in FIG. That is, at time zero (t = 0), it is the particle volume itself, but decays to zero over time as τ 1 , τ 2 , and τ 3 elapse.

動的光散乱法の場合、物理量Aは誘電率、分極率、屈折率、又はそれらに比例する散乱光電場E、さらには散乱光強度Iなどが対象となる。   In the case of the dynamic light scattering method, the physical quantity A is a dielectric constant, a polarizability, a refractive index, a scattered photoelectric field E proportional to them, and a scattered light intensity I.

Aの平均値<A>からのずれをδA(t)=δA≡A−<A>とし、δA(t)の時間相関関数を、緩和速度Γを含んだ式で扱うと、数式(2)で表される。   When the deviation of A from the average value <A> is δA (t) = δA≡A− <A>, and the time correlation function of δA (t) is handled by an equation including the relaxation rate Γ, Equation (2) It is represented by

次に、散乱光電場の相関関数をG(1)(τ)(1次の相関関数)とし、散乱光強度の相関関数をG(2)(τ)(2次の相関関数)とする。散乱光電場E(q,t)、散乱光強度I(q,t)を用いると、G(1)(τ)は、数式(3)で表され、G(2)(τ)は、数式(4)で表される。 Next, the correlation function of the scattered photoelectric field is G (1) (τ) (first-order correlation function), and the correlation function of the scattered light intensity is G (2) (τ) (second-order correlation function). Using the scattered photoelectric field E (q, t) and the scattered light intensity I s (q, t), G (1) (τ) is expressed by Equation (3), and G (2) (τ) is It is expressed by equation (4).

ここで、*は複素共役量を表す。そして、G(1)(τ)とG(2)(τ)との関係は、数式(5)で表される。 Here, * represents a complex conjugate amount. The relationship between G (1) (τ) and G (2) (τ) is expressed by Equation (5).

ここで、τ=0の場合で規格化した数式(6)で表されるg(1)(τ)、数式(7)で表されるg(2)(τ)を定義すると、散乱光電場と散乱光強度との相関関数を結びつけるシーゲルトの関係式が導かれる。 Here, when g (1) (τ) represented by Formula (6) normalized in the case of τ = 0 and g (2) (τ) represented by Formula (7) are defined, the scattered photoelectric field Siegelt's relational expression that links the correlation function between the light intensity and the scattered light intensity is derived.

これにより、図12に示すような、散乱光強度の時間相関関数が求められる。   Thereby, a time correlation function of the scattered light intensity as shown in FIG. 12 is obtained.

ここで、球状粒子以外の場合において、g(1)(τ)、g(2)(τ)をそれぞれ粒子散乱関数に置き換えると、数式(8)、(9)が導かれる。 Here, in the case of other than spherical particles, when g (1) (τ) and g (2) (τ) are respectively replaced with particle scattering functions, equations (8) and (9) are derived.

これは、動的光散乱法において最も重要な基本式であり、相関関数から拡散係数や粒径を評価するときに用いられる。   This is the most important basic formula in the dynamic light scattering method, and is used when evaluating the diffusion coefficient and particle size from the correlation function.

ここで、緩和速度をΓ(なお、緩和時間は緩和速度の逆数Γ−1であるが、第1実施形態では、緩和時間をτで表す)とした時の拡散係数Dと散乱ベクトルqには、数式(10)に示す関係がある。 Here, the diffusion coefficient D and the scattering vector q when the relaxation rate is Γ (the relaxation time is the inverse Γ −1 of the relaxation rate, but the relaxation time is represented by τ R in the first embodiment) Is related to the equation (10).

そこで、上述の基本式を書き換えると、数式(11)となる。   Therefore, when the above basic equation is rewritten, Equation (11) is obtained.

散乱体が単分散粒子の希薄溶液である場合、拡散係数Dから粒子の流体力学的半径Rがアインシュタイン−ストークス式を用いて、数式(12)のように推定できる。 When the scatterer is a dilute solution of monodisperse particles, the hydrodynamic radius R h of the particles can be estimated from the diffusion coefficient D using the Einstein-Stokes equation as shown in Equation (12).

ここで、kはボルツマン定数、ηは媒質の粘度、Dは濃度ゼロでの拡散係数である。 Here, k B is the Boltzmann constant, η is the viscosity of the medium, and D 0 is the diffusion coefficient at zero concentration.

次に散乱ベクトルqについて説明する。図13は、散乱光の干渉と光路差の説明図である。図13において、原点Oと要素jからの散乱光の位相のずれをq・Rで表し、このベクトルqを散乱ベクトルと呼ぶ。なお、光散乱測定において散乱ベクトルqの絶対値は重要な役割を演じる。散乱ベクトルqは、数式(13)で表され、散乱ベクトルqの絶対値は、数式(14)で表される。 Next, the scattering vector q will be described. FIG. 13 is an explanatory diagram of interference of scattered light and an optical path difference. In FIG. 13, the phase shift of the scattered light from the origin O and the element j is represented by q · Rj , and this vector q is called a scattering vector. In the light scattering measurement, the absolute value of the scattering vector q plays an important role. The scattering vector q is represented by the formula (13), and the absolute value of the scattering vector q is represented by the formula (14).

また、Γはg(1)(τ)のτに対する片対数プロットから、数式(15)のように評価できる。 Also, Γ can be evaluated as shown in Equation (15) from a semilogarithmic plot of g (1) (τ) with respect to τ.

つまり、ポリスチレンラテックスの単分散粒子を解析した例では、図14に示すようなグラフとなり、この傾きからΓが求められる。Γが求められれば、数式(10)から拡散係数Dが求まり、流体力学的半径Rも求まる。 That is, in the example in which monodisperse particles of polystyrene latex are analyzed, a graph as shown in FIG. 14 is obtained, and Γ is obtained from this slope. If Γ is obtained, the diffusion coefficient D is obtained from the equation (10), and the hydrodynamic radius R h is also obtained.

なお、上記は単分散系について解説したが、粒径に分布がある場合では、g(1)(τ)は粒径分布関数H(Γ)を用いて、数式(16)のように表される。 In the above description, the monodispersed system is explained. However, when there is a distribution in the particle size, g (1) (τ) is expressed as Equation (16) using the particle size distribution function H (Γ). The

H(Γ)が未知の場合、g(1)(τ)がH(Γ)のラプラス変換系(F(s)=∫f(t)e−stdt)となっていることがわかる。よって、g(1)(τ)をCONTIN法にて逆ラプラス変換することで粒径分布関数H(Γ)が、数式(17)又は数式(18)のように評価できる。 When H (Γ) is unknown, it can be seen that g (1) (τ) is a Laplace transform system (F (s) = ∫f (t) e− st dt) of H (Γ). Therefore, the particle size distribution function H (Γ) can be evaluated as shown in Expression (17) or Expression (18) by performing inverse Laplace transform on g (1) (τ) by the CONTIN method.

図15は、g(2)(τ)−1とg(2)(τ)−1を逆ラプラス変換して得られたH(Γ)を示した図である。図15では、H(Γ)は単一ピークだが、多分散試料では緩和時間(τ)に対して幅広化したり、複数のピークを持ったりする。 FIG. 15 is a diagram showing H (Γ) obtained by inverse Laplace transform of g (2) (τ) -1 and g (2) (τ) -1. In FIG. 15, H (Γ) is a single peak, but the polydisperse sample is broadened with respect to the relaxation time (τ R ) or has a plurality of peaks.

第1実施形態では、情報処理装置100は、光検出系30−1〜30−3それぞれ毎に、検出された散乱光強度を時系列で取得し、取得した散乱光強度の時間変化から、時間相関関数−相関時間の緩和情報を演算し、時間相関関数g(1)(τ)、g(2)(τ)を求めることによって、拡散係数D、緩和時間−粒径分布関数図の複数ピークの相対値など、様々な因子の情報を求める方法を採用する。 In the first embodiment, the information processing apparatus 100 acquires the detected scattered light intensity in time series for each of the light detection systems 30-1 to 30-3, and calculates the time from the time variation of the acquired scattered light intensity. By calculating the relaxation information of the correlation function-correlation time and obtaining the time correlation function g (1) (τ), g (2) (τ), a plurality of peaks of the diffusion coefficient D, relaxation time-particle size distribution function diagram A method for obtaining information on various factors such as the relative value of.

図16は、第1実施形態の情報処理装置100のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図16に示すように、情報処理装置100は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)などの制御装置101と、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)などの主記憶装置102と、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)などの補助記憶装置103と、ディスプレイなどの表示装置104と、マウス、キーボード、又はタッチパネルなどの入力装置105と、通信インタフェースなどの通信装置106とを、備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。   FIG. 16 is a block diagram illustrating an example of a hardware configuration of the information processing apparatus 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 16, the information processing apparatus 100 includes a control device 101 such as a CPU (Central Processing Unit) and a GPU (Graphics Processing Unit), and a main memory such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory). A device 102, an auxiliary storage device 103 such as an HDD (Hard Disk Drive) or an SSD (Solid State Drive), a display device 104 such as a display, an input device 105 such as a mouse, keyboard or touch panel, a communication interface, etc. The communication apparatus 106 is provided and has a hardware configuration using a normal computer.

図17は、第1実施形態の情報処理装置100の機能構成の一例を示すブロック図である。図17に示すように、情報処理装置100は、信号処理部121と、入力部123と、主制御部125と、恒温板制御部127と、点灯制御部129と、登録部131と、記憶部133と、同定部135とを、含む。   FIG. 17 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the information processing apparatus 100 according to the first embodiment. As illustrated in FIG. 17, the information processing apparatus 100 includes a signal processing unit 121, an input unit 123, a main control unit 125, a thermostatic plate control unit 127, a lighting control unit 129, a registration unit 131, and a storage unit. 133 and the identification part 135 are included.

主制御部125、恒温板制御部127、点灯制御部129、登録部131、及び同定部135については、例えば、制御装置101及び主記憶装置102により実現でき、記憶部133については、例えば、補助記憶装置103により実現できる。   The main control unit 125, the constant temperature plate control unit 127, the lighting control unit 129, the registration unit 131, and the identification unit 135 can be realized by, for example, the control device 101 and the main storage device 102, and the storage unit 133 is, for example, an auxiliary device This can be realized by the storage device 103.

信号処理部121は、受光器35−1〜35−3から出力された光の強度を示す電気信号を処理し、デジタル信号として受信する。信号処理部121は、例えば、プリアンプ−ディスクリミネータやパルス間隔測定器などが挙げられる。   The signal processing unit 121 processes an electrical signal indicating the intensity of light output from the light receivers 35-1 to 35-3 and receives it as a digital signal. Examples of the signal processing unit 121 include a preamplifier-discriminator and a pulse interval measuring device.

入力部123は、信号処理部121により処理されたデジタル信号を入力するものであり、例えば、情報処理装置100とのインタフェースとしてのデジタル入力回路などが挙げられる。   The input unit 123 inputs a digital signal processed by the signal processing unit 121. For example, a digital input circuit as an interface with the information processing apparatus 100 may be used.

主制御部125は、恒温板制御部127、点灯制御部129、登録部131、記憶部133、及び同定部135などを制御する。   The main control unit 125 controls the constant temperature plate control unit 127, the lighting control unit 129, the registration unit 131, the storage unit 133, the identification unit 135, and the like.

恒温板制御部127は、恒温板22の温度を制御する。   The constant temperature plate control unit 127 controls the temperature of the constant temperature plate 22.

点灯制御部129は、VCSEL11の点灯を制御する。具体的には、点灯制御部129は、ユーザ操作やプログラムなどに基づいて、VCSEL11のいずれのレーザ出射口12(チャネル)から直線偏光24を射出させるのかを制御する。これにより、ステージ21上のサンプルホルダー23に収容された試料25の位置に関わらず、試料25に直線偏光24を照射できる。   The lighting control unit 129 controls lighting of the VCSEL 11. Specifically, the lighting control unit 129 controls which laser emission port 12 (channel) of the VCSEL 11 emits the linearly polarized light 24 based on a user operation, a program, or the like. Thereby, the linearly polarized light 24 can be irradiated to the sample 25 regardless of the position of the sample 25 accommodated in the sample holder 23 on the stage 21.

登録部131は、同一の種別又は状態の試料に対して行われた光検出系30−1〜30−3による散乱光の強度検出結果を複数取得し、当該複数の強度検出結果に基づく統計処理を行い、種別又は状態と統計処理結果とを対応付けた同定情報を生成し、記憶部133に登録する。具体的には、登録部131は、複数の強度検出結果それぞれの時間平均相関関数−相関時間の緩和情報を演算し、複数の緩和情報を統計処理する。なお、登録部131が同定情報を生成する場合、試料25の種別や状態は既知である。   The registration unit 131 acquires a plurality of scattered light intensity detection results by the light detection systems 30-1 to 30-3 performed on samples of the same type or state, and statistical processing based on the plurality of intensity detection results The identification information in which the type or state and the statistical processing result are associated with each other is generated and registered in the storage unit 133. Specifically, the registration unit 131 calculates relaxation information of the time average correlation function-correlation time of each of the plurality of intensity detection results, and statistically processes the plurality of relaxation information. In addition, when the registration part 131 produces | generates identification information, the classification and state of the sample 25 are known.

例えば、登録部131は、光検出系30−1〜30−3それぞれ毎に、検出された散乱光強度を時系列で取得し、取得した散乱光強度の時間変化から、時間相関関数−相関時間の緩和情報を演算し、時間相関関数g(1)(τ)、g(2)(τ)を求めることによって、拡散係数D、緩和時間−粒径分布関数図の複数ピークの相対値などを求める。そして、登録部131は、同一の種別又は状態の試料に対して、上述の処理を繰り返すことで、光検出系30−1〜30−3それぞれ毎に、拡散係数D、緩和時間−粒径分布関数図の複数ピークの相対値などが複数求められる。そして登録部131は、光検出系30−1〜30−3それぞれ毎に、求めた複数の拡散係数D、緩和時間−粒径分布関数図の複数ピークの相対値などを統計処理し、同定情報を生成する。 For example, the registration unit 131 acquires the detected scattered light intensity in time series for each of the light detection systems 30-1 to 30-3, and calculates the time correlation function-correlation time from the time variation of the acquired scattered light intensity. And calculating the time correlation function g (1) (τ), g (2) (τ) to obtain the diffusion coefficient D, the relative value of multiple peaks in the relaxation time-particle size distribution function diagram, and the like. Ask. And the registration part 131 repeats the above-mentioned process with respect to the sample of the same classification or a state, respectively, and the diffusion coefficient D, relaxation time-particle size distribution for each of the light detection systems 30-1 to 30-3. Multiple relative values of multiple peaks in the function diagram are obtained. The registration unit 131 statistically processes the obtained plurality of diffusion coefficients D, the relative values of the plurality of peaks in the relaxation time-particle size distribution function diagram for each of the light detection systems 30-1 to 30-3, and the identification information. Is generated.

同定部135は、光検出系30−1〜30−3により検出された散乱光の強度に基づいて、試料の種別又は状態を同定する。なお、同定部135が同定を行う場合、試料25の種別や状態は未知である。具体的には、同定部135は、未知の種別又は状態の試料に対して行われた光検出系30−1〜30−3による散乱光の強度検出結果を取得し、当該強度検出結果に基づく同定情報との比較を行い、未知の種別又は状態を同定する。詳細には、同定部135は、強度検出結果の時間平均相関関数−相関時間の緩和情報を演算し、当該緩和情報と記憶部133に登録された同定情報とを比較し、未知の種別又は状態を同定する。   The identification unit 135 identifies the type or state of the sample based on the intensity of the scattered light detected by the light detection systems 30-1 to 30-3. When the identification unit 135 performs identification, the type and state of the sample 25 are unknown. Specifically, the identification unit 135 acquires the intensity detection result of the scattered light by the light detection systems 30-1 to 30-3 performed on the sample of unknown type or state, and based on the intensity detection result Comparison with identification information is performed to identify an unknown type or state. Specifically, the identification unit 135 calculates relaxation information of the time average correlation function-correlation time of the intensity detection result, compares the relaxation information with the identification information registered in the storage unit 133, and determines the unknown type or state. Is identified.

例えば、同定部135は、光検出系30−1〜30−3それぞれ毎に、検出された散乱光強度を時系列で取得し、取得した散乱光強度の時間変化から、時間相関関数−相関時間の緩和情報を演算し、時間相関関数g(1)(τ)、g(2)(τ)を求めることによって、拡散係数D、緩和時間−粒径分布関数図の複数ピークの相対値などを求める。そして同定部135は、求めた拡散係数D、緩和時間−粒径分布関数図の複数ピークの相対値などを、記憶部133に登録された同定情報とを比較し、未知の種別又は状態を同定する。 For example, the identification unit 135 acquires the detected scattered light intensity in time series for each of the light detection systems 30-1 to 30-3, and calculates the time correlation function-correlation time from the time change of the acquired scattered light intensity. And calculating the time correlation function g (1) (τ), g (2) (τ) to obtain the diffusion coefficient D, the relative value of multiple peaks in the relaxation time-particle size distribution function diagram, and the like. Ask. Then, the identification unit 135 compares the obtained diffusion coefficient D, the relative values of a plurality of peaks in the relaxation time-particle size distribution function diagram with the identification information registered in the storage unit 133, and identifies an unknown type or state. To do.

(実施例1)
実施例1では、第1実施形態において、試料25に細胞を用い、細胞種を同定する例について説明する。実施例1では、光検出系30−1〜30−3を直線偏光24が偏光された所定の偏光方向の電界振動面の同一平面上に配し、光検出系30−1〜30−3が配される散乱角方向を、それぞれ、90度方向、60度方向、45度方向とした。
Example 1
Example 1 describes an example in which cells are used as the sample 25 and the cell type is identified in the first embodiment. In the first embodiment, the light detection systems 30-1 to 30-3 are arranged on the same plane of the electric field vibration plane of a predetermined polarization direction in which the linearly polarized light 24 is polarized, and the light detection systems 30-1 to 30-3 are arranged. The distributed scattering angle directions were 90, 60 and 45 degrees, respectively.

また同定対象の細胞種は、好中球、リンパ球、好塩基球、及び好酸球であり、それぞれ、10000イベントずつ散乱光の強度検出が行われ、登録部131は、それぞれ、10000イベント分の強度検出を統計処理して同定情報を生成しているものとする。図18は、実施例1の同定情報を示す図であり、上述の統計処理結果の統計解析図である。なお、S1が光検出系30−1を示し、S2が光検出系30−2を示し、S3が光検出系30−3を示す。また、図18では、S1の散乱光強度と比較してS2、S3の散乱光強度は非常に小さい値のため、S2、S3の散乱光強度の軸は100倍に拡大している。   The cell types to be identified are neutrophils, lymphocytes, basophils, and eosinophils, each of which detects the intensity of scattered light for 10000 events. It is assumed that identification information is generated by statistically processing the intensity detection. FIG. 18 is a diagram illustrating the identification information of Example 1, and is a statistical analysis diagram of the statistical processing result described above. S1 represents the light detection system 30-1, S2 represents the light detection system 30-2, and S3 represents the light detection system 30-3. In FIG. 18, since the scattered light intensities of S2 and S3 are very small values compared to the scattered light intensity of S1, the axes of the scattered light intensities of S2 and S3 are expanded 100 times.

そして、好中球、リンパ球、好塩基球、及び好酸球をそれぞれ未知の細胞として、同定部135が、図18に示す同定情報を用いて、それぞれ100イベントずつ細胞種を同定した結果の正答率を表1に示す。   Then, the identification unit 135 uses the identification information shown in FIG. 18 to identify the cell type for each of 100 events, with neutrophils, lymphocytes, basophils, and eosinophils as unknown cells. Table 1 shows the correct answer rate.

表1において、Hは、照射系10の偏光方向に対し、該当する光検出系の偏光方向が磁界振動面であることを示し、Eは、照射系10の偏光方向に対し、該当する光検出系の偏光方向が電界振動面であることを示し、−は、該当する光検出系を用いていないことを示す。   In Table 1, H indicates that the polarization direction of the corresponding light detection system is the magnetic field vibration plane with respect to the polarization direction of the irradiation system 10, and E indicates the corresponding light detection with respect to the polarization direction of the irradiation system 10. The polarization direction of the system indicates an electric field vibration plane, and-indicates that the corresponding light detection system is not used.

なお、表1では、比較例として、偏光フィルタ31−1〜31−3を用いずに散乱光強度による統計解析を行った結果も示している。   In Table 1, as a comparative example, a result of statistical analysis based on scattered light intensity without using the polarizing filters 31-1 to 31-3 is also shown.

表1より、偏光を考慮しない比較例1、2よりも、偏光を考慮した実験番号1〜10の方が、正答率が大幅に向上していることが確認できる。特に、S1、S2の光検出系に加え、S3の光検出系も使用して同定を行った場合、良好な正答率を示すようになっている。   From Table 1, it can be confirmed that the correct answer rate is significantly improved in Experiment Nos. 1 to 10 in which polarization is considered, compared to Comparative Examples 1 and 2 in which polarization is not considered. In particular, when identification is performed using the light detection system of S3 in addition to the light detection systems of S1 and S2, a good accuracy rate is shown.

但し、実施例1では、100%の正答率にはまだ近付いていない。これは、図18に示すように、それぞれの細胞の統計解析の関係位置が完全に分離できないことが挙げられる。   However, in Example 1, the correct answer rate of 100% has not been approached yet. This is because, as shown in FIG. 18, the relative positions of the statistical analysis of each cell cannot be completely separated.

また、実施例1では、偏光方向として、電界振動面(E)での散乱光強度を積極的に取得する方が正答率は良いことが分かる。S1での受光を考えてみると、電界振動面(E)に偏光されている照射光をS1がE偏光で受光するということは、実施例1の細胞で散乱されて偏光が起こっていない光を観測しているということである。また、電界振動面(E)に偏光されている照射光をS1がH偏光で受光するということは、実施例1の細胞で散乱されて偏光が起こっている光を観測しているということである。即ち、偏光していない光を受光する方が偏光された光よりも強く観測され、S/N比が向上しているものと推測される。   In Example 1, it can be seen that the correct answer rate is better when the scattered light intensity at the electric field vibration plane (E) is positively acquired as the polarization direction. Considering the light reception in S1, the fact that S1 receives the irradiation light polarized on the electric field vibration surface (E) as E-polarized light means that light that is scattered by the cell of Example 1 and has not undergone polarization. Is observing. In addition, the fact that S1 receives the irradiation light polarized on the electric field vibration plane (E) as H-polarized light means that the light scattered by the cell of Example 1 and observing the polarized light is observed. is there. That is, it is presumed that the light receiving unpolarized light is observed stronger than the polarized light and the S / N ratio is improved.

(実施例2)
実施例2でも、第1実施形態において、試料25に細胞を用い、細胞種を同定する例について説明する。実施例2でも、光検出系30−1〜30−3を直線偏光24が偏光された所定の偏光方向の電界振動面の同一平面上に配し、光検出系30−1〜30−3が配される散乱角方向を、それぞれ、90度方向、60度方向、45度方向とした。
(Example 2)
In Example 2, an example in which cells are used as the sample 25 and the cell type is identified in the first embodiment will be described. Also in the second embodiment, the light detection systems 30-1 to 30-3 are arranged on the same plane of the electric field vibration surface of the predetermined polarization direction in which the linearly polarized light 24 is polarized, and the light detection systems 30-1 to 30-3 are provided. The distributed scattering angle directions were 90, 60 and 45 degrees, respectively.

また同定対象の細胞種は、好中球、リンパ球、好塩基球、及び好酸球であり、それぞれ、10000イベントずつ散乱光強度の時間変化を取得し、時間相関関数−相関時間の緩和情報を演算し、時間相関関数g(1)(τ)、g(2)(τ)を求めることによって、緩和時間−粒径分布関数図の複数ピークの相対値を求め、統計処理して同定情報を生成しているものとする。 Further, the cell types to be identified are neutrophils, lymphocytes, basophils, and eosinophils, each of which obtains a temporal change in scattered light intensity by 10,000 events, and a time correlation function-correlation time relaxation information. Is calculated, and the time correlation functions g (1) (τ), g (2) (τ) are obtained to obtain relative values of a plurality of peaks of the relaxation time-particle size distribution function diagram, and statistical processing is performed for identification information. Is generated.

図19は、実施例2の同定情報を示す図であり、上述の統計処理結果の統計解析図である。なお、図19では、図15のような緩和時間−粒径分布関数図のグラフを最終的に求め、当該グラフに出てきたいくつかのピークの最大のものをP1、2番目に大きなピークをP2とし、それぞれの緩和時間(τ)とピーク強度比P1/P2を求めている。 FIG. 19 is a diagram illustrating identification information of the second embodiment, and is a statistical analysis diagram of the statistical processing result described above. In FIG. 19, a graph of the relaxation time-particle size distribution function diagram as shown in FIG. 15 is finally obtained, and the largest of several peaks appearing in the graph is represented by P1, the second largest peak. Each relaxation time (τ R ) and peak intensity ratio P1 / P2 are determined as P2.

そして、好中球、リンパ球、好塩基球、及び好酸球をそれぞれ未知の細胞として、同定部135が、図19に示す同定情報を用いて、それぞれ100イベントずつ細胞種を同定した結果の正答率を表2に示す。   As a result of identifying the neutrophils, lymphocytes, basophils, and eosinophils as unknown cells, the identification unit 135 identifies the cell types for 100 events each using the identification information shown in FIG. Table 2 shows the correct answer rate.

表2では、実施例1よりも100%の正答率に近づいている。これは、図19に示すように、それぞれの細胞の統計解析の関係位置が分離できていることが挙げられる。   In Table 2, the correct answer rate is closer to 100% than Example 1. This is because, as shown in FIG. 19, the relative positions of the statistical analysis of each cell can be separated.

また、実施例2においても、偏光方向は、電界振動面(E)での散乱光強度を積極的に取得する方が正答率は良いことが分かる。その理由は、実施例1と同様である。   Also in Example 2, it can be seen that the correct answer rate is better when the polarization direction positively acquires the scattered light intensity at the electric field vibration plane (E). The reason is the same as in the first embodiment.

なお、上記実施例1、2では、試料に細胞を用い、細胞種を同定する例について説明したが、試料は上述したものであれば細胞以外であってもよく、種別だけでなく状態を同定することもできる。   In Examples 1 and 2 described above, an example in which cells are used as a sample and the cell type is identified has been described. However, the sample may be other than the cell as long as it is described above, and not only the type but also the state is identified. You can also

例えば、再生医療などの分野においては、分化させた細胞群の中に未分化の細胞が混ざってしまうこともあるが、第1実施形態を適用すれば、細胞群の中に未分化の細胞が混ざっているかなど細胞群の状態を同定できることも期待できる。   For example, in the field of regenerative medicine, undifferentiated cells may be mixed in differentiated cell groups. However, if the first embodiment is applied, undifferentiated cells are included in cell groups. It can also be expected that the state of the cell group can be identified, such as whether it is mixed.

以上のように第1実施形態によれば、光の偏光により試料の種別又は状態を測定するため、試料の種別又は状態を非侵襲的に測定させることが可能であり、コロニー、コロイド、及びゲルなど細胞単体以外の微細構造が複雑な試料にも適用できる。特に第1実施形態では、試料の種別又は状態を非侵襲的に測定できるため、再生医療などに好適である。また第1実施形態によれば、照射系の光源にVCSELを用いるため、偏光素子などを介して偏光させなくても、所定の偏光方向の直線偏光を射出できるので、照射系の構成を簡略化できるとともにコストを抑えることができ、光学装置及び情報処理システムの簡略化及び低コスト化が図れる。   As described above, according to the first embodiment, since the type or state of the sample is measured by the polarization of light, it is possible to noninvasively measure the type or state of the sample, and the colony, colloid, and gel It can also be applied to a sample with a complicated fine structure other than a single cell. In particular, the first embodiment is suitable for regenerative medicine and the like because the type or state of the sample can be measured non-invasively. In addition, according to the first embodiment, since the VCSEL is used as the light source of the irradiation system, it is possible to emit linearly polarized light in a predetermined polarization direction without using a polarization element or the like, so that the configuration of the irradiation system is simplified. In addition, the cost can be reduced and the optical device and the information processing system can be simplified and reduced in cost.

(第2実施形態)
上記第1実施形態では、本発明者らが、光検出系30−1〜30−3それぞれの散乱光強度の比を算出し、予め算出した各種の試料の統計的データと照らし合わせることで、試料25の種別や状態を同定できることを見出したことを説明した。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the present inventors calculate the ratio of the scattered light intensity of each of the light detection systems 30-1 to 30-3, and by comparing with statistical data of various samples calculated in advance, It has been explained that the type and state of the sample 25 can be identified.

ところで、試料25が散乱光強度に著しい測定位置依存性がある場合、測定位置を変えると散乱光強度が大きく変化してしまうが、本発明者らは、光検出系30−1〜30−3それぞれにおいて、偏光面上の各位置での散乱光強度の時間変化である時間平均散乱光強度を算出し、算出した各位置の時間平均散乱光強度からアンサンブル平均を算出し、予め算出しておいた各種の試料の統計的データと照らし合わせることで、測定位置依存性がある試料25の種別や状態を同定できることも見出した。   By the way, when the sample 25 has a remarkable measurement position dependency on the scattered light intensity, the scattered light intensity greatly changes when the measurement position is changed. However, the present inventors have proposed the light detection systems 30-1 to 30-3. In each, a time average scattered light intensity, which is a temporal change in scattered light intensity at each position on the polarization plane, is calculated, an ensemble average is calculated from the calculated time average scattered light intensity at each position, and is calculated in advance. It was also found that the type and state of the sample 25 having the measurement position dependency can be identified by comparing with the statistical data of various samples.

更に本発明者らは、試料25の各位置での散乱光強度の時間平均相関関数−相関時間の緩和データに基づいて、アンサンブル平均相関関数−相関時間の緩和データを求めていくことで、更に高い正答率を得られることも見出した。   Further, the present inventors further obtain ensemble average correlation function-relaxation time relaxation data based on time average correlation function-correlation time relaxation data of scattered light intensity at each position of the sample 25. It was also found that a high correct answer rate can be obtained.

このため第2実施形態では、上記手法について説明する。以下では、第1実施形態との相違点の説明を主に行い、第1実施形態と同様の機能を有する構成要素については、第1実施形態と同様の名称・符号を付し、その説明を省略する。   Therefore, in the second embodiment, the above method will be described. In the following, differences from the first embodiment will be mainly described, and components having the same functions as those in the first embodiment will be given the same names and symbols as those in the first embodiment, and the description thereof will be made. Omitted.

以下では、アンサンブル平均相関関数に関しては、高分子論文集、Vol.59、 No.10(2002)を参考にして説明する。散乱系が熱平衡状態になる場合、散乱光強度の時間平均は統計力学に基づいて計算される。統計力学では、エルゴード仮説により、統計平均量と時間平均量とは一致すると仮定される。   In the following, regarding the ensemble average correlation function, the collection of polymer papers, Vol. 59, no. 10 (2002). When the scattering system is in thermal equilibrium, the time average of the scattered light intensity is calculated based on statistical mechanics. In statistical mechanics, it is assumed by the ergodic hypothesis that the statistical average and the time average agree.

図20は、高分子溶液の散乱光強度の位置依存性の一例を示す図であり、図21は、生体系やゲルの散乱光強度の位置依存性の一例を示す図である。図20に示すように、高分子溶液からの散乱光を測定位置(サンプル位置)をずらしながら測定した場合、位置を変えてもほとんど散乱光強度は変化しないが、図21に示すように、生体系やゲルからの散乱光を測定位置(サンプル位置)をずらしながら測定した場合、位置を変えると散乱光強度が大きく変化する。   FIG. 20 is a diagram illustrating an example of the position dependency of the scattered light intensity of the polymer solution, and FIG. 21 is a diagram illustrating an example of the position dependency of the scattered light intensity of the biological system or the gel. As shown in FIG. 20, when the scattered light from the polymer solution is measured while shifting the measurement position (sample position), the scattered light intensity hardly changes even when the position is changed. However, as shown in FIG. When the scattered light from the system or gel is measured while shifting the measurement position (sample position), the scattered light intensity greatly changes when the position is changed.

このように、細胞などの生体系やゲルにおいては、散乱光強度に著しい位置依存性があることが分かる。これは、細胞などの生体系やゲルが時間平均とアンサンブル平均(位置平均)との同等性が成り立たない非エルゴード系であるためである。   Thus, it can be seen that in biological systems such as cells and gels, the scattered light intensity has a significant position dependency. This is because biological systems such as cells and gels are non-ergodic systems in which the equivalence between the time average and the ensemble average (position average) does not hold.

従って、このような系を記述し、これらの種類、性質、又は状態を正確に判別していくためには、時間平均散乱光強度<I>とアンサンブル散乱光強度<I>とを定義し、求める必要がある。時間平均散乱光強度<I>は、ある測定点p、ある時刻tでの散乱光強度<I>tの長時間平均であり、アンサンブル散乱光強度<I>は、時間平均散乱光強度<I>のアンサンブル平均である。つまり、時間平均散乱光強度<I>とアンサンブル散乱光強度<I>との間には、数式(19)に示す関係が成り立つ。 Therefore, in order to describe such a system and accurately discriminate these types, properties, or states, we define time-average scattered light intensity <I> T and ensemble scattered light intensity <I> E. And you need to ask. The time-averaged scattered light intensity <I> T, certain measurement points p, a long-time average of the scattered light intensity <I> p t at a certain time t, ensemble scattered light intensity <I> E is time-averaged scattered light Intensity <I> An ensemble average of T. That is, the relationship shown in Equation (19) is established between the time-average scattered light intensity <I> T and the ensemble scattered light intensity <I> E.

本発明者らは、生体試料やゲルのように測定位置依存性が著しい場合、既知の試料に対して、光検出系30−1〜30−3それぞれの偏光方向で時間平均散乱光強度<I>のアンサンブル平均であるアンサンブル散乱光強度<I>を求め、光検出系30−1〜30−3との関係と試料との関係を統計処理しておき、未知の試料に対して、光検出系30−1〜30−3それぞれの偏光方向で時間平均散乱光強度<I>のアンサンブル平均であるアンサンブル散乱光強度<I>を求め、統計処理結果と比較することで、未知の試料に最も適合していると思われる既知の試料を推定できることを見出した。また本発明者らは、光検出系30−1〜30−3それぞれの偏光方向で時間平均散乱光強度<I>のアンサンブル平均に動的光散乱成分を考慮することで、未知の試料の推定精度が高まることを見出した。 When the measurement position dependency is significant like biological samples and gels, the inventors have compared the time average scattered light intensity <I with respect to the known samples in the respective polarization directions of the light detection systems 30-1 to 30-3. > Ensemble scattered light intensity <I> which is an ensemble average of T <I> E is obtained, and the relationship between the light detection systems 30-1 to 30-3 and the sample is statistically processed. By obtaining the ensemble scattered light intensity <I> E , which is the ensemble average of T in the polarization direction of each of the light detection systems 30-1 to 30-3, and comparing it with the statistical processing result, the unknown We found that we can estimate the known sample that seems to be the best fit for our sample. In addition, the present inventors consider the dynamic light scattering component in the ensemble average of the time average scattered light intensity <I> T in the polarization direction of each of the light detection systems 30-1 to 30-3. We found that the estimation accuracy is improved.

以下では、時間平均散乱光強度<I>のアンサンブル平均に動的光散乱成分を考慮する手法について説明する。 Below, the method of considering a dynamic light-scattering component in the ensemble average of time average scattered light intensity <I> T is demonstrated.

前述したように、非エルゴード系では、時間平均とアンサンブル平均とが異なる。また、散乱光強度に時間平均とアンサンブル平均とがあるように、相関関数にも時間平均相関関数とアンサンブル平均相関関数とがある。   As described above, in the non-ergodic system, the time average and the ensemble average are different. In addition, as the scattered light intensity has a time average and an ensemble average, the correlation function also has a time average correlation function and an ensemble average correlation function.

図1において、VCSEL11の各レーザ出射口12(各チャネル)から直線偏光24を順次射出させることで、光検出系30−1〜30−3それぞれは、試料25上の各位置(多点)での散乱光の強度を測定できる。これにより、光検出系30−1〜30−3それぞれ、及び試料25上の各位置(各点)において、数式(9)により、時間平均相関関数g (2)(q,τ)−相関時間の緩和データを求めることができる。 In FIG. 1, the linearly polarized light 24 is sequentially emitted from each laser emission port 12 (each channel) of the VCSEL 11, so that each of the light detection systems 30-1 to 30-3 is at each position (multiple points) on the sample 25. The intensity of scattered light can be measured. Thereby, at each position (each point) on the light detection systems 30-1 to 30-3 and the sample 25, the time-average correlation function g t (2) (q, τ) -correlation is obtained by Expression (9). Time relaxation data can be obtained.

そして、光検出系30−1〜30−3それぞれ毎に、試料25上の各位置(各点)における緩和データを用いることで、数式(20)により、アンサンブル平均相関関数gen (1)(q,τ)−相関時間の緩和データを求めることができる。 Then, for each photodetecting system 30-1 to 30-3, by using the relaxation data at each position (each point) on the sample 25, the equation (20), the ensemble average correlation function g en (1) ( q, τ) -correlation time relaxation data can be determined.

ここで、spは空間平均、enはアンサンブル平均、Iは散乱光強度、γは装置定数を表す。   Here, sp is the spatial average, en is the ensemble average, I is the scattered light intensity, and γ is the device constant.

そして、アンサンブル平均相関関数gen (1)(q,τ)−相関時間の緩和データは、図22に示すようなグラフで表されるので、静的成分I(q)と動的成分I(q)とに分離できる。静的成分I(q)は、スペックル(レーザなどにみられるぎらつき)に起因するもので、生体試料やゲルの測定においては、測定場所に依存して異なるベースラインを持つため、物理的意味を見出すことは難しい。一方、動的成分I(q)は、散乱体積中の動的ゆらぎの振幅を直接反映しているので重要である。 The ensemble average correlation function g en (1) (q, τ) - relaxation data of the correlation time, so is represented by the graph shown in FIG. 22, the static component I s (q) and dynamic component I d (q). The static component I s (q) is caused by speckle (glaring observed in a laser or the like), and has a different baseline in measurement of biological samples and gels depending on the measurement location. It is difficult to find a specific meaning. On the other hand, the dynamic component I d (q) is important because it directly reflects the amplitude of the dynamic fluctuation in the scattering volume.

このようにして求めたアンサンブル平均相関関数gen (1)(q,τ)−相関時間の緩和データをCONTIN法にて逆ラプラス変換し、数式(21)を用いることで、試料内部の動的ゆらぎについて特に仮定しない緩和時間分布−緩和時間のピークデータを取得することができる。 The thus obtained ensemble average correlation function g en (1) (q, τ) - relaxation data of correlation times to inverse Laplace transform by CONTIN method, using the equation (21), the dynamic of the internal sample It is possible to acquire relaxation time distribution-relaxation time peak data that does not particularly assume fluctuations.

この解析手法では、相関関数の緩和プロファイルに対して、数式(21)の線形結合を用いて非線形最小二乗法でフィッティングを行う。ここで、τR,i=τR,0×(τR,max/τR,0i/(n―1)(i=0,1,…,n−1)であり、任意の緩和関数は、数式(21)のような単一指数関数の線形結合で展開できる。このようなフィッティングから、緩和時間τの分布関数P(τ)が算出され、図23に示すような、緩和時間分布−緩和時間のピークデータを取得することができる。 In this analysis method, the correlation function relaxation profile is fitted by the nonlinear least square method using the linear combination of Equation (21). Here, τ R, i = τ R, 0 × (τ R, max / τ R, 0 ) i / (n−1) (i = 0, 1,..., N−1), and arbitrary relaxation The function can be expanded by a linear combination of single exponential functions such as Equation (21). From such fitting, a distribution function P (τ R ) of relaxation time τ R is calculated, and peak data of relaxation time distribution-relaxation time as shown in FIG. 23 can be acquired.

第2実施形態では、情報処理装置200は、光検出系30−1〜30−3それぞれ毎に、偏光方向における既知の試料上の各位置での散乱光強度の時間変化を算出し、算出した散乱光強度の時間変化から、時間平均相関関数−相関時間の緩和データを演算し、演算した既知の試料上の各位置での緩和データに基づいて、アンサンブル平均相関関数−相関時間の緩和データを求めることによって、緩和時間分布−緩和時間のピークデータを求める方法を採用している。そして、ピークデータの算出を繰り返し、得られたピークデータの様々な因子の情報の中で最も既知の試料の特徴を表す因子を抽出し、光検出系30−1〜30−3との関係及び既知の試料との関係を統計処理し、同定用の同定情報とする。   In the second embodiment, the information processing apparatus 200 calculates the time change of the scattered light intensity at each position on the known sample in the polarization direction for each of the light detection systems 30-1 to 30-3. Based on the time variation of the scattered light intensity, the time average correlation function-correlation time relaxation data is calculated. Based on the calculated relaxation data at each position on the known sample, the ensemble average correlation function-correlation time relaxation data is calculated. By obtaining, the method of obtaining the relaxation time distribution-relaxation time peak data is adopted. Then, the calculation of peak data is repeated, and the factors representing the characteristics of the most known sample are extracted from the information of various factors of the obtained peak data, and the relationship with the light detection systems 30-1 to 30-3 and The relation with a known sample is statistically processed and used as identification information for identification.

また第2実施形態では、情報処理装置200は、光検出系30−1〜30−3それぞれ毎に、偏光方向における未知の試料上の各位置での散乱光強度の時間変化を算出し、算出した散乱光強度の時間変化から、時間平均相関関数−相関時間の緩和データを演算し、演算した未知の試料上の各位置での緩和データに基づいて、アンサンブル平均相関関数−相関時間の緩和データを求めることによって、緩和時間分布−緩和時間のピークデータを求め、同定情報と比較することで未知の試料を同定する。   In the second embodiment, the information processing apparatus 200 calculates the temporal change of the scattered light intensity at each position on the unknown sample in the polarization direction for each of the light detection systems 30-1 to 30-3. The time average correlation function-correlation time relaxation data is calculated from the time variation of the scattered light intensity, and the ensemble average correlation function-correlation time relaxation data is calculated based on the calculated relaxation data at each position on the unknown sample. Is obtained, peak data of relaxation time distribution-relaxation time is obtained, and an unknown sample is identified by comparing with identification information.

図24は、第2実施形態の情報処理装置200の機能構成の一例を示すブロック図である。図24に示すように、情報処理装置200では、点灯制御部229、登録部231、及び同定部235が、第1実施形態と相違する。   FIG. 24 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the information processing apparatus 200 according to the second embodiment. As illustrated in FIG. 24, in the information processing apparatus 200, a lighting control unit 229, a registration unit 231, and an identification unit 235 are different from those in the first embodiment.

点灯制御部229は、ユーザ操作やプログラムなどに基づいて、VCSEL11の各レーザ出射口12(各チャネル)から直線偏光24を順次射出させるよう制御する。これにより、直線偏光が試料25上の複数の位置に入射されるように制御できる。   The lighting control unit 229 performs control so that the linearly polarized light 24 is sequentially emitted from each laser emission port 12 (each channel) of the VCSEL 11 based on a user operation or a program. Thereby, control can be performed so that linearly polarized light is incident on a plurality of positions on the sample 25.

登録部231は、光検出系30−1〜30−3それぞれ毎に、試料25の各位置での散乱光の時間平均を平均化したアンサンブル平均を求めることにより、試料25の種別又は状態を測定する。具体的には、登録部231は、同一の種別又は状態の試料に対する光検出系30−1〜30−3それぞれのアンサンブル平均の算出を複数回行い、複数回求められた複数のアンサンブル平均に基づく統計処理を行い、種別又は状態と統計処理結果とを対応付けた同定情報を生成し、記憶部133に登録する。なお、登録部231が同定情報を生成する場合、試料25の種別や状態は既知である。   The registration unit 231 measures the type or state of the sample 25 by obtaining an ensemble average obtained by averaging the time average of scattered light at each position of the sample 25 for each of the light detection systems 30-1 to 30-3. To do. Specifically, the registration unit 231 calculates the ensemble average of each of the light detection systems 30-1 to 30-3 for a sample of the same type or state a plurality of times, and based on a plurality of ensemble averages obtained a plurality of times. Statistical processing is performed, identification information in which the type or state is associated with the statistical processing result is generated, and registered in the storage unit 133. In addition, when the registration part 231 produces | generates identification information, the classification and state of the sample 25 are known.

例えば、アンサンブル平均は、試料の各位置での散乱光の強度の時間平均を平均化したアンサンブル平均とすることができる。   For example, the ensemble average can be an ensemble average obtained by averaging the time average of the intensity of scattered light at each position of the sample.

また例えば、アンサンブル平均は、試料の各位置での散乱光の強度の時間平均相関関数−相関時間の緩和データを用いたアンサンブル平均相関関数−相関時間の緩和データとすることができる。この場合、登録部231は、光検出系30−1〜30−3それぞれ毎に、偏光方向における試料上の各位置での時系列の散乱光強度を取得し、取得した時系列の散乱光強度から、散乱光強度の時間変化を算出し、算出した散乱光強度の時間変化から、時間平均相関関数−相関時間の緩和データを演算する。そして登録部231は、光検出系30−1〜30−3それぞれ毎に、偏光方向における試料25上の各位置での時間平均相関関数−相関時間の緩和データから、アンサンブル平均相関関数−相関時間の緩和データを求めることによって、緩和時間分布−緩和時間のピークデータを求める。更に登録部231は、ピークデータの算出を繰り返す。そして登録部231は、このようにして得られたピークデータの様々な因子の情報の中で最も試料の特徴を表す因子を抽出し、光検出系30−1〜30−3との関係及び試料との関係を統計処理する。   Further, for example, the ensemble average may be an ensemble average correlation function-correlation time relaxation data using a time average correlation function-correlation time relaxation data of scattered light intensity at each position of the sample. In this case, the registration unit 231 acquires the time-series scattered light intensity at each position on the sample in the polarization direction for each of the light detection systems 30-1 to 30-3, and the acquired time-series scattered light intensity. Then, the time change of the scattered light intensity is calculated, and the relaxation data of the time average correlation function-correlation time is calculated from the time change of the calculated scattered light intensity. The registration unit 231 then calculates the ensemble average correlation function-correlation time from the relaxation data of the time average correlation function-correlation time at each position on the sample 25 in the polarization direction for each of the light detection systems 30-1 to 30-3. By obtaining the relaxation data, the peak data of relaxation time distribution-relaxation time is obtained. Further, the registration unit 231 repeats calculation of peak data. And the registration part 231 extracts the factor which represents the characteristic of the sample most among the information of the various factors of the peak data obtained in this way, the relationship with the photodetection systems 30-1 to 30-3 and the sample Statistical processing of the relationship.

同定部235は、光検出系30−1〜30−3それぞれ毎に、試料25の各位置での散乱光の時間平均を平均化したアンサンブル平均を求めることにより、試料25の種別又は状態を測定する。具体的には、同定部235は、光検出系30−1〜30−3それぞれのアンサンブル平均に基づいて、試料25の種別又は状態を同定する。詳細には、同定部235は、未知の種別又は状態の試料25に対して求めた光検出系30−1〜30−3それぞれのアンサンブル平均に基づく同定情報との比較を行い、未知の種別又は状態を同定する。   The identification unit 235 measures the type or state of the sample 25 by obtaining an ensemble average obtained by averaging the time average of the scattered light at each position of the sample 25 for each of the light detection systems 30-1 to 30-3. To do. Specifically, the identification unit 235 identifies the type or state of the sample 25 based on the ensemble average of each of the light detection systems 30-1 to 30-3. Specifically, the identification unit 235 compares the identification information based on the ensemble averages of the light detection systems 30-1 to 30-3 obtained for the sample 25 of unknown type or state, Identify the condition.

例えば、アンサンブル平均は、試料の各位置での散乱光の強度の時間平均を平均化したアンサンブル平均とすることができる。   For example, the ensemble average can be an ensemble average obtained by averaging the time average of the intensity of scattered light at each position of the sample.

また例えば、アンサンブル平均は、試料の各位置での散乱光の強度の時間平均相関関数−相関時間の緩和データを用いたアンサンブル平均相関関数−相関時間の緩和データとすることができる。この場合、同定部235は、光検出系30−1〜30−3それぞれ毎に、偏光方向における試料上の各位置での時系列の散乱光強度を取得し、取得した時系列の散乱光強度から、散乱光強度の時間変化を算出し、算出した散乱光強度の時間変化から、時間平均相関関数−相関時間の緩和データを演算する。そして同定部235は、光検出系30−1〜30−3それぞれ毎に、偏光方向における試料25上の各位置での時間平均相関関数−相関時間の緩和データから、アンサンブル平均相関関数−相関時間の緩和データを求めることによって、緩和時間分布−緩和時間のピークデータを求める。更に同定部235は、求めたピークデータを、記憶部133に登録された同定情報と比較し、未知の種別又は状態を同定する。   Further, for example, the ensemble average may be an ensemble average correlation function-correlation time relaxation data using a time average correlation function-correlation time relaxation data of scattered light intensity at each position of the sample. In this case, the identification unit 235 acquires the time-series scattered light intensity at each position on the sample in the polarization direction for each of the light detection systems 30-1 to 30-3, and the acquired time-series scattered light intensity. Then, the time change of the scattered light intensity is calculated, and the relaxation data of the time average correlation function-correlation time is calculated from the time change of the calculated scattered light intensity. Then, the identification unit 235 calculates the ensemble average correlation function-correlation time from the relaxation data of the time average correlation function-correlation time at each position on the sample 25 in the polarization direction for each of the light detection systems 30-1 to 30-3. By obtaining the relaxation data, the peak data of relaxation time distribution-relaxation time is obtained. Furthermore, the identification unit 235 compares the obtained peak data with the identification information registered in the storage unit 133 to identify an unknown type or state.

(実施例3)
実施例3では、上記第2実施形態において、試料25に細胞を用い、細胞種を同定する例について説明する。実施例3では、光検出系30−1〜30−3を直線偏光24が偏光された所定の偏光方向の電界振動面の同一平面上に配し、光検出系30−1〜30−3が配される散乱角方向を、それぞれ、90度方向、60度方向、45度方向とした。
Example 3
In Example 3, an example in which cells are used as the sample 25 and the cell type is identified in the second embodiment will be described. In the third embodiment, the light detection systems 30-1 to 30-3 are arranged on the same plane of the electric field vibration plane of a predetermined polarization direction in which the linearly polarized light 24 is polarized, and the light detection systems 30-1 to 30-3 are provided. The distributed scattering angle directions were 90, 60 and 45 degrees, respectively.

また、同定対象の細胞種は、好中球、リンパ球、好塩基球、及び好酸球であり、それぞれ、10000イベントずつ任意の場所に直線偏光24を照射した。登録部231は、光検出系30−1〜30−3それぞれ毎に、細胞種(偏光面)各位置での散乱光強度の時間変化から時間平均散乱光強度<I>を算出し、算出した各位置の時間平均散乱光強度<I>のアンサンブル平均であるアンサンブル散乱光強度<I>を算出した。但し、アンサンブル散乱光強度<I>をある範囲を持った分布にするため、登録部231は、各細胞種のイベント測定にあたり、VCSEL11の各レーザ出射口12(各チャネル)から直線偏光24を順次射出させ、光検出系30−1〜30−3それぞれ毎に、細胞種の各位置で時間平均散乱光強度<I>を算出し、算出した各位置の時間平均散乱光強度<I>のアンサンブル平均であるアンサンブル散乱光強度<I>を算出し、このアンサンブル散乱光強度<I>に基づいて先に計算したアンサンブル散乱光強度<I>を統計処理して同定情報を生成しているものとする。 Further, the cell types to be identified are neutrophils, lymphocytes, basophils, and eosinophils, each of which is irradiated with linearly polarized light 24 at an arbitrary place for 10,000 events. The registration unit 231 calculates the time-average scattered light intensity <I> T from the temporal change of the scattered light intensity at each position of the cell type (polarization plane) for each of the light detection systems 30-1 to 30-3. The ensemble scattered light intensity <I> E , which is the ensemble average of T , was calculated. However, in order to make the distribution of the ensemble scattered light intensity <I> E having a certain range, the registration unit 231 applies linearly polarized light 24 from each laser emission port 12 (each channel) of the VCSEL 11 when measuring the event of each cell type. For each of the light detection systems 30-1 to 30-3, the time average scattered light intensity <I> T is calculated at each position of the cell type, and the calculated time average scattered light intensity <I> at each position is calculated. The ensemble scattered light intensity <I> E , which is an ensemble average of T , is calculated, and the ensemble scattered light intensity <I> E previously calculated based on the ensemble scattered light intensity <I> E is statistically processed to obtain identification information. It is assumed that it is generated.

図25は、実施例3の同定情報を示す図であり、上述の統計処理結果の統計解析図である。なお、S1が光検出系30−1を示し、S2が光検出系30−2を示し、S3が光検出系30−3を示す。また、図25では、S1の散乱光強度と比較してS2、S3の散乱光強度は非常に小さい値のため、S2、S3の散乱光強度の軸は100倍に拡大している。   FIG. 25 is a diagram illustrating the identification information of Example 3, and is a statistical analysis diagram of the statistical processing result described above. S1 represents the light detection system 30-1, S2 represents the light detection system 30-2, and S3 represents the light detection system 30-3. In FIG. 25, since the scattered light intensities of S2 and S3 are very small values compared to the scattered light intensity of S1, the axes of the scattered light intensities of S2 and S3 are expanded 100 times.

そして、好中球、リンパ球、好塩基球、及び好酸球をそれぞれ未知の細胞として、同定部235が、図25に示す同定情報を用いて、それぞれ100イベントずつ細胞種を同定した結果の正答率を表3に示す。   Then, the identification unit 235 uses the identification information shown in FIG. 25 to identify the cell types for 100 events each, using neutrophils, lymphocytes, basophils, and eosinophils as unknown cells. Table 3 shows the correct answer rate.

表3において、Hは、照射系10の偏光方向に対し、該当する光検出系の偏光方向が磁界振動面であることを示し、Eは、照射系10の偏光方向に対し、該当する光検出系の偏光方向が電界振動面であることを示し、−は、該当する光検出系を用いていないことを示す。   In Table 3, H indicates that the polarization direction of the corresponding light detection system is the magnetic field vibration plane with respect to the polarization direction of the irradiation system 10, and E indicates the corresponding light detection with respect to the polarization direction of the irradiation system 10. The polarization direction of the system indicates an electric field vibration plane, and-indicates that the corresponding light detection system is not used.

なお、表3では、比較例として、偏光フィルタ31−1〜31−3を用いずに散乱光強度による統計解析を行った結果も示している。   In Table 3, as a comparative example, a result of statistical analysis based on scattered light intensity without using the polarizing filters 31-1 to 31-3 is also shown.

表3より、偏光を考慮しない比較例3、4よりも、偏光を考慮した実験番号21〜30の方が、正答率が大幅に向上していることが確認できる。特に、S1、S2の光検出系に加え、S3の光検出系も使用して同定を行った場合、良好な正答率を示すようになっている。   From Table 3, it can be confirmed that the correct answer rate is significantly improved in Experiment Nos. 21 to 30 in which polarization is considered, compared to Comparative Examples 3 and 4 in which polarization is not considered. In particular, when identification is performed using the light detection system of S3 in addition to the light detection systems of S1 and S2, a good accuracy rate is shown.

但し、実施例3では、100%の正答率にはまだ近付いていない。これは、図25に示すように、それぞれの細胞の統計解析の関係位置が完全に分離できないことが挙げられる。   However, in Example 3, the correct answer rate of 100% has not been approached yet. This is because, as shown in FIG. 25, the relative positions of the statistical analysis of each cell cannot be completely separated.

また、実施例3では、偏光方向として、電界振動面(E)での散乱光強度を積極的に取得する方が正答率は良いことが分かる。S1での受光を考えてみると、電界振動面(E)に偏光されている照射光をS1がE偏光で受光するということは、実施例3の細胞で散乱されて偏光が起こっていない光を観測しているということである。また、電界振動面(E)に偏光されている照射光をS1がH偏光で受光するということは、実施例3の細胞で散乱されて90度の偏光が起こっている光を観測しているということである。即ち、偏光していない光を受光する方が偏光された光よりも強く観測され、S/N比が向上しているものと推測される。   In Example 3, it can be seen that the correct answer rate is better when the scattered light intensity at the electric field vibration plane (E) is positively acquired as the polarization direction. Considering the light reception in S1, the fact that S1 receives the irradiation light polarized on the electric field oscillation surface (E) as E-polarized light means that the light is scattered by the cell of Example 3 and no polarization occurs. Is observing. In addition, the fact that S1 receives the irradiation light polarized on the electric field oscillation plane (E) as H-polarized light means that light that is scattered by the cell of Example 3 and polarized at 90 degrees is observed. That's what it means. That is, it is presumed that the light receiving unpolarized light is observed stronger than the polarized light and the S / N ratio is improved.

(実施例4)
実施例4でも、上記第2実施形態において、試料25に細胞を用い、細胞種を同定する例について説明する。実施例4でも、光検出系30−1〜30−3を電界振動面の同一平面上に配し、光検出系30−1〜30−3が配される散乱角方向を、それぞれ、90度方向、60度方向、45度方向とした。
Example 4
In Example 4, an example in which cells are used as the sample 25 and the cell type is identified in the second embodiment will be described. Also in Example 4, the light detection systems 30-1 to 30-3 are arranged on the same plane of the electric field vibration surface, and the scattering angle directions in which the light detection systems 30-1 to 30-3 are arranged are 90 degrees, respectively. Direction, 60 degree direction, and 45 degree direction.

また同定対象の細胞種は、好中球、リンパ球、好塩基球、及び好酸球であり、それぞれ、10000イベントずつ任意の場所に直線偏光24を照射した。登録部231は、光検出系30−1〜30−3それぞれ毎に、細胞種(偏光面)各位置での散乱光強度の時間変化から時間平均相関関数−相関時間の緩和データを算出し、算出した各位置の時間平均相関関数−相関時間の緩和データを用いてアンサンブル平均相関関数−相関時間の緩和データを算出することで、緩和時間分布−緩和時間のピークデータを求めた。但し、緩和時間分布−緩和時間のピークデータをある範囲を持った分布にするため、登録部231は、各細胞種のイベント測定にあたり50イベントずつ用いて、緩和時間分布−緩和時間のピークデータを求め、求めた複数の緩和時間分布−緩和時間のピークデータを統計処理して同定情報を生成しているものとする。   The cell types to be identified were neutrophils, lymphocytes, basophils, and eosinophils, and each was irradiated with linearly polarized light 24 at an arbitrary place for 10,000 events. The registration unit 231 calculates, for each of the light detection systems 30-1 to 30-3, time-average correlation function-correlation time relaxation data from the time change of the scattered light intensity at each position of the cell type (polarization plane). The relaxation time distribution-relaxation time peak data was obtained by calculating the ensemble average correlation function-correlation time relaxation data using the calculated time-average correlation function-correlation time relaxation data at each position. However, in order to make the relaxation time distribution-relaxation time peak data into a distribution having a certain range, the registration unit 231 uses 50 events for each cell type event measurement, and uses the relaxation time distribution-relaxation time peak data. It is assumed that identification information is generated by statistically processing the obtained peak data of a plurality of relaxation time distributions-relaxation times.

図26は、実施例4の同定情報を示す図であり、上述の統計処理結果の統計解析図である。なお、図26では、図23のような緩和時間分布−緩和時間のグラフを最終的に求め、当該グラフに出てきたいくつかのピークの最大のものをP1、2番目に大きなピークをP2とし、それぞれの緩和時間τとピーク強度比P1/P2を求めている。 FIG. 26 is a diagram illustrating the identification information of Example 4, and is a statistical analysis diagram of the statistical processing result described above. In FIG. 26, a graph of relaxation time distribution-relaxation time as shown in FIG. 23 is finally obtained, the largest of several peaks appearing in the graph is P1, and the second largest peak is P2. Each relaxation time τ R and peak intensity ratio P1 / P2 are obtained.

そして、好中球、リンパ球、好塩基球、及び好酸球をそれぞれ未知の細胞として、同定部135が、図26に示す同定情報を用いて、それぞれ100イベントずつ細胞種を同定した結果の正答率を表4に示す。   Then, the identification unit 135 uses the identification information shown in FIG. 26 to identify the cell type for each of 100 events, with neutrophils, lymphocytes, basophils, and eosinophils as unknown cells. Table 4 shows the correct answer rate.

表4では、実施例3よりも100%の正答率に近づいている。これは、図26に示すように、それぞれの細胞の統計解析の関係位置が分離できていることが挙げられる。   In Table 4, the correct answer rate is closer to 100% than Example 3. This is because, as shown in FIG. 26, the relative positions of the statistical analysis of each cell can be separated.

また、実施例4においても、偏光方向は、電界振動面(E)での散乱光強度を積極的に取得する方が正答率は良いことが分かる。その理由は、実施例3と同様である。   Also in Example 4, it can be seen that the correct answer rate is better when the polarization direction positively acquires the scattered light intensity at the electric field vibration plane (E). The reason is the same as in the third embodiment.

なお、上記実施例3、4では、試料に細胞を用い、細胞種を同定する例について説明したが、試料は上述したものであれば細胞以外であってもよく、種別だけでなく状態を同定することもできる。   In Examples 3 and 4 described above, an example in which cells are used as a sample and a cell type is identified has been described. However, the sample may be other than a cell as long as it is described above, and not only the type but also the state is identified. You can also

例えば、再生医療などの分野においては、分化させた細胞群の中に未分化の細胞が混ざってしまうこともあるが、本実施形態を適用すれば、細胞群の中に未分化の細胞が混ざっているかなど細胞群の状態を同定できることも期待できる。   For example, in the field of regenerative medicine, undifferentiated cells may be mixed in differentiated cell groups, but if this embodiment is applied, undifferentiated cells are mixed in cell groups. It can also be expected that the state of the cell group can be identified.

以上のように第2実施形態によれば、光の偏光により試料の種別又は状態を測定するため、試料の種別又は状態を非侵襲的に測定することができ、散乱光強度に著しい測定位置依存性があるコロニー、コロイド、及びゲルなど細胞単体以外の微細構造が複雑な試料にも適用できる。特に本実施形態では、試料の種別又は状態を非侵襲的に測定できるため、再生医療などに好適である。また第2実施形態によれば、照射系の光源にVCSELを用いるため、偏光素子などを介して偏光させなくても、所定の偏光方向の直線偏光を射出でき、ステージの位置を動かすなどの制御を行わなくても試料上の複数の位置に直線偏光を入射できる。このため第2実施形態によれば、照射系の構成を簡略化できるとともにコストを抑えることができ、更に光学装置の構成を簡略化できるとともにコストを抑えることができるので、光学装置及び情報処理システムの簡略化及び低コスト化が更に図れる。   As described above, according to the second embodiment, since the type or state of the sample is measured based on the polarization of light, the type or state of the sample can be measured non-invasively, and the scattered light intensity greatly depends on the measurement position. The present invention can also be applied to a sample having a complicated fine structure other than a single cell such as a colony, a colloid, and a gel. In particular, the present embodiment is suitable for regenerative medicine and the like because the type or state of the sample can be measured non-invasively. In addition, according to the second embodiment, since VCSEL is used as the light source of the irradiation system, it is possible to emit linearly polarized light in a predetermined polarization direction without moving through a polarizing element or the like, and control such as moving the position of the stage. Even if not, linearly polarized light can be incident on a plurality of positions on the sample. For this reason, according to the second embodiment, the configuration of the irradiation system can be simplified and the cost can be reduced. Further, the configuration of the optical device can be simplified and the cost can be reduced. Simplification and cost reduction can be further achieved.

1 情報処理システム
10 照射系
11 VCSEL
13 コリメートレンズ
14 反射ミラー
15 円筒面平凸レンズ
21 ステージ
22 恒温板
23 サンプルホルダー
25 試料
26 ハーフミラー
27 光学顕微鏡
30−1、30−2、30−3 光検出系
31−1、31−2、31−3 偏光フィルタ
32−1、32−2、32−3 ピンホール
33−1、33−2、33−3 迷光防止板
34−1、34−2、34−3 光拡散板
35−1、35−2、35−3 受光器
100、200 情報処理装置
101 制御装置
102 主記憶装置
103 補助記憶装置
104 表示装置
105 入力装置
106 通信装置
121 信号処理部
123 入力部
125 主制御部
127 恒温板制御部
129、229 点灯制御部
131、231 登録部
133 記憶部
135、235 同定部
1 Information processing system 10 Irradiation system 11 VCSEL
13 Collimating Lens 14 Reflecting Mirror 15 Cylindrical Plano-Convex Lens 21 Stage 22 Constant Temperature Plate 23 Sample Holder 25 Sample 26 Half Mirror 27 Optical Microscope 30-1, 30-2, 30-3 Photodetection System 31-1, 31-2, 31 -3 Polarizing filter 32-1, 32-2, 32-3 Pinhole 33-1, 33-2, 33-3 Stray light prevention plate 34-1, 34-2, 34-3 Light diffusion plate 35-1, 35 -2, 35-3 Photoreceiver 100, 200 Information processing apparatus 101 Control apparatus 102 Main storage apparatus 103 Auxiliary storage apparatus 104 Display apparatus 105 Input apparatus 106 Communication apparatus 121 Signal processing section 123 Input section 125 Main control section 127 Constant temperature plate control section 129, 229 Lighting control unit 131, 231 Registration unit 133 Storage unit 135, 235 Identification unit

特開2010−200676号公報JP 2010-200696 A

Claims (13)

所定の偏光方向の直線偏光を試料に向けて射出する照射系と、
前記直線偏光が前記試料に入射することによって生じる散乱光を検出する複数の光検出系と、を備え、
前記照射系は、前記直線偏光を射出する垂直面発光レーザを含み、
前記複数の光検出系は、互いに異なる散乱角方向の光路上に配され、それぞれ、前記散乱光の直線偏光成分を予め定められた角度で通過させる偏光素子と、当該偏光素子を通過した光を受光する受光器とを、含む光学装置。
An irradiation system that emits linearly polarized light in a predetermined polarization direction toward the sample;
A plurality of light detection systems for detecting scattered light generated when the linearly polarized light enters the sample, and
The irradiation system includes a vertical surface emitting laser that emits the linearly polarized light,
The plurality of light detection systems are arranged on optical paths in different scattering angle directions, respectively, a polarizing element that allows a linearly polarized component of the scattered light to pass through at a predetermined angle, and light that has passed through the polarizing element. An optical device including a light receiver for receiving light.
前記複数の光検出系は、略同一平面上に配されている請求項1に記載の光学装置。   The optical device according to claim 1, wherein the plurality of light detection systems are arranged on substantially the same plane. 前記略同一平面は、前記所定の偏光方向の電界振動面における略同一平面である請求項2に記載の光学装置。   The optical device according to claim 2, wherein the substantially same plane is substantially the same plane in the electric field vibration plane of the predetermined polarization direction. 前記複数の光検出系それぞれに含まれる前記偏光素子は、前記散乱光の直線偏光成分を、前記所定の偏光方向の電界振動面又は磁界振動面の偏光方向で通過させる請求項1〜3のいずれか1つに記載の光学装置。   The polarization element included in each of the plurality of light detection systems allows the linearly polarized component of the scattered light to pass in the polarization direction of the electric field vibration surface or the magnetic field vibration surface of the predetermined polarization direction. The optical apparatus as described in any one. 前記複数の光検出系は、前記直線偏光が前記試料に入射することによって生じる散乱光の強度を検出し、
前記複数の光検出系それぞれに含まれる前記受光器は、前記偏光素子を通過した光を受光し、当該受光した光の強度を検出する請求項1〜4のいずれか1つに記載の光学装置。
The plurality of light detection systems detect the intensity of scattered light generated when the linearly polarized light enters the sample,
The optical device according to any one of claims 1 to 4, wherein the light receiver included in each of the plurality of light detection systems receives light that has passed through the polarizing element and detects the intensity of the received light. .
請求項5に記載の光学装置と、
前記複数の光検出系により検出された散乱光の強度に基づいて、前記試料の種別又は状態を同定する同定部と、
を備える情報処理システム。
An optical device according to claim 5;
Based on the intensity of scattered light detected by the plurality of light detection systems, an identification unit for identifying the type or state of the sample,
An information processing system comprising:
請求項5に記載の光学装置と、
同一の種別又は状態の試料に対して行われた前記複数の光検出系による散乱光の強度検出結果を複数取得し、当該複数の強度検出結果に基づく統計処理を行い、前記種別又は状態と統計処理結果とを対応付けた同定情報を登録する登録部と、
を備える情報処理システム。
An optical device according to claim 5;
A plurality of scattered light intensity detection results obtained by the plurality of light detection systems performed on samples of the same type or state are obtained, and statistical processing based on the plurality of intensity detection results is performed, and the type or state and statistics are obtained. A registration unit for registering identification information associated with a processing result;
An information processing system comprising:
未知の種別又は状態の試料に対して行われた前記複数の光検出系による散乱光の強度検出結果を取得し、当該強度検出結果に基づく前記同定情報との比較を行い、前記未知の種別又は状態を同定する同定部を更に備える請求項7に記載の情報処理システム。   Obtaining the intensity detection result of the scattered light by the plurality of light detection systems performed on the sample of the unknown type or state, performing a comparison with the identification information based on the intensity detection result, the unknown type or The information processing system according to claim 7, further comprising an identification unit that identifies a state. 前記登録部は、前記複数の強度検出結果それぞれの時間平均相関関数−相関時間の緩和情報を演算し、複数の緩和情報を統計処理し、
前記同定部は、前記強度検出結果の時間平均相関関数−相関時間の緩和情報を演算し、当該緩和情報と前記同定情報とを比較し、前記未知の種別又は状態を同定する請求項8に記載の情報処理システム。
The registration unit calculates relaxation information of time average correlation function-correlation time for each of the plurality of intensity detection results, and statistically processes the plurality of relaxation information,
The said identification part calculates the relaxation information of the time average correlation function-correlation time of the said intensity | strength detection result, compares the said relaxation information and the said identification information, and identifies the said unknown classification or state. Information processing system.
請求項5に記載の光学装置を備え、
前記照射系は、前記垂直面発光レーザが複数配列され、前記試料上の複数の位置に前記直線偏光を射出する垂直面発光レーザアレイを含み、
前記光検出系毎に、前記試料の各位置での散乱光の強度の時間平均を平均化したアンサンブル平均を求め、前記複数の光検出系それぞれの前記アンサンブル平均に基づいて、前記試料の種別又は状態を同定する同定部を更に備える情報処理システム。
An optical device according to claim 5,
The irradiation system includes a vertical surface emitting laser array in which a plurality of the vertical surface emitting lasers are arranged and the linearly polarized light is emitted to a plurality of positions on the sample,
For each of the light detection systems, obtain an ensemble average obtained by averaging the time average of the intensity of the scattered light at each position of the sample, and based on the ensemble average of each of the plurality of light detection systems, An information processing system further comprising an identification unit for identifying a state.
請求項5に記載の光学装置を備え、
前記照射系は、前記垂直面発光レーザが複数配列され、前記試料上の複数の位置に前記直線偏光を射出する垂直面発光レーザアレイを含み、
前記光検出系毎に、同一の種別又は状態の試料の各位置での散乱光の強度の時間平均を平均化したアンサンブル平均を複数回求め、前記複数回求められた前記複数のアンサンブル平均に基づく統計処理を行い、前記種別又は状態と統計処理結果とを対応付けた同定情報を登録する登録部を更に備える情報処理システム。
An optical device according to claim 5,
The irradiation system includes a vertical surface emitting laser array in which a plurality of the vertical surface emitting lasers are arranged and the linearly polarized light is emitted to a plurality of positions on the sample,
For each light detection system, obtain an ensemble average obtained by averaging the time average of the intensity of scattered light at each position of the sample of the same type or state, and based on the plurality of ensemble averages obtained multiple times An information processing system further comprising a registration unit that performs statistical processing and registers identification information in which the type or state is associated with a statistical processing result.
前記光検出系毎に、未知の種別又は状態の試料の各位置での散乱光の強度の時間平均を平均化したアンサンブル平均を求め、前記複数の光検出系それぞれの前記アンサンブル平均に基づく前記同定情報との比較を行い、前記未知の種別又は状態を同定する同定部を更に備える請求項11に記載の情報処理システム。   For each of the light detection systems, obtain an ensemble average obtained by averaging time averages of the intensity of scattered light at each position of a sample of an unknown type or state, and the identification based on the ensemble average of each of the plurality of light detection systems The information processing system according to claim 11, further comprising an identification unit that performs comparison with information and identifies the unknown type or state. 前記アンサンブル平均は、前記試料の各位置での散乱光の強度の時間平均相関関数−相関時間の緩和データを用いたアンサンブル平均相関関数−相関時間の緩和データである請求項12に記載の情報処理システム。   13. The information processing according to claim 12, wherein the ensemble average is ensemble average correlation function-relaxation time relaxation data using time average correlation function-correlation time relaxation data of scattered light intensity at each position of the sample. system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019123662A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-27 オリンパス株式会社 Bioinstrumentation device, bioinstrumentation system, and bioinstrumentation method

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