JP2869422B2 - 流体中の粒子分析装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体中の粒子、例
えば血球等の静止像を捉え、解析する粒子分析装置に関
するものである。 【０００２】従来から、細胞などの粒子の検査において
は、スライドグラス上に塗抹染色された粒子（細胞）を
顕微鏡を通して観察されていた。 【０００３】しかしながら、顕微鏡による観察を行うた
めには、その前に細胞の塗抹、固定、染色などの煩雑な
標本作成作業が必要であること、さらに、血球等の細胞
は生体中では血液等の流体中に存在しているのに対し、
細胞を固定した状態でしか観察できないため、必ずしも
本来の細胞の形態を正しく見ていない、という問題があ
った。 【０００４】一方、流体中の粒子の顕微鏡像を撮像する
試しみは、最近、いくつか行われている。たとえば、カ
ッヘル（Ｋａｃｈｅｌ）他「ザ・ジャーナル・オブ・ヒ
ストケミストリー・アンド・サイトケミストリー（Ｔｈ
ｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｉｓｔｏｃｈｅｍｉｓｔ
ｒｙ ａｎｄ Ｃｙｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）」第２７
巻第１号第３３５ページ（１９７９年）に記載された手
段は、懸濁液中の粒子を細孔へ一列に通過させ、そのと
きの電気インピーダンスの変化によって細胞の通過を検
知し、その瞬間にフラッシュランプを点灯させ、同時に
カメラで撮影して、粒子の静止画像を得るものである。 【０００５】また、特表昭５７−５００９９５号公報お
よび特開昭５８−７６７４０号公報に記載された手段
は、流体試料を流路に通し、撮像領域中において一定周
期でストロボを点灯させ、同時にＣＣＤカメラで撮影す
ることにより、流体中の粒子の静止画像を得るものであ
る。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】流体中の粒子の顕微鏡
像を撮影する試みのうち、前述のカッヘルのものにおい
ては、抵抗式および光式検出原理を併用しているため、
検出器の構造が非常に複雑となり調整がし難くなってい
る。 【０００７】また、特表昭５７−５００９９５号公報等
に記載されているものにおいても、撮像領域を形成する
フローセルの構造が非常に複雑で試料流体の流し方も複
雑になっている。 【０００８】これはさらに、単に定期的にストロボを点
灯させるものであって、流体中を流れる粒子を検知して
これを撮像するものではなく、撮像効率が悪い。即ち、
尿中の血液細胞などを検出する場合、粒子数が少なく、
粒子なしの状態が多発し、無意味な撮像を繰り返すこと
になる。 【０００９】さらに、パルスレーザー光源を使用するも
のとして特開昭６０−２５２２４５号公報に記載された
ものがあるが、この公報に記載されたものは、パルスレ
ーザー光によって細胞を撮像するものではなく、当然の
ことながら画像解析をするものでもない。 【００１０】従来のいずれのものも、粒子の画像解析お
よびその情報の利用については何ら述べられておらず、
本格的な粒子分析が不可能であるばかりでなく、それを
目的とするものでもない。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明は、粒子を浮遊さ
せた液体試料をシース液で囲繞して流動させるためのフ
ローセルと、上記粒子の流れる上記液体試料の領域にト
リガー用の光を常時照射するトリガー用光源と、上記粒
子の撮像時にパルス光を発光する撮像用レーザーパルス
光源と、上記トリガー用光源からの光を上記粒子が横切
ったことを検知して粒子検知信号を発生する粒子検出器
と、上記粒子検知信号に基づき上記撮像用レーザーパル
ス光源を発光させる手段と、上記撮像用レーザーパルス
光源からのパルス光を粒子に照射する集光レンズと、上
記パルス光による粒子の静止画像を撮像するための対物
レンズおよび撮像手段と、得られた静止画像を処理し解
析する画像処理部と、を具備することを特徴とする流体
中の粒子分析装置である。 【００１２】換言すれば、常時点灯されたトリガー用光
源と、トリガー用光源からの光線を粒子が横切ったこと
を検知して粒子検知信号を発する粒子検出器と、粒子検
知信号を撮像用レーザーパルス光源へ送る回路と、を備
えた流体中の粒子分析装置である。 【００１３】先ず、常時点灯されたトリガー用光源と粒
子検出器によって被検出粒子が検出され、検出された粒
子が、対物レンズの前に到達したタイミングで、撮像用
レーザーパルス光源が動作し、所定の粒子の静止画像を
得ることができる。そして、当該画像を分析することに
より、粒子の形状や内部状態についての情報を得ること
ができる。 【００１４】 【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１に示され
た画面に基いて説明する。当該実施例は、粒子としての
血液細胞を分析する装置であって、まず、細胞を希釈液
または染色液中に浮遊させた液体試料は、細胞分析装置
１０において、チヤンバー１２の上部の入口１４から供
給される。一方、チヤンバー１２の上方側西部の入口１
６からは、生理食塩水または蒸留水（以下これをシース
液と呼ぶ）が供給される。 【００１５】液体試料とシース液はともにチヤンバー１
２内を下方へ流れ、角柱状のフローセル１８に達する。
フローセル１８中では、液体試料はシース液にさや状に
とり囲まれた形で流れ、いわゆるシース流が形成されて
いる。 【００１６】次に、本実施例の光学系について述べる。
撮像用レーザーパルス光源２０としては窒素レーザー、
半導体レーザーまたはＹＡＧレーザー等を使用する。な
お、レーザーパルス光源としては必ずしもレーザーでな
くともよく、キセノンフラッシュランプでも実用に供し
得る。 【００１７】図１において矢印は光線の進行方向を示
す。撮像用レーザーパルス光源２０から発せられた光
は、集光レンズ２２で絞られ、その焦点はフローセル１
８中においてシース流の液体試料が流れる位置に結ばれ
る。この点を以下撮像点３８と呼ぶ。フローセル１８を
透過したレーザー光は対物レンズ２４に達する。 【００１８】レーザーパルス光が発せられたとき、液体
試料中の細胞が撮像点３８を通過すると、その細胞の全
体像がＣＣＤカメラ２６で撮像された細胞の画像は、静
止画像入力部２８へ送られ、システム制御・画像解析部
３０で画像処理され、解析される。 【００１９】トリガー用光源３２を常時点灯させてお
き、フローセル１８中を細胞が通過したことを細胞検出
器３４で検知し、細胞検知信号を発生させ、遅延回路３
６でこの細胞検知信号を一定時間遅延させたのち、撮像
用レーザーパルス光源２０を発光させることによっても
細胞を撮影することができる。 【００２０】遅延回路３６は、細胞が細胞検出器３４で
検知されてから撮像点３８に達するまでフローセル１８
中を流れる時間だけ撮像用レーザーパルス光源２０の発
光を遅延させるためのものである。 【００２１】また、細胞の大きさによって細胞検出器３
４で検知したパルスのパルス幅が異なるので、目的とす
る大きさの細胞を検知したときのみ、撮像用レーザーパ
ルス光源２０を発光させて、液体試料中の細胞を選択的
に撮像することもできる。なお、撮像用レーザーパルス
光源２０を一定の周期で連続的に発光させておくと液体
試料中に存在する細胞の濃度に応じた確率で細胞をとら
え、撮像することができる。システム制御・画像解析部
３０は、この細胞分析装置１０の全体の動作を制御する
働きもする。 【００２２】次に、トリガー用光源３２と細胞検出器３
４を備えた実施例について図２に基いて詳細に説明す
る。１８は横断面が長方形をしたフローセルであり、光
軸に直交する最も肉厚の薄い所で約０．３ｍｍの肉厚に
なっており、さらにこのセルの内径は一辺が０．１〜
０．５ｍｍ、他辺は０．２〜１ｍｍである。これらの寸
法は分析対象の試料に応じて可変である。試料を注入す
るノズル１９の内径は０．２〜０．５ｍｍに作られる。 【００２３】４０は可視光を発光する半導体レーザーで
あり、出力は２〜２０ｍＷである。４２はコリメートレ
ンズであり、光ディスク装置用として市販されているも
のが利用できる。このレンズ４２は開口数ＮＡが０．４
５〜０．６であり、光ビームの断面形状が楕円である平
行光を出力する。 【００２４】４４はコンデンサレンズであり、そのＦ数
は３０より小さく、焦点距離ｆは１０ｍｍ以上のもので
ある。このコンデンサレンズ４４は微動位置調整装置
（図示せず）によって、フローセル１８の中心部付近に
焦点を結ぶように位置を調整される。 【００２５】４６はシリンダーレンズであり、図３
（ａ）断面の形状の放射パターンを（ｂ）断面のように
絞る。図３（ｂ）断面の寸法Ｓは、コンデンサレンズ４
４のＦ数で決まり、寸法ｌは、シリンダレンズ４６によ
る非点収差の量で決まる。細胞検出用としては、Ｓ＝７
〜２０μｍ、ｌ＝１００〜３００μｍが適当である。上
述の半導体レーザー４０、コリメートレンズ４２、コン
デンサレンズ４４、シリンダーレンズ４６は図１におけ
るトリガー用光源３２を構成している。 【００２６】４８はビームストッパであり、直接光を遮
断し、光軸に対して２度以上の範囲の前方散乱光を透過
させる。このような低角度前方散乱光の強度は細胞の大
きさを反映することが知られている。 【００２７】５０はコレクタレンズであり、顕微鏡対物
レンズの低倍率のもの、すなわち４倍〜２０倍のものが
使用される。このコレクタレンズ５０は前方散乱光を後
述のピンホール５２の中心に集光する。 【００２８】５２はピンホールであり、ピンホール径は
倍率やフローセル１８の厚さに応じてφ０．２〜φ２ｍ
ｍの間に選ばれる。コレクタレンズ５０、および、ピン
ホール５２は、ともに、微動位置調整装置（図示せず）
によって、その位置を調整される。コレクタレンズ５０
とピンホール５２の間の距離は、コレクタレンズ５０に
生物顕微鏡用対物レンズを使用する場合には約１５０ｍ
ｍに、金属顕微鏡用対物レンズを使用する場合には約２
００ｍｍにする。 【００２９】またフローセル１８とコレクタレンズ５０
の間の距離に応じて、コレクタレンズ５０とピンホール
５２の間の距離は調整される。５４はフォトダイオード
またはピンフォトダイオードである。このフォトダイオ
ードまたはピンフォトダイオード５４には逆バイアス電
圧をかけ、接合容量を減少させることにより素子の応答
速度を上げている。 【００３０】このように素子の応答速度を上げないと、
細胞の通過が検知されてから細胞が撮像点３８に達する
までにレーザーパルス光源を発光させることが出来なく
なることがある。以上のコレクタレンズ５０、ピンホー
ル５２、フォトダイオード５４が図１における細胞検出
器３４の一部に相当する。 【００３１】５６はパルスレーザーダイオードであり、
これにはたとえば、浜松ホトニクス製Ｌ２３７６（波長
８９０ｎｍ、出力１０Ｗ）またはＳＡＮＤＥＲＳ製ＧＡ
ＡＰ−１２（波長８７０〜９０４ｎｍ、出力１２Ｗ）を
使用する。５８はコンデンサレンズＢであり、撮像用光
源側の拡大光学系を構成するものである。このコンデン
サレンズ５８の焦点位置Ｆは、図４に示すように、パル
スレーザーダイオード５６から見てフローセル１８の中
心位置よりもやや遠方にある。 【００３２】すなわち、この焦点位置Ｆは、ＣＣＤカメ
ラ６４で撮像したとき、画面内に充分な大きさで細胞の
像が得られるように設定される。また、コンデンサレン
ズ５８と焦点位置Ｆとの間の距離ｑと、パルスレーザー
ダイオード５６とコンデンサレンズ５８との間の距離Ｐ
との間には、ｑ／ｐ≫１０の関係があることが望まし
い。 【００３３】パルスレーザーダイオード５６とコンデン
サレンズ５８はそれぞれ、図１の撮像用レーザーパルス
光源２０および集光レンズ２２にほぼ相当する。６０は
コヒーレンシー低下用部品であり、たとえば、スリガラ
ス、または、光ファイバーの束が使用される。 【００３４】６２は撮像用レンズであり、倍率２０倍〜
４０倍の顕微鏡用対物レンズが使用され、図１の対物レ
ンズ２４に相当するものである。この撮像用レンズ６２
も微動位置調整装置（図示せず）によって、その位置を
調整される。６４はＣＣＤカメラである。 【００３５】次に、図２におけるパルスレーザーダイオ
ード５６のかわりに光源としてＮ２レーザー、ＹＡＧレ
ーザー、Ｎ２／Ｄｙｅレーザー、および、ＹＡＧレーザ
ーと高調波発振器との組合せ等を用いた場合の例を図５
に示す。この場合には、レーザー６６からの光が平行で
あるため図２のコンデンサレンズ５８は必要とせず、レ
ーザー光をそのままフローセル１８へ投射する。 【００３６】さらに、細胞検出のために図２のように前
方散乱光を検出することに加えて側方散乱光も検出する
様にした場合を図６に示す。この場合、６８はコレクタ
レンズであり、側方散乱光を検出する。前方散乱光に合
わせて側方散乱光を検出する様にしたことにより、細胞
検出をより確実に、かつ、多用途に実施できる。なぜな
らば、側方散乱光は細胞の大きさと細胞の表面または内
部状態を反映するため、細胞の大きさを主として反映す
る前方散乱光のみを検出する場合よりも情報量が増大
し、細胞の通過をより確実に検知できるものとなる。 【００３７】さらにまた、細胞の表面または内部状態を
反映した情報が得られるため、細胞の大きさだけでは識
別できなかった細胞の種類を正確に判定できるようにな
り、必要とする種類の細胞の通過時のみ撮像することも
可能となる。 【００３８】次に、本実施例の細胞分析装置１０の光学
分解能と、細胞が静止画像として促えられるためのシー
ス流の流速の限界に関して窒素レーザーを使用した場合
について述べる。 【００３９】窒素レーザーは波長３３７．１ｎｍ、パル
ス幅約１０ｎｓの強力な（ピーク出力：１００ＫＷ以上
のものがある）パルス発振が得られるものである。な
お、窒素レーザーの場合は紫外光であるため、以下に述
べる様に分解能に優れている。 【００４０】分解能δは、対物レンズの開口数ＮＡと光
の波長λで決り、 δ＝λ／ＮＡ の式が成り立つ。 【００４１】本実施例では、対物レンズ２４の開口数Ｎ
Ａは０．８５であったので、分解能δは δ＝λ／ＮＡ＝３３７．１／０．８５＝３９６．６〔ｎ
ｍ〕 となり、約０．４μｍである。 【００４２】一方、窒素レーザーのパルス幅Δｘは約１
０ｎＳであり、分解能が約０．４μｍであるから、細胞
が静止画像として見られるためのシース流の最高流速Ｖ
は、 Ｖ＝δ／Δｘ＝０．４０×１０−６／１０×１０−９＝
４０〔ｍ／Ｓ〕 となる。すなわち、約４０ｍ／ｓ以下の速度で細胞を流
せば、静止画像を得ることができる。 【００４３】しかし、余り流速を速くしすぎるとシース
流が乱れるので、実際には流速は約６ｍ／ｓ以下としな
ければならない。 【００４４】次に、本実施例の細胞分析装置１０を使用
して健常人の白血球を撮像し、得られた画像から白血球
をグループ分けした例を示す。まず、細胞内の顆粒等の
状態を良く認識できるように白血球を染色する。ここで
の染色方法は、塗抹方式では乾燥された血液に染色する
のに対し、採血した血を生きたままの状態で染色するこ
とに特色がある。 【００４５】細胞の染色および希釈方法は以下のとおり
である。 ａ．蒸留水１ｍｌに対し、ギムザ染色液１滴を加えてギ
ムザ希釈液を作る。 ｂ．ギムザ希釈液と血液原液４対１の割合で混合し、時
々攪拌しながら３０分程度染色する。 【００４６】上記の方法（この方法を以下、超生体染色
法と呼ぶ）で作成された試料は細胞分析装置１０へ入口
１４から流し込まれる。撮像点３８を通過中の細胞の像
はＣＣＤカメラ２６により促えられ、静止画像入力部２
８を介してシステム制御・画像処理部３０へ送られる。
得られた画像には、ちらつきや雑音の除去のための処理
が施される。 【００４７】上記の様にして得られた白血球画像は、４
つのグループに分けられる。表１は各グループの特徴と
出現率を示したものである。図７〜図１０は、各グルー
プの画像を示したものである。画像の一辺は、グループ
Ａ、グループＣ、グループＤが約３０μｍ、グループＢ
が約１５μｍである。 【００４８】【００４９】これらの白血球画像につき、メイ・キムザ
複合染色を施した塗抹標本や超生体染色を施した血液を
スライドグラスに採りカバーガラスで封じて作成した標
本の顕微鏡観察による白血球画像と比較した結果、グル
ープＡは好中球、グループＢはリンパ球、グループＣは
単球、グループＤは好酸球および好塩球であると同定さ
れた。 【００５０】したがって、本実施例の装置により、白血
球細胞を撮像し、さらに、得られた白血球の画像を解析
し、この白血球の大きさと顆粒の状態を認識することに
より表１に示す特徴に基いて白血球を各種細胞へ分類・
同定することができる。 【００５１】次に、本実施例装置におけるフローセルの
流れの中の赤血球を撮像した例を図１１に示す。図中の
周辺のリング状の縞は、赤血球による回折縞である。こ
の回折縞が赤血球の画像解析にとって妨げとなる場合に
は、レーザー光のコヒーレンスを低下させて回折現象を
弱めてやればよい。そのためには、例えば、集光レンズ
２２とフローセル１８の間にするガラスを配置すること
が適当である。 【００５２】 【発明の効果】本発明によれば以下に述べる様な特有の
効果が得られる。 （１）従来例のように単に定期的にストロボを点灯させ
るものではなく、流体中の粒子を的確にキャッチし、そ
のキャッチした粒子のみを撮像するので、無意味な撮像
を行うことはなく撮像効率が向上する。 【００５３】（２）レーザーパルス光源を用いているの
で、照射光のパルス幅を極めて狭くすることができるの
で、高速流体中の粒子についてもブレのない鮮明な静止
画像を得ることができる。 【００５４】（３）この静止画像を解析することによ
り、粒子の形状や内部状態についての情報を得ることが
できる。 【００５５】（４）スライドグラス上の粒子の顕微鏡観
察では得られなかった流れの中に存在するときの粒子の
形態が直接に観察できる。 【００５６】（５）装置に使用されるフローセルが角柱
状の場合、製作しやすく安価となる。また粒子通過の検
出を行い撮像用レーザーパルス光源の発光を制御する場
合にも、撮像用光学系の上部に粒子検出用光学系を備え
るだけでよいので、本発明による装置は構造が非常に簡
単であり、製造が容易であるとともにその保守および調
整がしやすい。
えば血球等の静止像を捉え、解析する粒子分析装置に関
するものである。 【０００２】従来から、細胞などの粒子の検査において
は、スライドグラス上に塗抹染色された粒子（細胞）を
顕微鏡を通して観察されていた。 【０００３】しかしながら、顕微鏡による観察を行うた
めには、その前に細胞の塗抹、固定、染色などの煩雑な
標本作成作業が必要であること、さらに、血球等の細胞
は生体中では血液等の流体中に存在しているのに対し、
細胞を固定した状態でしか観察できないため、必ずしも
本来の細胞の形態を正しく見ていない、という問題があ
った。 【０００４】一方、流体中の粒子の顕微鏡像を撮像する
試しみは、最近、いくつか行われている。たとえば、カ
ッヘル（Ｋａｃｈｅｌ）他「ザ・ジャーナル・オブ・ヒ
ストケミストリー・アンド・サイトケミストリー（Ｔｈ
ｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｉｓｔｏｃｈｅｍｉｓｔ
ｒｙ ａｎｄ Ｃｙｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）」第２７
巻第１号第３３５ページ（１９７９年）に記載された手
段は、懸濁液中の粒子を細孔へ一列に通過させ、そのと
きの電気インピーダンスの変化によって細胞の通過を検
知し、その瞬間にフラッシュランプを点灯させ、同時に
カメラで撮影して、粒子の静止画像を得るものである。 【０００５】また、特表昭５７−５００９９５号公報お
よび特開昭５８−７６７４０号公報に記載された手段
は、流体試料を流路に通し、撮像領域中において一定周
期でストロボを点灯させ、同時にＣＣＤカメラで撮影す
ることにより、流体中の粒子の静止画像を得るものであ
る。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】流体中の粒子の顕微鏡
像を撮影する試みのうち、前述のカッヘルのものにおい
ては、抵抗式および光式検出原理を併用しているため、
検出器の構造が非常に複雑となり調整がし難くなってい
る。 【０００７】また、特表昭５７−５００９９５号公報等
に記載されているものにおいても、撮像領域を形成する
フローセルの構造が非常に複雑で試料流体の流し方も複
雑になっている。 【０００８】これはさらに、単に定期的にストロボを点
灯させるものであって、流体中を流れる粒子を検知して
これを撮像するものではなく、撮像効率が悪い。即ち、
尿中の血液細胞などを検出する場合、粒子数が少なく、
粒子なしの状態が多発し、無意味な撮像を繰り返すこと
になる。 【０００９】さらに、パルスレーザー光源を使用するも
のとして特開昭６０−２５２２４５号公報に記載された
ものがあるが、この公報に記載されたものは、パルスレ
ーザー光によって細胞を撮像するものではなく、当然の
ことながら画像解析をするものでもない。 【００１０】従来のいずれのものも、粒子の画像解析お
よびその情報の利用については何ら述べられておらず、
本格的な粒子分析が不可能であるばかりでなく、それを
目的とするものでもない。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明は、粒子を浮遊さ
せた液体試料をシース液で囲繞して流動させるためのフ
ローセルと、上記粒子の流れる上記液体試料の領域にト
リガー用の光を常時照射するトリガー用光源と、上記粒
子の撮像時にパルス光を発光する撮像用レーザーパルス
光源と、上記トリガー用光源からの光を上記粒子が横切
ったことを検知して粒子検知信号を発生する粒子検出器
と、上記粒子検知信号に基づき上記撮像用レーザーパル
ス光源を発光させる手段と、上記撮像用レーザーパルス
光源からのパルス光を粒子に照射する集光レンズと、上
記パルス光による粒子の静止画像を撮像するための対物
レンズおよび撮像手段と、得られた静止画像を処理し解
析する画像処理部と、を具備することを特徴とする流体
中の粒子分析装置である。 【００１２】換言すれば、常時点灯されたトリガー用光
源と、トリガー用光源からの光線を粒子が横切ったこと
を検知して粒子検知信号を発する粒子検出器と、粒子検
知信号を撮像用レーザーパルス光源へ送る回路と、を備
えた流体中の粒子分析装置である。 【００１３】先ず、常時点灯されたトリガー用光源と粒
子検出器によって被検出粒子が検出され、検出された粒
子が、対物レンズの前に到達したタイミングで、撮像用
レーザーパルス光源が動作し、所定の粒子の静止画像を
得ることができる。そして、当該画像を分析することに
より、粒子の形状や内部状態についての情報を得ること
ができる。 【００１４】 【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１に示され
た画面に基いて説明する。当該実施例は、粒子としての
血液細胞を分析する装置であって、まず、細胞を希釈液
または染色液中に浮遊させた液体試料は、細胞分析装置
１０において、チヤンバー１２の上部の入口１４から供
給される。一方、チヤンバー１２の上方側西部の入口１
６からは、生理食塩水または蒸留水（以下これをシース
液と呼ぶ）が供給される。 【００１５】液体試料とシース液はともにチヤンバー１
２内を下方へ流れ、角柱状のフローセル１８に達する。
フローセル１８中では、液体試料はシース液にさや状に
とり囲まれた形で流れ、いわゆるシース流が形成されて
いる。 【００１６】次に、本実施例の光学系について述べる。
撮像用レーザーパルス光源２０としては窒素レーザー、
半導体レーザーまたはＹＡＧレーザー等を使用する。な
お、レーザーパルス光源としては必ずしもレーザーでな
くともよく、キセノンフラッシュランプでも実用に供し
得る。 【００１７】図１において矢印は光線の進行方向を示
す。撮像用レーザーパルス光源２０から発せられた光
は、集光レンズ２２で絞られ、その焦点はフローセル１
８中においてシース流の液体試料が流れる位置に結ばれ
る。この点を以下撮像点３８と呼ぶ。フローセル１８を
透過したレーザー光は対物レンズ２４に達する。 【００１８】レーザーパルス光が発せられたとき、液体
試料中の細胞が撮像点３８を通過すると、その細胞の全
体像がＣＣＤカメラ２６で撮像された細胞の画像は、静
止画像入力部２８へ送られ、システム制御・画像解析部
３０で画像処理され、解析される。 【００１９】トリガー用光源３２を常時点灯させてお
き、フローセル１８中を細胞が通過したことを細胞検出
器３４で検知し、細胞検知信号を発生させ、遅延回路３
６でこの細胞検知信号を一定時間遅延させたのち、撮像
用レーザーパルス光源２０を発光させることによっても
細胞を撮影することができる。 【００２０】遅延回路３６は、細胞が細胞検出器３４で
検知されてから撮像点３８に達するまでフローセル１８
中を流れる時間だけ撮像用レーザーパルス光源２０の発
光を遅延させるためのものである。 【００２１】また、細胞の大きさによって細胞検出器３
４で検知したパルスのパルス幅が異なるので、目的とす
る大きさの細胞を検知したときのみ、撮像用レーザーパ
ルス光源２０を発光させて、液体試料中の細胞を選択的
に撮像することもできる。なお、撮像用レーザーパルス
光源２０を一定の周期で連続的に発光させておくと液体
試料中に存在する細胞の濃度に応じた確率で細胞をとら
え、撮像することができる。システム制御・画像解析部
３０は、この細胞分析装置１０の全体の動作を制御する
働きもする。 【００２２】次に、トリガー用光源３２と細胞検出器３
４を備えた実施例について図２に基いて詳細に説明す
る。１８は横断面が長方形をしたフローセルであり、光
軸に直交する最も肉厚の薄い所で約０．３ｍｍの肉厚に
なっており、さらにこのセルの内径は一辺が０．１〜
０．５ｍｍ、他辺は０．２〜１ｍｍである。これらの寸
法は分析対象の試料に応じて可変である。試料を注入す
るノズル１９の内径は０．２〜０．５ｍｍに作られる。 【００２３】４０は可視光を発光する半導体レーザーで
あり、出力は２〜２０ｍＷである。４２はコリメートレ
ンズであり、光ディスク装置用として市販されているも
のが利用できる。このレンズ４２は開口数ＮＡが０．４
５〜０．６であり、光ビームの断面形状が楕円である平
行光を出力する。 【００２４】４４はコンデンサレンズであり、そのＦ数
は３０より小さく、焦点距離ｆは１０ｍｍ以上のもので
ある。このコンデンサレンズ４４は微動位置調整装置
（図示せず）によって、フローセル１８の中心部付近に
焦点を結ぶように位置を調整される。 【００２５】４６はシリンダーレンズであり、図３
（ａ）断面の形状の放射パターンを（ｂ）断面のように
絞る。図３（ｂ）断面の寸法Ｓは、コンデンサレンズ４
４のＦ数で決まり、寸法ｌは、シリンダレンズ４６によ
る非点収差の量で決まる。細胞検出用としては、Ｓ＝７
〜２０μｍ、ｌ＝１００〜３００μｍが適当である。上
述の半導体レーザー４０、コリメートレンズ４２、コン
デンサレンズ４４、シリンダーレンズ４６は図１におけ
るトリガー用光源３２を構成している。 【００２６】４８はビームストッパであり、直接光を遮
断し、光軸に対して２度以上の範囲の前方散乱光を透過
させる。このような低角度前方散乱光の強度は細胞の大
きさを反映することが知られている。 【００２７】５０はコレクタレンズであり、顕微鏡対物
レンズの低倍率のもの、すなわち４倍〜２０倍のものが
使用される。このコレクタレンズ５０は前方散乱光を後
述のピンホール５２の中心に集光する。 【００２８】５２はピンホールであり、ピンホール径は
倍率やフローセル１８の厚さに応じてφ０．２〜φ２ｍ
ｍの間に選ばれる。コレクタレンズ５０、および、ピン
ホール５２は、ともに、微動位置調整装置（図示せず）
によって、その位置を調整される。コレクタレンズ５０
とピンホール５２の間の距離は、コレクタレンズ５０に
生物顕微鏡用対物レンズを使用する場合には約１５０ｍ
ｍに、金属顕微鏡用対物レンズを使用する場合には約２
００ｍｍにする。 【００２９】またフローセル１８とコレクタレンズ５０
の間の距離に応じて、コレクタレンズ５０とピンホール
５２の間の距離は調整される。５４はフォトダイオード
またはピンフォトダイオードである。このフォトダイオ
ードまたはピンフォトダイオード５４には逆バイアス電
圧をかけ、接合容量を減少させることにより素子の応答
速度を上げている。 【００３０】このように素子の応答速度を上げないと、
細胞の通過が検知されてから細胞が撮像点３８に達する
までにレーザーパルス光源を発光させることが出来なく
なることがある。以上のコレクタレンズ５０、ピンホー
ル５２、フォトダイオード５４が図１における細胞検出
器３４の一部に相当する。 【００３１】５６はパルスレーザーダイオードであり、
これにはたとえば、浜松ホトニクス製Ｌ２３７６（波長
８９０ｎｍ、出力１０Ｗ）またはＳＡＮＤＥＲＳ製ＧＡ
ＡＰ−１２（波長８７０〜９０４ｎｍ、出力１２Ｗ）を
使用する。５８はコンデンサレンズＢであり、撮像用光
源側の拡大光学系を構成するものである。このコンデン
サレンズ５８の焦点位置Ｆは、図４に示すように、パル
スレーザーダイオード５６から見てフローセル１８の中
心位置よりもやや遠方にある。 【００３２】すなわち、この焦点位置Ｆは、ＣＣＤカメ
ラ６４で撮像したとき、画面内に充分な大きさで細胞の
像が得られるように設定される。また、コンデンサレン
ズ５８と焦点位置Ｆとの間の距離ｑと、パルスレーザー
ダイオード５６とコンデンサレンズ５８との間の距離Ｐ
との間には、ｑ／ｐ≫１０の関係があることが望まし
い。 【００３３】パルスレーザーダイオード５６とコンデン
サレンズ５８はそれぞれ、図１の撮像用レーザーパルス
光源２０および集光レンズ２２にほぼ相当する。６０は
コヒーレンシー低下用部品であり、たとえば、スリガラ
ス、または、光ファイバーの束が使用される。 【００３４】６２は撮像用レンズであり、倍率２０倍〜
４０倍の顕微鏡用対物レンズが使用され、図１の対物レ
ンズ２４に相当するものである。この撮像用レンズ６２
も微動位置調整装置（図示せず）によって、その位置を
調整される。６４はＣＣＤカメラである。 【００３５】次に、図２におけるパルスレーザーダイオ
ード５６のかわりに光源としてＮ２レーザー、ＹＡＧレ
ーザー、Ｎ２／Ｄｙｅレーザー、および、ＹＡＧレーザ
ーと高調波発振器との組合せ等を用いた場合の例を図５
に示す。この場合には、レーザー６６からの光が平行で
あるため図２のコンデンサレンズ５８は必要とせず、レ
ーザー光をそのままフローセル１８へ投射する。 【００３６】さらに、細胞検出のために図２のように前
方散乱光を検出することに加えて側方散乱光も検出する
様にした場合を図６に示す。この場合、６８はコレクタ
レンズであり、側方散乱光を検出する。前方散乱光に合
わせて側方散乱光を検出する様にしたことにより、細胞
検出をより確実に、かつ、多用途に実施できる。なぜな
らば、側方散乱光は細胞の大きさと細胞の表面または内
部状態を反映するため、細胞の大きさを主として反映す
る前方散乱光のみを検出する場合よりも情報量が増大
し、細胞の通過をより確実に検知できるものとなる。 【００３７】さらにまた、細胞の表面または内部状態を
反映した情報が得られるため、細胞の大きさだけでは識
別できなかった細胞の種類を正確に判定できるようにな
り、必要とする種類の細胞の通過時のみ撮像することも
可能となる。 【００３８】次に、本実施例の細胞分析装置１０の光学
分解能と、細胞が静止画像として促えられるためのシー
ス流の流速の限界に関して窒素レーザーを使用した場合
について述べる。 【００３９】窒素レーザーは波長３３７．１ｎｍ、パル
ス幅約１０ｎｓの強力な（ピーク出力：１００ＫＷ以上
のものがある）パルス発振が得られるものである。な
お、窒素レーザーの場合は紫外光であるため、以下に述
べる様に分解能に優れている。 【００４０】分解能δは、対物レンズの開口数ＮＡと光
の波長λで決り、 δ＝λ／ＮＡ の式が成り立つ。 【００４１】本実施例では、対物レンズ２４の開口数Ｎ
Ａは０．８５であったので、分解能δは δ＝λ／ＮＡ＝３３７．１／０．８５＝３９６．６〔ｎ
ｍ〕 となり、約０．４μｍである。 【００４２】一方、窒素レーザーのパルス幅Δｘは約１
０ｎＳであり、分解能が約０．４μｍであるから、細胞
が静止画像として見られるためのシース流の最高流速Ｖ
は、 Ｖ＝δ／Δｘ＝０．４０×１０−６／１０×１０−９＝
４０〔ｍ／Ｓ〕 となる。すなわち、約４０ｍ／ｓ以下の速度で細胞を流
せば、静止画像を得ることができる。 【００４３】しかし、余り流速を速くしすぎるとシース
流が乱れるので、実際には流速は約６ｍ／ｓ以下としな
ければならない。 【００４４】次に、本実施例の細胞分析装置１０を使用
して健常人の白血球を撮像し、得られた画像から白血球
をグループ分けした例を示す。まず、細胞内の顆粒等の
状態を良く認識できるように白血球を染色する。ここで
の染色方法は、塗抹方式では乾燥された血液に染色する
のに対し、採血した血を生きたままの状態で染色するこ
とに特色がある。 【００４５】細胞の染色および希釈方法は以下のとおり
である。 ａ．蒸留水１ｍｌに対し、ギムザ染色液１滴を加えてギ
ムザ希釈液を作る。 ｂ．ギムザ希釈液と血液原液４対１の割合で混合し、時
々攪拌しながら３０分程度染色する。 【００４６】上記の方法（この方法を以下、超生体染色
法と呼ぶ）で作成された試料は細胞分析装置１０へ入口
１４から流し込まれる。撮像点３８を通過中の細胞の像
はＣＣＤカメラ２６により促えられ、静止画像入力部２
８を介してシステム制御・画像処理部３０へ送られる。
得られた画像には、ちらつきや雑音の除去のための処理
が施される。 【００４７】上記の様にして得られた白血球画像は、４
つのグループに分けられる。表１は各グループの特徴と
出現率を示したものである。図７〜図１０は、各グルー
プの画像を示したものである。画像の一辺は、グループ
Ａ、グループＣ、グループＤが約３０μｍ、グループＢ
が約１５μｍである。 【００４８】【００４９】これらの白血球画像につき、メイ・キムザ
複合染色を施した塗抹標本や超生体染色を施した血液を
スライドグラスに採りカバーガラスで封じて作成した標
本の顕微鏡観察による白血球画像と比較した結果、グル
ープＡは好中球、グループＢはリンパ球、グループＣは
単球、グループＤは好酸球および好塩球であると同定さ
れた。 【００５０】したがって、本実施例の装置により、白血
球細胞を撮像し、さらに、得られた白血球の画像を解析
し、この白血球の大きさと顆粒の状態を認識することに
より表１に示す特徴に基いて白血球を各種細胞へ分類・
同定することができる。 【００５１】次に、本実施例装置におけるフローセルの
流れの中の赤血球を撮像した例を図１１に示す。図中の
周辺のリング状の縞は、赤血球による回折縞である。こ
の回折縞が赤血球の画像解析にとって妨げとなる場合に
は、レーザー光のコヒーレンスを低下させて回折現象を
弱めてやればよい。そのためには、例えば、集光レンズ
２２とフローセル１８の間にするガラスを配置すること
が適当である。 【００５２】 【発明の効果】本発明によれば以下に述べる様な特有の
効果が得られる。 （１）従来例のように単に定期的にストロボを点灯させ
るものではなく、流体中の粒子を的確にキャッチし、そ
のキャッチした粒子のみを撮像するので、無意味な撮像
を行うことはなく撮像効率が向上する。 【００５３】（２）レーザーパルス光源を用いているの
で、照射光のパルス幅を極めて狭くすることができるの
で、高速流体中の粒子についてもブレのない鮮明な静止
画像を得ることができる。 【００５４】（３）この静止画像を解析することによ
り、粒子の形状や内部状態についての情報を得ることが
できる。 【００５５】（４）スライドグラス上の粒子の顕微鏡観
察では得られなかった流れの中に存在するときの粒子の
形態が直接に観察できる。 【００５６】（５）装置に使用されるフローセルが角柱
状の場合、製作しやすく安価となる。また粒子通過の検
出を行い撮像用レーザーパルス光源の発光を制御する場
合にも、撮像用光学系の上部に粒子検出用光学系を備え
るだけでよいので、本発明による装置は構造が非常に簡
単であり、製造が容易であるとともにその保守および調
整がしやすい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による粒子分析装置の一実施例（細胞分
析装置）を示す概略図である。 【図２】本発明による粒子分析装置において半導体レー
ザーを使用した一実施例の光学系の説明図である。 【図３】本発明の実施例の粒子検出系における光放射パ
ターンを示す説明図である。 【図４】本発明の図２の実施例の撮像用光源側の拡大光
学系を示す説明図である。 【図５】本発明による粒子分析装置において、撮像用光
源としてＮ２レーザー等を使用した一実施例の光学系の
部分説明図である。 【図６】本発明の図２の実施例に側方散乱光検出系を加
えた場合の光学系の部分説明図である。 【図７】グループＡの白血球細胞を示す顕微鏡写真であ
る。 【図８】グループＢの白血球細胞を示す顕微鏡写真であ
る。 【図９】グループＣの白血球細胞を示す顕微鏡写真であ
る。 【図１０】グループＤの白血球細胞を示す顕微鏡写真で
ある。 【図１１】赤血球を示す顕微鏡写真である。 【符号の説明】 １０ 細胞分析装置 １２ チャンバー １４ 試料入口 １６ シース液入口 １８ フローセル ２０ 撮像用レーザーパルス光源 ２２ 集光レンズ ２４ 対物レンズ ２６ ＣＣＤカメラ ２８ 静止画像入力部 ３０ システム制御・画像解析部 ３２ トリガー用光源 ３４ 細胞検出器 ３６ 遅延回路 ３８ 撮像点
析装置）を示す概略図である。 【図２】本発明による粒子分析装置において半導体レー
ザーを使用した一実施例の光学系の説明図である。 【図３】本発明の実施例の粒子検出系における光放射パ
ターンを示す説明図である。 【図４】本発明の図２の実施例の撮像用光源側の拡大光
学系を示す説明図である。 【図５】本発明による粒子分析装置において、撮像用光
源としてＮ２レーザー等を使用した一実施例の光学系の
部分説明図である。 【図６】本発明の図２の実施例に側方散乱光検出系を加
えた場合の光学系の部分説明図である。 【図７】グループＡの白血球細胞を示す顕微鏡写真であ
る。 【図８】グループＢの白血球細胞を示す顕微鏡写真であ
る。 【図９】グループＣの白血球細胞を示す顕微鏡写真であ
る。 【図１０】グループＤの白血球細胞を示す顕微鏡写真で
ある。 【図１１】赤血球を示す顕微鏡写真である。 【符号の説明】 １０ 細胞分析装置 １２ チャンバー １４ 試料入口 １６ シース液入口 １８ フローセル ２０ 撮像用レーザーパルス光源 ２２ 集光レンズ ２４ 対物レンズ ２６ ＣＣＤカメラ ２８ 静止画像入力部 ３０ システム制御・画像解析部 ３２ トリガー用光源 ３４ 細胞検出器 ３６ 遅延回路 ３８ 撮像点
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ
Ｇ０１Ｎ 33/49 Ｇ０１Ｎ 33/49 Ａ
Ｋ
Ｇ０６Ｔ 7/00 Ｇ０６Ｆ 15/62 ３９５
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
G01N 15/14
G01N 21/85
G01N 33/48
G01N 33/483
G01N 33/49
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．粒子を浮遊させた液体試料をシース液で囲繞して流
動させるためのフローセルと、上記粒子の流れる上記液
体試料の領域にトリガー用の光を常時照射するトリガー
用光源と、上記粒子の撮像時にパルス光を発光する撮像
用レーザーパルス光源と、上記トリガー用光源からの光
を上記粒子が横切ったことを検知して粒子検知信号を発
生する粒子検出器と、上記粒子検知信号に基づき上記撮
像用レーザーパルス光源を発光させる手段と、上記撮像
用レーザーパルス光源からのパルス光を粒子に照射する
集光レンズと、上記パルス光による粒子の静止画像を撮
像するための対物レンズおよび撮像手段と、得られた静
止画像を処理し解析する画像処理部と、を具備すること
を特徴とする流体中の粒子分析装置。 ２．撮像用レーザーパルス光源からのパルス光のコヒー
レンシーを低下させる手段が備えられている請求項１記
載の流体中の粒子分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7354790A JP2869422B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 流体中の粒子分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7354790A JP2869422B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 流体中の粒子分析装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61238827A Division JPH073419B2 (ja) | 1986-10-07 | 1986-10-07 | 流体中の細胞分析方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0921741A JPH0921741A (ja) | 1997-01-21 |
| JP2869422B2 true JP2869422B2 (ja) | 1999-03-10 |
Family
ID=18439927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7354790A Expired - Fee Related JP2869422B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | 流体中の粒子分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2869422B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11448563B2 (en) | 2017-10-31 | 2022-09-20 | Tohoku University | Force measurement method, force measurement device, force measurement system, force measurement program, and recording medium |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6548821B1 (en) * | 1999-06-21 | 2003-04-15 | Komag, Inc. | Method and apparatus for inspecting substrates |
| JP4721338B2 (ja) * | 2005-10-20 | 2011-07-13 | リコーエレメックス株式会社 | 液吐出不良検出装置、およびインクジェット記録装置 |
| JP2007331158A (ja) * | 2006-06-13 | 2007-12-27 | Ricoh Elemex Corp | 液吐出不良検出装置、およびインクジェット記録装置 |
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- 1995-12-28 JP JP7354790A patent/JP2869422B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH0921741A (ja) | 1997-01-21 |
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