JP2893610B2

JP2893610B2 - 細胞分析装置

Info

Publication number: JP2893610B2
Application number: JP2149162A
Authority: JP
Inventors: 晃史山本
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1990-06-07
Filing date: 1990-06-07
Publication date: 1999-05-24
Anticipated expiration: 2014-05-24
Also published as: JPH0442056A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野この発明は、フローサイトメトリーを適用した細胞分
析装置に関し、詳しく言えば、前回測定時の試料が異常
の場合には、予め設定された分析領域を細胞数を統一
し、信頼性の向上を図る細胞分析装置に関する。

（ロ）従来の技術フローサイトメトリーは、例えば蛍光色素で標識され
た細胞（又はこれに準ずる粒子）を、細い液流中に流
し、流体力学的焦点合わせ効果により１列になって流れ
る細胞の一つ一つにレーザ光を照射し、細胞より生じる
散乱光や蛍光の強度、すなわち細胞光情報を瞬時に測定
し、細胞を分析するものである。このフローサイトメト
リーは、大量の細胞を高速度かつ高精度に分析できる特
長を有している。

このフローサイトメトリーを適用した細胞分析装置と
しては、試料中に複数の細胞集団が含まれている場合
に、１又は２以上の細胞集団についてのみ分析するため
に、細胞光情報より分析領域を自動的に設定し、この分
析領域に属する細胞光情報を選別する、いわゆるオート
トリガ機能を備えたものが知られている（例えば特願昭
62−22884号、特願昭63−193033号、特願昭63−193072
号）。

分析の客観性、互換性を保つためには、上記分析領域
内の細胞数が、各試料について均一に揃っていることが
望ましい。そこで、オートトリガ機能を備えた細胞分析
装置において、さらに細胞数統一機能を備えたものが提
案されている（特願昭63−320915号）この細胞分析装置では、直前に測定された試料の分析
領域を記憶しておき、今回の測定時にこの分析領域で細
胞数をカウントする。このカウントは、規定の細胞数n
_a0にαを余裕を持たせた（n_a0＋α）まで行う。

カウント数が（n_a0＋α）に達したならば、測定を終
了し、今回得られた細胞光情報に基づいて、今回の試料
の分析領域を自動的に設定する。分析領域は試料毎に異
なるから、今回の分析領域に属する細胞数ｎ′は、前記
（n_a0＋α）より少なくなる場合がある。しかし、余裕
αを十分にとっておけば、ｎ′がn_a0未満になることは
防止できる。従って、今回の分析領域に属する細胞数を
適当な手段で切り捨て、n_a0に合わすことが可能とな
る。

（ハ）発明が解決しようとする課題例えば、白血病患者等から採取した異常な試料の場合
には、設定される分析領域の位置、形状、大きさは、正
常な試料について設定された分析領域とは大きく異なる
場合がある。従って、上記細胞分析装置において、直前
に異常な試料を測定し、その時の分析領域を用いて、今
回測定時の細胞数を統一しようとすると、新しく設定さ
れた分析領域内に属する細胞の数が規定の値n_a0を下回
ったり、今回の分析領域設定自体がうまく行われなくな
るなどの事態が生じ、分析の信頼性が低下する問題点が
あった。

この発明は上記に鑑みなされたもので、異常な試料を
測定した後でも、分析の信頼性の低下しない細胞分析装
置の提供を目的としている。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用上記課題を解決するため、この発明の細胞分析装置
は、以下のｉ〜xii項に列挙する構成を有している。

i ：細胞浮遊液が流されるフローセルと、 ii ：このフローセル内を流れる細胞に光ビームを照射
する光源と、 iii :この光ビームが照射されたそれぞれの細胞につい
て、複数のパラメータよりなる細胞光情報を検出する細
胞光情報検出手段と、 iv ：この細胞光情報検出手段で得られる、１又は２以
上のパラメータに基づいて分析領域を設定する分析領域
設定手段と、 v ：この分析領域設定手段で設定された分析領域内
で、目的とする細胞集団の細胞光情報を収集する細胞光
情報収集手段と、 vi ：前記細胞光情報検出手段で検出された細胞光情報
及び前記細胞光情報収集手段で収集された目的細胞集団
の細胞光情報を演算処理する細胞光情報演算処理手段
と、 vii :前回測定時に、前記分析領域設定手段で設定され
た分析領域を記憶する第１の分析領域記憶手段と、 viii:今回測定時に、この第１の分析領域記憶手段に記
憶されている前回測定時の分析領域を再び設定し、この
分析領域内に属する細胞を計数する細胞計数手段と、 ix ：この細胞検出手段で計数された細胞数が所定の値
に達した時、前記分析領域設定手段で今回測定について
演算された新たな分析領域での細胞光情報の数を揃える
細胞数統一手段とを備えてなるものにおいて、 x ：予め設定される分析領域を記憶する第２の分析領
域記憶手段と、 xi ：前回測定時の分析領域が正常か否かを判定する分
析領域判定手段とを備え、 xii :この分析領域判定手段で正常でないと判定された
時に、前記細胞計数手段は、前記第２の分析領域記憶手
段に記憶されている分析領域を設定し、細胞を計数する
ことを特徴とするものである。

この発明の細胞分析装置では、第２の分析領域記憶手
段には、例えば手動で設定した分析領域が記憶される。
直前測定の試料が異常であると判定された場合には、こ
の分析領域を用いる代わりに、第２の分析領域記憶手段
に記憶されている分析領域を用いて細胞をカウントし、
分析の信頼性が低下するのを防止する。

（ホ）実施例この発明の一実施例を図面を用いて以下に説明する。

第２図は、実施例細胞分析装置の構成を示す図であ
る。２は、オートサンプラーであり、その試料ラック2a
には複数の試料容器３、…、３が装填されている。この
試料ラック2aは、図示しない駆動機構により駆動され、
指定の試料を、試料吸引チューブ４直下に位置させる。
さらに、このオートサンプラー２は、図示しない振とう
機構、冷却機構を備えており、定時的に試料を振とうす
ると共に、装填された試料容器３、…、３内の試料を低
温（例えば４℃〜10℃）に保持する。

前記試料吸引チューブ４は、三方弁５の１つのポート
に接続されている。三方弁５の他の２つのポートには、
試料送液チューブ6a、6bがそれぞれ接続されており、試
料送液チューブ6aと試料吸引チューブ４、あるいは試料
送液チューブ6aと6bとを連通させることができる。試料
送液チューブ6aの他端には、試料ポンプ７が設けられて
いる。一方、試料送液チューブ6bの他端は、シース液送
液チューブ８内に開口している。

このシース液送液チューブ８は、一端が送液ポンプ９
に接続され、他端がフローセル10に接続されている。フ
ローセル10は、石英ガラス等により構成され、内部のフ
ローチャネル10a内にシースフローが形成され、流体力
学的焦点合わせ効果により、試料中の細胞又は粒子がフ
ローチャネル10a中心軸上を一列になって流される。

フローセル10より流出した液は、廃液チューブ11に導
かれて、廃液タンク12に収容される。なお、この細胞分
析装置は、図示しないシース液タンクを備えており、前
記試料ポンプ７、送液ポンプ９にシース液が補充され
る。また、オートサンプラー２、ポンプ７、９等を含む
送液系は密閉可能で、バイオハザードを防止できる。

フローセル10の周囲には、レーザ（光源）14、光検出
器（細胞光情報検出手段）15a、15b、15c、15dが配設さ
れる。レーザ14よりのレーザビームｌは、フローチャネ
ル10aを流れる細胞（又は粒子）に照射される。この細
胞よりは、信号光が発生するが、その内前方方向のもの
は、前方散乱光として、レンズ16aに集光されて、光検
出器15aに入射する。17は、レーザビームｌが直接光検
出器15aに入射するのを防止するビームブロッカであ
る。

一方、細胞よりの90゜方向の信号光は、レンズ16bで
集光される。この信号光はその一部がダイクロイックミ
ラー18aで反射されて、90゜散乱光検出用の光検出器15b
に入射する。ダイクロイックミラー18aを透過した信号
光は、さらにその一部がもう一つのダイクロイックミラ
ー18bにより反射されて、フィルタ19aを透過して、緑色
蛍光用の光検出器15cに受光される。ダイクロイックミ
ラー18bを透過した光は、フィルタ19bを透過して赤色蛍
光用の光検出器15dに受光される。なお、例えばレーザ1
4には、アルゴンレーザやヘリウムネオンレーザ、前方
散乱光用の光検出器15aにはホトダイオード、その他の
検出器15b、15c、15dには光電子増倍管が適用される。

光検出器15a、15b、15c、15dの受光信号は、信号処理
回路部20で増幅されノイズを取除かれた後、アナログ／
デジタル（A/D）変換器21によりデジタル信号に変換さ
れて、MPU22に取り込まれる。

MPU22は、大きく分けてオートトリガに関する機能、
細胞数カウント・統一に関する機能及びその他の機能を
有している。オートトリガに関する機能としては、前方
散乱光強度I₀、90゜散乱光強度I₉₀についてのサイトグ
ラム及びそれぞれのヒストグラムを作成する機能、これ
らヒストグラムより極小点を抽出し、細胞光情報を画分
に分画する機能、目的細胞集団を含む画分内で最終の画
分を決定する機能等を有している。

細胞数カウント・統一に関する機能としては、予め手
動設定された画分及び直前測定の最終画分を記憶する機
能、今回測定時に直前測定時の最終画分又は予め手動設
定された画分を用いて細胞数をカウントする機能、今回
測定時に得られた最終画分内の細胞数を規定の数n_a0に
揃える機能、直前測定時の最終画分が正常か否かを判定
する判定機能等を備えている。

その他の機能としては、細胞数が揃えられた目的細胞
集団の光情報について蛍光特性解析を行う機能、前記試
料ポンプ７、送液ポンプ９及びオートサンプラー２を制
御する機能等を有している。

MPU22には、フロッピディスクドライブ23、キーボー
ド24、CRT25及びプリンタ26が接続されている。フロッ
ピディスクドライブ23は、測定条件（プロトコル）や測
定データ等を、フロッピディスクに保存させるためのも
のである。キーボード24は、プロトコルの選択・設定あ
るいはその他の指令をMPU22に入力するためのものであ
る。CRT25は、測定をモニタするためのものであり、プ
リンタ26は、MPU22の処理結果、例えばサイトグラムや
ヒストグラム等をプリントアウトするためのものであ
る。なお、図示しないが、入力手段としてマウス等も接
続される。

次に、実施例細胞分析装置の動作を説明する。

まず、分析目的に応じた処理が施された試料が、それ
ぞれ試料容器３に入れられて、試料ラック2aに装填され
る。例えば、リンパ球サブセットの解析を行う試料は、
患者の血液にフルオレセインイソチオシアネート（FIT
C）で標識したOKT4モノクローナル抗体及びファイコエ
リスリン（PE）で標識したCKT8モノクローナル抗体を反
応させた後、溶血処理して得られる。

細胞分析装置の電源がオンされると、図示しないROM
よりMPU22にプログラムが読込まれ、システムが立上が
る〔ステップ（以下STという）１、第１図（ａ）参
照〕。次に、測定する試料に適合するプロトコルが選択
・設定される。このプロトコルには、光検出器15a、15
b、15c、15dの検出ゲインや補正演算等の測定条件を内
容とするものである。これは、試料の処理方法が測定目
的に応じて異なるためであり、例えば各処理に用いられ
るモノクローナル抗体の細胞との反応性はそれぞれ異る
ため、光検出器15a、15b、15c、15dの検出ゲインを変更
する必要があり、また各モノクローナル抗体と蛍光色素
の結合様式がそれぞれ異なるため補正演算もそれに応じ
て変更する必要がある。

次にST2では、キーボード24より（又はマウス等よ
り）オートトリガを行う旨の指令が入力されているか否
かが判定される。この判定がYESの場合には、ST3へ分岐
し、NOの場合にはST10へ分岐する。

ST3では、今回の測定が新規か否かが判定される。こ
の判定がYESの場合にはST10へ、NOの場合にはST4へ分岐
する。

ST4では、直前測定時の最終画分をウィンドゥとして
使うか否かを判定する。この判定は、直前測定の最終画
分内についてのみ、例えばI₀、I₉₀のヒストグラムをそ
れぞれ作成し、これらヒストグラムのピーク位置、平均
値、標準偏差（SD）、変動係数（CV）等を算出し、基準
値と比較して異常か否かを判定する。異常である場合に
は、直前ウィンドゥを使わないとしてST10に分岐し、異
常でない場合には、直前ウィンドゥを使うとしてST5に
分岐する。なお、この判定は操作者が行うようにするこ
ともできる。

今ST10に分岐したものとして説明を進める。ST10で
は、新たにウィンドゥを手動設定するか否かを判定す
る。ST2、３よりST10に分岐した場合には、この判定はY
ESとなりST12に分岐する。一方、ST4よりST10に分岐し
た場合には、この判定はNOとなり、ST11に分岐する。

ST12では、操作者が例えばマウスを用いて、I₉₀−I₀
サイトグラム上にウィンドゥB_oを設定する〔第３図
（ａ）参照〕。このウィンドゥB_oはMPU22内のメモリ
（又はフロッピディスク）に格納される。一方、ST11で
は、このメモリに格納されたウィンドゥB_oを読み出し、
I₉₀−I₀サイトグラム上に設定する。ST11又はST12の処
理が終われば、ST13に進み測定が開始される。

ST13では、試料ラック2aが駆動され、最初に測定を行
う試料が入れられた試料容器３を試料吸引チューブ４直
下に位置させる。そして、三方弁５が試料吸引チューブ
４と試料送液チューブ6aとを連通するように切り替えら
れ、試料吸引チューブ４が試料容器３内に降下し、試料
ポンプ７が吸引側に駆動されて、試料が試料送液チュー
ブ6aに吸引される。

次に、三方弁５が試料送液チューブ6aと6bとを連通す
るように切り替えられ、試料ポンプ７が送液側に駆動さ
れ、試料が送液チューブ８に送られる。一方、送液ポン
プ９が送液側に駆動され、シース液がフローセル10に送
られる。フローチャネル10a内では、シースフローが形
成され流体力学的焦点合わせ効果により、細胞はフロー
チャネル10a中心軸上を一列になって流れていく。この
細胞の一つ一つについてレーザビームｌが照射され、前
方散乱光強度I₀、90゜散乱光強度I₉₀、緑色蛍光強度
I₉、赤色蛍光強度I_rがそれぞれ測定されていく。これら
細胞光情報は、フロッピディスク等に順次記憶されてい
く。

測定中は、上記手動で設定されたウィンドゥB₀に属す
る細胞の数が所定の（n_a0＋α）に達したか否かを判定
し、NOの場合にはこのST14の判定を繰り返す。ST14の判
定がYESになれば、ST15へ分岐して測定を終了する。

ST16では、ウィンドゥB₀内の細胞光情報について演算
を行い、最終画分B₀′を決定する。この演算には、前記
特願昭63−193033号、特願昭63−193072号等の方式が適
用される。

特願昭63−193033号の方式は、第５図（ａ）に示すよ
うに、I₉₀−I₀サイトグラム上のウィンドゥＢ内で、例
えばI₉₀軸に平行なラインl_iを設定し、各ラインl_i上で
ヒストグラムを作成して、このヒストグラムより極小点
又は所定のしきい値となる点を抽出し、これら抽出され
た点を結んで得られる領域を最終画分Ｂ′とするもので
ある。

一方、特願昭63−193072号の方式は、第５図（ｂ）に
示すように、I₉₀−I₀サイトグラムのウィンドゥＢ内で
最高度数値点ｑを決定し、この点ｑより放射状にライン
l_jを引き、各ラインl_jでヒストグラムを作成し、各ヒス
トグラムより極小点又は所定のしきい値となる点を抽出
し、これら抽出された点を結んで得られる領域を最終画
分Ｂ″とする。なお、最終画分を決定する方法には、そ
の他輪郭追跡法等があり、適宜変更可能である。

ST17では、細胞数統一処理を行う。これは、第６図に
示すように最終画分B_o′内の細胞光情報の内、n_a0を超
える部分を切り捨てることにより行われる。切り捨てら
れる部分は、第６図（ａ）に示すように後ろの部分を切
り捨てたり、（ｂ）のように最初の部分を切り捨てた
り、あるいは（ｃ）のように最初と最後の部分を切り捨
てる等の方法がある。

ST17で細胞数が統一されたデータについては、さらに
蛍光特性解析が行われる（ST18）。この蛍光特性解析で
は、最終画分B₀′に属する細胞について、緑色蛍光強度
I_g、赤色蛍光強度I_rについてそれぞれヒストグラムを作
成し、陽性率の算出等が行われる。この蛍光特性解析の
結果は、CRT25に表示され（ST19）、プリンタ26よりプ
リントアウトされる（ST20）。

ST21では、さらに測定すべき試料があるか否かが判定
される。この判定がYESの場合にはST1へ戻り、NOの場合
には分析を終了する。

さて、ST1へ戻り、直前の測定と同じプロトコルで、
かつオートトリガを行う場合には、ST1、２、３の順に
進みST4へ分岐する。直前の最終画分B₀′が正常で利用
でき得るならばST4よりST5へ分岐する。ST5では、この
最終画分B₀′を再びI₉₀−I₀サイトグラム上にウィンド
ゥとして設定する〔第３図（ｂ）参照〕。そして、ST13
と全く同様に測定を開始し（ST6）、ウィンドゥB₀′に
入る細胞をカウントし、これが所定数ｎ′に達したか否
かを判定する（ST7）。

ST7の判定がYESの場合には、ST8へ進み測定を終了す
る。続くST9では、オートトリガ演算が行われる。この
オートトリガ算出では、I₉₀、I₀データに基づき、I₉₀ヒ
ストグラム、I₀ヒストグラム〔第４図（ａ）（ｂ）参
照〕及びI₉₀−I₀サイトグラム〔第３図（ｂ）参照〕を
作成する。

そして、I₉₀ヒストグラムより極小点p₁、p₂、p₃、I₀
ヒストグラムより極小点p₄、p₅をそれぞれ抽出し、これ
らに基づきI₉₀−I₀サイトグラム上に画分B₁を設定し、
この画分B₁に属する細胞のデータを収集する。さらにこ
の画分B₁について、特願昭63−193033号、特願昭63−19
3072号等の方式を適用し、最終画分B₁′を決定する。そ
して、この最終画分B₁′について細胞数統一処理を行い
（ST17）、先と同様に蛍光特性解析等の処理が行われる
（ST18〜21）。

このようにして、以下順に試料の分析が進められてい
く。異常な試料がない限り、ST4からST5へ分岐し、ST1
〜４→ST5〜９→ST10〜21→ST1の順で測定が行われてい
く。

もし、直前に異常な試料が測定された場合には、ST4
からST10へ分岐する。この場合にはST10の判定がNOとな
ってST11へ分岐し、最初に手動設定されたウィンドゥB₀
を、再びI₉₀−I₀サイトグラム上に設定する。以降先と
同様にST13〜16の処理が行われる。このため、直前に異
常な試料を測定した場合でも、分析の信頼性が損なわれ
ることがなくなる。

なお、上記実施例では、リンパ球の分析を例にあげて
説明しているが、単球等白血球全般、赤血球、培養細胞
等の広範囲の試料の分析について、本発明は適用可能で
ある。

（ヘ）発明の効果以上説明したように、この発明の細胞分析装置は、予
め設定される分析領域を記憶する第２の分析領域記憶手
段と、前回測定時の分析領域が正常か否かを判定する分
析領域判定手段とを備え、この分析領域判定手段で正常
でないと判定された時に、細胞計数手段は、前記第２の
分析領域記憶手段に記憶されている分析領域を設定し、
細胞を計数することを特徴とするものであるから、直前
に異常な処理を測定しても、分析の信頼性が低下しない
利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び第１図（ｂ）は、この発明の一実施例
に係る細胞分析装置の動作を説明するフロー図、第２図
は、同細胞分析装置の構成を説明するブロック図、第３
図（ａ）及び第３図（ｂ）は、それぞれ同細胞分析装置
のオートトリガ演算を説明するための90゜散乱光強度−
前方散乱光強度のサイトグラム、第４図（ａ）及び第４
図（ｂ）は、それぞれ同細胞分析装置で得られた90゜散
乱光強度及び前方散乱光強度のヒストグラムの一例を示
す図、第５図（ａ）及び第５図（ｂ）は、それぞれ同細
胞分析装置における最終画分の決定を説明する図、第６
図は、同細胞分析装置の細胞数統一を説明する図であ
る。 10:フローセル、14:レーザ、 15a・15b・15c・15d:光検出器、 22:MPU、25:CRT、 26:プリンタ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】細胞浮遊液が流されるフローセルと、このフローセル内を流れる細胞に光ビームを照射する光
源と、この光ビームが照射されたそれぞれの細胞について、複
数のパラメータよりなる細胞光情報を検出する細胞光情
報検出手段と、この細胞光情報検出手段で得られる、１又は２以上のパ
ラメータに基づいて分析領域を設定する分析領域設定手
段と、この分析領域設定手段に設定された分析領域内で、目的
とする細胞集団の細胞光情報を収集する細胞光情報収集
手段と、前記細胞光情報検出手段で検出された細胞光情報及び前
記細胞光情報収集手段で収集された目的細胞集団の細胞
光情報を演算処理する細胞光情報演算処理手段と、前回測定時に、前記分析領域設定手段で設定された分析
領域を記憶する第１の分析領域記憶手段と、今回測定時に、この第１の分析領域記憶手段に記憶され
ている前回測定時の分析領域を再び設定し、この分析領
域内に属する細胞を計数する細胞計数手段と、この細胞計数手段で計数された細胞数が所定の値に達し
た時、前記分析領域設定手段で今回測定について演算さ
れた新たな分析領域での、細胞光情報の数を揃える細胞
数統一手段とを備えてなる細胞分析装置において、予め設定される分析領域を記憶する第２の分析領域記憶
手段と、前回測定時の分析領域が正常か否かを判定する分析領域
判定手段とを備え、この分析領域判定手段で正常でないと判定された時に、
前記細胞計数手段は、前記第２の分析領域記憶手段に記
憶されている分析領域を設定し、細胞を計数することを
特徴とする細胞分析装置。