JP3102935B2 - イメージングフローサイトメータ - Google Patents

イメージングフローサイトメータ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、血液や尿等の粒子成分
を含む試料液中の粒子成分や、懸濁液中の有機高分子等
の微小粒子を撮像し分析するイメージングフローサイト
メータ（ｉｍａｇｉｎｇ ｆｌｏｗ ｃｙｔｏ−ｍｅｔ
ｅｒ、粒子撮像型フローサイトメータ）に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】フローサイトメータにおいて、フローセ
ル中を毎秒数ｍと高速に流れる試料液中の粒子を撮像す
るのに、従来では、図５に示すように、ある一瞬だけ強
力な光を出すことの出来るパルスレーザ光源２９とビデ
オカメラ４３の組み合わせにより、振れの無い粒子画像
を撮像するのが一般的であった。フローセル１４内にお
いて、被検粒子１６を含むサンプル流の周囲にシース
（ｓｈｅａｔｈ）液を流してシースフロー（ｓｈｅａｔ
ｈ ｆｌｏｗ）を形成し、このサンプル細流１５にアル
ゴンレーザ発生装置１０からのレーザ光を照射し、粒子
からの光信号を受光素子（フォトマル等）２２で検出し
て、信号Ｓ１として信号処理装置２４へ送って信号処理
し、粒子の分析が行われる。なお、シースフローとは、
粒子を液流れの中央部に精度良く一列に整列させて通過
させるために、粒子の懸濁液の周囲を層流のシース液で
被覆した流れをいう。Ｓ４はパルス発光トリガ信号、２
７はレーザ電源、４６は画像処理装置、１２、３１はコ
ンデンサレンズ、２０、３３は対物レンズ、４１は投影
レンズ、１８はビームストッパである。
【０００３】特開昭６２−２５４０３７号公報には、フ
ローサイトメータにストリーク撮像装置を設けることに
より、粒子の検出と撮像装置による粒子の検出とをほぼ
同時に行い、予め設定しておいた特性値と合致した場合
にのみ撮像信号を処理すること、すなわち、特定の特性
の粒子のみを撮像することが開示されている。また、撮
像装置として高感度カメラ、撮像管を用い、瞬間的に全
体像を撮像することも開示されている。また、特開昭６
３−９４１５６号公報には、フローサイトメータにおい
て、粒子検出用光源を常時点灯させておき、細胞が通過
したことを細胞検出器で検知し、遅延回路で一定時間遅
延させた後、撮像用レーザパルス光源を発光させて細胞
を撮影することが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図５に示す従来の粒子
撮像型フローサイトメータにおいて、レーザ光源は高い
コヒーレンス（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ、可干渉性）を有し
ているため、得られた粒子画像は、干渉縞が目立つこと
があり、高画質の画像とは言えなかった。また、レーザ
光源は単色光であるので、粒子のカラー画像をとらえる
ことはできなかった。さらにガスタイプのパルスレーザ
光源は、サイズが大きく、電源も大規模であり、非常に
高価である。コヒーレンスの小さいキセノンフラッシュ
ランプを光源として用いれば、干渉縞の無い画像が得ら
れるが、キセノンフラッシュランプの発光時間は、一般
的には１μｓｅｃ以上と長く、この場合には、シース流
速を０．３ｍ／秒以下ぐらいにしないと、撮像画面が振
れてしまう。流速が、０．３ｍ／秒では、フローサイト
メータ本来の高い処理能力、すなわち単位時間当りの解
析細胞数をかせぐことができない。
【０００５】本発明は上記の諸点に鑑みなされたもの
で、発光時間の長い光源であっても鮮明な粒子画像を得
ることができる装置を提供することを目的とするもので
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１のイメージングフローサイトメータは、
図１に示すように、被検粒子１６を含むサンプル細流１
５に光を照射し、粒子からの光信号を検出するフローサ
イトメータにおいて、前記サンプル細流領域に光を照射
する粒子撮像用の光源２８と、前記サンプル細流領域に
おける粒子からの光を結像させるイメージインテンシフ
ァイヤ３８と、イメージインテンシファイヤ３８の出力
面の画像を撮像するビデオカメラ４２と、ビデオカメラ
４２からのビデオ信号を画像処理する画像処理装置４４
と、を備え、前記イメージインテンシファイヤ３８は、
高速ゲート付きのイメージインテンシファイヤであり、
前記粒子撮像用の光源２８の発光中にゲート信号Ｓ３に
よりイメージインテンシファイヤ３８のシャッタを開け
るようにしたことを特徴としている。前記のいずれの公
報にも、本発明の特徴である、高速ゲート付きイメージ
インテンシファイヤを用いて粒子の静止画像を撮像する
ことは記載されていない。請求項２のイメージングフロ
ーサイトメータは、請求項１の装置において、粒子撮像
用の光源２８は常時発光していることを特徴としてい
る。
【０００７】また、請求項３のイメージングフローサイ
トメータは、図２に示すように、前記サンプル細流領域
における粒子からの光を、赤、緑、青の３つの波長領域
の成分に分ける分光手段３５と、３成分に分光された透
過光をそれぞれ結像させるイメージインテンシファイヤ
３８ａ、３８ｂ、３８ｃと、イメージインテンシファイ
ヤ３８ａ、３８ｂ、３８ｃの出力面の画像をそれぞれ撮
像するビデオカメラ４２ａ、４２ｂ、４２ｃと、ビデオ
カメラ４２ａ、４２ｂ、４２ｃからの各ビデオ信号を画
像処理する画像処理装置４５と、を備え、前記イメージ
インテンシファイヤ３８ａ、３８ｂ、３８ｃは、それぞ
れ高速ゲート付きのイメージインテンシファイヤであ
り、前記粒子撮像用の光源２８の発光中にゲート信号Ｓ
３によりイメージインテンシファイヤ３８ａ、３８ｂ、
３８ｃのシャッタを開けるようにしたことを特徴として
いる。そして、請求項４のイメージングフローサイトメ
ータは、請求項３の装置において、粒子撮像用の光源２
８は常時発光していることを特徴としている。
【０００８】
【作用】高速に流れる粒子の静止画像を得るためには、
発光時間が短い必要がある。発光時間が長いと、ぶれた
画像になってしまう。また、充分な光量も必要である。
本発明では粒子撮像用光源２８の発光中にゲート信号Ｓ
３を発生させ、イメージインテンシファイヤ３８を動作
させ、粒子の静止画像を得ている。イメージインテンシ
ファイヤは、入力された微弱画像を増強し明るい画像に
して出力する。高速ゲート付きイメージインテンシファ
イヤは、ゲート信号ＯＮの状態でのみイメージインテン
シファイヤとして動作する。このため、光源の発光時間
にかかわりなく光源発光中に短時間だけゲート信号をＯ
Ｎすることにより、明るくぶれのない静止画像を得るこ
とができる。イメージインテンシファイヤ３８で得られ
た静止画像をビデオカメラ４２で撮像し、画像処理装置
４４にて画像処理する。
【０００９】請求項３の装置においては、透過光を赤、
緑、青の３成分に分光し、それぞれの画像について高速
ゲート付きイメージインテンシファイヤ３８ａ、３８
ｂ、３８ｃ及びビデオカメラ４２ａ、４２ｂ、４２ｃを
設けているので、一つの画像に対してＲ、Ｇ、Ｂ３成分
のビデオ信号を得ることができる。すなわちカラー画像
を得ることができる。また、請求項２、４の装置におけ
るように、撮像用の光源２８を常時発光させておき、撮
像したいときだけゲート信号Ｓ３によりイメージインテ
ンシファイヤを動作させて静止画像を得ることもでき
る。また、粒子検出系を設け、粒子検出に基づき、粒子
撮像用の光源２８を発光させたり、ゲート信号Ｓ３を発
生させてもよい。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を詳細に説明する。ただし、この実施例に記載されてい
る構成機器の材質、形状、その相対配置などは、とくに
特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみ
に限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎな
い。図１は、本発明のイメージングフローサイトメータ
の一実施例を示している。この装置は、図５に示す従来
のイメージングフローサイトメータに、インコヒーレン
ト光を照射する粒子撮像用の光源２８、粒子の透過光を
結像させる、高速ゲート付きのイメージインテンシファ
イヤ３８等を設けたものである。コヒーレンスの小さい
光源２８の例としては、キセノンランプやハロゲンラン
プが挙げられるが、そのランプはフラッシュ発光タイプ
のものでも、常時発光タイプのものでも良い。被検粒子
１６を含むサンプル流は、ガラス、プラスチック等の透
明体からなるフローセル１４へ導かれ、サンプル流の周
囲を被覆するようにシース液が供給されてシースフロー
が形成される。レーザ光源１０からのレーザ光は、コン
デンサレンズ１２を経てサンプル細流１５に照射され
る。粒子からの光信号は対物レンズ２０、ビームストッ
パ１８を経て受光素子２２で検出され、信号Ｓ１として
信号処理装置２４へ送られ信号処理される。信号処理装
置２４からのストロボ発光トリガ信号Ｓ２は、ストロボ
電源２６へ送られ、粒子撮像用の光源２８を発光させ、
粒子検出光の検出領域より下流のサンプル細流領域に、
コリメータレンズ３０及びコンデンサレンズ３２を介し
てインコヒーレント光を照射する。粒子からの透過光は
対物レンズ３４、投影レンズ３６を経て、高速ゲート付
きのイメージインテンシファイヤ３８の光電面（入力
面）に、粒子の透過光が結像される。イメージインテン
シファイヤ３８の出力面の画像は、リレーレンズ４０を
介してビデオカメラ４２に送られて撮像され、ビデオ信
号が画像処理装置４４に送られて画像処理される。
【００１１】図４は、イメージインテンシファイヤ３８
の動作原理を説明するための図である。イメージインテ
ンシファイヤ３８におけるゲート機能は、一般的には、
マイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）５６に対する光
電面５０の電位を正負に制御することによって実現され
る。すなわち、光電面５０の電位を正にすると、光電面
５０から放出された光電子は、ＭＣＰ５６に到達せず、
シャッタを閉じた状態になる。逆に光電面５０の電位を
負にすると、光電子は、ＭＣＰ５６に到達することがで
き、シャッタが開いた状態になる。このゲート機能の応
答性は、通常数nsecから数十nsecと非常に速い。５２、
５４は電子レンズ、５８は蛍光面である。今仮りに、シ
ース流速を５m ／sec 、画像の振れの許容範囲を０．３
μm とすると、ビデオカメラのＣＣＤ面に対する露光時
間は、６０nsec以下となる。そこで、上記ゲートＯＮの
時間を、６０nsec以下にすることによって振れの無い粒
子画像が得られる。６０nsec以下という短い露光時間
で、通常のランプとビデオカメラを用いて撮像しても、
ほとんど真黒な画像しか得られないが、光増倍率が数千
から数万倍というイメージインテンシファイヤ３８を付
加することによって、明るい画像を得ることができる。
【００１２】イメージインテンシファイヤ３８のゲート
をＯＮにするタイミングの制御について、図３に基づい
て説明する。従来のフローサイトメータとしての検出系
から得られる散乱光や蛍光強度の信号Ｓ１から、粒子が
フローセル１４の検出エリアを通過していることを検知
する。次に、上記検出エリアに対して、下流方向の位置
にあるビデオカメラ撮像エリアに粒子が到達するのを待
って、イメージインテンシファイヤ３８のゲートを、数
十nsecの期間だけＯＮにする。フラッシュ発光タイプの
ランプを用いる場合には、先にフラッシュ発光させるた
めのトリガをかけてから、ゲートをＯＮにする。フラッ
シュ発光させるためのトリガをかけてからイメージイン
テンシファイヤ３８のゲートをＯＮにするまでの時間
は、そのランプにトリガをかけてから、発光強度Ｌがピ
ークに達するまでの遅延時間ｔ１による。Ｓ２はストロ
ボ発光トリガ信号、Ｓ３はイメージインテンシファイヤ
ゲートＯＮ信号、ｔｍは、粒子がレーザ検出エリアから
ビデオカメラの撮像エリアまで移動する時間である。
【００１３】イメージインテンシファイヤ３８のゲート
をＯＮにすることによって、光電面５０に結像された粒
子像に応じた光電子が放出され、その光電子は、ＭＣＰ
（マイクロチャンネルプレート）５６に入力され、ここ
で数千倍に増倍される。増倍された光電子は、さらに出
力面である蛍光面５８を励起し、結果として数千倍に増
強された粒子像を得る。その蛍光面５８の像は、リレー
レンズ４０又は光ファイバを介してビデオカメラ４２の
ＣＣＤ面に結像される。ところで、ビデオカメラ４２に
は、累積時間が１／６０秒か１／３０秒の違いによるフ
ィールド累積タイプとフレーム累積タイプがあるが、垂
直解像度を重視する場合には、フレーム累積タイプのも
のを使用する必要がある。さらに、この場合に、まとも
な粒子静止画像を得るには、ゲート機能による露光時期
は、偶数フィールド期間中の１回だけの露光に限定され
る。１回だけの露光とは、多重露光をしないということ
である。従って、フローセル検出部を通過する粒子を、
全て撮像するということはできないが、ある特定の粒子
だけを撮像するというアプリケーション（応用）が好ま
しい。
【００１４】粒子を撮像するための光源２８として、キ
セノンランプやハロゲンランプといった白色光源を用い
ることによって、従来の単色光源では実現が困難であっ
た粒子のカラー画像を得ることができる。このための実
施例を図２に示す。ゲート機能付イメージインテンシフ
ァイヤとモノクロビデオカメラを３組設け、それぞれの
イメージインテンシファイヤ３８ａ、３８ｂ、３８ｃの
入力面の前に、粒子からの光を、赤、緑、青の３原色に
分解するためのフィルター又はプリズムを設け、各色ご
とに増倍して、ビデオカメラ４２ａ、４２ｂ、４２ｃで
撮像する。そして、それぞれのビデオカメラからのビデ
オ信号を、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）信号として、
カラービデオ信号を得る。３５ａ、３５ｂ、３５ｃは分
光手段（例えば、ダイクロイックミラー）、３６ａ、３
６ｂ、３６ｃは投影レンズ、４０ａ、４０ｂ、４０ｃは
リレーレンズ、４５は画像処理装置である。他の構成、
作用は図１の場合と同様である。
【００１５】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１） 高速応答可能なゲート付きイメージインテンシ
ファイヤを用いているので、発光時間の短い大光量のパ
ルスレーザ光源でなくても、キセノンランプ等の発光時
間の比較的長いランプ光源で、高速に流れる粒子に対し
ぶれのない、しかも明瞭な粒子画像を得ることができ
る。 （２） 光源としてキセノンランプ等のインコヒーレン
トな光源を用いれば干渉縞のない粒子画像を得ることが
できる。また、ランプを用いれば装置の低コスト、小型
化が図れる。 （３） 粒子画像を、赤、緑、青に分光し、各画像に対
しイメージインテンシファイヤ及びビデオカメラを設け
た場合には、単色光（レーザ光源）では実現困難であっ
たカラー画像を得ることができる。 （４） 請求項２及び４の装置においては、粒子撮像用
の光源を常時発光させても、ぶれのない明瞭な画像を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイメージングフローサイトメータの一
実施例を示す構成説明図である。
【図２】本発明のイメージングフローサイトメータの他
の実施例を示す構成説明図である。
【図３】本発明のイメージングフローサイトメータにお
ける各信号のタイミングを説明するための図である。
【図４】イメージインテンシファイヤの構造及び動作原
理を説明するための図である。
【図５】従来の装置の構成説明図である。
【符号の説明】
１０ レーザ光源 １４ フローセル １５ サンプル細流 １６ 被検粒子 ２２ 受光素子 ２４ 信号処理装置 ２６ ストロボ電源 ２８ 粒子撮像用の光源 ３５ 分光手段 ３８ イメージインテンシファイヤ ４２ ビデオカメラ ４４ 画像処理装置 ４５ 画像処理装置 Ｓ１ 蛍光・散乱光検出信号 Ｓ２ ストロボ発光トリガ信号 Ｓ３ イメージインテンシファイヤゲートＯＮ信号 Ｌ ランプ発光強度 Ｒ 赤色信号 Ｇ 緑色信号 Ｂ 青色信号

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被検粒子を含むサンプル細流に光を照射
    し、粒子からの光信号を検出するフローサイトメータに
    おいて、 前記サンプル細流領域に光を照射する粒子撮像用の光源
    と、 前記サンプル細流領域における粒子からの光を結像させ
    るイメージインテンシファイヤと、 イメージインテンシファイヤの出力面の画像を撮像する
    ビデオカメラと、 ビデオカメラからのビデオ信号を画像処理する画像処理
    装置と、 を備え、 前記イメージインテンシファイヤは、高速ゲート付きの
    イメージインテンシファイヤであり、前記粒子撮像用の 光源の発光中にゲート信号によりイメ
    ージインテンシファイヤのシャッタを開けるようにした
    ことを特徴とするイメージングフローサイトメータ。
  2. 【請求項２】 粒子撮像用の光源は常時発光しているこ
    とを特徴とする請求項１記載のイメージングフローサイ
    トメータ。
  3. 【請求項３】 被検粒子を含むサンプル細流に光を照射
    し、粒子からの光信号を検出するフローサイトメータに
    おいて、 前記サンプル細流領域に光を照射する粒子撮像用の光源
    と、 前記サンプル細流領域における粒子からの光を、赤、
    緑、青の３つの波長領域の成分に分ける分光手段と、 ３成分に分光された透過光をそれぞれ結像させるイメー
    ジインテンシファイヤと、 イメージインテンシファイヤの出力面の画像をそれぞれ
    撮像するビデオカメラと、 ビデオカメラからの各ビデオ信号を画像処理する画像処
    理装置と、 を備え、 前記イメージインテンシファイヤは、それぞれ高速ゲー
    ト付きのイメージインテンシファイヤであり、前記粒子撮像用の 光源の発光中にゲート信号によりイメ
    ージインテンシファイヤのシャッタを開けるようにした
    ことを特徴とするイメージングフローサイトメータ。
  4. 【請求項４】 粒子撮像用の光源は常時発光しているこ
    とを特徴とする請求項３記載のイメージングフローサイ
    トメータ。
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