JP4748919B2 - 携帯用フロー・サイトメータ - Google Patents

Description

【０００１】
同時係属の関連出願の相互参照
本出願は、全て参照により本明細書に合体する、同時係属の、＿＿＿＿＿出願のＣａｂｕｚ他の米国特許出願第＿＿＿＿＿、「フロー・サイトメトリのための流体駆動システム（ＦＬＵＩＤ ＤＲＩＶＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＦＬＯＷ ＣＹＴＯＭＥＴＲＹ）」、＿＿＿＿＿出願のＣａｂｕｚ他の米国特許出願第＿＿＿＿＿、「フロー・サイトメトリのための光検出システム（ＯＰＴＩＣＡＬ ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＦＬＯＷ ＣＹＴＯＭＥＴＲＹ）」、および１９９９年９月２３日出願の米国特許出願第０９／４０４，５６０号、「比例圧力または流量制御のためのアドレス指定可能バルブアレー（ＡＤＤＲＥＳＳＡＢＬＥ ＶＡＬＶＥ ＡＲＲＡＹＳ ＦＯＲ ＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮＡＬ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＯＲ ＦＬＯＷ ＣＯＮＴＲＯＬ）」に関する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、一般に、フロー・サイトメータに関する。さらに詳細には、本発明は、フロー・ストリーム中の微視的生体粒子の光学的特性を感知する携帯用フロー・サイトメータに関する。
【０００３】
発明の背景
フロー・サイトメトリーは、微視的生体粒子のいくつかの物理的かつ化学的特性を、粒子のいくつかの光学的特性を感知することによって決定するために用いられる技法である。このためには、シース液内での流体力学的集束を用いて、粒子を単一の列に配置する。次いで、この粒子を光ビームによって個々に照会する。各粒子は、光ビームを散乱し、散乱プロファイルを示す。この散乱プロファイルは、しばしば、異なる散乱角度で光の強さを測定することによって同定される。次いで、各粒子のいくつかの物理的および／または化学的特性が、散乱プロファイルから決定できる。
【０００４】
現在、フロー・サイトメトリーは、血液学、免疫学、遺伝学、食品化学、薬理学、微生物学、寄生虫学、および腫瘍学などを含む広く様々な適用分野で用いられている。多くの市販のフロー・サイトメータ・システムは、中央検査室の環境に留まらざるを得ない、比較的大きな卓上装置である点に限界がある。したがって、こうしたフロー・サイトメータは、しばしば、遠隔地では、または連続血液モニタリングには利用することができない。
【０００５】
発明の概要
本発明は、家庭や屋外などの遠隔地で使用できる携帯用または装着式のサイトメータを提供することによって、従来技術の欠点の多くを克服する。このようなフロー・サイトメータは、詳細な個人の血液検査評価をもたらし、統計的傾向を明らかにすることによって、患者の健康管理を向上させる助けとなる。早期に感染を発見することで、感染をより容易に治療できる。
【０００６】
軍事の適用分野では、本発明の携帯用サイトメータは、生物兵器による感染の早期発見をもたらすことによって、命を救う働きをすることができる。生物科学における活動の拡大により、危険な生物剤に不慮に曝される危険性が増していることは知られている。こうした生物兵器が容易に製造できることも、テロリスト、局地勢力、または第三世界の発展途上国が生物兵器を使用する深刻な脅威をもたらしている。細菌戦争を非合法化する国際協定の保護の欠如、また、こうした協定が違反されている可能性があるという説得力のある証拠により、生物学的防衛の優れた能力の必要性が強まっている。湾岸戦争中、米軍は、生物学的環境で行動する用意ができていなかった。細菌戦争中の効果的な保護を保証するために、暴露前の病原体剤の発見ならびに暴露後の初期感染の発見を協力して用いなければならなかった。
【０００７】
抗原に対する身体の自然防御の一環として、感染の発症時に白血球の数が増加する。好中球、リンパ球、単球、好酸球、および好塩基球を含む、いくつかのタイプの白血球がある。リンパ球は、侵入物を攻撃し、好中球およびマクロファージが侵入物を破壊するためにマークする抗体を作り出す。（結核や癌などの）慢性疾患のない個人では、全体の白血球数に対するリンパ球の割合の増加がウィルス感染を示す。一方、好中球の割合の増加は、バクテリア感染の進化を示す。好中球およびリンパ球の計数によって、ウィルスとバクテリアのどちらが原因であるかを区別して、明確な感染警告を出すことができる。
【０００８】
炭疽菌など、いくつかのバクテリア・エージェントの感染の最初の臨床症状は、１日から６日後に現れる。この症例の９９％では、炭疽菌の症状を示す患者が、治療不可能で死ぬ確率が非常に高い。しかし、最初の症状が現れる前に治療がなされると、ほとんどの患者をうまく治療することができる。したがって、症状が現れる前に、早期警告、および血液異常のための可能な治療介入をもたらすことが非常に望ましい。多くの症例では、こうした早期警告および治療は、多くの患者の転帰を大幅に改善させることができる。
【０００９】
本発明の例示の実施形態で、血液サンプルなどの流体サンプル中の選択された粒子を同定および／またはカウントするための携帯用サイトメータを提供する。例示の携帯用サイトメータは、流体サンプルを受け取るための流体受器を備えている。１つまたは複数のリザーバが、溶解およびシース液などの支持液を保存するために設けられている。多くの市販のフロー・サイトメータ・システム用に、流体に正確な圧力をかけるために、精密な流体駆動システムが提供されている。この手法には、精密流体駆動システムが大型で、複雑で、かなりの電力を要することがあるという制約がある。
【００１０】
こうした制約の多くを回避するために、例示の実施形態では、閉ループ・フィードバック経路によって制御される非精密流体ドライバを使用する。この非精密流体ドライバは、流体受器および様々な支持液リザーバに結合され、サンプル液および支持液に別々の圧力を加える。サンプル液および支持液の速度を制御するために、１つまたは複数の弁が流体ドライバに結合されている。弁を使用して、非精密流体ドライバによってサンプル液および支持液に加えられる非精密圧力を調整する。
【００１１】
フィードバック・ループを完成するために、フロー・センサが、流体ドライバの下流に設けられ、サンプル液および支持液の流体速度を測定する。制御装置または処理装置が、フロー・センサからの信号を受け取り、サンプル液および支持液の所望の流体速度をもたらすように適当な弁を調整する。フロー・センサは、熱風速計タイプのフロー・センサであることが好ましい。
【００１２】
一実施形態では、非精密流体ドライバは、手動で動力を与えられる。手動式流体ドライバは、たとえば、逆止め弁またはプランジャを有するバルブを備えることができる。どちらの場合も、手動でもたらされる圧力は、第１の圧力チャンバにもたらされるのが、好ましい。この場合、第１の圧力チャンバ内の圧力を第２の圧力チャンバへ制御可能に逃がすために第１の弁が設けられる。第２の弁は、第２の圧力チャンバ内の圧力を制御可能に排出するために、第２の圧力チャンバ内に設けられる。制御装置は、下流の流体流中の流体流量が第１の所定値より低くなる場合に、第１の弁を開け、下流の流体流中の流体流量が第２の所定値を超える場合に、第２の弁を開ける。各弁は、好ましくは、個々にアドレス可能かつ制御可能な、静電作動式マイクロバルブのアレイである。
【００１３】
制御されたサンプル液および支持液は、流体回路に供給される。この流体回路は、流体力学的集束をもたらし、それによって、所望の粒子が、シース液に囲まれたコア・ストリームに沿って一列に落下する。１つまたは複数の光源が、フロー・ストリームを透過する光をもたらし、１つまたは複数の光検出器が、フロー・ストリーム中の粒子の散乱プロファイルを検出する。処理ブロックは、光検出器からの出力信号を用いて、コア・ストリーム中の選択された粒子を同定および／またはカウントする。
【００１４】
この携帯用サイトメータは、「装着可能」であるように十分小さいハウジング内に設けることができる。一実施形態では、このハウジングは腕時計と同様のサイズである。装着式ハウジングは、たとえば、ベース、カバー、およびベースをカバーに固定するためのヒンジを備えることができる。非精密流体ドライバおよび調整弁は、カバー内に組み込むことができ、流体リザーバ、フロー・センサ、および流体回路は、ハウジング内に挿入される取外し可能なカートリッジ内に組み込むことができる。好ましくは、この流体回路は、血液サンプルを希釈し、赤血球溶解を行い、フローおよびコア・ストリームの形成のための流体力学的集束をもたらす。好ましくは、光源は、ベースおよびカバーのどちらにも配置され、取外し可能なカートリッジのフロー・ストリームと位置合せされる。光検出器は、好ましくは、通常、光源の反対側に設けられる。処理装置および電池は、ハウジングのベースおよびカバーのどちらにも設けられる。
【００１５】
光源は、第１の光源軸に沿った第１の光源の直線アレイを含むことができる。第１の光源軸は、好ましくは、フロー・ストリームの中心軸に対して回転する。各光源に隣接してレンズを設けて、コア・ストリーム中の粒子に光を集束することができる。次いで、第１組の光検出器を、各光源に整列して配置することができる。こうした配置は、たとえば、フロー・ストリーム中のコア・ストリームの位置合せおよび幅を決定するために用いることができる。粒子のコア・ストリームが適切に位置合せされていない場合、制御装置が、サンプル液、または支持液の１つの流体速度を調整して、コア・ストリームを位置合わせする。第１組の光検出器は、各粒子の速度およびサイズ、ならびに粒子数を検出するために用いることもできる。
【００１６】
第２組の光源を、第２の光源軸に沿って設けることができる。レンズを各光源に隣接して設けて、コア・ストリーム中の粒子に光を集束することができる。次いで、フロー・ストリーム中の選択された粒子によってもたらされる小角散乱（ＳＡＬＳ）を測定するため、第２組の光検出器を、各光源の整列位置のどちら側にも配置することもできる。
【００１７】
この第２組の光源は、第１組の光源と共に用いて、フロー・ストリーム中の粒子の飛行時間または速度を決定することもできる。粒子の速度を知ることによって、流体ドライバによって生じる流量の小さな変化を制御装置によって最小限に抑えまたは回避することができる。
【００１８】
第３組の光源を第３の光源軸に沿って設けることができる。レンズを各光源に隣接して設けてフロー・ストリームに平行な光をもたらすことができる。次いで、フロー・ストリーム中の選択された粒子によってもたらされる前方散乱（ＦＡＬＳ）を測定するために、好ましくは、環状の光検出器を、光源の反対側に配置する。各第１組、第２組、第３組の光源は、好ましくは、共通基板上に作成された垂直空洞面発光レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒｓ）（ＶＣＳＥＬ）などのレーザ・アレイを備える。各第１組、第２組、第３組の光検出器は、好ましくは、ｐ−ｉ−ｎ型フォトダイオード、ＦＥＴ集積回路を備えたＧａＡｓフォトダイオード、共振空洞型フォト・ディテクタ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃａｖｉｔｙ Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）（ＲＣＰＤ）、または他の適当な光検出器など、フォト・ディテクタ・アレイを備える。
【００１９】
選択された粒子は、好ましくは、好中球および／またはリンパ球白血球である。各粒子の散乱プロファイルを検査することによって、本発明の携帯用サイトメータは、好ましくは、血液サンプル中の好中球およびリンパ球を同定しカウントして、ウィルスかバクテリアのどちらが原因であるかを示す明確な感染警告をもたらす。
【００２０】
本発明の他の目的および本発明に伴う利点の多くは、全ての図で同じ参照番号が同じ部品を示す添付の図面と共に検討すると、下記の詳細な説明を参照して、よりよく理解され、容易に評価されるであろう。
【００２１】
好ましい実施形態の詳細な説明
図１は、本発明による携帯用サイトメータの例の斜視図である。この携帯用サイトメータは、全般的に１０で示され、ハウジング１２および取外し可能なまたは交換可能なカートリッジ１４を備える。例示のハウジング１２は、ベース１６、カバー１８、およびベース１６をカバー１８に取り付けるヒンジ２０を備える。ベース１６は、光源２２のアレイ、関連する光学系およびサイトメータの操作のために必要な電子装置を備える。カバー１２は、手動式加圧要素、制御マイクロバルブ付の圧力チャンバ、関連する光学系を含む光検出器２４を備える。
【００２２】
取外し可能なカートリッジ１４は、好ましくは、サンプル・コレクタ・ポート３２を介してサンプル液を受け取る。キャップ３８は、取外し可能なカートリッジ１４を使用していない場合、サンプル・コレクタ・ポート３２を保護するために使用することができる。取外し可能なカートリッジ１４は、好ましくは、血液の希釈、赤血球溶解、およびコアの形成のための流体力学的集束をもたらす。取外し可能なカートリッジ１４は、Ｍｉｃｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから入手可能な流体回路と同様の構造であってもよい。そのいくつかは、エッチングされたチャンネルを備える積層構造を用いて製造されている。
【００２３】
取外し可能なカートリッジ１４は、カバー１８が開位置にある場合にハウジング内に挿入される。取外し可能なカートリッジ１４は、ベース１６内でレジストレーション・ピン２８ａおよび２８ｂを受けるための穴２６ａおよび２６ｂを備えることができ、ベース１６は、装置の異なる部分間の位置合せおよび結合をもたらす助けをする。取外し可能なカートリッジ１４は、好ましくは、透明フロー・ストリーム窓３０を備えることもでき、この窓は、光源２２および光検出器２４のアレイと位置合せしている。カバーが閉位置に移動し、システムに圧力を加える場合、カバー１８は、それぞれ圧力供給ポート３６ａ、３６ｂおよび３６ｃを介して、取外し可能なカートリッジ１４内の受圧ポート３４ａ、３４ｂおよび３４ｃに制御した圧力を加える。
【００２４】
検査を開始するには、カバー１８を持ち上げ、新しいカートリッジ１４をベース１６上に配置し見当合せする。血液サンプルを、サンプル・コレクタ・ポート３２内に導入する。カバー１８を閉じ、システムを手で加圧する。加圧後、装置は、白血球サイトメトリー測定を行う。取外し可能なカートリッジ１４が、血液の希釈、赤血球溶解、およびコアの形成のための流体力学的集束をもたらす。光源２２、光検出器２４、および関連する制御および処理電子装置は、光散乱信号に基づく白血球の区別およびカウントを行う。ハウジング１２用にヒンジ式構造を用いず、スライド式カートリッジ・スロットまたは他のいずれかの適した構造を用いることもできることを考慮されたい。
【００２５】
図２は、図１の携帯用サイトメータの例の概略図である。上記のように、ベース１６は、光源２２アレイ、関連する光学系、およびサイトメータの操作に必要な制御装置または処理装置４０を備えることができる。ベース１６は、サイトメータに電力を与えるための電池４２を備えることもできる。図では、カバー１２は、手動式加圧要素４４、制御マイクロバルブを備える圧力チャンバ４６ａ、４６ｂおよび４６ｃ、および関連する光学系を備える光検出器２４アレイを有する。
【００２６】
取外し可能なカートリッジ１４は、サンプル・コレクタ・ポート３２を介してサンプル液を受けることができる。カバー１８によって加圧されると、取外し可能なカートリッジ１４は、血液を希釈し、赤血球を溶解し、好ましい実施形態内でのコア形成のための流体力学的集束をもたらす。形成後、コアは、フロー・ストリーム経路５０の下流に設けられ、フロー・ストリーム経路５０は、図１のフロー・ストリーム窓３０を通る。ベース内の光源２２アレイおよび関連光学系は、フロー・ストリーム窓３０を介してコア・ストリームを透過する光をもたらす。光検出器アレイおよび関連光学系も、フロー・ストリーム窓３０を介して、コアからの散乱光および非散乱光を受ける。制御または処理装置４０は、検出器アレイから出力信号を受け取り、コア・ストリーム中に存在する選択された白血球を区別し、カウントする。
【００２７】
取外し可能なカートリッジ１４は、各流体の速度の制御を助けるため、流体制御ブロック４８を備えることもできることを考慮されたい。例示の実施形態では、この流体制御ブロック４８は、様々な流体の速度を感知し、この速度を制御装置または処理装置４０に知らせるためのフロー・センサを備えている。制御装置または処理装置４０は、次いで、圧力チャンバ４６ａ、４６ｂおよび４６ｃに関連してマイクロバルブを調整し、所望の圧力をもたらし、それによってサイトメータの適切な操作のための所望の流体速度をもたらす。
【００２８】
血液および他の生物学的廃棄物は、病気を蔓延させる可能性があるため、好ましくは、取外し可能なカートリッジ１４は、フロー・ストリーム窓３０の下流に廃棄物リザーバ５２を有する。廃棄物リザーバ５２は、取外し可能なカートリッジ１４中のフロー・ストリームの流体を受け取り、保存する。検査が完了した場合、取外し可能なカートリッジを取外し、好ましくは生物学的廃棄物に適合性のある容器内に廃棄することができる。
【００２９】
図３は、カバー１８を押し下げていない、図２の携帯用サイトメータを示すより詳細な概略図である。図４は、カバーを押し下げた、図２の携帯用サイトメータを示すより詳細な概略図である。カバー１８は、図では、手動式加圧要素４４、圧力チャンバ４６ａ、４６ｂおよび４６ｃ、および全般的に６０で示す制御マイクロバルブを有する。光源および光検出器のアレイは、これらの図には示されていない。
【００３０】
３つの圧力チャンバ４６ａ、４６ｂおよび４６ｃがあり、それぞれ加圧すべき各流体用である。例示の実施形態では、圧力チャンバ４６ａは、血液サンプル・リザーバ６２に圧力を加え、圧力チャンバ４６ｂは、溶解液リザーバ６４に圧力を加え、圧力チャンバ４６ｃは、シース液リザーバ６６に圧力を加える。各圧力チャンバ４６ａ、４６ｂおよび４６ｃのサイズおよび形は、対応する流体に特徴付けられた所望の圧力を加えるようにあつらえることができる。
【００３１】
圧力チャンバ４６ａは、第１の圧力チャンバ７０および第２の圧力チャンバ７２を備える。第１の弁７４は、第１の圧力チャンバ７０内の圧力を第２の圧力チャンバ７２へ制御可能に逃がすために、第１の圧力チャンバ７０と第２の圧力チャンバ７２の間に設けられる。第２の圧力チャンバ７２と流体連通する第２の弁７６は、第２の圧力チャンバ７２内の圧力を制御可能に排出する。各弁は、好ましくは、たとえば、参照のため本明細書に合体する、同時係属の米国許出願第０９／４０４，５６０号、「比例圧力または流量制御用のアドレス指定可能バルブアレイ（ＡＤＤＲＥＳＳＡＢＬＥ ＶＡＬＶＥ ＡＲＲＡＹＳ ＦＯＲ ＲＯＰＯＲＴＩＯＮＡＬ ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＯＲ ＦＬＯＷ ＣＯＮＴＲＯＬ）」に記載されているような、個々にアドレス可能かつ制御可能な静電作動式マイクロバルブのアレイである。圧力チャンバ４６ｂおよび４６ｃは、同様の弁を備えて、それぞれ溶解液リザーバ６４およびシース液リザーバ６６に加えられた圧力を制御する。あるいは、各弁が、制御された「有効な」流れまたは漏れ率をもたらすように、制御可能なデューティー・サイクルでパルス変調された静電作動式マイクロバルブのアレイであってもよい。
【００３２】
取外し可能なカートリッジ１４は、カバー１８から制御された圧力を受けるための受圧ポート３４ａ、３４ｂおよび３４ｃを有する。制御された圧力は、図に示すように、血液リザーバ６２、溶解液リザーバ６４、およびシース液リザーバ６６に加えられる。溶解液リザーバ６４およびシース液リザーバ６６は、好ましくは、取外し可能なカートリッジ１４が使用のために輸送される前に充填され、血液リザーバ６２は、サンプル・コレクタ・ポート３２から充填される。血液サンプルは、サンプル・コレクタ・ポート３２に供給され、毛管作用によって、血液サンプルは、血液リザーバ６２中に吸引される。血液サンプルを血液リザーバ６２中に入れた後、カバー１８を閉じ、システムを加圧することができる。
【００３３】
フロー・センサは、流体力学的集束以前に各流体と整列して設けられる。各フロー・センサ８０、１００および１０２は、対応する流体の速度を測定する。このフロー・センサは、好ましくは、熱風速計タイプのフロー・センサであり、さらに好ましくは、マイクロブリッジ（ｍｉｃｒｏｂｒｉｄｇｅ）タイプのフロー・センサである。マイクロブリッジ・フロー・センサは、たとえば、参照のため全てを本明細書に合体する、米国特許第４，４７８，０７６号、米国特許第４，４７８，０７７号、米国特許第４，５０１，１４４号、米国特許第４，６５１，５６４号、米国特許第４，６８３，１５９号および米国特許第５，０５０４２９号に記載されている。各フロー・センサ８０、１００および１０２からの出力信号は、制御装置または処理装置４０に送られる。
【００３４】
血液サンプルの速度が第１の所定値よりも下がる場合は、制御装置または処理装置４０が第１の弁７４を開け、血液サンプルの速度が第２の所定値よりも上がる場合は、第２の弁７６を開ける。弁８４、８６、９４および９６は、同様に溶解液およびシース液の速度を制御する。
【００３５】
操作中、またシステムを加圧するために、手動式加圧要素４４を押し下げる。図に示した例では、手動式加圧要素４４は、３つのプランジャを備え、各プランジャは、第１の圧力チャンバのうちの対応する１つ内で受けられる。このプランジャは、第１の圧力チャンバ中に比較的高い非精密圧力をもたらす第２のチャンバ内に制御可能な漏れをもたらす第１の弁７０、８４および９４を開けることによって、より低い、制御された圧力が、第２のチャンバ中にもたらされる。２つの大きな圧力が、第２の圧力チャンバ中にもたらされる場合は、対応する通気弁７６、８６および９６を開けて、圧力を逃がす。
【００３６】
カバー１８を閉じる場合は、通常、第１の弁７４、８４および９４を閉じ、通気弁７６、８６および９６を開ける。所定の圧力Ｐが、第１の圧力チャンバ中にもたらされた場合、通気弁７６、８６および９６を閉じ、第１の弁７４、８４および９４を開けて、第２の圧力チャンバ中により低い圧力Ｐ’をもたらす。第２の圧力チャンバ中の制御された圧力は、血液、溶解液およびシース液用の流体流をもたらすための取外し可能なカートリッジ１４の流体回路に必要な圧力をもたらす。次いで、流体流の速度を下流のフロー・センサ８０、１００および１０２によって測定する。各フロー・センサは、制御装置または処理装置４０が、対応する第１の弁および通気弁の操作を制御して、各流体に所望の一定の流れをもたらすようにするために使用する出力信号を提供する。
【００３７】
全般的に１１０で示されている下流の弁を提供することもできる。制御装置または処理装置４０は、システムが加圧されるまで、下流の弁１１０を閉じることができる。これは、血液、溶解液、シース液が、回路が加圧される前に流体回路内に流れ込むのを防ぐ助けをする。他の実施形態では、下流の弁１１０は、カバーを閉じた場合、機械的作用によって開けられる。
【００３８】
図５は、バルブ１００および逆止め弁１０２を有する手動式流体ドライバの例を示す概略図である。逆止め弁１０２は、好ましくは、空気を第１の圧力チャンバ１０４内へ入れるが、そこから外には出さない一方向の弁である。バルブ１００が押し下げられると、バルブ１００の内部１０６内の空気が逆止め弁１０２を通って第１の圧力チャンバ１０４内へ入るように押される。好ましくは、大気からの空気をバルブ１００の内部１０６内へ入れるが、そこから外には出さないもう１つの一方向の通気弁１０５を設ける。したがって、バルブが開放されると、一方向の通気弁１０５は、代わりの空気をバルブ１００内へ流れ込むようにさせる。
【００３９】
手動操作式流体ドライバを使用せずに、たとえば、静電作動式メソ・ポンプ（ｍｅｓｏ−ｐｕｍｐ）を備える、比較的小さい圧力源を使用することもできることも考えられる。このようなメソ・ポンプの１つが、たとえば、参照により本明細書に合体するＣａｂｕｚの米国特許第５，８３６，７５０号に記載されている。
【００４０】
図６は、マイクロバルブのアドレス可能な８×７アレイがもたらす比例圧力制御を示すグラフである。図７に示したグラフを作成するために、６．５ｐｓｉを第１の圧力チャンバ１２０に加えた。第２の圧力チャンバ１２２に小さい開口を設けた。マイクロバルブは、１２４で示されており、第２の圧力チャンバ１２２中に圧力を逃がす。閉じるべきアドレス可能なマイクロバルブの数を変えることによって、第２の圧力チャンバ中の圧力を変化させ、制御することができる。図に示したグラフでは、第２の圧力チャンバ１２２中の圧力は、マイクロバルブの８×７アレイのゼロを閉じる場合は、約０．６ｐｓｉから変え、マイクロバルブのすべての８×７アレイを閉じる場合は、約６．５ｐｓｉに変えることができる。こうした低電力の微細加工されたシリコン・マイクロバルブは、１０ｐｓｉ以上の圧力を制御するために使用できる。
【００４１】
図７は、図３の流体力学的集束ブロック８８によるフロー・ストリームおよびコアの形成を示す概略図である。この流体力学的集束ブロック８８は、流体ドライバから制御された速度で血液、溶解液、シース液を受け取る。血液は、赤血球が取り除かれるように、溶解液と混合される。これは、しばしば、赤血球溶解と呼ばれる。残った白血球は、シース液に覆われてフロー・ストリーム５０をもたらす中心管腔１５０を下るように供給される。フロー・ストリーム５０は、シース液１５２に覆われたコア・ストリーム１６０を含む。白血球１５４および１５６が、一列になるように、チャンネルの寸法は、図に示すように小さくされる。シース液の速度は、好ましくは、コア・ストリーム１６０の速度の約９倍である。しかし、シース液およびコア・ストリーム１６０の速度は、フロー・チャンネル内に層流を維持するように十分低く維持される。
【００４２】
光エミッタ２２および関連光学系は、好ましくは、フロー・ストリーム５０の一側面に隣接して設けられる。光検出器２４および関連光学系は、フロー・ストリーム５０を介して光エミッタ２２からの光を受けるために、フロー・ストリーム５０のもう一方の側に設けられる。光検出器２４からの出力信号は、制御装置または処理装置４０に送られ、コア・ストリーム１６０中の選択された白血球を同定および／またはカウントするために分析される。
【００４３】
図８は、図７のコア・ストリーム１６０の分析のための光源のアレイおよび光検出器のアレイを示す概略図である。光源は、符号「＋」で示され、検出器はボックスで示されている。図に示した実施形態では、光源のアレイは、フロー・ストリーム５０の一方の側に隣接して配置され、光検出器のアレイは、フロー・ストリームのもう一方の側に隣接して配置されている。各光検出器は、好ましくは、光源のうちの対応する１つと位置合せされる。光源のアレイおよび光検出器のアレイは、図では、フロー・ストリーム５０の軸２０２に対して僅かに回転した光源軸２００に沿って配置されている。
【００４４】
好ましくは、光源のアレイは、共通基盤上に作製された垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）などのレーザ・アレイである。垂直放出のため、ＶＣＳＥＬは、携帯用サイトメータなど小型装置の包装に理想的には適している。ＶＣＳＥＬは、好ましくは、従来の８５０ｎｍ未満、さらに好ましくは、６７０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲の波長で操作される「赤色（Ｒｅｄ）」ＶＣＳＥＬである。赤色ＶＣＳＥＬは、散乱測定に理想的に適した波長、パワーおよび分極を有する。
【００４５】
いくつかの従来技術のサイトメータ・ベンチ・モデルは、波長６５０ｎｍの単一９ｍＷのエッジ発光レーザを用いている。ビームは、１０×１００ミクロンの細長い形に集束され、コア・ストリームの位置合せのずれおよび幅による粒子の位置の不確定性をカバーする。それに対し、６７０ｎｍで操作する本発明の赤ＶＣＳＥＬの出力は、通常、１０×１０ミクロン・エミッタ用の約１ｍＷおよび１００ミクロン間隔である。したがって、１０個の赤ＶＣＳＥＬの直線アレイからの光の合計強度は、いくつかの従来技術のベンチ・モデルのものと本質的に同じである。
【００４６】
流れの軸２０２に対してある角度で向けられるレーザの直線アレイを使用することによって、従来技術の単一光源の構成に対し、いくつかの重要な利点を提供する。たとえば、レーザの直線アレイを、コア・ストリーム中の粒子の経路の横の位置合せを決定するために使用できる。粒子流の位置合せの不確実性の一原因は、コア・フローの幅であり、この幅が、粒子の経路の位置に統計的変動をもたらす。こうした変動は、検出データの分析から決定することができ、制御装置または処理装置４０がこの変動を用いて、流体ドライバの弁を調整して、サンプル液および支持液に加えられる相対圧力を変えて、フロー・ストリーム中の選択された粒子の位置合せを変えることができる。
【００４７】
フロー・ストリーム５０中の細胞の横の位置合せを決定するために、細胞は、ＶＣＳＥＬの直線アレイがもたらすいくつかの集束点を通る。細胞は、対応する整列した基準検出器内の信号に１つの滴を作る。信号の相対強度は、制御装置または処理装置４０が粒子経路の中心および粒子幅の測定値を決定するために使用される。
【００４８】
粒子経路およびサイズを決定するために、レーザは、好ましくは、コア・フローの平面内の（強度約１０００Ｗ／ｃｍ²の）一連のガウス・スポットに集束する。好ましくは、このスポットは、白血球（１０〜１２ｕｍ）とほぼ同じサイズである。ガウス・スポットの例は、図９に示されている。検出器のアレイおよびその集束光学系は、流体流の反対側に設けられている。かなり大きい数Ｆ個のレンズが、取外し可能なカートリッジのサイトメータ部分用に数百ミクロンの作用場所を設けるために使用されている。
【００４９】
単一レーザの構成ではなくレーザの直線アレイを使用する他の利点は、各細胞の速度を決定できることである。粒子速度は、光の散乱信号から粒子のサイズを推定する重要なパラメータにできる。従来のサイトメータでは、粒子速度は、ポンプの流量から推定される。この手法では、ポンプが非常に精密であり、サイトメータのフロー・チャンバの許容範囲が厳密に制御され、漏れなど流体の不具合が起こる可能性がなく、微小の気泡など障害物が導入されて流れやコアの形成が妨げられる可能性をなくすという点に限界がある。
【００５０】
各細胞の速度を決定するため、システムは、各細胞が２つの隣接する点または連続する点の間を通るのに要する時間を測定することができる。たとえば、図８を参照すると、細胞が検出器２０８、次いで検出器２１０を通過している。細胞が検出器２０８から検出器２１０へ移動するのに要する時間を測定し、検出器２０８から検出器２１０までの距離を知ることによって、制御装置または処理装置４０が、その細胞の速度を計算することができる。これは、近似の速度測定値である。これは、しばしば、飛行時間測定値と呼ばれる。速度が分かると、粒子が心合わせされる点を通る移動時間（数マイクロ秒）は、粒子の長さおよびサイズの測定値をもたらすことができる。
【００５１】
この粒子速度は、流体ドライバの制御を助けるために用いることもできることを考慮されたい。本発明のサイズ、コストおよび複雑さを減らすには、図１の取替え可能なカートリッジをプラスチック積層品または成形部品から製造することができる。こうした製造技術は、安価な部品を提供するが、通常、それらは、非対称的形状を有し、断面の公差がより大きく、寸法が正確でなく、繰り返し使用できない。こうしたより大きい公差により、特にカートリッジからカートリッジへの粒子速度の変化がもたらされる。こうしたより大きな公差の補償を助けるため、コア・ストリーム中の粒子が比較的一定した速度を有するように、制御装置または処理装置４０が、血液、溶解液、シース液の流体流に加えられる制御された圧力を調整するために、上記に論じた飛行時間の測定値を用いることができる。
【００５２】
細胞のサイズをさらに査定するため、レーザ・ビームを細胞の経路に沿って、かつ細胞経路を横切って集束することができることを考慮されたい。さらに、細胞の全域にわたる多数のサンプルを、組織（ｔｅｘｔｕｒｅ）の特徴について分析し、形態的特長を他の細胞のタイプに関連づけることができる。これにより、細胞のタイプを互いに区別する助けとなる細胞のサイズについての多数のパラメータがもたらされる。
【００５３】
単一層の構成ではなく、レーザの直線アレイを使用する他の利点は、比較的一定の光の照明がフロー・チャンネルを横切ってもたらされることができることである。これは、図９に示したように、隣接するＶＣＳＥＬからのガウスのビームを重ね合わせることによって、実行される。従来技術の単一のレーザ・システムでは、フロー・チャンネルを横切る光の照明は、通常、チャンネルを横切って変化する。したがって、粒子がフロー・チャンネルの中心にない場合、後続の測定の正確性が損なわれる。
【００５４】
上記の測定を行うには、図８の各検出器は一列に整列した検出器であってもよい。しかし、ＦＡＬＳおよびＳＡＬＳ散乱を測定するには、各検出器は、図１０に示されているように、整列した検出器の周りに配置された２つの環状検出器をさらに備えることができる。図１０を参照すると、ＶＣＳＥＬ ２１８が、上向き方向に光を提供している。光は、コア・フローの平面内のガウスの点に光を集束するレンズ２２０を通って提供される。レンズ２２０は、ＶＣＳＥＬ２１８とは別の、または一体型のマイクロレンズまたは同様のものであってもよい。光は、コア・フローを透過し、回折光学要素（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）など、別のレンズ２２２で受け取られる。レンズ２２２は、整列した検出器２２６および環状検出器２２８および２３０に光をもたらす。整列した検出器２２６は、コア・ストリーム中の粒子によって著しく散乱されない光を検出する。環状検出器２２８は、前方散乱（ＦＡＬＳ）光を検出し、かつ環状検出器２３０は、小角散乱（ＳＡＬＳ）光を検出する。
【００５５】
図１１は、３つの別々のアレイの光源および光検出器を備える、本発明の実施形態の他の例を示す。光源および光検出器の各アレイは、フロー・ストリームの中心の流れの軸に対して僅かに回転した異なる光源軸に沿って配置されている。３つのアレイを使用することによって、各アレイに関連する光学系を特定の適用分野または機能用に最適化することができる。小角散乱（ＳＡＬＳ）を検出するには、コア・フローの平面上に良好に集束されるレーザ光が望ましい。前方散乱光（ＦＡＬＳ）を検出するには、平行な光が望ましい。
【００５６】
特に図１１を参照すると、光源および光検出器の第１のアレイが、３００で示されている。光源および光検出器は、第１の光源軸に沿った直線アレイに配置されている。第１の光源軸は、フロー・ストリームの流れの軸に対して回転している。光源および光検出器は、図８に関して上記に記載したものと同様にすることができ、好ましくは、たとえば、フロー・ストリーム中の細胞の横の位置合せ、粒子サイズ、および粒子速度を測定するために用いられる。
【００５７】
図１２は、図１１に示した第１のアレイ３００の１対の光源および光検出器の例を示す概略図である。ＶＣＳＥＬ ３０２は、図では、上向き方向に光を提供している。光は、コア・フローの平面上のガウスの点に光を集束するレンズ３０４を透過して提供される。光は、コア・フローを透過し、もう１つのレンズ３０６に受けられる。レンズ３０６は、光を整列した検出器３０８にもたらす。整列した検出器３０８は、コア・ストリーム中の粒子によって著しく散乱されない光を検出する。
【００５８】
光源および光検出器の第２のアレイは、３１０で示されている。この光源は、フロー・ストリームの流れの軸に対して回転した第２の光源軸に沿った直線アレイに配置されている。光検出器は、光検出器の３つの直線アレイを備える。光検出器の１つのアレイは、光源の直線アレイに整列して配置される。光検出器の他の２つの直線アレイは、光検出器の整列アレイの両側に配置され、フロー・ストリーム中の選択された粒子がもたらす小角散乱（ＳＡＬＳ）を測定するために用いられる。
【００５９】
図１３は、光源、および図１１に示した対応する光検出器の第２アレイの例を示す概略図である。図では、ＶＣＳＥＬ ３２０は、上向き方向に光をもたらしている。光は、コア・フローの平面内のガウスの点に光を集束するレンズ３２２を通ってもたらされる。光は、コア・フローを透過し、回折光学要素（ＤＯＥ）３２４など、他のレンズ３２４に受けられる。レンズ３２４は、整列した検出器３２６、およびこの整列した検出器３２６の両側に配置された２つの対応する光検出器３２８および３３０に光をもたらす。
【００６０】
この整列した検出器３２６は、コア・ストリーム中の粒子によって著しく散乱されない光を検出するために用いることができる。したがって、この第２アレイ３０２の光検出器の整列直線アレイを使用して、第１アレイ３００の直線アレイの検出器と同じ測定を行うことができる。双方の整列アレイの検出器の測定値を比較し、または組み合わせてさらに正確な結果を得ることができる。あるいは、またはさらに、第２のアレイ３０２の整列した検出器は、サイトメータの信頼性を向上するための重複する１組の検出器として使用することもできる。
【００６１】
第２のアレイ３０２の整列した検出器を、第１のアレイ３００の整列した検出器と共に使用して、フロー・ストリーム中の粒子の飛行時間または速度をさらに正確に決定することもできることを考慮されたい。この測定値は、検出器の間の距離がより大きいため、さらに正確である。上記に示したように、粒子の速度を知ることによって、流体ドライバによって生じる流量の小さい変動を制御装置で最小限に抑え、または回避することができる。
【００６２】
図１３の光検出器３２８および３３０は、フロー・ストリーム中の選択された粒子がもたらす小角散乱（ＳＡＬＳ）を測定するために使用される。したがって、光検出器３２８および３３０は、好ましくは、フロー・ストリーム中の選択された粒子がもたらす小角散乱（ＳＡＬＳ）を遮るため、整列した検出器３２６と十分に間隔を置く。
【００６３】
図１１に戻ると、光源および光検出器の第３のアレイ３５０が、好ましくは、フロー・ストリーム中の選択された粒子がもたらす前方散乱（ＦＡＬＳ）を測定するために設けられる。光源は、フロー・ストリームの流れの軸に対して回転した第３の光源軸に沿った直線アレイに配置されている。各光源は、好ましくは、対応する光検出器を有し、各光検出器は、好ましくは、中央に非感知領域（ｎｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｒｅｇｉｏｎ）または別の整列した検出器を中心に備える環状の形である。この環状の光検出器は、好ましくは、フロー・ストリーム中の選択された粒子がもたらす前方散乱（ＦＡＬＳ）を遮り、検出するサイズである。
【００６４】
図１４は、図１１に示した光源および光検出器の第３のアレイ３５０の１対の光源および光検出器の例を示す概略図である。図では、ＶＣＳＥＬ ３６０は、上向き方向に光をもたらしている。この光は、実質的に平行な光をコア・フローにもたらす平行レンズなど、レンズ３６２を透過するようにもたらされる。上記に示したように、平行な光は、前方散乱（ＦＡＬＳ）光を検出するために望ましい。この光は、コア・フローを透過し、他のレンズ３６４に受けられる。レンズ３６４は、受けた光を環状の検出器３６８にもたらす。
【００６５】
好ましくは、環状の検出器３７８は、フロー・ストリーム中の選択された粒子がもたらす前方散乱（ＦＡＬＳ）を遮り、検出するサイズである。非感知領域または別の整列した検出器３７０を環状の検出器３６８の中心に設けることができる。別の整列した検出器３７０を設ける場合、整列した検出器３７０は、第１のアレイ３００および／または第２のアレイ３０２の整列した検出器と同じ測定を行うために使用することができる。このように整列した検出器３７０が設けられる場合、第１のアレイ３００、第２のアレイ３０２、および第３のアレイ３５０の３つの整列アレイの検出器からの測定値を比較し、または組み合わせて、さらに一層正確な結果を得ることができる。第３のアレイ３０２の整列した検出器は、サイトメータの信頼性を向上させるための他のレベルまたは重複として使用することもできる。
【００６６】
第３のアレイ３５０の整列した検出器を、第１のアレイ３００および／または第２のアレイ３０２の整列した検出器と共に使用して、フロー・ストリーム中の粒子の飛行時間または速度をさらに正確に決定することもできることを考慮されたい。この測定値は、検出器の間の距離がより大きいため、さらに正確である。上記に示したように、粒子の速度を知ることによって、流体ドライバによって生じる流量の小さい変動を、制御装置で最小に抑え、または回避することができる。
【００６７】
光源および光検出器の３つの別々のアレイを使用することによって、各アレイに関連する光学系を所望の適用分野に最適化できる。上記から分かるように、第１のアレイ３００に関連する光学系は、コア・フローの平面上に良好に集束するレーザ光を提供するように設計されている。このことは、第１のアレイ３００によってなされる位置合せ、サイズおよび粒子速度の測定値に対する解決法をもたらす助けとなる。同様に、第２のアレイ３０２に関連する光学系は、コア・フローの平面上にレーザ光を提供するように設計されている。良好に集束する光は、フロー・ストリーム中の選択された粒子がもたらす小角散乱（ＳＡＬＳ）を測定する場合に望ましい。最後に、第３のアレイ３５０に関連する光学系は、コア・フローに平行な光をもたらすように設計されている。上記に示したように、平行な光は、フロー・ストリーム中の選択された粒子がもたらす前方散乱（ＦＡＬＳ）を測定する場合に、望ましい。
【００６８】
図１５は、手首の周りに装着するように適合された、本発明の携帯用サイトメータの実施形態の例の斜視図である。この携帯用サイトメータは、４００で示され、図１に示したものと同様である。バンド４０２が、携帯用サイトメータ４００を利用者の手首に固定する。
【００６９】
上記に示したように、利用者は、取外し可能なカートリッジを手に入れ、取外し可能なカートリッジのサンプル・コレクタ・ポート３２（図１を参照）に血液サンプルを提供する。この血液サンプルは、たとえば、指の刺通によって収集することができる。利用者は、次いで、取外し可能なカートリッジをハウジング内へ挿入し、手動でシステムを加圧する。次いで、この携帯用サイトメータは、利用者が医療処置を受けなければならないかどうかを示す示読を提供する。この示読は、可視的示読、可聴音、または他の全ての適した示読であってもよい。
【００７０】
指の刺通などによって血液サンプルを得ずに、カテーテル４０４または同様のものを利用者の静脈内へ挿入し、サンプル・コレクタ・ポート３２に取り付けることもできることを考慮されたい。これによって、示読が望まれる場合はいつでも、システムが自動的に利用者から血液サンプルを収集できるようになる。別法として、サンプル・コレクタ・ポート３２を適当な血液サンプルに接続した状態で、携帯用サイトメータを利用者に埋め込むこともできることを考慮されたい。
【００７１】
本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、当業者は、本明細書に見られる教示が、頭記の特許請求の範囲内で他の実施形態にも適用できることを容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による携帯用サイトメータの例の斜視図である。
【図２】 図１の携帯用サイトメータの例の概略図である。
【図３】 カバーを押し下げていない、図２の携帯用サイトメータを示すさらに詳細な概略図である。
【図４】 カバーを押し下げた、図２の携帯用サイトメータを示すさらに詳細な概略図である。
【図５】 バルブおよび逆止め弁を有する手動式流体ドライバの例を示す概略図である。
【図６】 アドレス指定可能なマイクロバルブ・アレイの比例圧力制御を示すグラフである。
【図７】 図３の流体力学的集束８８によるフロー・ストリームの形成を示す概略図である。
【図８】 図７のコア・ストリーム１６０の分析のための光源アレイおよび光検出器アレイを示す概略図である。
【図９】 図８の光源軸に沿ってもたらされる光の強さを示す図グラフである。
【図１０】 図８の１対の光源および検出器の例を示す概略図である。
【図１１】 それぞれ図７のフロー・ストリームの中心流の軸に対してわずかに回転した、異なる光源軸に沿って配置された、３つの別の光源および検出器アレイを示す概略図である。
【図１２】 図１１に示した第１アレイの１対の光源および検出器の例を示す概略図である。
【図１３】 図１１に示した第２アレイの１対の光源および検出器の例を示す概略図である。
【図１４】 図１１に示した第３アレイの１対の光源および検出器の例を示す概略図である。
【図１５】 手首の周りに装着するように適合された本発明の携帯用サイトメータの例示の実施形態の斜視図である。

Claims (8)

1. サンプル液中の選択された粒子を同定および／またはカウントするための携帯用サイトメータ（１０）であって、
   前記サンプル液を受けるための流体受器（３２）と、
   １つまたは複数の支持液を保存するための少なくとも１つのリザーバ（６４）と、
   前記サンプル液および前記１つまたは複数の支持液に別々の圧力をかけて、それぞれ前記サンプル液および前記１つまたは複数の支持液に流体速度をもたらすため、前記流体受器（３２）および前記少なくとも１つのリザーバ（６４）に結合される非精密流体ドライバと、
   前記サンプル液および前記１つまたは複数の支持液に加えられる前記別々の圧力を調整するための前記流体ドライバに結合される弁手段（７４）と、
   前記流体ドライバによってもたらされる前記サンプル液および前記１つまたは複数の支持液の前記流体速度を測定するための、少なくとも１つのフロー・センサ（８０）と、
   前記サンプル液および各前記１つまたは複数の支持液の前記流体速度が所望のレベルになるように、前記弁手段（７４）を制御するため、前記弁手段（７４）および前記少なくとも１つのフロー・センサ（８０）に結合される制御手段（４０）と、
   前記流体ドライバから前記サンプル液および前記１つまたは複数の支持液を受け、フロー・ストリーム（５０）を形成するための流体回路（８８）と、
   前記フロー・ストリーム（５０）を通して光を供給するための光供給手段（２２）と、
   前記フロー・ストリーム（５０）からの光を受け、それに対応する少なくとも１つの信号を提供するための受光手段（２４）と、
   前記受光手段（２４）からの前記少なくとも１つの信号を受け取り、その中の選択された粒子を同定および／またはカウントするための処理手段（４０）とを備える、携帯用サイトメータ。
2. 前記非精密流体ドライバは手動で動力を与えられる、請求項１に記載の携帯用サイトメータ（１０）。
3. 前記非精密流体ドライバは、圧力チャンバ（７０）内で受けられる少なくとも１つのプランジャを備え、前記プランジャが前記圧力チャンバ（７０）内へ手動で押し下げられる、請求項２に記載の携帯用サイトメータ（１０）。
4. 前記非精密流体ドライバは、静電式メソ・ポンプを備える、請求項１に記載の携帯用サイトメータ（１０）。
5. 前記処理手段（４０）は、前記フロー・ストリーム（５０）中の選択された粒子の速度を同定する、請求項１に記載の携帯用サイトメータ（１０）。
6. 前記処理手段（４０）は、前記フロー・ストリーム（５０）中の選択された粒子のサイズを同定する、請求項１に記載の携帯用サイトメータ（１０）。
7. 前記処理手段（４０）は、前記フロー・ストリーム（５０）中の選択された粒子の位置合せを同定する、請求項１に記載の携帯用サイトメータ（１０）。
8. 前記処理手段（４０）は、前記サンプル液および前記１つまたは複数の支持液に加える相対圧力を変えて、前記フロー・ストリーム（５０）中の選択された粒子の位置合せを変えるために、前記弁手段（７２）を調整するために使用する１つまたは複数の信号を提供する、請求項７に記載の携帯用サイトメータ（１０）。

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