JPH02114147A - 細胞分析装置 - Google Patents

細胞分析装置

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JPH02114147A
JPH02114147A JP63267643A JP26764388A JPH02114147A JP H02114147 A JPH02114147 A JP H02114147A JP 63267643 A JP63267643 A JP 63267643A JP 26764388 A JP26764388 A JP 26764388A JP H02114147 A JPH02114147 A JP H02114147A
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晃史 山本
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、詳しく言えば試料中の特定細胞集団につい
ての光情報の処理に関する。
0口)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(又はこれに準する粒子)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。
上記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、細い液流を形成するためのフローセルと、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(例
えばレーザ)と、この光ビームが照射された細胞より細
胞光情報を検出し電気信号に変換する光検出器と、この
電気信号に変換された細胞光情報の解析処理等を行うコ
ンピュータを備えてなるものが知られている。
この従来の細胞分析装置において、例えばヒトの血液中
のリンパ球サブセットの分析の場合には、フルオレセイ
ンイソチオシアネート(FITC:緑色蛍光)標識の0
KT4モノクロ一ナル抗体、及びファイコニリスリン(
PE:赤色蛍光)標識の0KT8モノクロ一ナル抗体と
反応させた血液を、さらに溶血処理したものが試料とし
て用いられる。
フローセル中を流れる試料細胞には、レーザビームが照
射され、4つのパラメータ、すなわち前方散乱光強度T
、、90°敗乱光強度I90 、緑色蛍光強度!9、赤
色蛍光強度■、がそれぞれ検出器で検出され、細胞光情
報が得られる。この試料中には、リンパ球の他に単球を
、顆粒球等が含まれているので、リンパ球についての光
情報を他の細胞の光情報より選別する必要がある。
そこで、細胞の大きさと内部構造を表すとされる前方散
乱強度■。、90°敗乱光強度I9゜を直交座標軸とす
るサイトグラムを作成する(第5図参照)。第5図にお
いて、aはデブリス(赤血球の膜成分等)の分布、bは
リンパ球の分布、Cは単球の分布、dは顆粒球の分布を
それぞれ示している。このサイトグラム上で、リンパ球
の分布すを含む、ウィンドウと呼ばれる分析領域eを設
定して、リンパ球の細胞光情報を、試料の細胞光情報よ
り選別収集する。この設定は、健常者の試料を用いて行
われる。
分析領域の他の設定手段としては、1又は2以上のパラ
メータについてヒストグラムを作成し、これらヒストグ
ラムの変曲点を抽出し、この変曲点に基づいて、細胞集
団を分画し、得られた両分の1又は2以上のものを分析
領域とするものが、本願出願人によりすでに出願されて
いる(特願昭62−22884号、なお、この手段の詳
細は後の実施例で説明する)。
さて、適切な手段で選別されたリンパ球の細胞光情報に
ついて、赤色蛍光強度11、緑色蛍光強度■、のヒスト
グラムが作成される。第6図(a)は、緑色蛍光強度■
9のヒストグラムを示しているが、このヒストグラム上
左側のピークが陰性のリンパ球の数を表し、右側のピー
クが陽性のリンパ球数を表している。従って、モノクロ
ーナル抗体と反応したリンパ球の数の、全リンパ球の数
に対する割合、すなわち陽性率を算出することが可能と
なる。
一般に、リンパ球のモノクコ−ナル抗体との反応性を示
すこの陽性率は、健常者の場合ある一定の値を有してい
るから、試料の陽性率が健常者の陽性率より大きく異な
る時は、試料を採取した・富者に異常があることを示唆
される。
(ハ)発明が解決しようとする課題 上記従来の細胞分析装置では、蛍光強度のヒストグラム
又はサイトグラム上で陽性HJjlを設定して、陽性率
を決定するわけであるが、この陽性領域の設定は、複数
の要素が複雑にからみあっているために、熟練と手作業
による労力がかかるという問題点があった。
複数の要素とは、蛍光を検出する検出器のロフト差、モ
ノクローナル抗体と血液細胞の反応性の差異、前記検出
器の感度設定等であり、これらにより、検体ごとに、モ
ノクローナル抗体の種類ごとにあるいは病態ごとに、若
しくは試料処理後の経過時間等の条件ごとに、陽性率が
変動してしまう。よって陽性領域の設定は、操作者が測
定ごとに、対照試料の測定結果を比較しながら、手入力
により陽性領域を設定しなければならない、これは、検
査を省力化する上で大きな妨げとなり、また、分析の精
度を検討する上で、大きな誤差を生じさせることとなる
この発明は、上記に鑑みなされたもので、陽性率の決定
も自動化し、分析精度のばらつきを解消し、分析の信頼
性を向上できる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 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 −x項に列記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、 i■:この細胞光情報検出手段で得られた細胞光情報よ
り、目的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、 V二この細胞光情報収集手段で収集された目的細胞集団
の細胞光情報の1又は2以上のパラメータについて陽性
領域を設定し、陽性率を決定する陽性率決定手段と、 vi:この陽性率決定手段での陽性率決定結果を出力す
る出力手段とを備えてなるものにおいて、vH: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
報の1又は2以上のパラメータについてヒストグラムを
作成するヒストグラム作成手段と、 viii :このヒストグラム作成手段により作成され
たヒストグラムより変曲点を抽出する変曲点抽出手段と
、 iX:この変曲点抽出手段で適切な変曲点が抽出された
か否かを判定し、適切な変曲点が抽出されない場合には
、適切な変曲点が抽出できるよう前記細胞光情報検出手
段の利得を調整する利得調整手段とを備え、 X:前記陽性率決定手段は、前記変曲点抽出手段で抽出
された適切な変曲点に基づいて、陽性領域を設定するこ
とを特徴とするものである。
(ホ)作用 この発明の細胞分析装置の作用を、第6図を用いて説明
する。
この発明の細胞分析装置は、目的細胞集団の細胞光情報
の1又は2以上のパラメータ、例えば緑色蛍光強度I9
についてヒストグラムを作成する〔第6図(a)参照]
。そして、このヒストグラムより変曲点9を抽出すれば
、この変曲点9より下のチャネル〔第6図(a)におい
てqの紙面左側〕は、陰性の細胞の度数分布を、一方こ
の変曲点qより上のチャネル〔第6図(a)においてq
の紙面右側〕は、陽性の細胞の度数分布をそれぞれ示す
ことになる。従って、変曲点qを抽出することにより、
陽性領域を設定できるから、複雑な要素がからみ合って
いる場合でも、自動的に陽性領域を設定することが可能
となる。
しかしながら、第6図(b)又は第6図(C)に示すよ
うに適切な変曲点9を抽出できない場合がある。
これは、細胞光情報検出手段の検出利得が適切でないた
め起こることで、第6図(b)は検出利得が小さく、陰
性側のピークと陽性側のピークが−っになり、変曲点q
を抽出できない場合を示している。
また、第6図(C)は、検出利得が大きく、変曲点q自
体は検出できるものの、陽性側のピークが測定可能な範
囲からはみ出してしまい、陽性率が決定できない場合を
示している。
そこで、この発明の細胞分析装置では、細胞光情報検出
手段の検出利得を調整し、第6図(a)に示すような適
切な変曲点qが抽出できる構成としている。
(へ)実施例 この発明の一実施例を、第1図乃至第5図に基づいて以
下に説明する。
まず、実施例細胞分析装置の概要を説明すると、この細
胞分析装置は、血液試料の分析に適したものであり、細
胞光情報(以下単にデータという場合がある)として、
前方散乱光強度10.90°散乱光強度■、。、緑色蛍
光強度19、赤色蛍光強度Irの計4つのパラメータを
採用している。この内、前方散乱光強度■。、90°散
乱光強度r’toを用いて、目的細胞集団の細胞光情報
を収集し、また、緑色蛍光強度■9、赤色蛍光強度Ir
を用いて陽性率を決定するものとして以下の説明を進め
る。もちろん、パラメータは上記4flfのものに限定
されず、適宜変更可能である。
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°C〜10°C)に保持する。
前記試料吸引チューブ4は、三方弁5の1つのボートに
接続されている。三方弁5の他の2つのボートには、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
1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C光’tX> 14
、光検出器(細胞光情報検出手段)15a、15b1.
15c、15dが配設される。レーザ14よりのレーザ
ビーム!は、フローチャネル10aを流れる細胞(又は
粒子)1に照射される。この細胞(又は粒子)l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1
5aに入射する。17は、レーザビーム!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1よりの90°方向の信号光は、レンズ16
b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グイ
クロインクミラー18bにより反射されて、フィルタ1
8c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−18bを透過した光は、さらにフ
ィルタ18dを透過して赤色蛍光用の光検出W15dに
受光される。なお、例えばレーザ14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、1
5c、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19で増幅されると共にノイズを除去さ
れ、さらにアナログ/デジタル(A/D)変換器20に
よりデジタル信号に変換されて、MPU21に取り込ま
れる。
MPU21は、前方散乱光強度■。、90°散乱光’J
 K r 9゜についてのサイトグラム及びヒストグラ
ムより目的細胞集団の両分を決定し、この目的細胞集団
の細胞光情報を収集する機能、この収集された細胞光情
報の内、蛍光強度■9、■1についてヒストグラムを作
成し陽性率を決定する機能、信号処理回路19の利得を
変更設定する機能、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。
MPU21には、キーボード22、CRT23、プリン
タ24、フロッピディスクドライブ等の記憶装置25が
接続されている。キーボード22は、プロトコル(測定
条件)の選択・設定あるいはその他の指令をMPU21
に入力するためのものである。CRT23は、測定をモ
ニタするものであり、プリンタ(出力手段)24は、M
PU21の処理結果、例えばサイトグラムやヒストグラ
ムあるいは陽性率等をプリントアウトするためのもので
ある。また、記憶装置25は、プロトコル、測定データ
、測定結果等を記憶するためのものである。
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分析の場合には、先
述のように、患者の血液に異なる色素で標識された2種
類のモノクローナル抗体を反応させて、溶血処理したも
のが使用される。
細胞分析装置の電源がオンされると、図示しないROM
よりMPU21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図参照〕
0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の利得初期値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115a、15b、15c、15d
の利得初期値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。
Sr2の処理が終了すると、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とが連通
ずるように切換えられ、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(Sr3)。
次に、三方弁5が、試料送液チエ−プロaと6bを連通
するように切換えられ、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lO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2が照射
され、前方散乱光強度■。、90°散乱光強度!、。、
緑色蛍光強度19、赤色蛍光強度!、がそれぞれ測定さ
れてい< (Sr4)。
Sr1では、MPU21は、測定されたデータより、目
的細胞集団のデータが抽出できるか否かが判定される。
この判定の詳細を、目的細胞集団がリンパ球である場合
について説明すると、まず、90″散乱光強度!、。、
前方散乱光強度!。のヒストグラムをそれぞれ作成する
〔第4図(a)(b)参照〕。
試料が正常である場合には、■、。のヒストグラムより
は変曲点P+ 、PZ、P3が抽出でき、I。
のヒストグラムよりは変曲点P4、P%が抽出できる。
これら変曲点p1〜p、により、■、。−■。
のサイトグラムが第5図の破線で示すように両分され、
分画Bに属するデータがリンパ球のデータとして収集さ
れる。この時、変曲点p、〜P、のいずれかが抽出でき
ない場合には、Sr1の判定がNOとなる。
Sr1の判定がNOの場合にはSr6へ、YESの場合
にはSr8へ分岐する。Sr6では、CRT23への表
示あるいは音声を用いて、操作者に異常を報知し、操作
者が手動で両分を補正し、目的細胞集団のデータが抽出
できるようにする(Sr7)。
次に、Sr8では、抽出された目的細胞集団のデータに
ついて、緑色蛍光強度■9、赤色蛍光強度11のそれぞ
れのヒストグラムを作成する。第3図(a)は、リンパ
球についての緑色蛍光強度rgのヒストグラムの一例を
示している。Sr1では、1、、I、について所定の変
曲点が、例えば第3図(a)の場合には、変曲点qが適
切に抽出できるか否かが判定される。この判定がNOの
場合には、5TIOへ分岐し、YESの場合には、5T
14へ分岐する。
5TIQでは、MPU21の指令により、検出器15c
又は15dの利得が所定量増加又は減少するように変更
設定され、5TIIでは、測定時間が残っているか否か
が判定される。5TIIの判定がYESの場合には、S
r5へ戻り、Sr5〜ST8の処理を再び行い、適切に
変曲点が抽出できるか否かを判定する。すなわに、吸引
された試料が全部フローセル10に送られるまでは、S
r5〜5TIIの処理が繰り返され、1回操り返すごと
に、検出器の利得が所定量ずつ変更されていき、適正な
値がサーチされるわけである。
5TIIの判定がNOの場合、すなわち、測定時間内に
適正な検出利得の値がサーチできなかった場合には、最
後の条件(最後の検出利得)を記憶して(ST12)、
再測定するか否かを判定する(ST13)。この判定が
YESの場合には、Sr1へ分岐して再測定を行い。N
Oの場合には、5T1Bへ分岐する。
Sr1でYESと判定された場合、つまり蛍光強度19
、■1のヒストグラムより、所定の変曲点が適切に抽出
された場合には、5T14へ分岐する。5T14では、
この時のプロトコル(検出利得、蛍光強度ヒストグラム
の変曲点及びピークの位置等)が記憶される。5T15
では、蛍光特性解析すなわち陽性率等の決定が変曲点に
基づいて行われる。例えば第3図(a)の場合には、変
曲点qより上の部分(紙面右側)を陽性領域として、陽
性率が算出される。続<5T16では、5TI5の蛍光
特性解析の結果がCRT23に表示される。この結果は
、またプリンタ24よりプリントアウトされる(ST1
7)。
5T1Bでは、測定すべき試料が残っているか否かが判
定される。この判定がYESの場合には、Sr1へ分岐
し、次の試料測定を行う。一方5T18の判定がNOの
場合には、測定を終了する。
なお、第1図には示していないが、測定終了時又は測定
開始時には、健常者から採取された未染色の試料につい
て測定を行い蛍光特性解析の結果が妥当であるか否かを
確認する。例えば、第3図(b)には、健常者の未染色
試料についての、リンパ球の緑色蛍光強度19のヒスト
グラムが示されている。このヒストグラムのピークの第
3図(b)祇面左裾の点q0が変曲点に対応している。
従って、第3回(a)の患者の試料についてのヒストグ
ラム中の変曲点qの位置が、qo とそれほど違わなけ
れば、このデータは妥当であると判断することができる
(ト)発明の詳細 な説明したように、この発明の細胞分析装置は、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の
1又は2以上のパラメータについてヒストグラムを作成
するヒストグラム作成手段と、このヒストグラム作成手
段により作成されたヒストグラムより変曲点を抽出する
変曲点抽出手段と、この変曲点抽出手段で適切な変曲点
が抽出されたか否かを判定し、適切な変曲点が抽出され
ない場合には、適切な変曲点が抽出できるよう細胞光情
報検出手段の利得を調整する利得調整手段とを備え、陽
性率決定手段は、前記変曲点抽出手段で抽出された適切
な変曲点に基づいて、陽性領域を設定することを特徴と
するものであるから、陽性率の決定を自動化でき、検査
の効率力及び省力化を図れる利点を有すると共に、分析
の精度及び信頼性を向上できる利点を有している。
【図面の簡単な説明】
第1図は、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)は、同細胞分析装置で
得られた緑色蛍光強度のヒストグラムの一例を示す図、
第3図(b)は、同細胞分析装置で得られた健常者の未
染色試料についての緑色蛍光強度のヒストグラムの一例
を示す図、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°散乱光強度と前方散乱
光強度のヒストグラムの一例を示す図、第5図は、同細
胞分析装置の目的細胞集団の抽出を説明する90”散乱
光強度、前方散乱光強度のサイトダラムの模式図、第6
図(a)、第6図(b)、第6図(C)は、この発明の
詳細な説明するための蛍光強度のヒストグラムの模式図
である。 10:フローセル、  14:レーザ、15a15b1
5c15d:光検出器、19:信号処理回路、21:M
PU、 23:CRT、    24:プリンタ。 特許出願人     立石電機株式会社代理人  弁理
士  中 村 茂 信 333 図(a) Ig(Ch)− 第 図 I90 (ch ) − 第 図 (a) rso(ch) − 第 図 (b)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (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た細胞光情報より、目
    的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、 この細胞光情報収集手段で収集された目的細胞集団の細
    胞光情報の1又は2以上のパラメータについて陽性領域
    を設定し、陽性率を決定する陽性率決定手段と、 この陽性率決定手段での陽性率決定結果を出力する出力
    手段とを備えてなる細胞分析装置において、 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
    胞光情報の1又は2以上のパラメータについてヒストグ
    ラムを作成するヒストグラム作成手段と、 このヒストグラム作成手段により作成されたヒストグラ
    ムより変曲点を抽出する変曲点抽出手段と、 この変曲点抽出手段で適切な変曲点が抽出されたか否か
    を判定し、適切な変曲点が抽出されない場合には、適切
    な変曲点が抽出できるよう前記細胞光情報検出手段の利
    得を調整する利得調整手段とを備え、 前記陽性率決定手段は、前記変曲点抽出手段で抽出され
    た適切な変曲点に基づいて、陽性領域を設定することを
    特徴とする細胞分析装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011528443A (ja) * 2008-07-17 2011-11-17 ルミネックス コーポレーション 分析システムの分類マトリックス内に分類領域を構成するための、及びアッセイの粒子を分類するための方法、記憶媒体及びシステム

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JP2705147B2 (ja) 1998-01-26

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