JPH07128218A - 粒子解析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】検査上重要な粒子だけを画像処理することによ
り、画像処理の効率化。また、その他の粒子は、粒子検
出信号により粒子の識別ができることから測定精度，再
現性の向上を計ることを目的とする。 【構成】フローセル１００にサンプルを流し、レーザ光
束１０により粒子の通過を検出し、その検出に基づいて
パルスランプ１を発光させ、粒子の静止画像をＴＶカメ
ラ８で撮像し、画像処理を行う。光検出回路２２は、粒
子検出信号の信号強度と継続時間により粒子の識別を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、血液または尿などの粒
子成分を含む試料液を扁平なシースフローにして流し、
その粒子の画像を取り、粒子を分析する粒子解析装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から血液中の細胞や尿中の細胞や粒
子を検査するには、スライドガラス上に塗抹染色された
細胞，粒子を顕微鏡を通じて観察する方法が行われてい
る。しかし、この方法では標本作成に時間がかかるこ
と、塗抹標本は面積が限られているので多くの細胞や粒
子を観察することが出来ないこと、更に顕微鏡ステージ
を移動しながら粒子を見つける作業が必要になるという
問題点がある。

【０００３】一方、連続的に流れている試料液中の粒子
を撮影し、粒子画像から粒子を分析する試みは、いくつ
か行われている。例えば、特開昭57−500995号公報，特
開昭63−94156号公報，特願平4−30383号公報，特開平4
−72544 号公報等が知られている。

【０００４】特開昭57−500995号公報では、測定サンプ
ルを流路に流し、撮像領域中に周期的にストロボを発光
させ、ＣＣＤカメラで撮影することにより測定サンプル
の粒子の静止画像を得る。ストロボの発光はＣＣＤカメ
ラの動作に同期して周期的に発光する。ストロボの発光
時間は短いので、粒子が連続的に流れていても静止画像
を得ることができる。また、ＣＣＤカメラは毎秒３０枚
の静止画像を撮影することができる。

【０００５】特開昭63−94156 号公報では、静止画像撮
影用の光学系とは別に静止画像撮像領域より上流に粒子
検出用の光学系を有し、常時点灯された粒子監視用光源
の光束を粒子が横切ると、丁度その粒子が撮像領域に達
する時間だけ遅延させてフラッシュランプを点灯させ
て、粒子の静止画像を得る。この方法だと、フラッシュ
ランプの発光を周期的に行わず粒子の通過を検出した時
だけ発光するので効率的に粒子画像が得られる。また、
濃度の薄いサンプル試料の場合に無意味な画像処理をす
る必要がない。

【０００６】特願平4−30383号公報では、さらに粒子検
出用光学系を粒子画像撮像系の中に組みこんだ方法が示
されている。この方法だと、粒子検出用の光学系を別に
用意する必要がないこと、粒子検出位置をできるだけ粒
子画像取込み領域に近づけて配置できる特徴がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一般に、連続的に流れ
ている粒子サンプルの静止画像を解析して、サンプル中
の複数種類の粒子の数や分類を効率よく行うためには、
上述した公知例で行われているように、フローセルの上
流に通過粒子を検出する粒子検出光学系と、粒子が通過
したときだけ粒子静止画像撮像領域にパルスランプを点
灯させ粒子の静止画像を撮影されている。この方法は、
測定サンプルの粒子濃度が低い場合に対し非常に効率よ
く処理できるため、測定サンプル量の増大，測定時間の
短縮，測定精度の向上を計ることができる。

【０００８】しかし、測定サンプルの粒子濃度が高い場
合には、画像入力に伴うデットタイムのため粒子の数え
落しが生じ、この数え落しの中に検査上重要な粒子が含
まれている可能性があるため、従来方法では重要な粒子
を数え落してしまう問題点があった。その結果、粒子測
定精度は、画像処理した粒子数で決まるので測定精度，
再現性が悪くなる。

【０００９】また、測定サンプル中には粒子サイズの小
さいものが多数含まれている場合、それらの粒子を検出
処理すると粒子検出頻度は大幅に増大し、大部分がこれ
ら粒子サイズの小さいもののみ画像処理することにな
る。その結果、粒子サイズの小さいものより、より重要
な大きいサイズの粒子を十分な数画像処理できないこと
になる。そのため、サイズが小さい粒子の測定精度が悪
い，大きいサイズの粒子の測定精度が悪いという問題が
あった。更に、粒子静止画像を記憶しておく画像メモリ
部が大きくなってしまうという問題があった。

【００１０】また、粒子解析装置では、１つの測定サン
プルに対して複数の測定モードを有する場合がある。測
定モードとしては、粒子画像の倍率を変えて粒子を観察
すること、解析対象である粒子の種類は限定するが測定
サンプルの体積を多くして測定精度を向上することなど
を目的とする。例えば、通常の測定では、測定サンプル
体積は少ないが画像倍率が大きいモードと、数は少ない
がサイズの大きい特定の粒子に対し画像倍率を小さく画
像撮像面積を広くし、測定サンプル体積を多くする測定
モードを用意しており、これからは、前者をＨＰＦ，後
者をＬＰＦと名付ける。

【００１１】前述したように測定モードがＬＰＦモード
のとき、粒子数を増やすために測定サンプル体積を多く
しなければならない。そのため、サンプル体積は、結像
系の焦点深度より大きくなってしまう。この時、粒子の
サイズが大きいものは、どこか一部分が焦点深度範囲内
に入るので像がボケることはないが、粒子のサイズが小
いものは、焦点深度範囲以外に流れてくるので像がボケ
てしまうという問題があった。更に、ＬＰＦモードは粒
子のサイズが大きいものを測定対象としているが、粒子
検出系はサンプル内の粒子を全て検出してしまうため、
粒子サイズの小さいものも検出してしまうという問題が
あった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、粒子検出系を
別に有する粒子解析装置において、画像入力に伴うデッ
トタイムのため粒子の数え落し、または、その間に流れ
る重要粒子の見逃し、ＬＰＦ測定モード時に生じるピン
ボケ画像の問題を解決する方法を示し、その解決手段を
用いた粒子解析装置を提供するものである。

【００１３】粒子成分を含む試料液をフローセル中に流
し、フローセル中を流れる試料液の上流の位置に連続的
に点灯している粒子検出用光学系がフローセル中を通過
する粒子を検出すると、フローセル中の撮像領域を照射
する光学系が点灯し、撮像装置が検出した粒子の静止画
像を撮像し、撮像した粒子静止画像を画像解析すること
により粒子の分類を行う粒子解析装置を考える。

【００１４】一般に、粒子検出手段としてフローセル中
を流れている測定サンプルにレーザ光束を集光して照射
し、レーザ光束を横切った粒子からの光散乱光を検出す
る方法が使われている。光散乱光は、一般的に粒子の実
効散乱断面積に比例した強さの光信号を生じる。この光
信号は、光検出器で電気信号に変換される。光信号の大
きさは、粒子の光学的な屈折率，吸収，サイズ，粒子の
内部状態，散乱光検出条件などにより影響を受ける。

【００１５】光信号を基に粒子の分類がほぼ可能となる
ことを図２を用いて説明する。

【００１６】図２は、粒子解析装置を用いて尿を測定し
た際の光信号の信号強度と継続時間の相関図を示す。図
２から、ＡグループとＢグループに大きく分けられ、
Ａ，Ｂグループの領域は散布図上で水平に近い線で分離
でき、信号の継続時間の情報を利用すれば、粒子をＡグ
ループ（赤血球・白血球）とＢグループ（上皮細胞・円
柱）に識別することができる。更に、Ａグループの赤血
球・白血球は、光信号の信号強度を利用することにより
ほぼ分類できる。オペレーターがより重要とするのはＢ
グループの上皮細胞・円柱であるので、Ｂグループに対
応する光信号のときだけ画像処理する。それより、今ま
で画像処理されていた赤血球・白血球を画像処理する必
要が無くなり、上皮細胞・円柱などの重要粒子の画像処
理数が増加する。その結果、測定精度，再現性の向上が
計れる。

【００１７】また、画像処理されなかったＡグループの
赤血球・白血球は、赤血球を溶血させたり、白血球が蛍
光発光する色素で染色したり、光信号の信号強度と継続
時間で論理和を取ること、一次元イメージセンサで粒子
の形状パラメータを得ることによりＡグループの赤血球
・白血球の識別がより正確になる。

【００１８】粒子解析装置では、測定モードとして粒子
画像の倍率を変えて粒子を観察する場合がある。この
時、ＬＰＦ・ＨＰＦのそれぞれ対象粒子を判別する必要
がある。図２により、Ａグループ（赤血球・白血球）を
ＨＰＦに、Ｂグループに（上皮細胞・円柱）をＬＰＦに
対応させればよいことが分かる。しかし、Ｂグループの
上皮細胞・円柱は、測定サンプル中にほとんど含まれて
いないのに対し、Ａグループの赤血球・白血球はＢグル
ープと比較するとかなり含まれるので、粒子数から考え
てＨＰＦ測定時にＢグループが混入することは許容でき
るがＬＰＦ測定時にＡグループが混入しては不都合であ
る。これも前述したように信号の継続時間の情報を利用
すれば、ＨＰＦ，ＬＰＦの識別ができるので、予めＬＰ
Ｆ測定モードのときには、Ａグループに対応する光信号
を取り除くことにより解決できる。

【００１９】

【作用】上述したように、粒子成分を含む試料液をフロ
ーセル中に流し、フローセル中を流れる試料液の上流の
位置に連続的に点灯している粒子検出用光学系がフロー
セル中を通過する粒子を検出すると、フローセル中の撮
像領域を照射する光学系が点灯し、撮像装置が検出した
粒子の静止画像を撮像し、撮像した粒子静止画像を画像
解析することにより粒子の分類を行う粒子解析装置にお
いて、粒子検出系が検出した光散乱信号を基に測定サン
プルの粒子の識別がほぼできると次のような作用が生じ
る。

【００２０】粒子濃度が高い場合には、画像入力に伴う
デットタイムの間にオペレーターがより重要とする粒子
が流れてきても静止画像として処理することができない
という問題は、重要粒子に対応する光信号だけを画像処
理することにより解決する。また、そのことにより重要
粒子以外の粒子は画像処理する必要が無くなるので、画
像処理の効率化、無駄な画像データを記憶する必要がな
いので画像メモリの縮小化ができる。更に、画像処理さ
れなかった光信号は粒子検出系の粒子種類別分布が分か
ることから、サンプル内の各々の種類の粒子数を知るこ
とができるので、測定精度の向上につながる。

【００２１】また、測定モードがＬＰＦのときに、粒子
サイズの小さいものが混入しては不都合である、焦点深
度範囲以外に流れてくる粒子を静止画像として見た場合
のピンボケ画像の問題点も粒子サイズの小さいものに対
応する光信号を取り除き、粒子サイズの大きいものだけ
を検出し、画像処理することにより生じなくなる。

【００２２】

【実施例】本発明による粒子解析装置の一実施例を図面
を用いて説明する。

【００２３】図１は粒子解析装置の全体構成を示す図で
ある。

【００２４】粒子解析装置は、粒子を懸濁させたサンプ
ル液が供給されるフローセル１００，画像撮像手段１０
１，粒子分析手段１０２、及び粒子検出手段１０３を備
える。

【００２５】フローセル１００は、染色処理の施された
尿や血液試料などをシース液（粒子を含まない清浄な
液）を外層として極めて扁平に流す。フローセル１００
には、サンプル液入り口とシース液入り口の２つの入り
口がある。サンプル液入り口には、サンプル液供給手段
により一定流量のサンプル液が供給される。シース液入
り口には、シース液供給手段により一定流量のシース液
が供給される。サンプル液流れ１１０は、画像撮像手段
１０１の光軸（顕微鏡光軸）９に対して垂直方向に極め
て扁平でサンプル液をシース液が包み込んだ層流が形成
され、フローセル１００の中心を一定速度で通過する。
このサンプル液流れ１１０の流速は中央制御処理部２９
において設定された条件に従って制御される。

【００２６】画像撮像手段１０１は、顕微鏡としての機
能を持ち、パルス光源であるフラッシュランプ１，フラ
ッシュランプ１を発光させるフラッシュランプ１ａ，フ
ラッシュランプ１からのパルス光束を平行にするフィー
ルドレンズ２，フィールドレンズ２からの平行パルス光
束１０をフローセル１００内のサンプル液流れ１１０に
集束させる顕微鏡コンデンサレンズ３，フローセル１０
０内のサンプル液流れ１１０に照射されたパルス光束を
集光し結像位置６に結像させる顕微鏡対物レンズ５，投
影レンズ７を介して投影した結像位置６の像をインター
レース方式により取り込み電気信号である画像データ信
号に変換するＴＶカメラ８，パルス光束の幅を制限する
視野絞り１１及び開口絞り１２を有する。上記ＴＶカメ
ラ８としては、残像の少ないＣＣＤカメラ等が一般に使
われている。

【００２７】粒子分析手段１０２は、ＴＶカメラ８から
転送された画像データ信号をデジタル信号に変換するＡ
Ｄ変換器２４，ＡＤ変換器２４からの信号に基づくデー
タを所定のアドレスに記憶する画像メモリ２５，画像メ
モリ２５におけるデータの書き込み及び読み出しの制御
を行う画像処理制御回路２６，画像メモリ２５からの信
号に基づき画像処理を行い粒子数や分類を行う特徴抽出
回路２７及び識別回路２８，サンプル液中の粒子数を決
定する粒子数分析部４０，ＴＶカメラ８の撮影条件やフ
ローセル１００のサンプル液流れの条件，画像処理制御
回路２６の制御，識別回路２８からの画像処理結果の記
憶，粒子数分析部４０とのデータの授受、及び表示部５
０への表示を行う中央制御部２９を有する。

【００２８】粒子検出手段１０３は、検出光としてのレ
ーザ光を発する検出光源である半導体レーザ１５，半導
体レーザ１５からのレーザ光を平行レーザ光束１４にす
るコリメータレンズ１６，コリメータレンズ１６からの
レーザ光束の１方向のみを集束させるシリンドカルレン
ズ１７，シリンドカルレンズ１７からの光束を反射させ
る反射鏡１８，顕微鏡コンデンサレンズ３とフローセル
１００の間に設けられ反射鏡１８からレーザ光束をサン
プル液流れ１１０上の画像取り込み領域の上流側の接近
した位置に導く微小反射鏡１９，粒子による上記レーザ
光束の散乱光を集光する顕微鏡対物レンズ５，顕微鏡対
物レンズ５で集光された散乱光を反射させるビームスプ
リッタ２０，ビームスプリッタ２０からの散乱光を絞り
２１を介して受光しその強度に基づく電気信号を出力す
る光検出回路２２，光検出回路２２からの電気信号に基
づいてフラッシュランプ駆動回路１ａを作動させるフラ
ッシュランプ点灯制御回路２３を有する。尚、顕微鏡対
物レンズ５は画像撮像手段１０１と共用される。

【００２９】図１により、粒子解析装置の基本的な動作
を説明する。

【００３０】半導体レーザ１５は常時連続的に発光して
おり、常にサンプル中の粒子が検出領域を通過するのを
観測している。半導体レーザ１５からのレーザ光束は、
コリメータレンズ１６で平行レーザ光束１４に集束さ
れ、シリンドカルレンズ１７で光束の１方向のみ集束さ
れる。このレーザ光束は反射鏡１８及び微小反射鏡１９
で反射されフローセル１００内のサンプル液流れ１１０
上に照射される。この照射位置はシリンドカルレンズ１
７によってレーザ光束が集束する粒子検出位置であり、
サンプル液流れ１１０上の画像取り込み領域の上流側の
近接した位置である。

【００３１】測定対象である粒子が上記レーザ光束を横
切ると、レーザ光束は散乱され、この散乱光は、ビーム
スプリッタ２０で反射され、光検出回路２２において受
光され電気信号に変換される。粒子検出信号は、粒子の
光学的な屈折率，吸収，サイズ，粒子の内部状態，散乱
光検出条件などにより影響を受ける。

【００３２】測定サンプル中には粒子サイズの小さいも
のが、多数含まれている場合、それらの粒子を検出処理
すると粒子検出頻度は大幅に増大し、大部分がこれら粒
子サイズの小さいもののみ画像処理をすることになる。
光検出回路２２では、粒子検出信号の継続時間を利用す
ることにより粒子サイズの大きいもの、小さいものに分
類することができる。光検出回路２２で粒子サイズが大
きいものと判定された粒子検出信号は、画像処理対象粒
子とみなされる。そのため、粒子サイズが大きいものだ
け画像処理されることになる。また、粒子サイズの小さ
いものと判定された粒子は、画像処理を行わず粒子検出
信号の信号強度で分類され、粒子数分析部４０にて各々
の種類の粒子数を知ることができる。更に、図２では、
粒子サイズの小さいものとして赤血球，白血球が挙げら
れている。これら赤血球，白血球をより正確に識別する
のに、赤血球を溶血させたり、白血球が蛍光発光する色
素で染色したり、光信号の信号強度と継続時間で論理和
を取ること、一次元イメージセンサで粒子の形状パラメ
ータを得ることなどにより識別されている。

【００３３】測定モードがＬＰＦモードのとき、粒子数
を増やすために測定サンプル体積を多くしなければなら
ない。そのため、サンプル体積は、結像系の焦点深度よ
り大きくなってしまう。この時、粒子のサイズが大きい
ものは、どこか一部分が焦点深度範囲内に入るので像が
ボケることはないが、粒子のサイズが小いものは、焦点
深度範囲以外に流れてくるので像がボケてしまう。光検
出回路２２では、予めＬＰＦモード対象粒子検出信号の
継続時間を設定する。このことにより、粒子サイズの小
さいものを検出することが無くなり、粒子サイズの大き
いものだけを撮像することにより画像がボケることはな
い。

【００３４】更に、光検出回路２２で検出電気信号が画
像処理対象粒子の検出電気信号と識別されるとフラッシ
ュランプ点灯制御回路２３および粒子数分析部４０に送
られる。フラッシュランプ点灯制御回路２３では粒子が
ＴＶカメラ８の画像取り込み領域の所定の位置に達した
ときにフラッシュランプ１が発光し撮像が行われるよう
に、粒子検出位置と画像取り込み領域との距離及びサン
プル液の流速で決まる所定の遅延時間の後にフラッシュ
ランプ駆動回路１ａに送られる。フラッシュランプ点灯
制御回路２３からは、上記検出信号と同時に発光レディ
信号が送られ、インターレース方式のフィール信号のタ
イミングに基づいてフラッシュランプの発光タイミング
が制御される。

【００３５】粒子分析手段１０２は次のように動作す
る。ＴＶカメラ８から出力される画像データ信号はＡＤ
変換器２４でデジタル信号に変換され、これに基づくデ
ータが画像処理制御回路２６の制御の基に画像メモリ２
５の所定のアドレスに記憶される。画像メモリ２５に記
憶されたデータは、画像処理制御回路２６のもとに読み
だされ、特徴抽出回路２７及び識別回路２８に入力され
て画像処理が行われ、中央制御部２９にその結果が記憶
される。記憶されるのは粒子分類結果と粒子分類に使わ
れた粒子識別特徴パラメータデータである。粒子の分類
識別処理は、通常行われているパターン認識処理により
自動的に行われる。この画像処理結果と測定条件、及び
画像処理された画像情報が中央制御部２９，光検出回路
２２からの粒子検出信号、及び画像処理制御回路２６か
らの制御信号をもとに、最終的な粒子画像の分類識別結
果の纏めを行う。

【００３６】

【発明の効果】本発明では、粒子検出手段で検出した粒
子検出信号の情報を利用することによって粒子の種類別
分布が分かると次のような利点が生ずる。

【００３７】粒子濃度が高い場合には、画像入力に伴う
デットタイムの間にオペレーターがより重要とする粒子
が流れてきても静止画像として処理することができない
という問題は、重要粒子に対応する光信号だけを画像処
理することにより解決する。また、そのことにより重要
粒子以外の粒子は画像処理する必要が無くなるので、画
像処理の効率化、無駄な画像データを記憶する必要がな
いので画像メモリの縮小化ができる。更に、画像処理さ
れなかった光信号は粒子検出系の粒子種類別分布が分か
ることから、サンプル内の各々の種類の粒子数を知るこ
とができるので、測定精度の向上につながる。

【００３８】また、測定モードがＬＰＦのときに、粒子
サイズの小さいものが混入しては不都合である、焦点深
度範囲以外に流れてくる粒子を静止画像として見た場合
のピンボケ画像の問題点も粒子サイズの小さいものに対
応する光信号を取り除き、粒子サイズの大きいものだけ
を検出し、画像処理することにより生じなくなる。

【００３９】その結果、画像処理の効率化，低価格化，
測定精度・再現性の向上に有効な手段を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】粒子解析装置の全体構成図である。

【図２】信号強度と継続時間の相関図である。

【符号の説明】

１…フラッシュランプ、１ａ…フラッシュランプ駆動回
路、２…フィールドレンズ、３…顕微鏡コンデンサレン
ズ、５…顕微鏡対物レンズ、６…結像位置、７…投影レ
ンズ、８…ＴＶカメラ、１１…視野絞り、１２…開口絞
り、１５…半導体レーザ、１６…コリメータレンズ、１
７…シリンドカルレンズ、１８…反射鏡、２０…ビーム
スプリッタ、２１…絞り、２２…光検出回路、２３…フ
ッラシュランプ点灯制御回路、２４…ＡＤ変換器、２５
…画像メモリ、２６…画像処理制御回路、２７…特徴抽
出回路、２８…識別回路、２９…中央制御部、４０…粒
子数分析部、５０…表示部、１００…フローセル、１０
１…画像撮像手段、１０２…粒子分析手段、１０３…粒
子検出手段、１１０…サンプル流れ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粒子成分を含む試料液をフローセル中に流
   し、フローセル中を流れる試料液の上流の位置に連続的
   に点灯している粒子検出用光学系がフローセル中を通過
   する粒子を検出すると、フローセル中の撮像領域を照射
   する光学系が点灯し、撮像装置が検出した粒子の静止画
   像を撮像し、撮像した粒子静止画像を画像解析すること
   により粒子の分類を行う粒子解析装置において、 前記粒子検出用光学系が粒子を検出した際、重要粒子ま
   たは、そうでない粒子との識別を行い、重要粒子に限り
   画像解析を行うことを特徴とする粒子解析装置。