JPS60107565A - 赤血球異常のスクリ−ニング方法 - Google Patents

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】 本発明は自動化した血球分析に関し、さらに詳細には赤
血球における異常について自動的にスクリーニングする
ための方法に関するものである。

赤血球の正確表分粒は、種々の病的な血液状態地中海貧
血は、赤血球の直径が６μ程歴に小さくなるという小血
球症をもたらす。一方において、コ的井Ｊ拗＝３巨赤芽
球性貧血、悪性貧血及び葉酸とビタミンＢＩ２欠乏症は
、赤血球が９μ又はそれ以上となる可能性のある大赤血
球症をみちびく。

１９３３年にプライス−ジョーンズは、始めて直接的な
顕微鏡測定によって、赤血球の大きさの変化を定量化し
た。出現頻度と血球の大きさの間のプライスーソヨーン
ズヒストグラムは、ストレスと病気の状態の生理学及び
病理学における相違に対して、これらの変化を関係づけ
るために用いられている。これらの直接的な測定は手間
がかかり且つ比較的僅かな数の血球が関係するのみであ
るから、この方法は血液学の検査室においては、日常の
定量的な要素としてはほとんど無視されている。電子工
学的な血球計数及び分析器の出現と共に、平均小球体積
（ＭＣ’Ｖ　）が、数秒の中に数千の血球の平均寸法（
体積）を測定するための標準的な指数となってきた。し
かしながら、ＭＣＶに伴なう問題は、これが平均値を与
えるのみであって、個々の血球の真の大きさ及び／又は
形状に関しては、はとんど情報を与えないということで
ある。

かくして、本発明の第一の目的は赤血球の異常を調べる
ための、より迅速且つ正確で信頼性の高い方法を提供す
ることにある。

赤血球異常スクリーニング手段を作り出すための光学的
フローシトメトリー（ｆｌｏｗ　ｃｙｔｏｒｒｔｅｔｒ
ｙ）の原理を利用することにある。

電子工学的な血球計数器によって生じるインピーダンス
、光散乱又は螢光発光パルスのスリット幅又は経過時間
（”ＴＯＦ″）を使用して血球の大きさを推定すること
は多くの研究者によって報告されている。これらの測定
は、球状の粒子に対してはかなり正確であるけれども、
檜々の異なる形状と屈折率を有する実際の血球に対して
は、あま勺有利ではない。リアリー、トッド、ウッド及
びヅエットは１６７９年に、極小体に対する直径のきわ
めて直線的な関数であることも彼らが見出しているパル
ス立上シ時間の画定を考感することによって、ＴＯＦ分
析よりも分解能を増大させることができた。この研究の
結果として、ヅェームスエフリアリー及びポールトッド
は、粒子の寸法特性の測定のためのノξルスエツジ測定
と題する、１９８１年４月２１日公告の米国特許第４．
２６３゜５０８号を有している。

本発明の別の目的は、血球計数器の動力学を利用するが
、それによって得られる情報についての利益を従来に増
して効率的に利用することにある。

たとえば、商業的に入手することができる臨床光学的フ
ローシトメトリー装置（たとえば、ニューシャーシー州
ラリタン及びマサチューセッツ州ウェストウッドのオル
ソダイアグノスチックシステムスインコーポレーテッド
からＥＬＴ−８の商品名で入手できるもの）による試料
の通常の処理において、３３というような多くの信頼性
のあるパラメータを割出すことができるということが見
出されている。明らかに、赤血球異常の研究は、複雑な
処理の時間とコストに対する正確度の差引勘定の必要を
考慮しつつ、これらのパラメータの最適の選択に基礎を
置くことが望ましい。

本発明の原理は、狭い角度の散乱データ及び特にパルス
面積、パルス幅及びパルス形状のパラメータの選択利用
を前提としている。特に、各血球を、常法によシ焦点を
集めた照明の区域中を通過させ、それぞれに対する狭い
角度の散乱を記録する。すなわち、谷血球に対して、散
乱を生じさせる血球に相応するパルス（時間の関数とし
て、散乱に比例する電圧）が生じる。本発明に従って、
これらのパルスを個々に画定して、それぞれのパラメー
タを累積し且つ分析する。一方、分析の結果（すなわち
、データ集積の変動の糸数）を選択した方式で組み合わ
せて、赤血球異常の指数をうる。

好適実施形態においては、ノソルス形状’ｌｒｉ’ルス
幅（たとえば立上りにおけるピークの５０％から低下に
おけるピークの５０％まで）のパルスピークに対する比
として衣わし、これらのパルス形状特性の集積上、変動
と平均の係数に対して選択的に分析する。これらの二つ
は、パルス面９Ｊびパルス幅の集積の変動の係数と共に
、異常に関する異なる針の情報を云える別々の要因を表
わす。

決定的な指数を組み立てるためには、それぞれに対して
別々に加重値を加えたのち、組み合わさなければならな
い。以下に詳細に記す本発明のいっそう特定的な局面は
、この別々の加重値の付加及び組み合わせ関数に対する
基礎を提供する。

本発明の譲受人に対して譲渡され、１９７８年９月６日
に出願された、。全血中の血小板の検出のための装置と
方法１と題するダブリュー・ビー・ハンセンの米国特許
願第９３９．９４’３号を参照しなければならない。こ
の特許願は本発明の原理の適用に適する装置を詳細に記
している。本発明の開示を完全にするために必要な範囲
まで、この特許願を参考のためにここに包含せしめる。

第１図をも参照するが、この図はハンセンによって開示
された系の関連する部分を示しており、これは通常の言
葉でいえば、暗視野顕微鏡検査法の原理を包含する。一
方、これらの原理は前記のオルソＥＬＴ−８ブランド７
０−シトメトリー装置における有利性に対して用いられ
る。以下の説明においては、本発明の好適実施形態を、
かかる装置に関して論じるが、本発明の原理は、本発明
の方法が適合する操作を提供する多くの商業的に入手可
能な血球計数及び血球分析装置の何れにおいても、同等
の利益で使用することができる。

第１図において、照明源１０１をレンズ装置１０２によ
って７０−セル１０４中の区域１０３上に焦点を結ばせ
る。フローセル１０４は焦点を結ばせた照明に対して横
方向に配置する。標準的な実施においては、水力学的な
焦点合わせは、試料の血球が個々に該区域中を急速に進
行して個々に急速に照明を受けることを保証する。流動
方向中の区域１０３の寸法が流動方向における血球の寸
法よりも概して小さいことは、きわめて望ましいことで
はあるが、給体に必要なことではない。

通常の過程では、この区域中の照明の強麓はガウス分布
を有している。

光は血球によってすべての方向に散乱するが、本発明に
対しては狭い角度の散乱で十分である。

その光を障害物１０５、光学素子１０６、及び絞シ１０
７の通過後に、検出器１０８において集める。実際には
、検出器１０８は、通過する血球の゛強度（すなわち、
電圧）対時間図を発現するための光電的手段を包含すｚ
０第２図はこのような波形を示している。

本発明において用いる場合に、・ぞルス幅とは、パルス
が最初にピークの５０係に達する時間とパルスがピーク
の５０係以下に低下する時間の間の幅、すなわち、時間
をいう。いうまでもなく、別の定義を用いてもよいが、
本発明の好適実施形態においては、５０％−５０％の定
義を用いる。

本発明の好適実施形態においては、ＥＬＴ−８光学系に
対して何の変更も行なわない。通常の専問家の能力内に
ある追加の光学系を、赤血球パルス形状の分析のため及
びＥＬＴ−８データ取扱い者がｉｆルス幅及びパルス形
状ヒストグラムを作シ出すために、使用してもよい。あ
るいはまた、本明細誓の第３図に示すコンピュータソフ
トウニアカ、ノクルス幅及びパルス形状ヒストグラムを
正しく分析すると共にあらかじめＥＬＴ−８に表示され
た・ぐルス面積のＲＢＣヒストグラムから新しい情報を
提供する。種々の要因がＥ　Ｂ　Ｃ、？ルス幅、パルス
面積及び全体的パルス形状に影響を及ぼすけれども第２
図に示すようなこれらのパラメータに関係する主な血球
の要点は、以下のとおシであると思われる： パルスパラメータ　血球の要点 ＰＡ＝積分面積　体　積 ｐ、　＝幅　長さ又は直径 Ｐｓ−形状　血球の全体的形状 本発明の原理に従って、血球のモルホロソー、すなわち
形状は、−血球ごとに対しての、形状に感応するパラメ
ータと形状に感応しないノぞラメータの両者を用いて解
明される。パルス幅（それ自体経過時間の関数）のパル
スピークに対する比がノｅルス形状のこのような指標を
提供することが好ましい。しかしながら、その他の組合
わせ、たとえばＡ？パルス上りの傾斜（たとえば、ピー
クの５０係と９０％の間の上昇時間）のパルス面積又は
ｉｅルスビークに対する比、あるいはパルス幅のパルス
面積に対する比を用いることができる。

ＥＬＴ分析器においては、血球は焦点を結ぶレーザー光
線中を流れる。血球の流れの方向における光線の寸法は
約７μｍであり、これは大部分の赤血球よりも小さい。

光線中の光の強度は均一ではなくて、中心において最冒
であシガウス分布で低下する。血球がこのレーザー光線
の焦点を結んだ帯中を通過するときに、血球が実際にレ
ーザー光線によって走査される。全血球が流体として実
質的に等速で流れるから、短かい血球はレーザー光線中
の通過に要する時間が比較的短かく、比較的長い血球は
レーザー光線中で比較的長い時間を消費する。レーザー
光線中のこの時間の消費は、光散乱パルスの幅に反映す
る（第２図参照）。血球はその最長の軸を流れの方向に
対して平行にして流れる傾向があるから、パルス幅は血
球の最長寸法の長さの尺度となる。血球がまとまった形
（たとえば球状）をしている場合には、それは第２ａ図
に示すような比較的鳥く細いパルスを与える。パルスの
幅のパルスのピーク高さに対する比は血球の全体的な形
状の良好な尺此となる。パルス下の積分面積は血球体積
の良好な尺度であって、血球の形状には比較的無関係で
おる。正常人においては、赤血球は明確な両凹形態と狭
い大きさ範囲を有している。両凹以外の形態（たとえば
球状、とげのある球状、細長い形状又は三日月状）を有
する血球の意味のある数の存在は、変形赤血球症と呼ば
れる。血球の大きさに広い範囲が存在する場合の状態は
く不同赤血球症として知られている。

顕著な変形赤血球症又は不同赤血球症の存在は病気の徴
候であることが多く、′示差白血球計数１の間に、これ
らの状態について血液膜を調べる。

本明細書中で用いる場合の”ヒストグラム”という術語
は、下記の意味を有するものとする。ヒストグラムに、
あるｉｅラメータの値とそのパラメータの特定の値を有
する事象の出現の数の間の関係についてのプロットすな
わちグラフである。このグラフの横軸を一定数の等しい
大きさ及び等しい間隔の区分、すなわちチャンネルに分
ける。各区分すなわちチャンネルは、そのパラメータの
値に対する特定の範囲を表わす。グラフの縦軸は各特定
脚、囲の・ぞラメータ値を有する事象の出現数を表わす
。通常は連続的な帥、囲の数、たとえばθ〜１００、を
等しい大きさの区分に分ける。第４図はヒストグラムの
例を示す。

ノソルス面積、ハルス幅、及びノｅルス形状ヒストダリ
ムを分析することによって、血液試料が意味のある数の
異常な形状又は大きさを有する赤血球を含有しているか
どうかを指示する指数を誘導することができる。僅かに
数の著るしく異常な血球は多数の比亡シ的僅かな異常を
有する血球の効果に類似するような具合にＡルスパラメ
ータヒストグラムに影響を及ばずであろうから、本発明
による赤血球異常すなわちモルホロノー指数（ＲＣＭＩ
”）は、血液塗抹標本の形態学的評価において認められ
る異常血球百分率と数的に必ずしも相関しない。

評価の間に血球を食塩水中に懸濁させるＥＬＴ−８で評
価した赤血球の状態もまた、血球をスライドガラス上で
乾幼し且つアルコールで固定する人手による評価と比較
して著るしい相違がある。それにもかかわらず、高度な
ＲＣＭＩ及び意味のある数の異常赤血球の存在の１ｄＪ
　ＶＣは良好な対応が存在する。すなわち、本発明の方
法は、個々の血球に基づく判定の実質的な介在又は実践
なしに迅速に行なうことができる鑑別を提供することを
再び述べるべきである。最後に、利足、すなわち、人手
による検査を用いる続行の相対的な望１しさを指示する
展開したＲＣＭＩＷ、準との比較を施す指標ＲＣＭＩが
与えられる。

本明細書中で用いる場合の７変動の係数７という用語は
、次のように定義される二 Ｆ ここで ｉはヒストグラムにおけるチャンネルを表わし、 ｎｉはチャンネルｔにおけるカウントの数を表わし、 Ｓｉはそのチャンネルに対する横座標変数Ｓの値であシ
、 ｇは平均チャンネルであり、 Ｎ＝Σｎｉ＝ヒストグラム中のカウントの総数 本発明によるＲＣＭＩの計算においては、別個の４パラ
メータを用いる。すなわち：　＋ｉ＋ｙｅルス幅ヒスト
グラム中の変動の係数；（２）パルス面積ヒストグラム
中の主要ピークの変動の係数＋（３１ｊｅルス形状ヒス
トグラム中の主要ピークの平均、及び（４）パルス形状
ヒストグラム中の主要ピークの変動の係数。これらの４
パラメータのそれぞれに対して、装置を、好ましくけＥ
ＬＴ−ｇによって、正常な血液試料を分析し且つ正常な
血液試料に対する各ｉｆラメータの平均及び標準偏差を
決定することによって較正する。

ＲＣＭＩは、パラメータ（３）、すなわちノｅルス形状
の平均、以外のすべてに対して、以下のように計算する
。あるｉｅラメータの値を、そのパラメータに対する正
常な値と比較する。パラメータが正常な平均から２正規
標準偏差未満である場合には、そのパラメータからＲＣ
ＭＩＫ何の値も割当てられない。そのパラメータが正常
な平均から２正規標準偏差よりも大きく離れている場合
には、次のような値が割当てられる。

パラメータ（ｊ）の正規標準偏差 ２ ”−２１の項は、２σの偏差基準の採用に基づくことに
注意すべきである。明らかに、異なる統計的基準は、上
記の計算法の相応する変化を与える。

このようにして個々のＲＣＭＩ（ｉ）ノｅラメータが得
られるならば（パルス形状ヒストグラム、ＲＣＭ　Ｉ　
（３１の平均値は別個にめられる）、それらを組み合わ
せることが必要であるに過ぎない。一般に、 ＲＣＭＩ−Ａ・ｌＲｃＭＩ（１月十Ｂ・ｌ　ＲＣＭ　ｌ
ｌ２）ｌ　＋Ｃ・ＩＲＣＭＩ（３月十Ｄ・ＩＲｃＭＩ（
４月ここでＡ、Ｅ、Ｃ及びＤは加重係数である。本発明
のファイルにおいて予想される最良の方式でもある、も
つとも簡単な場合においては、Ａ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄ＝１ 上記の方法は、本発明の方法の好適実施形態からのフロ
ーチャートを示す第３の考察によって、より良く理解で
きよう。３０１において、血球が区域を通過するときに
散乱した光を検出し且つ３０２において相当する信号〕
ｅルスを生ぜしめる。

次いで、平行的な処理、すなわち、３０４におけるパル
スピーク測定に対する処理と、３０５における、積分に
よるような、パルス面積倒１］足に対する処理を行なう
。

先ず、全体の中の面積の足を考慮すると、ひとつきとつ
の血球に対するそれぞれの値を３０６において合計して
、ヒストグラムの形態に集積する。

一方、このヒストグラムを３０７において分析すること
によって、変動の係数、ＲＣＭＩ評価のために用いられ
る面積に感応する・ぞラメータ、を決定する。次いで、
３０８における判定段階において、面積変動係数を予め
選んだ”正常−範囲に対して評価し、且つそれが正常範
囲であるときは（すなわち、１イ工ス７出口３０９）、
それ以後定であシ且つ第３図中のそれぞれの足が平行的
な操作であることを考慮すれば、次いでこの手順の７ピ
ーク”の足を考察することが適切である。

３０４でパルスピークが決定されるならば、段階３１１
で示されるように、Ａビーク点間の幅をも見積もること
ができ、それが各血球に対して行なわれる。次いで同様
に、ノクルス形状、すなわち、パルス幅のパルスピーク
に対する比を３１２において計算することができる。か
くして、データの集積は、段階３１３及び３１４におい
て、それぞれ、別々のパルス幅及びノｅルス形状ヒスト
グラムを与える。前記のように、パルス幅及びパルス形
状ヒストグラムの変動係数を、それぞれ、段階３１５及
び３１６において、まとめて評価する。

段階３１７におけるパルス形状ヒストグラムの平均の決
定は第四のモルホロヅーヌは異常の基準を提供する。

各判定段階３１８．３１９及び３２０において、幅変動
係数、形状平均、及び形状変動係数値を、それぞれに対
して６正常”と指示する所定範囲と比較する。前記の面
積変動係数の場合と同様に、その範囲内の出現は′はい
１の足を駐る退出をもたらし、それ以上の方向決定作用
を行なわない。

判定段階３０８，３１８，３１９又は３２０の何れか又
は全部が０正常１を指示する範囲外の値を示す“いいえ
”の足を経て退出する場合は、ＲＣＭＩ要素の計算が行
なわれる。実際に、”正常“の判定は好適な実施形態に
対して先に記したＲＣＭＩ（ｉ）の２σ計算に相当する
。ＲＣＭＩ計算段階３２１は全ＲＣＭＩ指数の計算であ
る。

かくして、段階３２２において、展開したＲＣＭｌを所
定の閾値に対して評価することができる：閾値よりも大
きい場合は、通常通りに人手によるその後の検討が必要
であるが、そうでない場合は、その厄介な処理は不必要
である。

第４図は第３図の段階３１３．３１４及び３０６に従っ
て生じる３ヒストグラムを示す。これによってそれぞれ
を必要とする適当なデータを得るために処理することが
できる。すなわち、３者全部に対する変動の係数、及び
、ｅルス面積ヒストグラムに対する平均がそれから誘導
される。

第５図は従来の人手による方法と本発明の原理の実際の
データの相関関係を示す。第５図においては、ＲＣＭＩ
を縦軸にプロットし、人手による評価を横軸にプロット
する。

第５図の分析のためには、人手による異常の指数は１０
係という現実的な数値であるということ、及び１又はそ
れ以上のＲＣＭＩ指数は詳細な検討に価するモルホロジ
ーの程贋を指示する。（すなわち、第３図中の段階３２
２の”はい”の退出）ということを想定すべきである。

第５図の真理値表は、第５図に示したデータの対応関係
と意義を実証する。

上記の説明から、本発明の原理はモルホロジーに関する
自動化判定を行なうための種々の方法を包含するという
ことが明白であろう。この技術分野の通常の熟練者は本
発明の原理の精神及び範囲からの逸脱なしに、多くの変
更及び修飾を想起することができよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理の実施に用いることができる従
来の方法の装置の概念図である。 第２図は、第１図の装置における狭い角度の散乱の電圧
パルス波形の１例を示す。 第３図は、本発明の原理に従がう好適方法をフローチャ
ートの形態で示す。 第４図は、本発明によるヒストグラムの実例を示す。 第５図は、本発明の方法とこの技術分野で一般的な人手
による方法との比較図を示す。 システムズ・インコーポレーテッド 第１頁の続き ０発　明　者　ブラントン・ジエイ・　アメプライス　
イブ ０発　明　者　ラッセル・ジエイ・ガ　アメ−シュマン
　マス リカ合衆国マサチュセッッ州０２０５６ノーフオーク・
メルストリート　２０ リカ合衆国マサチュセッッ州０２３４６　ミドルボロ・
プリストリート　郭

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学的血球分析系において： α）　血球を、一度に一つずつ順次に、焦点を結んだ照
   明の区域中を通過させ、 ｂ）　各該血球に対して、該区域からの予め定めた光散
   乱を表現するノセルス波形を展開し、Ｃ）　当該血球試
   料に基づいて、ノソルス幅及びｉｅルス面積のそれぞれ
   のデータの集積を展開し、ｄ）　各血球に対して、パル
   ス形状の予め定めた指標を展開し、且つ・ぞルス形状指
   標の集積を展開し、 ｇ）　該パルス幅、パルス面積及びｉｅルス形状指標集
   積のそれぞれの変動係数を計算し、ｆ）　予め定めた関
   数に従って該変動係数を組み合わせ、それによって赤血
   球異常指数を生ぜしめ、 ｇ）　該指数を１．予め定めた標準と比較して評価する
   ことによって、意味のある程度の赤血球異常を有する試
   料を確認する、 段階から成ることを特徴とする、赤血球異常に対するス
   クリーニングのための方法。 ２　指標を展開するための該段階は各血球に対してパル
   ス幅の／ぐルスピークに対する比を評価することから成
   り、該比はノクルス形状の指標となる特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ３、該組み合わせの段階は、更にパルス形状指標の該集
   積の平均を確認し、且つそれを該変動係数と組み合わせ
   ることを包含する特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４、変動係数を組み合わせる該段階は、先ず各該係数に
   対する異常の指数を展開し、次いで選択した受容性の範
   囲外にある個々の指数を組み合わせることから成る特許
   請求の範囲第３項記載の方法。