专利名称：二次光散射法检测细胞仪中颗粒飞行速度的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测影像流式细胞仪。具体讲，涉及二次光散射法检测细胞仪中颗粒 飞行速度的方法和实施装置。
背景技术：
本技术主要应用于影像流式细胞仪，而影像流式细胞仪是从传统流式细胞仪进化 而来的。传统的流式细胞仪是一种用于对细胞或粒子进行分析和分选，从而达到从细胞水 平上进行早期疾病诊断(如癌症)或研究毒品、射线等对细胞影响等目的的仪器。该仪器 在工作时需要对细胞或粒子进行特异荧光标记，计算机通过散射光和荧光信息确定细胞或 粒子的物理及化学信息，因而操作人员无法看到细胞或粒子的实际图像。为解决这些问题， 影像流式细胞仪可实现短时间内拍摄大量颗粒、可观测细胞或粒子真实图像及单个细胞或 粒子逐一“拍照留念”等功能。影像流式细胞仪技术是将稀释后的血样或其他生物学标本，与鞘液(包裹血样) 一起从微孔喷嘴喷出，使用高速摄影技术对喷流中的颗粒逐一拍照，再运用图像处理技术 实现对颗粒的识别、分类和计数。本技术中所谓“颗粒飞行速度”的测量实指被鞘液包裹的血样中的颗粒的速度测 量，而颗粒的速度必然决定于包裹其的鞘液，故而调整鞘液速度实际上也即调整颗粒速度。 颗粒飞行速度的测量作用有二1、影像流式细胞仪中，样本及鞘流从喷嘴喷出的速度需要十分稳定，而为了稳定 液流速度，首先要测量液流速度。2、影像流式细胞仪中，相机快门和闪光灯一定要在被拍摄颗粒进入摄影区的合适 时刻开启。要实现该目的，首先需要探测到颗粒的到来，其次要及时测量出其飞行速度，以 便决定相机快门和闪光灯启动的时刻。传统流式细胞仪技术中，也需要稳定样本从喷嘴喷射出的速度。为此，也需要测定 喷嘴喷射速度，以便为喷射装置提供反馈参数，再通过调节样本池或鞘流池内的压力或其 他方法，稳定喷射速度。传统流式细胞仪和影像流式细胞仪中，现有流速测量方法可以分为两类。一类 需要至少两个激光器，如体内成像流式细胞仪(In Vivo Imaging Flow Cytometer)是通 过测量计数狭缝与延迟成像脉冲时间段内细胞运动的距离来计算速度的，这种方法需要 计数和成像两个功能的激光器，又如多光谱影像细胞仪(Multispectral Imaging Flow Cytometer)将速度测量作为子系统，而子系统中又附加一激光器；另一类测速方法是通过 公式推断速度，并非进行实时测量，例如衍射成像流式细胞仪(Diffraction Imaging Flow Cytometer)根据液柱中不同的竖直位置由公式计算出速度。这两种现存方法存在明显弊端第一种所需激光器较多，开销大且调试难度增加； 第二种不能保证所照的每张照片上均有细胞或粒子，因为所测速度并不一定准确，效率因 此降低。
发明内容
为克服现有技术的不足，能够进行实时、准确的进行速度测量，本发明采取的技术 方案是，二次光散射法检测细胞仪中颗粒飞行速度的方法，使自细胞仪喷嘴喷出的连续穿 过两束距离已知为D的平行光，产生两次散射，散射光经聚焦后被光敏传感器接收，光敏传 感器分别探测两次光散射并通过电子计时电路测量两次光散射发生的时间间隔T，通过速 度V = D/T计算出颗粒飞行的平均速度。二次光散射法检测细胞仪中颗粒飞行速度的装置，包括C形支座2，其中心附近自上而下快速流过喷嘴喷出的鞘流1 ；激光管3发出的入射光束4穿过C形支座2 —侧上的狭缝A进入C形支座2，照射 到鞘流1后进入C形支座2上与入射侧相对一侧的狭缝A’，从狭缝射出后经直角棱镜5两 次反射成为出射光束6，出射光束6穿过与狭缝A’位于C形支座2同侧且在其上方的狭缝 B’、鞘流1，并从支座2上与狭缝A同侧且在其上方的狭缝B射出，入射光束4和出射光束6 平行，相距距离由C形支座2上的狭缝A和B的距离决定，并且已知为D ；透镜位于C型支座2上，用于聚焦散射光，聚焦后照射到透镜后方的光敏器7上；光敏器7将散射光信号转换成电信号；后续电路，用于根据速度V = D/T，T为散射光信号时间间隔，计算出颗粒飞行的平 均速度V。激光管为激光器平行光管，产生的激光束横截面是矩形或接近矩形的椭圆形。所述的装置，安装调试时，可以在狭缝B处观察是否有激光射出，只有当在狭缝B 观测到反射出的激光时，才说明整个光路调节正确。本发明其特点在于1、仅使用一只激光器即可产生所要的两束平行激光束。一方面，减少使用激光器 的数目有效削减了成本，因为目前激光仪价格较之整个细胞仪花费仍占较大比重；另一方 面，一台激光仪与一个直角棱镜的组合较两台激光仪更容易调试安装调试时，用薄纸覆盖 住狭缝B，启动激光器，调整激光器的位置，当狭缝B处的薄纸上有激光光斑且光斑面积最 大时，表明此时激光器处于最佳位置，固定锁死激光器即可。两条光线必然平行，若用两台 激光器，则不能保证。2、由于能够进行实时、准确的速度测量，在系统正常工作的情况下能保证每张照 片上均有一个颗粒的影像，提高了效率，节约了成本。
图1测量装置立体示意图，图中1是鞘流，2是C形支座(支架)，3是激光器，4是 入射激光束，5是直角棱镜，6是出射激光束，7是光敏器。图2测量装置前视图。图3测量装置俯视图。图4 散射光检测与处理部分功能框图。图5 实测脉冲波形。
具体实施例方式本发明采用光散射原理实现。当同一颗粒连续穿过两束距离已知为D的平行光时 产生各产生一次散射，散射光经聚焦后可被光敏传感器接收，光敏传感器分别探测两次光 散射并通过电子计时电路测量两次光散射发生的时间间隔T，通过V = D/T计算出颗粒飞行 的平均速度。技术方案如下(见图1):从喷嘴喷出的液体为由鞘流1包裹的血样。血样经过多次稀释，浓度较小，因而血 液中各粒子或细胞间距离较大，从而从喷嘴喷出的各个粒子或细胞的间距允许本装置对每 个样本的飞行时间进行计算。鞘流1以一圆圈形包裹血样，在本技术测量范围内，流动的鞘 液仍可视为柱体，因而鞘液速度可视为颗粒速度，这一条件使得通过调节气压来调节粒子 速度成为合理方式。喷嘴喷出的鞘流1从测量装置的C形支座2中心附近自上而下快速流过。激光管 3发出的入射光束4穿过C形支座2 —侧上的狭缝A进入C形支座2，照射到鞘流1后进入 C形支座2上与入射侧相对一侧的狭缝A’，从狭缝射出后经直角棱镜5两次反射成为出射 光束6，出射光束6穿过与狭缝A’位于C形支座2同侧且在其上方的狭缝B’、鞘流1，并从 支座2上与狭缝A同侧且在其上方的狭缝B射出。入射光束4和出射光束6平行，相距距 离由C形支座2上的狭缝A和B的距离决定，并且已知为D。鞘流1中的颗粒随鞘流1从喷嘴中喷射出，进入C形支架并沿其向下喷射。由前 所述可知，鞘流1和颗粒将两次穿过光束第一次穿过位于上方的出射光束6，第二次穿过 位于下方的入射光束4。当颗粒穿过出射光束6时，产生一次光散射。散射光经位于与两 相对侧的狭缝相邻一侧的透镜(位于C型支座上)聚焦，照射到透镜后方的光敏器7上，光 敏器7将该散射光信号转换成电信号，即电脉冲。同样，当颗粒7向下运动穿过入射光束4 时，也产生一次光散射，光敏器9也同样输出一个电脉冲信号。两个电脉冲被后续电子电路处理后可以测出脉冲间隔T，从而根据V = D/T，后续 电路可以计算出颗粒飞行的平均速度V，这里颗粒的运动可近似看做勻速直线运动。激光器3发出的激光束4的横截面为长方形或近似长方形，经宽度足够的直角棱 镜5两次反射后，出射光6的横截面也基本为长方形或近似于长方形，这样的设计可大大降 低入射光和反射光瞄准难度，使无论在鞘液中何位置的颗粒均能散射激光。综上，本发明1、仅使用一只激光器即可产生所要的两束平行激光束。一方面，减少使用激光器 的数目有效削减了成本，因为目前激光仪价格较之整个细胞仪花费仍占较大比重；另一方 面，一台激光仪与一个直角棱镜的组合较两台激光仪更容易调试安装调试时，用薄纸覆盖 住狭缝B，启动激光器，调整激光器的位置，当狭缝B处的薄纸上有激光光斑且光斑面积最 大时，表明此时激光器处于最佳位置，固定锁死激光器即可。两条光线必然平行，若用两台 激光器，则不能保证。2、由于能够进行实时、准确的速度测量，在系统正常工作的情况下能保证每张照 片上均有一个颗粒的影像，提高了效率，节约了成本。
权利要求
一种二次光散射法检测细胞仪中颗粒飞行速度的方法，其特征是，使自细胞仪喷嘴喷出的连续穿过两束距离已知为D的平行光，产生两次散射，散射光经聚焦后被光敏传感器接收，光敏传感器分别探测两次光散射并通过电子计时电路测量两次光散射发生的时间间隔T，通过速度V＝D/T计算出颗粒飞行的平均速度。
2.根据权利要求1所述的一种二次光散射法检测细胞仪中颗粒飞行速度的方法的实 施装置，其特征是，包括C形支座(2)，其中心附近自上而下快速流过喷嘴喷出的鞘流(1)；激光管(3)发出的入射光束(4)穿过C形支座(2) —侧上的狭缝A进入C形支座(2)， 照射到鞘流(1)后进入C形支座(2)上与入射侧相对一侧的狭缝A’，从狭缝射出后经直角 棱镜(5)两次反射成为出射光束(6)，出射光束(6)穿过与狭缝A’位于C形支座⑵同侧 且在其上方的狭缝B’、鞘流(1)，并从支座(2)上与狭缝A同侧且在其上方的狭缝B射出， 入射光束⑷和出射光束(6)平行，相距距离由C形支座⑵上的狭缝A和B的距离决定， 并且已知为D ；透镜位于C型支座(2)上，用于聚焦散射光，聚焦后照射到透镜后方的光敏器(7)上；光敏器(7)将散射光信号转换成电信号；后续电路，用于根据速度V = D/T，T为散射光 信号时间间隔，计算出颗粒飞行的平均速度V。
3.根据权利要求2所述的一种二次光散射法检测细胞仪中颗粒飞行速度的方法的实 施装置，其特征是，激光管为激光器平行光管，产生的激光束横截面是矩形或接近矩形的椭 圆形。
4.根据权利要求2所述的一种二次光散射法检测细胞仪中颗粒飞行速度的方法的实 施装置，其特征是，所述的装置，安装调试时，可以在狭缝B处观察是否有激光射出，只有当 在狭缝B观测到反射出的激光时，才说明整个光路调节正确。
全文摘要
本发明涉及检测影像流式细胞仪，涉及二次光散射法检测细胞仪中颗粒飞行速度的方法和实施装置。为进行实时、准确的进行速度测量，本发明采取的技术方案是，二次光散射法检测细胞仪中颗粒飞行速度的方法，使自细胞仪喷嘴喷出的连续穿过两束距离已知为D的平行光，产生两次散射，散射光经聚焦后被光敏传感器接收，光敏传感器分别探测两次光散射并通过电子计时电路测量两次光散射发生的时间间隔T，通过速度V＝D/T计算出颗粒飞行的平均速度。本发明还提供了相应的实施装置。本发明主要应用于检测细胞仪中的颗粒飞行速度。
文档编号G01P5/18GK101915855SQ20101024138
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者朱险峰, 李春晖, 蔡雪娇, 马思宇 申请人:天津大学