專利名稱：在例如流式細胞計中補償由光與流體流中移動的粒子或生物細胞的相互作用產生的散射 ...的制作方法
技術領域：
本發明涉及在生物醫學裝置例如流式細胞計中對用于識別均勻微觀的固體粒子 例如血細胞的散射光的光學測量的領域。
現有技術被預期根據某些色散角提供與粒子散射有關的信息的探測器是已知的。現有技術 的這些探測器中的一些是由專利保護的，其中提到了第6，232，125號美國專利(Deka等人) 和第7，092，078號美國專利(Nagai等人)。所述專利描述了專用的光電探測器設備，為了補償Mie定律所述的信號抑制，這 些設備以與散射角成比例地增加的面積為特征由此形成所述設備的探測器元件的個數被 限制并且總角分辨率較差。現有技術未描述以高角分辨率為特征的方法和裝置，以便為了達到高角分辨率， 需要探測器在從流動單元出射的光束的光軸上位于中心。作為用于工業發明的本專利申請 的目的的這種類型的裝置和與之相關的方法解決了減小影響現有技術的所述方法和裝置 的不精確性的技術問題。所述不精確性實質上具有兩種類型第一種類型涉及在所述裝置中利用的組件的 公差；第二種類型涉及外部變量的影響，例如，這些外部變量可使細胞計中的光束在檢查之 間產生微小的移動，這些移動是由所述外部變量中的一些例如被檢查的樣品的注入壓力、 粘度和溫度的值的最小差異引起的。因此，本發明的目的是提出一種針對下述問題的新的且更有效的解決方案當分 析與單個粒子相關的散射信號時，將特殊類型的、常規類型的高分辨率光電探測器，即，由 光電探測器的簡單的線性陣列構成的高分辨率光電探測器與從流動單元出射的光束的光 軸對準，從而探測照射光束的左側與右側的對稱性或可能的非對稱性。這種方法允許單個單元的所謂“散射標志”被識別。發明概述為了上述目的，實現了本專利申請中所示的設備，其特征是包括通常被稱作“線性 二極管陣列”的光探測器的線性組的光電探測器的使用。這種探測器可由硅光電二極管、 APD(雪崩光電二極管)光電二極管、和其它已知類型的光電二極管例如CCD構成。所述線 性二極管陣列的特征是高靈敏度，并且能夠積聚由照射感光材料的光子產生的電荷，在照 射時間間隔期間傳遞它們的能量并且釋放電子，從而實際上作為具有正比于入射光子量的 電荷量Q的積分器操作。具有從五個至一千個以上的很多光換能器元件的線性二極管陣列是已知的并且 被商業化。作為非限制性的例子，這種類型的探測器是由浜松光子學株式會社——固態部門 制成的S4111-16Q/-16R模型，其由尺寸為0. 9x1. 45mm的具有15. 9x1. 45mm的有源區(包括二極管之間0. Imm的間隙)的十六個單獨的光電二極管構成。附圖的簡要說明
圖1示出了根據本發明的設備的優選實施方式的透視圖；圖2a、圖2b和圖2c示出了形成根據本發明的設備的部件；圖3和圖4示出了包含大小為0. 9x1. 45mm的十六個光電二極管的系統的正視圖， 這些光電二極管為所述CCD型光探測器14的輸入光探測器元件。照射所述光探測器元件 的平行射線束的區域19由圓示出；圖5示出了根據本發明的設備的優選實施方式的結構；圖6示出了在根據本發明的設備的優選實施方式中的連接到單個光探測器元件 的電荷放大器21至35;圖7示出了本發明的特定實施方式，其是僅利用四個放大器的簡化解決方案；圖8示出了圖7所示的類型的單個放大器觀、27、沈和M的內插輸出信號41、42、 43和44 ；以及圖9示出了具有10微米直徑的乳膠粒子上的散射光的角分布。本發明的詳細描述參照圖1，其示出了根據本發明的設備的優選實施方式的透視圖，其中下面的組件 部分可被識別LED光源11、流動單元12(例如，借助于由HelmaltaliaSrI制成的單元—— 模型151-051形成)、集光透鏡15、光探測器14(例如，由CCD型探測器形成)、所述探測器 14的支撐元件13、優選地包括位置調節螺釘16的用于調節所述支撐元件13的位置的裝置。所述LED光源11包括例如由燈形成的發光元件、單個或多個LED、適合于發射光束 的激光二極管或離子激光器設備、和形成光學系統以將所述光束集中且聚焦在所述流動單 元12內特別是在由輸送溶液流動傳送的粒子上的一個或多個透鏡。所述光探測器14優選 地包括例如由單獨的光電二極管組成的至少五個探測器元件。參照圖2a、圖2b和圖2c，形成根據本發明的設備的部件被識別。下面的元件將更 詳細地示出所述支撐元件13適合于通過作用于所述位置調節螺釘16在與進入所述流動 單元12的激光光束實質上垂直的方向上移動所述探測器14。通過被聚焦于所述流動單元12的中心處的所述凸型集光透鏡15，由照射光束和 在所述流動單元12中經過的粒子發出的散射光束構成的各種光束變為平行的，并且通過 由屬于所述探測器-支持器元件13的優選實施方式的槽18構成的隔膜或空間濾波器過 濾，并且因此影響適合于將光子能量轉換為電流的所述光探測器14。具體地，在附圖2b和附圖2c中，示出了根據本發明的設備在測量條件下的透視 圖在不存在可使聚焦光束17轉向的粒子的情況下，從所述流動單元12出射的聚焦光束 17通過所述集光透鏡15被轉換為平行的射線束19，并且越過所述槽18的所述光束19的 一部分在一點上照射所述光探測器，優選地CCD型的光探測器14，該點取決于系統的機械 部件的機械公差、所述光源11和所述透鏡15的光學對準公差以及所述流動單元12內的流 動位置。附圖3示出了包含大小為0. 9x1. 45mm的十六個光電二極管的系統的正視圖，這些 光電二極管為所述CCD型光探測器14的輸入光探測器元件。此外，照射所述光探測器元件的平行射線束的區域19由圓示出。在通過根據本發明的設備操作的對準步驟期間，所述位置調節螺釘16的旋轉允 許移動承載所述透鏡15和所述CCD型光探測器14的所述支撐元件13 由此前面列出的所 有公差可被補償。所述位置調節螺釘16可用手旋轉，例如，當在工廠測試設備時或者在它 的第一次使用的情況下，以便校正所利用的元件的制造公差，并且避免非常昂貴的組件的 預防性篩選；或者可通過自動系統優選地伺服輔助型自動系統被自動地旋轉，自動系統包 括與所述調節螺釘16相關聯的電動機、所述電動機的驅動裝置和與所述驅動裝置相關聯 的控制裝置。所述自動伺服輔助型系統的存在允許在每個其它測量之前執行校準，以便補 償可能由外部變量的可能波動引起的對測量結果的消極影響。具體地，如果從透鏡15出射的光束19比所述C⑶型光探測器14的單個元件 更寬，那么所述光束可與接近中心的兩個相鄰元件對準，并且例如在CCD探測器——模型 S4111-16Q/-16R(由大小為0. 9x1. 45mm的十六個單獨的光電二極管制成，光電二極管具有 包括二極管之間0. Imm的間隙的15. 9x1. 45mm的有源區)的情況下，它可跨越元件7和元 件8移動，如附圖3所示。另一方面，如果從透鏡15出射的光束的寬度與所述CCD型光探測器14的單個 元件是可比較的，那么所述光束可與單個中心元件對準，特別是在CCD探測器——模型 S4111-16Q/-16R的情況下與元件8對準，如附圖4所示的。如果只有元件7被，那么兩個相鄰元件6和8的光電響應通過作用于所述調節螺 釘16以獲得相等的電信號來控制；如果兩個元件7和8被照射，那么通過平衡元件7和8 的電信號來實施調節。再次參照附圖3和4，單個元件的光電信號Q的寬度由虛線20表示，連續內插線 40從虛線20被提取；在未被照射的元件中，所述光電信號Q的值約為零，該寬度與照射成 比例地增加。在根據本發明的設備的操作條件下，流入所述流動單元12的載體溶液拖動待分 析的細胞，并且溶液的濃度通過稀釋被調節，以便保證一次只有一個細胞通過，在兩個隨后 的細胞之間有大間隙，以便產生每個單獨的細胞特有的信號。所述流動單元12內的細胞的 移動導致攔截光束本身，因而導致復雜的光反射和折射現象被反射在細胞的膜表面上的 部分被稱作散射光，而折射部分源自越過細胞的光并且通過有核元件由于吸收和可能的進 一步散射現象被衰減。散射光遭受由Mie定律在數學上描述的多個角偏差，在臨床細胞計 數分析技術中Mie定律提供與細胞直徑和生化膜特征有關的信息；因此，由單個細胞產生 的在不同角度下反射的光的定量組合允許識別它所屬的細胞亞群的類型。屬于現有技術并且在文獻中被描述的散射信號采集裝置使用提供關于1度和20 度之間的四個角度內的轉向光的量的信息的探測器。通過利用多(N)元件探測器——其中 在本發明的第一優選實施方式中，N至少等于5，并且在附圖6和附圖7中所示的第二優選 實施方式中，N等于16——本發明的設備目的允許測量高達N個的散射光值，這些值激勵探 測器的每個元件，探測器的電信號是在每個元件所特有的角偏轉內的所述光的積分，并且 因此在所示的情況下，除了非轉向光的值以外，對于每一側，還有總共十四個散射值。在附圖6中，電荷放大器21至35在本發明的優選實施方式中被示為連接于單個 光探測器元件，其產生允許繪制圖4所示的階梯式響應特征20的輸出信號。
通過使在根據本發明的設備中使用的單個光探測器互連，可得到所涉及的信號的 各種組合。作為本發明的目的的非限制性例子，圖7示出了本發明的特定實施方式，該實施 方式是僅利用4個放大器的簡化解決方案，提供了所述光探測器元件之間的電連接，并且 提供了預定用于已經提到的現有系統的簡化至4個角散射偏轉的相同信息。圖8示出了單 個放大器28、27、26和24的內插輸出信號41、42、43和44。另一方面，通過利用在圖5所示的結構中的所有信號，與某個細胞類型對應的每 個光探測器元件的光電信號Q的各種值序列可通過識別其特征標志被識別，從而根據它們 所屬的類別改善細胞的屬性。作為例子，附圖9示出了根據Mie定律計算的在具有10微米直徑的乳膠粒子上的 散射光的角分布，其對應于人體淋巴細胞型細胞的細胞膜的散射光如所示，該現象表現為 光強度調制，并且強度分布的等級根據細胞大小以及各種細胞的膜和細胞核特征而變化。 在不同角度處的光分布的精細分析允許更容易識別經受檢查的細胞并且將它合計到它所 屬的類別中。因此，細胞的標志從各種光探測器元件的高低信號的二進制序列和相應放大 器的電輸出產生。借助于根據本發明的設備的使用的另一個可能的分析從關于光軸的對稱光探測 器元件對的信號的比較產生例如，中心元件的右側和左側上的第二元件(由在圖4所示的 情況下的單個光探測器而不是在圖3所示的情況下的兩個光探測器構成)可在光學對稱的 細胞的情況下顯示相同的信號，或者對于光學非對稱的細胞顯示不同的信號。
權利要求
1.一種用于補償散射光信號的光學設備，包括光源(11)、流動單元(12)、集光透鏡 (15)、光探測器(14)、與所述探測器(14)相關聯的支撐元件(1 和用于所述支撐元件 (13)的定位的調節裝置。
2.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，所述光源(11)還包括一個或多個透鏡，所 述一個或多個透鏡適合于將所述光束集中且聚焦在所述流動單元(1 內，并且特別是集 中且聚焦在通過載體溶液的流動拖動的粒子上。
3.根據權利要求1至2所述的設備，其特征在于，所述支撐元件(1 還適合于在與進 入所述流動單元(1 的激光光束實質上垂直的方向上移動所述探測器(14)。
4.根據權利要求1至3所述的設備，其特征在于，所述光源(11)包括從包含燈泡、單個 或多個LED 二極管、激光二極管和離子激光器設備的組中選擇的發光元件。
5.根據權利要求1至4所述的設備，其特征在于，所述設備還包括與所述支撐元件 (13)相關聯的空間濾波器。
6.根據權利要求5所述的設備，其特征在于，所述空間濾波器包括被適當地制造在與 所述探測器(14)相關聯的所述支撐元件(1 上的槽(18)。
7.根據權利要求1至6所述的設備，其特征在于，所述集光透鏡(15)為凸型的，并且被 調焦在所述流動單元(1 的中心。
8.根據權利要求1至7所述的設備，其特征在于，所述光探測器(14)包括從包含硅二 極管、APD型光電二極管和CCD型光電二極管的組中選擇的至少五個探測器元件。
9.根據權利要求1至8所述的設備，其特征在于，所述光探測器(14)還包括與所述至 少五個探測器元件相關聯的至少一個電荷放大器(21至35)。
10.根據權利要求8至9所述的設備，其特征在于，所述光探測器(14)包括十六個探測 器元件和與所述十六個探測器元件相關聯的十六個電荷放大器元件。
11.根據權利要求1至10所述的設備，其特征在于，用于所述支撐元件(13)的定位的 所述調節裝置包括至少一個調節螺釘(16)。
12.根據權利要求11所述的設備，其特征在于，所述設備包括與所述調節螺釘16相關 聯的電動機、所述電動機的驅動裝置和與所述驅動裝置相關聯的控制裝置。
13.根據權利要求1至12所述的設備，其特征在于，所述光探測器(14)包括與較少量 的放大器相關聯的N個探測器元件。
14.一種補償散射光信號的方法，包括下列步驟a)將從設備的流動單元出射的光束的尺寸與形成所利用的光探測器的單個探測器元 件的尺寸進行比較；b)如果所述光束的尺寸大于所述單個元件的尺寸，那么所述光束與兩個相鄰探測器元 件對準，否則所述方法繼續進行步驟d)；c)改變所述光探測器的位置，以使在前面步驟中被照射的所述兩個相鄰探測器元件的 光電響應是相同的，并且過程結束；d)將所述光束與一探測器元件對準；e)改變所述光探測器的位置，以使與在前面步驟中被照射的所述元件相鄰的兩個探測 器元件的光電響應是相同的，并且過程結束。
全文摘要
公開了一種用于探測工具的散射光束的方法和設備，該方法和設備測量由固體微粒例如隨著高強度的聚焦光束移動的生物細胞的相互作用產生的散射信號，能夠減小相對于照射光束的光軸的細胞移動的影響，并且改善以識別單個粒子或細胞為特征的信號的質量，特別是在流體流中，例如在流式細胞計中使用的流體流。
文檔編號G01N15/14GK102124318SQ200980117154
公開日2011年7月13日 申請日期2009年5月15日 優先權日2008年5月15日
發明者喬治·達洛利奧, 斯特凡諾·達洛利奧 申請人:斯徹特斯有限責任公司