JPH0643948B2 - 流体試料の粒子の分析方法 - Google Patents

流体試料の粒子の分析方法

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JPH0643948B2
JPH0643948B2 JP59141577A JP14157784A JPH0643948B2 JP H0643948 B2 JPH0643948 B2 JP H0643948B2 JP 59141577 A JP59141577 A JP 59141577A JP 14157784 A JP14157784 A JP 14157784A JP H0643948 B2 JPH0643948 B2 JP H0643948B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体試料中の粒子を分析する方法、特に尿の如
き稀薄な生物学的流体試料を、分析用に濃縮試料を物理
的に作る必要なくして、分析する方法に関する。
本出願は１９８０年９月１２日付出願中の米国特願第18
6,418号の追加特許の出願である。
従来尿の沈殿物検査の方法は次の段階を必要とする。す
なわち、(i)尿を試験管に入れて遠心分離器で振廻して
沈殿物を懸濁液から分離する、(ii)きれになつた懸濁液
の大部分を捨てる、(iii)残りの液に沈殿物を再び懸濁
させる、(iv)懸濁液を顕微鏡スライド上に移して拡げ
る、(v)スライド上の懸濁液の上にカバーガラスをかぶ
せる、(vi)顕微鏡の焦点をスライドに合わせる、(vii)
幾つかの視域を調べて、病気の存在により異る種々の割
合で尿の沈殿物を構成する赤血球、白血球、上皮細胞、
円柱、細菌、イースト、寄生中、ムコイド、結晶体など
の異常な数の存在を検査する。遠心分離(i)、傾瀉（け
いしや）(ii)、および再懸濁(iii)の段階は、流体試料
が稀薄なために使用される。これらの段階は現在、全て
手で行われる。そのために必要な操作のため、この方法
はしばしば不潔で不快なものとなる。沈殿物の懸濁液を
顕微鏡スライド上に拡げることも、粒子が相互に重り合
つて不均等になることがよくある。数多く沈殿物を見る
時、顕微鏡の接眼レンズを長時間覗くことは疲れさせ
る。これらの要素は全て不正確な結果を導く。
生物学的沈殿物を扱う他の装置には、いわゆるコールタ
ー計数器（Coulter counter）が含まれる。この計数器
では、血球を１列にしてオリフイスに通し、オリフイス
の所で電気特性が変わる様子により検知し計数する。し
かしコールター計数器からの情報は一種類の計測の分析
に限られる。複数のパラメータの情報が必要な場合、こ
れを得る標準的な商業的方法は映像面に網目を固定させ
て顕微鏡スライドを調製し、顕微鏡を通してスライド上
の網目を一度に１個ずつ観察しながら、統計的に有意な
数の網目を作業者またはパターン認識機械に計数させる
ことである。
最近、流体流の中で流れる粒子の光学的分析を与える他
の試みがなされた。たとえばケー(Key)他、ジヤーナル
・オブ・ヒストケミストリ・アンド・シトケミストリ
（Journal of Histochemistry and Cytochemistry）、V
ol２７，ｐ３２９（１９７９）に、ビジコン上に拡大さ
せて細胞を１列に動かすコールター型オリフイスが開示
されている。たとえば、フロー・シトメトリ・アンド・
ソーテイング（Flow Cytometry and Sorting）、メラン
ド(Melaned）他、ジヨン・ウイリ・アンド・ソンズ（Jo
hn Wiley&Sons）１９７９，Chapter１も参照されたい。
１９８２年７月６日登録米国特許第4,338,024号は粒子
情報の定量分析の装置および方法を開示する。
しかし、上記に引用された文献のどれ一つとして、最初
に遠心分離、傾瀉および再懸濁により濃縮試料を作る必
要なしに粒子を分析する問題の解答を教示または示唆し
ていない。
本発明による、粒子を含む流体試料から粒子を分析する
方法は試料を拡大区域に分布させることを含む。その区
域にわたつて複数の試料の光学的スチール映像を撮影
し、各映像はその区域の異る部分を表わすようにする。
各光学的映像を電子的映像に変換し、粒子の映像を電子
映像にする。電子的映像から粒子の映像を抜き出し、目
で識別し得る性質の階級に従つて順序付けられた配列に
して表示する。
本発明の方法は尿の如く、粒子を含む流体試料を拡大区
域に分布することを含む。たとえば粒子が実質的に重な
り合わないように顕微鏡スライドの上に試料をこすり付
けて分布させることができる。各画像がスライドの異る
部分を表わすようにして、試料の複数の光学的静止画像
（スチール画像）を撮る。たとえば、スライドを動かし
つつスライドの一部分を映像区域に入れるように試料付
きのスライドを顕微鏡にのせることができる。各画像は
スライドの異る部分である。光学的画像の各々は電子的
画像に変換される。粒子の画像は電子的画像の中に現わ
れる。粒子の画像は電子的画像から抽出され合成され
る。つぎに粒子の画像は目視識別性の階級に従つて順序
付けされた配列で表示される。
本発明の方法は第１図に示す装置(10)を用いて実施され
ることができる。装置(10)は顕微鏡スライド(20)の観察
区域(18)上に焦点を合わせられる顕微鏡(30)を含む。観
察区域(18)は下からストロボ灯(32)、望むらくは米国の
サイエンテイフイツ・インストルメント・コーポレーシ
ヨン（Scientific Instrument Corporation）モデル３
０１８（２ＵＰ1.5ランプ付き）により照らされる。灯
(32)はスライド(20)の厚さにほぼ平行な方向に顕微鏡(3
0)に向けられる。望むらくは、ストロボ灯(32)は１６分
の１秒間隔で働いて一連の光学的スチール画像を顕微鏡
(30)に形成させる。顕微鏡(30)の出力は、ＪＶＣ社製カ
メラモデル番号ＫＹ１９００であることが望ましいビジ
コン・カメラ(34)に焦点を合わせられる。カメラ(34)は
各光学的画像を電子的画像に変換する。カメラ(34)と連
合するアナログ−デジタル変換器は各電子画像を分割し
て複数のピクセル（pixel）とし、各ピクセルが各画像
の一つの画成部分に対応するようにする。複数の電子画
像（各光学画像が一つずつの電子画像に変換されてい
る）が粒子の画像を含む。生物学的流体は稀薄であるか
ら、すべての電子画像が粒子の画像を含むとは限らな
い。
つぎに電子画像はカメラ(34)からプロセツサ(36)に送ら
れる。プロセツサ(36)は各電子画像から粒子の画像を抽
出する。粒子の画像は目視識別特性の階級に従つて順序
付けされた配列でデイスプレー(52)上に表示される。
本発明の方法は第１Ａ図に示すフローセル（flow cel
l）(20a)を用いて実施されることもできる。フローセル
(20a)は米国特許第4,338,024号に充分に記載された型式
のものである。尿の如き試料液を第１の入口(17a)から
フローセル(20a)の中に送る。包囲液を第２の入口(19a)
からフローセル(20a)に入れる。試料液は矢印Ａが示す
方向にフローセル(20a)を通つて流れる。それぞれ流れ
の方向に垂直に測つて、厚さの多数倍の幅を有する拡大
区域(18a)にわたつて試料液を分布させる。拡大区域(18
a)で粒子が実質的に重なり合わないように試料液を分布
させる。フローセル(20a)内の試料液を顕微鏡(30)の下
に入れ、拡大区域(18a)に顕微鏡(30)の焦点を合せる。
試料液がフローセル(20a)を通つて流れる間に顕微鏡(3
0)は観察区域(18a)の液の光学画像を撮る。液は動いて
いるから、装置(10)は固定される。よつて顕微鏡(30)に
形成される画像は試料液の異る部分である。
プロセツサ(36)は第２図のブロツク説明図に、より詳細
に示される。
プロセツサ(36)はカメラ(34)から電子画像を受取るフレ
ーム・グラバー／メモリー（frame grabber&memory）(4
0)を含む。フレームグラバー(40)はモントリオール市Ma
trox Corporation社から入手し得るモジユールであるこ
ともできる。望むらくは、フレームグラバー(40)はカリ
ホルニヤ州チヤツツワース（Chatsworth）のInternatio
nal Remote Imaging Systems,Inc.社のモデル１０１−
０００９ＣＲＴ／ＩＯモジユールである。フレームグラ
バー／メモリー(40)の出力は補足のリフレツシユ・ビデ
オ・メモリ（refresh video memory）(42)に供給され
る。該メモリー(42)は６４Ｋデユアル・ポーテツド・ル
ミナンス・メモリー（dual ported lumi-nance memor
y）および３２ＫデユアルポーテツドＲ−Ｙ／Ｂ−Ｙメ
モリー（dual ported R-Y and B-Y memory）を含む。リ
フレツシユ・ビデオ・メモリー(42)の出力はカラー・モ
ニター(52)に接続されたＤ／Ａ変換器(43)に接続され
る。
フレームグラバー／メモリー(40)は、TelesoftＴ６８中
央処理装置(CPU)であることが望まれる中央処理装置(CP
U)(46)の母線(44)にも接続される。Chrislin Industrie
s Inc.社の256Ｋメモリー(48)もＱ母線(44)に接続され
る。その他、フロツピー・デイスク・ドライブ(62)の付
いたデイスク・コントローラ(60)もＱ母線(44)に接続さ
れる。プロセツサ(36)はＱ母線(44)に接続されたクロツ
ク／カレンダ(64)をも含む。プリンタ(68)付きのシリア
ルポート（serial port）(66)もＱ母線に接続される。
メモリー・ツー・メモリーＤＭＡ(70)が補足ビデオメモ
リー(42)をＱ母線(44)に接続する。最後にプライムメモ
リー(74)付きのプライム・ゼネレータ(72)もＱ母線(44)
に接続される。プライム・ゼネレータ(72)はストロボ(3
2)をも働かせる。
カメラ(34)からの各電子画像はフレームグラバー／メモ
リー(40)に記憶されるCPU(46)はプロセツサ(36)が受取
つた電子画像について動作する。処理された画像はメモ
リー(42)に記憶され、デイスプレー表示のためにモニタ
ー(52)に送られる。長期間の記憶として、画像はフロツ
ピーデイスク(62)に記憶されることができる。プライム
・ゼネレータ(72)は電子画像内の粒子の縁を検知する。
プライム・ゼネレータ(72)の動作は１９８３年２月２８
日付出願中の米国特願第470,208号の主題である。
本発明の方法の一変形は複数の粒子画像を含む一つの合
成画像を電子画像から形成させることによる。粒子の画
像は順序付けされた配列に並べられる。そして合成画像
がデイスプレー表示される。
利用者が実行したい特定のタスクに応じて、第２図の装
置を用いて広く異るプログラミングを使用して各電子画
像または一つの合成電子画像をさらに処理することもで
きる。
たとえば尿の場合、従来の方法では非晶質の隣酸塩の如
き化学物質が映像区域にあつて生物学的粒子の視界をぼ
かしている時に、塩酸を添加して隣酸塩粒子を化学的に
除去する。しかし本発明の方法では化学的粒子を電子的
に、すなわち画像処理技法を用いて除去することができ
る。特定の寸法、色または形状の粒子を視野から除去し
たいならば、その都度、試料を再調製することなく電子
的にそれを行うことができる。そのうえ、本発明の方法
によれば、これまで化学的に除去し得なかつた生物学的
粒子も同様に電子的に画像から排除することができる。
かくて本発明により大幅な融通性が可能となる。
さらに加えて、粒子の画像を合成する前に各電子画像か
ら背景の画像を除去することができる。その代りに、合
成画像を形成させた後で、合成画像を形成する粒子の各
画像から背景画像を除去することもできる。
粒子の画像はある順序の配列でデイスプレー(52)上に表
示される。ある順序の配列とは、各階級が他の階級とは
異る視覚特性を持つように階級別に粒子に画像をデイス
プレー表示することである。たとえば、画像を大きさ別
にデイスプレー表示することができる。すなわち同じ大
きさの粒子の画像を（同じ種類の粒子を表わすと仮定し
て）、同じ列または行に表示する。異る階級である、デ
イスプレー(52)の隣りの列または行には異る大きさの粒
子の画像が表示される。ある順序の配列にした粒子画像
の表示は利用者による粒子の種類の識別を容易にする。
大きさ以外にも、色彩、形状または組織（すなわち粒子
の内部の詳細）、もしくは他のどの様な目視識別特性に
よつても粒子の画像の表示を行うことができる。かかる
デイスプレーの一例が第３図に示される。
合成画像はまたある階級の粒子の画像のみからなる複数
の粒子画像を含むことができる。たとえば、或る範囲の
大きさの粒子に限定される特性を有する粒子の複数画像
で合成画像を形成させることができる。代りに、合成画
像を形成するように合成されない先験的に決められる階
級の粒子の画像を残して、複数の粒子画像から合成画像
を形成することもできる。換言すれば、たとえば特定の
大きさの粒子の如く先験的に決められる粒子の階級は合
成画像を形成させるのに使用しないようにして、ある順
序の配列で複数の粒子画像から一つの合成画像を合成す
ることができる。
目視および識別をさらに容易にするために、粒子の画像
にマツト（つや消し）をかけることができる。
本発明の方法のいま一つの実施例で、デイスプレーをEl
o-Graphics,Inc.社製作のユニツトとすることができ
る。このデイスプレー・ユニツト(52)はタツチ・スクリ
ーンを有する、すなわちデイスプレー・スクリーンは利
用者からの接触フイードバツク信号を受入れることがで
きる。粒子の画像がある順序の配列でデイスプレー表示
される時、利用者は編集（エデイツト）することができ
る。すなわち特定階級に属さない粒子の画像をデイスプ
レーから削除することができる。これは粒子の画像を削
除すべき特定区域のタツチスクリーンに触れて行われ
る。プロセツサ(36)は利用者によるスクリーン(52)の励
起を認識して、利用者がスクリーンに触れたデイスプレ
ーの部分から粒子画像を削除する。このようにして誤つ
て階級別けされた粒子を整理することができる。
さらにデイスプレー(52)は各階級の粒子の数の計数を記
憶しているプロセツサ(36)に接続されているので、デイ
スプレー(52)のスクリーン上での画像の編集で、プロセ
ツサ(36)に記憶された各階級の粒子数を編集することも
できる。たとえば、尿の試料を顕微鏡(30)の下で観察す
る。複数の光学画像が形成されて、各光学画像が電子画
像に変換される。ある粒子の画像を含む各電子画像の部
分が抽出されてデイスク(62)に記憶される。プロセツサ
(36)は他に混つて３２０個のサイズＡの粒子があると判
定する。デイスプレー(52)の視野は限られているので、
プロセツサ(36)はサイズＡの粒子画像を１６個しか表示
しない。１６個の画像はサイズＡの粒子の３２０個の画
像を統計的に代表していると仮定する。デイスプレー(5
2)に１６個の画像が表示されている際、利用者はサイズ
Ａの粒子の画像を編集することができる。たとえば、も
しもサイズＡの粒子の画像２個を上記の如く削除したと
すると、プロセツサ(36)はこの係数を用いて全体の計数
に乗ずる。従つて、サイズＡの粒子の新しい計数は（14
/16×320＝）280となるであろう。よつて、本発明の方
法を用いれば、目視のために表示された粒子画像の入手
による編集が行われると同時に、入手編集に基づいて粒
子数の全体計数の機械編集が行われる。
本発明の方法には多くの利点があることを評価すべきで
ある。第一の、そして最大の利点は、最初に物理的に濃
縮試料を作ることなく、すなわちそれに伴う遠心分離、
傾瀉、および再懸濁の問題を生ずることなく、稀薄試料
の粒子の分析を行うことができることである。従来の再
懸濁の方法は種々の粒子の重なり、すなわち偏つた画像
を生ずる。本発明の方法によれば、液体は統計的に、よ
り良く粒子を代表するものとなり、同時に粒子の重なり
の可能性も少なく、画像の偏りもない。次に見かけの濃
縮の度合を電子的に変えることもできることを評価すべ
きである。そのうえ、人手による操作の段階が除去れた
ことで、時間が節約され、誤差の潜在源が無くなり、生
物学的な安全性も与えられる（潜在的に感染性のある試
料を最少の手による取扱いでもつて分析する）。また試
験管、ピペツトおよび顕微鏡スライドの如き消費材を使
用しないことは経済的な節約につながる。最後に、電子
的な形式の画像により、特定の化学的および生物学的粒
子の電子的な除去または蓄積を含めて、画像をさらに処
理するのに数多くの映像技法を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の方法と共に使用することのできる装置
の斜視図、 第１Ａ図は本発明の方法のために第１図の装置と共に使
用するのに適したフロー・チヤンバの斜視図、 第２図は第１図の装置に使用されるプロセツサの説明ブ
ロツク図、 第３図は目視識別特性の階級によりある順序の配列に並
べられた粒子の画像を示すデイスプレーの見本である。 18a……拡大区域 34……ビジコンカメラ 36……プロセツサ 52……デイスプレー
フロントページの続き (72)発明者 ガンナー・ボルツ アメリカ合衆国カリフオルニア州ソラノ・ ビーチ、スート 224、サウス・ハイウエ イ 101、249 (56)参考文献 特開 昭52−156694（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−60175（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−122290（ＪＰ，Ａ)

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】粒子を含む流体試料から該粒子を分析する
    方法であって、 粒子が他の粒子と実質的に重なることなく拡大区域にわ
    たって前記粒子を分布させる段階と、 各光学画像が前記区域の異なる部分を表わすように前記
    区域にわたって前記試料の複数の光学的静止画像を形成
    させる段階と、 該光学的静止画像の各々を前記粒子の画像を含む電子画
    像に変換する段階と、 前記粒子の画像を抽出して前記電子画像を合成する段階
    と、 目視識別特性の階級に応じてある順序で配列した前記粒
    子の前記画像を表示する段階と、を含む方法。
  2. 【請求項２】前記目視識別特性の一つが大きさである、
    特許請求の範囲第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記目視識別特性の一つが色彩である、特
    許請求の範囲第１項に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記目視識別特性の一つが形状である、特
    許請求の範囲第１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記目視識別特性の一つが組織構造であ
    る、特許請求の範囲第１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】さらに、前記粒子の前記画像の表示を編集
    する段階を含む、特許請求の範囲第１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】さらに、目視識別特性の各段階における粒
    子数を計数する段階と、前記編集段階に基づき、目視識
    別特性の各階級における粒子数を再計数する段階と、を
    含む特許請求の範囲第６項に記載の方法。
  8. 【請求項８】前記再計数段階が、表示された粒子の画像
    数を分母とし、編集段階後に依然として表示される粒子
    の画像数を分子とする分数を粒子数の計数に乗ずる段階
    を含む、特許請求の範囲第７項に記載の方法。
  9. 【請求項９】さらに、前記合成段階に先立って前記電子
    画像の各々を処理する段階を含む、特許請求の範囲第１
    項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】さらに、前記合成段階の後で前記粒子の
    画像の各々を処理する段階を含む、特許請求の範囲第１
    項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】さらに、前記合成段階が、目視識別特性
    の階級に応じてある順序で配列した前記粒子の複数画像
    から成る合成画像を形成することを含み、さらに前記表
    示段階が前記合成画像を表示することを含む、特許請求
    の範囲第１項に記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記合成画像が前記粒子のある階級の複
    数の画像を含んでいる、特許請求の範囲第11項に記載の
    方法。
  13. 【請求項１３】前記合成画像が複数の粒子画像を含んで
    おり、該画像中に前記形成段階から画像が除外される、
    先験的に決められる粒子の階級を有する、特許請求の範
    囲第11項に記載の方法。
  14. 【請求項１４】粒子を含む流体試料から粒子を分析する
    方法であって、 前記試料をある流動方向に動かす段階と、 流れ方向と直交する方向に測定した幅が流れ方向と直交
    する方向に測定した厚さの多数倍であり、実質的に相互
    に重なり合う粒子が無いような拡大区域にわたって前記
    流体試料を分布する段階と、 流動方向の既定位置にて前記流体を照明し、該照明が前
    記流動方向とほぼ直交する方向に向けられる段階と、 前記既定位置にて前記流体試料の複数の光学的静止画像
    を形成する段階と、 前記粒子の画像を含むように前記光学的静止画像の各々
    を電子画像に変換する段階と、 目視識別特性の階級に応じてある順序で配列した前記粒
    子の前記画像を表示する段階と、を含む方法。
  15. 【請求項１５】前記目視識別特性の一つが大きさであ
    る、特許請求の範囲第14項に記載の方法。
  16. 【請求項１６】前記目視識別特性の一つが色彩である、
    特許請求の範囲第14項に記載の方法。
  17. 【請求項１７】前記目視識別特性の一つが形状である、
    特許請求の範囲第14項に記載の方法。
  18. 【請求項１８】前記目視識別特性の一つが組織構造であ
    る、特許請求の範囲第14項に記載の方法。
  19. 【請求項１９】さらに、前記粒子の前記画像の前記表示
    を編集する段階を含む、特許請求の範囲第14項に記載の
    方法。
  20. 【請求項２０】さらに、目視識別特性の各段階における
    粒子数を計数する段階と、前記編集段階に基づき、目視
    識別特性の各階級における粒子数を再計数する段階とを
    含む、特許請求の範囲第19項に記載の方法。
  21. 【請求項２１】前記再計数の段階がさらに、表示された
    粒子画像の数を分母とし、前記編集段階の後に依然とし
    て表示されている粒子画像の数を分子とする分数を粒子
    数の計数に乗ずる段階を含む、特許請求の範囲第20項に
    記載の方法。
  22. 【請求項２２】さらに、前記合成段階に先立って前記電
    子画像の各々を処理する段階を含む、特許請求の範囲第
    14項に記載の方法。
  23. 【請求項２３】さらに、前記合成段階の後で前記粒子の
    画像の各々を処理する段階を含む、特許請求の範囲第14
    項に記載の方法。
  24. 【請求項２４】前記合成段階がさらに、目視識別特性の
    階級に応じてある順序で配列した前記粒子の複数の画像
    を含む合成画像を形成させることを含み、前記表示段階
    が前記合成画像を表示する段階を含む、特許請求の範囲
    第14項に記載の方法。
  25. 【請求項２５】前記合成画像が前記粒子のある階級の複
    数画像を含んでいる、特許請求の範囲第24項に記載の方
    法。
  26. 【請求項２６】前記合成画像が複数の粒子画像を含んで
    おり、該画像中に前記形成段階から画像が除外される少
    なくとも一つの先験的に決められる粒子の階級を有す
    る、特許請求の範囲第24項に記載の方法。
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