JPH09257689A - 粒子解析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】流れている液体中に懸濁した粒子の静止画像を
取り、粒子を分析する粒子解析装置において、粒子検出
系の異常があった場合に早期にオペレータに装置の異常
を知らせる。 【解決手段】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。粒子数分析部４０
で光検出回路２２で得られた粒子検出信号強度の分布を
とり、その結果から、粒子検出系に異常があった場合、
オペレータに装置の異常を知らせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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。

【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、特表昭57−500995号，特開昭
63−94156 号，特開平4−72544 号公報が知られてい
る。

【０００４】特表昭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出来る。

【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】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，測定精度の向上を図る
ことが出来る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】粒子静止画像撮像領域
またはその上流に通過する粒子を検出する粒子検出手段
と、粒子が通過したときだけパルス光源を点灯させ粒子
の静止画像を撮影する手段を有する粒子解析装置では、
粒子検出手段で得られる粒子検出信号強度がある既定値
以上でなければパルス光源は点灯しない。一般に粒子検
出手段は、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，半導体レーザからのレーザ光を平行
な光束にするコリメータレンズ，コリメータレンズから
のレーザ光束を集約するシリンドリカルレンズ，フロー
セルの上流の位置に照射されている半導体レーザの光束
を粒子が横切った時に発する散乱光を受光する粒子検出
部などから成り立つ。

【０００８】フローセルの上流の位置には、ある既定値
のレーザ光が照射されているのだから、粒子検出部では
検出した粒子に満なう粒子検出信号強度が得られるはず
である。しかし、粒子検出光源である半導体レーザに異
常が発生しフローセルの上流の位置にある既定値のレー
ザ光が照射されない場合がある。その結果、粒子検出信
号は、検出した粒子に満なう信号強度が得られずパルス
光源が点灯しなくなり、十分な粒子静止画像が得られな
くなる。粒子解析装置において、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が悪くなるという
問題がある。

【０００９】粒子解析装置では、粒子検出用光学系と粒
子静止画像撮像領域の距離は機械的に決まってしまうの
で、測定サンプルの流速が一定であるので必然的に粒子
検出用光学系が粒子を検出してから粒子が静止画像撮像
領域を通過する時間がわかる。（今後、この時間をディ
レイタイムと呼ぶ。）ディレイタイム経過後にパルスラ
ンプを点灯させれば粒子静止画像はある所定の画像表示
部に表示される。しかし、粒子検出光源である半導体レ
ーザからのレーザ光を平行な光束にするコリメータレン
ズ，コリメータレンズからのレーザ光束を集約するシリ
ンドリカルレンズなどから成り立つ光路に狂いが生じた
場合には、ディレイタイム経過後、本来通過すべき粒子
静止画像撮像領域に達する前後の領域で、パルス光源が
点灯し、粒子検出用光学系で検出した粒子が撮像されず
無駄な画像処理を行うことになる。その結果、画像処理
効率の劣化などの問題が生じる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、粒子検出系に
異常が発生し、十分な粒子静止画像が得られなくなると
いう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。

【００１１】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。

【００１２】粒子検出光源である半導体レーザは、一般
にオートパワーコントロール回路で駆動されている。オ
ートパワーコントロール回路は、レーザダイオードの光
出力が周囲温度の変動で容易に変化するので、温度が変
化しても一定光出力が得られるように、フォトダイオー
ドに流れるモニタ光を検知し、レーザダイオードを駆動
する電流にフィードバックする機能を有した回路であ
る。このレーザダイオードを駆動する電流を常時観測
し、駆動電流の変動率が初期値と比較して仕様内に入っ
ているのを確認することにより上記で述べた半導体レー
ザの光量が正常に出力されているか確認することが容易
に出来る。

【００１３】また、オペレータに測定を開始する前に、
調整用の粒子を流してもらう。粒子検出用光学系に異常
がなければ粒子検出部で得られる粒子検出信号はある決
まった信号強度の分布になる。その分布が仕様内に入っ
ていない場合には、検出光源である半導体レーザ，半導
体レーザからのレーザ光を平行な光束にするコリメータ
レンズ，コリメータレンズからのレーザ光束を集約する
シリンドリカルレンズから成り立つ光路に異常が生じた
ことが発見できる。ここで、上述したように粒子検出光
源である半導体レーザの光量は常時観測されているの
で、このアラームが発生していない場合には、半導体レ
ーザからのレーザ光を平行な光束にするコリメータレン
ズ，コリメータレンズからのレーザ光束を集約するシリ
ンドリカルレンズから成り立つ光路に異常が生じたこと
が発見できる。

【００１４】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、粒子検出用光学系の粒子検出用電源である半導体レ
ーザの異常を検出する機能と粒子検出信号強度の分布を
とる機能を有すると次のような作用が生じる。

【００１５】粒子検出用光学系の粒子検出用電源である
半導体レーザに異常があった場合、レーザダイオードを
駆動する電流を常時観測しているので速やかにオペレー
タに異常を知らすことが出来る。

【００１６】また、測定を開始する前に調整用粒子を流
してもらうことにより、粒子検出部で得られる粒子検出
信号強度の分布から、検出光としてのレーザ光を発する
検出光源，コリメーターレンズ，シリンドリカルレンズ
などによりレーザ光をフローセルの上流の位置に導く光
路の異常を発見できる。ここで、上述したように常時粒
子検出用電源である半導体レーザを観測しているので、
レーザ光を発する検出光源，コリメーターレンズ，シリ
ンドリカルレンズなどによりレーザ光をフローセルの上
流の位置に導く光路のどちらかに異常があるのかを発見
できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】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。

【００１８】図１は粒子解析装置の全体構成を示す図で
ある。

【００１９】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。

【００２０】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、サンプル液入りとシース液入りの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１０
１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。

【００２１】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からの平行なパルス
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は、残像の少ないＣＣＤカメラ等が一般に使われて
いる。

【００２２】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。

【００２３】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なレーザ光束１４に
するコリメータレンズ１６，コリメータレンズ１６から
のレーザ光束の一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２
１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。

【００２４】図１により、粒子解析装置の基本的な動作
を説明する。

【００２５】半導体レーザ１５は、測定サンプルがフロ
ーセル１００内を通過する時に発光させ、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
平行なレーザ光束１４に集束され、シリンドカルレンズ
１７で光束の一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１
００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１７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
の粒子静止画像撮像領域の上流側の近接した位置であ
る。

【００２６】測定対象である粒子が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。

【００２７】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の粒子静止画像撮像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、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。

【００２８】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
出され、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。

【００２９】次に、粒子検出手段１０３に異常が発生し
た場合の動作説明を図１及び図２のフローチャートを用
いて説明する。

【００３０】測定開始前にあらかじめ準備した調整用粒
子で測定を行う。光検出回路２２でこの調整用粒子の粒
子検出信号が得られ、粒子数分析部４０に粒子検出信号
が送られる。粒子数分析部４０では、粒子数のカウン
ト，粒子検出信号強度の測定を行う。粒子数分析部４０
で測定された擬似サンプルの粒子検出信号強度の分布が
仕様内に治まっているのかを判定をする。粒子検出信号
強度の分布が仕様外であった場合は、オペレータに粒子
検出手段１０３に異常があることを警告する。この時、
半導体レーザ１５の光量が正常に出力されているかを確
認をする。一般に半導体レーザ１５は、オートパワーコ
ントロール回路(今後、ＡＰＣ回路と呼ぶ)で駆動されて
いる。このＡＰＣ回路は、レーザダイオードの光出力が
周囲温度の変動で容易に変化するので、温度が変化して
も一定光出力が得られるように、フォトダイオードに流
れるモニタ光を検知し、レーザダイオードを駆動する電
流にフィードバックする機能を有した回路である。この
レーザダイオードに流す電流を初期値と比較してその変
化率が仕様内に入っているかを確認することにより、上
記で述べた半導体レーザ１５の光量が正常に出力されて
いるかの確認が容易に出来る。半導体レーザ１５の光量
が正常に出力されていることが確認出来た場合には、半
導体レーザ１５からのレーザ光を平行なレーザ光束１４
にするコリメータレンズ１６，コリメータレンズ１６か
らのレーザ光束の一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から成り立つ光路，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に異常が発生したこ
とになる。このことにより早期に粒子検出手段１０３の
どの部分に異常があるのかを発見できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明では、粒子検出系のどの部分に異
常があるのかを発見出来るので次のような利点が生じ
る。

【００３２】測定を開始する前に、調整用粒子を流して
もらい、粒子検出部で得られる粒子検出信号強度の分布
をとる機能を有することにより、検出光としてのレーザ
光を発する検出光源，コリメーターレンズ，シリンドリ
カルレンズなどによりレーザ光をフローセルの上流の位
置に導く光路に異常があるのを検知できる。また、検出
光源である半導体レーザの駆動電流を常時観測する機能
を有したことで検出光としてのレーザ光を発する検出光
源，コリメーターレンズ，シリンドリカルレンズなどに
よりレーザ光をフローセルの上流の位置に導く光路のど
ちらに異常があるのかを検知できる。その結果、速やか
にオペレータに装置の異常を知らすことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】粒子解析装置のブロック図。

【図２】粒子検出用光学系異常時のフローチャート。

【符号の説明】

１…フラッシュランプ、８…ＴＶカメラ、２２…光検出
回路、４０…粒子数分析部、１００…フローセル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粒子成分を含むサンプル液をフローセル中
   に流し、上記フローセル中を流れる上記サンプル液の上
   流の位置に点灯している粒子検出用光学系が上記フロー
   セル中を通過する粒子を検出すると、ある一定時間遅延
   させて上記フローセル中の撮像領域を照射する光学系が
   点灯し、上記粒子検出用光学系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部により
   粒子の分類を行う粒子解析装置において、 上記粒子検出用光学系の粒子検出用光源である半導体レ
   ーザの駆動電流を常時観測し、その駆動電流の変化率で
   粒子検出用光源の光量の異常を発見し、オペレータに警
   告を発する制御手段を有することを特徴とする粒子解析
   装置。
2. 【請求項２】請求項１において、測定開始前に調整用サ
   ンプルを流し、上記粒子検出手段の粒子検出部で得られ
   る粒子検出信号の信号強度を観測し、粒子検出信号の信
   号強度が仕様を満たさない場合には、上記粒子検出用光
   学系の粒子検出用光源の異常、または、粒子検出用光源
   の光束が粒子検出部に到達するまでの光路に異常がある
   ことを判断し、オペレータに警告を発する制御手段を有
   した粒子解析装置。