CN202177574U - 一种用于血液细胞分析的光电传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于血液细胞分析的光电传感器，其包括允许鞘液和样本液流通的流动室，所述样本液在鞘液的包裹下在流动室内流动时，样本液内血液细胞能逐个通过流动室端部的检测区；流动室对应于设置检测区的一端设有光照射单元及光电探测单元，所述光照射单元形成的聚焦光斑照射检测区内的血液细胞时，光电探测单元能接收经过血液细胞产生的散射光和荧光，所述光电探测单元将接收的散射光和荧光转换为血液细胞分析信号输出。本实用新型前向散射光没有参与细胞分类，没有对前向散射光进行接收和探测，简化了检测***结构，降低了生产和维护成本，同时使得***稳定性提高，结构紧凑，安装使用方便，提高了检测精度，安全可靠。

Description

一种用于血液细胞分析的光电传感器

技术领域

 本实用新型涉及一种光电传感器，尤其是一种用于血液细胞分析的光电传感器，属于血液细胞分析的技术领域。

背景技术

人体外周血中的血液细胞有三类分别为红细胞、白细胞和血小板，其中白细胞分为五类，分别是嗜酸性粒细胞、中性粒细胞、嗜碱性粒细胞、淋巴细胞、单核细胞。早期对血液细胞进行分析都是依靠人工在显微镜下通过形态学进行人工识别，后来Coulter发明了一种能够对血液细胞进行自动分析的仪器，其原理是：粒子流过一个充满液体小孔的时候会导致此孔两端的电导率发生变化，电导率的变化率和粒子的体积成正比关系，这样就可以利用血液细胞体积的差异性将外周血的血液细胞分成三类：白细胞、红细胞和血小板，因为从体积上来看白细胞体积比红细胞大，红细胞体积比血小板大。

然而Coulter原理却无法将白细胞的五个子类分开，因为白细胞的五个子类在体积上有重叠，差异是在内部结构上。在Becton Dikinson公司发明了流式细胞仪之后，利用光学散射的原理能够将细胞的内部结果区分出来，上世纪90年代很多公司纷纷将流式细胞仪技术引入到血液细胞分析仪中，形成以及将白细胞进行五分类的现代五分类血液细胞分析仪，著名的公司有Beckman Coulter, ABBOTT, Sysmex, Siemens, ABX, Mindray。

专利US6228652揭露了一种基于流式细胞仪的血液细胞分析仪器，其利用前向低角度散射(LMALS)和前向高角度散射光(UMALS)对白细胞进行部分分类。

专利US2009310122揭露了另外一种血液细胞分析仪，利用前向散射光、侧向散射光和荧光对白细胞进行五分类。

专利US5631165揭露了另外一种五分类血液细胞分析仪，利用了多角度偏振和消偏振散射光进行白细胞五分类。

以上基于流式细胞术的方法对血液细胞进行分析的仪器，都采用了前向散射光对细胞的体积进行分辨。然而细胞的体积对前向散射光的角度范围非常敏感，这样就要求仪器的前向散射角度精度非常严格，这样为仪器的生产调试和维护带来较高的成本。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于血液细胞分析的光电传感器，其结构紧凑，安装调节方便，降低使用成本，稳定性高，安全可靠。

按照本实用新型提供的技术方案，所述用于血液细胞分析的光电传感器，包括允许鞘液和样本液流通的流动室，所述样本液在鞘液的包裹下在流动室内流动时，样本液内血液细胞能逐个通过流动室端部的检测区；流动室对应于设置检测区的一端设有光照射单元及光电探测单元，所述光照射单元形成的聚焦光斑照射检测区内的血液细胞时，光电探测单元能接收经过血液细胞产生的散射光和荧光，所述光电探测单元将接收的散射光和荧光转换为血液细胞分析信号输出。

所述流动室包括由光学透明材料制成的室体，所述室体对应于设置检测区的另一端设置整流区，所述整流区的中心区设置样本液输入区；所述整流区通过加速区与检测区相连通。

所述室体内一端的中心区通过设置检测孔形成检测区，所述检测孔的轴线与室体的轴线位于同一直线上；所述检测孔呈矩形或方形，检测孔的孔径为200μm~400μm。

所述流动室内鞘液流层流的雷诺数小于2300。

所述光照射单元包括至少一个半导体激光光源，所述半导体激光光源的光线传播方向上依次设有激光准直透镜及第一聚焦透镜，半导体激光光源射出的光线通过激光准直透镜及第一聚焦透镜聚焦后焦点位于检测区的中心区。

所述光电探测单元包括第二聚焦透镜，所述第二聚焦透镜位于垂直于光照射单元的光线传播方向上；第二聚焦透镜会聚光路上设有二向色分光镜，所述二向色分光镜的反射光路上设有第二光电探测器，二向色分光镜的透射光路上设有第一光电探测器。

所述第一光电探测器与二向色分光镜间设有长通滤色片及第一光阑，所述长通滤色片邻近二向色分光镜。

所述第二光电探测器与二向色分光镜间设有第二光阑。

所述光照射单元照射在检测区中心区的光斑呈椭圆形，所述光斑对应椭圆形短轴方向为样本液中血液细胞的流动方向，所述椭圆形短轴长度小于两个白细胞的直径；光斑对应椭圆形长轴小于检测区宽度。

所述流动室上设有吸样与夜路控制单元，所述光探测单元的输出端与信号处理与数据分析单元相连。

本实用新型的优点：流动室内同时注入鞘液和样本液，样本液在鞘液包裹和压缩下进入检测区，血液细胞逐个通过检测区；光照射单元聚焦后形成的椭圆形光斑照射在血液细胞上，并产生侧向散射光和荧光，所述荧光通过第一光电探测器接收转换为电信号，侧向散射光通过第二光电探测器接收转换为电信号；信号处理与数据分析单元根据第一光电探测器及第二光电探测器的电信号处理后输出白细胞检测分析结果；采样分析时，前向散射光没有参与细胞分类，没有对前向散射光进行接收和探测，简化了检测***结构，降低了生产和维护成本，同时使得***稳定性提高，结构紧凑，安装使用方便，提高了检测精度，安全可靠。

附图说明

图1为本实用新型的使用状态图。

图2为本实用新型的结构框图。

图3为本实用新型流动室的结构示意图。

图4为图3的A-A向剖视图。

图5为本实用新型流动室检测区的检测示意图。

图6为二向色分光镜功能示意图。

图7为长通滤色片的光谱曲线图。

图8为本实用新型整体结构的示意图。

图9为本实用新型光照射单元的结构示意图。

附图标记说明：1-半导体激光光源、2-激光准直透镜、3-第一聚焦透镜、4-第二聚焦透镜、5-二向色分光镜、6-长通滤色片、7-第一光阑、8-第一光电探测器、9-第二光阑、10-第二光电探测器、11-光照射单元、12-流动室、13-光探测单元、14-光斑、20-基板、30-光源组件、40-流动室座、50-透镜座、60-第一探测组件、70-二色镜组件、80-第二探测器组件、100-光电传感器、121-整流区、122-加速区、123-检测区、124-检测孔、125-室体、126-样本液输入区、200-信号处理与数据分析单元及300-吸样及液路控制单元。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示：为了能够对白细胞内五类细胞进行检测，所述光电传感器100包括光照射单元11、流动室12及光探测单元13；所述流动室12内允许鞘液和样本液的流通，当样本液在鞘液的包裹下在流动室12内流动时，样本液内的细胞能逐个通过流动室12端部的检测区123。所述光照射单元11及光探测单元13均位于流动室12对应于设置检测区123的端部，且光探测单元13位于垂直于光照射单元11的光传播方向上。光照射单元11光传播方向上聚焦形成的光斑14照射检测区123内的血液细胞上，光斑14通过血液细胞产生散射光和荧光，光探测单元13能够接收产生的散射光和荧光，并将所述接收的散射光和荧光转换为血液细胞分析信号输出到信号处理与数据分析单元200，所述信号处理与数据分析单元200能够根据血液细胞分析信号能够完成对白细胞内五类细胞的检测。流动室12上设有吸样及液路控制单元300，通过吸样及液路控制单元300能够控制向流动室12内流通的鞘液和样本液，使之能够满足检验的要求。

如图3和图4所示：所述流动室12包括室体125，所述室体125为由光学透明材料制成的长方体或立方体结构。室体125内分别设有整流区121、加速区122及检测区123，所述整流区121与检测区123分别位于室体125内的两端，整流区121通过加速区122与检测区123相连通。整流区121、加速区122及检测区123的轴线与室体125的轴线位于同一直线上。室体125内通过设置检测孔124形成检测区123，所述检测孔124的轴线与室体125的轴线位于同一直线上，检测孔124为呈矩形或方形，检测孔124的孔径为200μm~400μm。整流区121的中心区设有样本液输入区126，通过样本液输入区126向室体125内输入样本液，整流区121对应于样本液输入区126的外侧为鞘液输入区，从而经过整流区121后鞘液能够包裹样本液。样本液输入区126的出口为直径0.3mm的圆孔，整流区121的出口为加速区122，所述加速区122呈漏斗状，加速区122对应于邻近检测区123的端部孔径小于加速区122对应于邻近整流区121的孔径。室体125内流动鞘液流要满足层流条件，即雷诺数小于2300，鞘液流的层流条件可以通过吸样及液路控制单元300来控制实现。鞘液流与样本液通过整流区121后，鞘液流包裹样本液聚集，通过加速区122后进入检测区123内时，鞘液流将样本液压缩至小于2个血液细胞的宽度，以使样本液中的血液细胞能够逐个进入并通过检测区123，从而每次能够实现单个血液细胞的检测。

如图2、图5、图6和图7所示：所述光照射单元11包括至少一个半导体激光光源1，所述半导体激光光源1的出光端或光传播方向端设有激光准直透镜2及第一聚焦透镜3。半导体激光光源1中发出的激光束通过激光准直透镜2准直后，再经过第一聚焦透镜3在互相垂直的两个方向上分别聚焦，半导体激光光源1聚焦后焦点位于流动室12的检测区123的中心区。同时，半导体激光光源1在检测区123内形成的光斑14为椭圆形，所述椭圆形的短轴为血液细胞的流动方向，短轴长度小于两个白细胞的直径；光斑14对应于形成椭圆形长轴尺寸小于检测孔124的孔径，否则会照射到流动室12的内棱上，产生大量杂散光，不利于信号的检测。

所述光电探测单元13包括第二聚焦透镜4，在流动室12内检测孔124中流过的血液细胞受到椭圆形光斑的照射后产生荧光和散射光，所述荧光和散射光在垂直于半导体激光光源1的光传播方向上被第二聚焦透镜4所收集，第二聚焦透镜4所收集的角度范围为70~100度。在第二聚焦透镜4的会聚光路上设置二向色分光镜5，二向色分光镜5能够将收集的荧光透射，并能将收集的散射光反射输出。因此，在二向色分光镜5的荧光透射光路上设有第一光电探测器8，在二向色分光镜5的反射光路上设有第二光电探测器10。由于荧光信号非常微弱，为了减少荧光的背景光，在进入第一光电探测器8之前，用一个长通滤色片6将非荧光的成分过滤掉，以提高荧光信号的对比度；同时长通滤色片6与第一光电探测器8间设有第一光阑7，通过第一光阑7能消除杂散光，提高信噪比。第二光电探测器10与二向色分光镜5间设有第二光阑9。图7给出了一个荧光波长在650nm到850nm，照射光波长在635nm时所采用的长通滤色片6的光谱曲线实例。第一光电探测器8与第二光电探测器10分别接收到荧光信号与散射光信号后，将相应的光信号转换为血液细胞分析电信号输出，并将所述血液细胞分析信号输入信号处理与数据分析单元200内。根据血液细胞内五类细胞对光斑14产生的荧光和散射光的不同，信号处理与数据分析单元200能够将相应的白细胞分析结构输出。所述第二光电探测器10可以采用光电二极管，第一光电探测器8可以采用光电倍增管。

如图8和图9所示：为本实用新型的具体实现结构示意图。整个光电传感器位于一个基板20上。所述基板20的一端设有光源组件30，光源组件30包括半导体激光光源1、激光准直透镜2和第一聚焦透镜3，所述光源组件30一侧通过流动室座40安装有流动室12，流动室12的检测区123位于光源组件30的传播光路上。基板20上对应流动室座40的一侧设有透镜座50，所述透镜座50垂直于光源组件30光传播方向；透镜座50内设有第二聚焦透镜4，透镜座50可以做三个平动自由度的调节。基板20对应于设置光源组件30及流动室座40的另一端设有第一探测组件60，所述第一探测组件60包括长通滤色片6、第一光阑7及第一光电传感器8，第一探测组件60与透镜座50间设有二向色组件70，所述二向色组件70内设有二向色分光镜5，二向色分光镜5的荧光透光光路与第一探测组件60相对应；二向色分光镜5的散射光反射光路上设有第二探测器组件80，第二探测器组件80包括第二光阑9及第二光电探测器10。其中光源组件30可以在基板上20进行旋转调节，以对准光路；流动室座40可以在基板上进行一维平动调节，调节方向垂直于激光传播方向；透镜座50和流动室座40连接，且可以在流动室座40上进行三维平动调节；第一探测器组件用螺纹固定在基板20上；二色镜组件用螺纹固定在基板20上；第二探测器组件80可以在基板20上进行二维平动调节。

如图1~图9所示：使用时，调整光照射单元11与流动室12的位置，使光照射单元11的聚焦光斑14位于流动室12的检测区123中心部。工作时，通过吸样及液路控制单元300向流动室12内注入鞘液及样本液，样本液通过样本液输入区126输入流动室12内，鞘液位于样本液的外侧，能够形成鞘液包裹样本液。经过整流区121及加速区122后，鞘液将样本液压缩进入检测区123内，使样本液内的血液细胞能逐个通过检测区123。光照射单元11内的半导体激光光源1通过激光准直透镜2及第一聚焦透镜3形成聚焦光斑14照射于检测区123上，光斑14呈椭圆形。当检测区123内有血液细胞通过时，血液细胞经过椭圆形光斑14的照射后，会分别产生侧向散射光和荧光。产生的荧光经过第二聚焦透镜4、二向色分光镜5、长通滤色片6、第一光阑7及第一光电探测器8收集，第一光电探测器8将收集的荧光信号转换为电信号输出；同时产生的侧向反射光通过第二聚焦透镜4、二向色分光镜5、第二光阑9及第二光电探测器10收集，第二光电探测器10将收集的侧向散射光信号转换为电信号输出。信号处理与数据分析单元200同时接收第一光电探测器8与第二光电探测器10输出的电信号，并根据不同白细胞内五分类细胞的对光斑14产生不同的荧光和散射光对白细胞进行检测；实现了样本液中单个血液细胞的检测。当检测上个血液细胞后，形成统计特性就是这个样本液的总体特征。

本实用新型流动室12内同时注入鞘液和样本液，样本液在鞘液包裹和压缩下进入检测区123，血液细胞逐个通过检测区123；光照射单元11聚焦后形成的椭圆形光斑14照射在血液细胞上，并产生侧向散射光和荧光，所述荧光通过第一光电探测器8接收转换为电信号，侧向散射光通过第二光电探测器10接收转换为电信号；信号处理与数据分析单元200根据第一光电探测器8及第二光电探测器10的电信号处理后输出白细胞检测分析结果；采样分析时，前向散射光没有参与细胞分类，没有对前向散射光进行接收和探测，简化了检测***结构，降低了生产和维护成本，同时使得***稳定性提高，结构紧凑，安装使用方便，提高了检测精度，安全可靠。

Claims (10)

1. 一种用于血液细胞分析的光电传感器，其特征是：包括允许鞘液和样本液流通的流动室（12），所述样本液在鞘液的包裹下在流动室（12）内流动时，样本液内血液细胞能逐个通过流动室（12）端部的检测区（123）；流动室（12）对应于设置检测区（123）的一端设有光照射单元（11）及光电探测单元（13），所述光照射单元（11）形成的聚焦光斑（14）照射检测区（123）内的血液细胞时，光电探测单元（13）能接收经过血液细胞产生的散射光和荧光，所述光电探测单元（13）将接收的散射光和荧光转换为血液细胞分析信号输出。

2.根据权利要求1所述的用于血液细胞分析的光电传感器，其特征是：所述流动室（12）包括由光学透明材料制成的室体（125），所述室体（125）对应于设置检测区（123）的另一端设置整流区（121），所述整流区（121）的中心区设置样本液输入区（126）；所述整流区（121）通过加速区（122）与检测区（123）相连通。

3.根据权利要求2所述的用于血液细胞分析的光电传感器，其特征是：所述室体（125）内一端的中心区通过设置检测孔（124）形成检测区（123），所述检测孔（124）的轴线与室体（125）的轴线位于同一直线上；所述检测孔（124）呈矩形或方形，检测孔（124）的孔径为200μm~400μm。

4.根据权利要求1所述的用于血液细胞分析的光电传感器，其特征是：所述流动室（12）内鞘液流层流的雷诺数小于2300。

5.根据权利要求1所述的用于血液细胞分析的光电传感器，其特征是：所述光照射单元（11）包括至少一个半导体激光光源（1），所述半导体激光光源（1）的光线传播方向上依次设有激光准直透镜（2）及第一聚焦透镜（3），半导体激光光源（1）射出的光线通过激光准直透镜（2）及第一聚焦透镜（3）聚焦后焦点位于检测区（123）的中心区。

6.根据权利要求1所述的用于血液细胞分析的光电传感器，其特征是：所述光电探测单元（13）包括第二聚焦透镜（4），所述第二聚焦透镜（4）位于垂直于光照射单元（11）的光线传播方向上；第二聚焦透镜（4）会聚光路上设有二向色分光镜（5），所述二向色分光镜（5）的反射光路上设有第二光电探测器（10），二向色分光镜（5）的透射光路上设有第一光电探测器（8）。

7.根据权利要求6所述的用于血液细胞分析的光电传感器，其特征是：所述第一光电探测器（8）与二向色分光镜（5）间设有长通滤色片（6）及第一光阑（7），所述长通滤色片（6）邻近二向色分光镜（5）。

8.根据权利要求6所述的用于血液细胞分析的光电传感器，其特征是：所述第二光电探测器（10）与二向色分光镜（5）间设有第二光阑（9）。

9.根据权利要求1或5所述的用于血液细胞分析的光电传感器，其特征是：所述光照射单元（11）照射在检测区（123）中心区的光斑（14）呈椭圆形，所述光斑（14）对应椭圆形短轴方向为样本液中血液细胞的流动方向，所述椭圆形短轴长度小于两个白细胞的直径；光斑（14）对应椭圆形长轴小于检测区（123）宽度。

10.根据权利要求1所述的用于血液细胞分析的光电传感器，其特征是：所述流动室（12）上设有吸样与夜路控制单元（300），所述光探测单元（13）的输出端与信号处理与数据分析单元（200）相连。

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