JPH06186156A

JPH06186156A - 粒子分析装置

Info

Publication number: JPH06186156A
Application number: JP4350481A
Authority: JP
Inventors: Tokihiro Kosaka; 時弘小坂; Yasunori Maekawa; 泰範前川
Original assignee: Sysmex Corp
Current assignee: Sysmex Corp
Priority date: 1992-10-21
Filing date: 1992-12-03
Publication date: 1994-07-08
Also published as: US5426499A; CN1086314A; CN1041128C

Abstract

(57)【要約】【目的】血液や尿等の試料液中に含まれる粒子（血
球，細胞等）の形態情報，吸光情報等の特徴パラメータ
を精度よく得る。【構成】扁平な試料液流１９を形成するフローセル１
８と、試料液流の幅の広い方の面から光源１０からの光
を照射するための照射光学系と、粒子を横切って走査し
た撮像信号を走査ごとに出力する一次元イメージセンサ
２４と、一次元イメージセンサ２４の検出エリアを粒子
の流れ方向に移動させる光学偏向手段１４と、撮像信号
に基づき各種の特徴パラメータを求める信号処理装置２
６と、光学偏向手段１４の動作を制御する制御装置２８
とからなり、検出エリアに対する粒子の相対的な移動速
度（Ｖ１−Ｖ２）を実際の粒子の移動速度Ｖ１より遅く
し、同一粒子に対する走査回数を多くするように構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、血液や尿等のような粒
子（血球，細胞等）を含む試料液をシースフローにして
流し、その試料液流に光を照射して、粒子からの光を検
出して粒子を分析する装置、詳しくは、平面シースフロ
ーセル中を流れる粒子の形態情報や吸光度等を測定する
ために、一次元イメージセンサ（例えば、ラインセン
サ）検出系を付加したフローサイトメータ（ｆｌｏｗ
ｃｙｔｏｍｅｔｅｒ）等の粒子分析装置に関する。な
お、シースフロー（ｓｈｅａｔｈｆｌｏｗ）とは、粒
子を液流れの中央部に精度良く一列に整列させて通過さ
せるために、粒子の懸濁液の周囲を層流のシース液で被
覆した流れをいう。

【０００２】

【従来の技術】流体中を移動する粒子に光を照射して、
その粒子の特徴を抽出し分析する装置として、フローサ
イトメータ，セルソータあるいはイメージングフローサ
イトメータが従来から知られている。

【０００３】米国特許第４，３３８，０２４号明細書及
び特公平３−５２５７３号公報には、フローセルにおい
て、扁平な試料液流（フラットシースフロー）を形成
し、ストロボ光を照射し粒子の静止画像を撮像すること
が記載されている。特開平２−１０５０４１号公報に
は、光偏向素子を用いて光ビームを粒子の通過方向と交
差する方向に走査し、粒子内部を透過した光をアレイ型
光検出器で検出することにより、粒子の各部分の情報を
得ることが開示されている。

【０００４】特開平３−２９８３５号公報には、光軸上
に平行平面ガラス板を設け、そのガラス板を回転させる
ことにより、光をシフトさせ光軸調整することが開示さ
れている。特開平３−１５０４４４号公報には、レーザ
光を水平方向（粒子の流れと直交する方向）に走査する
音響光学素子と、垂直方向に走査する音響光学素子とを
設け、水平走査した光を粒子の移動に追従させて同一粒
子を複数回走査することが開示されている。また、流速
よりも、流れ方向の走査速度を若干遅くすることも開示
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のフローサイトメ
ータでは、各粒子の形態情報（面積、周囲長等）の情報
を得ることはできなかった。また、試料を扁平な流れに
してストロボ光を照射し、ビデオカメラで撮像された粒
子像を画像処理することによって、各粒子の形態的特徴
を実時間（リアルタイム）で求めるには、高価なビデオ
カメラ及び高性能で高価な専用画像処理装置が必要であ
った。

【０００６】そこで、本発明者は、従来のフローサイト
メータに、一次元イメージセンサ（ラインセンサ）によ
る検出系とその信号処理系を付加し、平面シースフロー
セルの中を流れる粒子の像をスキャンニングし、その時
得られる検出信号を処理することにより、個々の粒子の
形態情報や吸光量をリアルタイムで求めることのできる
分析装置を発明し特許出願した（特願平３−２７０１０
６号、３−２７０１０７号、４−１７９２９７号）。

【０００７】ところが、上記発明では、ラインセンサに
よるスキャンサイクル時間及び粒子像分解能との関係か
ら、粒子の移動速度（サンプル流速）は、最大でも１０
０mm／sec 程度に抑える必要があった。このため、単位
時間当たりの分析量は、従来のフローサイトメータに比
べて１／５〜１／１０と少なくなる。従って、特に対象
とする粒子の濃度がうすい試料では、十分な数の粒子を
短時間で測定することはできなかった。すなわち、
（１）サンプル流速を上げると、粒子流れ方向の画像分
解能が悪くなり、得られる形態情報の精度が落ちる。
（２）ラインセンサによるスキャンサイクルを短くする
ために、絵素数の少ないラインセンサを用いると、流れ
と垂直方向の分解能が悪くなる。（３）ラインセンサに
対する絵素クロックの周波数を上げてスキャンサイクル
を短くする方法もあるが、信号処理スピードの点からの
制約があった。

【０００８】これらの事について、もう少し詳しく説明
する。フローセル内では、粒子を含む試料は、流体力学
的に扁平な流れ、すなわち、光軸方向にうすく、流れと
直角な方向に広い幅の流れになっている。従って、ライ
ンセンサによって単位時間当たり分析されるサンプル容
量は、試料流の厚み、ラインセンサの検出エリアの幅及
び試料流の速度によって決まる。つまり、試料流の速度
は、ラインセンサの１回のスキャンに要する時間と流れ
方向の粒子像分解能との兼ね合いで決められる。試料流
の速度を速くすればするほど、流れ方向の粒子像分解能
は悪くなり、得られる形態情報の精度は落ちる。精度の
良い計測をするには、ラインセンサの絵素数とも関係す
るが、通常５０mm／sec 程度に抑える必要があり、これ
では単位時間当たりの試料分析量は、従来のフローサイ
トメータと比較して約１／１０程度となってしまう。

【０００９】単位時間当たりの試料分析量を上げるため
には、試料流の速度を上げる他に、試料流の厚みを増す
方法、あるいはラインセンサ受光面への投影倍率を下げ
て、ラインセンサの検出エリアの幅を広げることが考え
られる。しかし、これらの方法では、粒子像のピントボ
ケの問題や流れ方向と直角の方向の像分解能が低下する
という問題がある。

【００１０】また、前記特開平３−２９８３５号公報記
載の発明において、ガラス板を回転させているのは、光
軸を調整して最良の光学アライメントを得るためであ
り、本発明とは、後述のように、目的が異なる。特開平
２−１０５０４１号公報及び特開平３−１５０４４４号
公報記載の発明は、光を水平に高速走査しているが、動
作安定性に欠ける恐れがある。また、特開平３−１５０
４４４号公報には、光を粒子の移動に追従させて粒子を
複数回走査することが開示されているが、これは同一粒
子の中心を複数回走査することであって、同一粒子の異
なる部分を走査することは開示されていない。また、流
速よりも流れ方向の走査速度を若干遅くするのは、粒子
の中心にレーザ光が照射される確率を向上させるためで
ある。

【００１１】上記のように、流れる粒子の透過光像を１
次元イメージセンサ（ラインセンサ）に結像させ、その
検出信号を処理して各粒子の形態情報を求める場合、粒
子の移動速度が速過ぎると、精度の良い情報を求めるこ
とはできない。逆に、移動速度を遅くすると、単位時間
当たりの測定細胞数が減るという問題がある。

【００１２】本発明は、上記の諸点に鑑みなされたもの
で、電気的に光軸の傾きを変化させることのできる光学
偏向手段を用いて、一次元イメージセンサ（ラインセン
サ）に投影される粒子像のみかけの移動速度を遅くし、
上記問題を改善したものである。本発明の目的は、角度
可変プリズム、音響光学偏向器、ガルバノミラー等の光
学偏向手段を用いることによって、粒子の移動速度が速
くても、ラインセンサ受光面に投影される粒子像の移動
速度は遅くなるようにした粒子分析装置を提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の粒子分析装置は、図１に示すように、フ
ローセルのノズルから被検粒子を含む試料液を吐出する
とともに、試料液の周囲にシース液を流すことによりシ
ースフローを形成させ、その試料液流に光を照射し、粒
子からの光を検出し、その検出信号に基づき粒子の分析
を行う粒子分析装置において、一方向には幅が狭く他方
向には幅が広い扁平な試料液流１９を形成させるフロー
セル１８と、光源１０からの光を、試料液流の幅の広い
方の面から試料液流に照射するための照射光学系と、粒
子の流れ方向と垂直な方向に多数の光受光素子が一列に
並んで設けられ、受光面上に粒子の透過光像が結像され
ることにより、粒子を横切って走査した撮像信号Ｓｉを
走査ｉごとに出力する一次元イメージセンサ２４と、試
料液流１９上に投影される上記一次元イメージセンサ２
４の検出エリアＢ１を、粒子の流れ方向に移動させる光
学偏向手段１４と、一次元イメージセンサ２４からの撮
像信号Ｓｉに基づき、粒子を検出し粒子個々に各種の特
徴パラメータを求める信号処理手段２６と、粒子検出タ
イミング信号Ｓｐに基づき、検出エリアＢ１を粒子の移
動方向と同方向に粒子の移動速度Ｖ１とは異なる速度Ｖ
２で移動させるとともに、検出エリアＢ１に対する粒子
の相対的な移動速度（Ｖ１−Ｖ２）を実際の粒子の移動
速度Ｖ１より遅くすることにより、同一粒子に対する走
査回数を多くするように、光学偏向手段１４の動作を制
御する制御手段２８と、を備えて構成される。

【００１４】また、本発明の他の粒子分析装置は、上記
の粒子分析装置において、図９に示すように、試料液流
の幅の広い方の面から、試料液流に光を照射する第２の
光源３８と、この第２の光源３８により粒子から発せら
れた散乱光や蛍光等の光を検出する光検出器４６と、を
備え、制御手段２８が、光検出器４６の信号Ｓにより粒
子を検出した粒子検出タイミング信号Ｓｐに基づき、検
出エリアＢ１を粒子の移動方向と同方向に粒子の移動速
度Ｖ１とは異なる速度Ｖ２で移動させるように、光学偏
向手段１４の動作を制御するように構成される。

【００１５】上記の図１及び図９に示す粒子分析装置に
おいて、光学偏向手段１４は、２枚の透明板の間に介在
させた高屈折率の媒体の厚さを可変することにより光を
偏向させる、角度可変プリズムとしたり、音響光学偏向
器やガルバノミラー等としたりする。なお、角度可変プ
リズム，音響光学偏向器、ガルバノミラーについては、
実施例で説明する。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施例
を詳細に説明する。ただし、この実施例に記載されてい
る構成機器の材質、形状、その相対配置などは、とくに
特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみ
に限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎな
い。実施例１図１は、本発明の粒子分析装置の基本的な構成を示した
図（側面図）である。１８は扁平な試料液流１９を形成
させるためのフローセルである。このフローセル１８は
ガラス，プラスチック等の透明体からなり、被検粒子を
含む試料液流（サンプル流）１９は扁平なフローセル１
８へ導かれ、サンプル流の周囲を被覆するようにシース
液が供給されて扁平シースフローが形成される。試料液
流１９はＺ方向（紙面上下方向）に流れ、Ｙ方向（紙面
左右方向）には粒子径と同程度の狭い幅を有し、Ｘ方向
（紙面表裏方向）には粒子径の数倍以上の広い幅を有す
る扁平な流れである。２４はＸ方向に延設された一次元
イメージセンサ（ラインセンサ）である。

【００１７】図２は光軸側からフローセル１８を見た試
料液流部分の拡大図である。２０は分析すべき被検粒子
（例えば血球や細胞）である。２０は、以降単に粒子と
称する。Ｂ１は試料液流上に投影されたラインセンサ２
４の検出エリアである。なお、絵素はＸ方向に一列に並
んでいる。図１において、光源１０から出射された白色
光はコリメータレンズ１２により平行光にされ、シリン
ドリカルレンズ１６により図２のＡ１で示すような、Ｘ
方向の幅が試料液流１９の幅よりも広くＺ方向の厚みは
粒子径の数倍程度の楕円状の光にされ、検出エリアＢ１
に照射される。Ａ１は光源１０からの出射光の照射エリ
アである。すなわち、コリメータレンズ１２，シリンド
リカルレンズ１６で照射光学系が構成される。粒子２０
が移動してきて検出エリアＢ１に到達すると、粒子を透
過した透過光は対物レンズ２２、投影レンズ２３を経て
ラインセンサ２４の受光面上に結像されて、ラインセン
サ２４からは粒子２０を横切って走査された撮像信号Ｓ
ｉが走査ｉごとに出力される。撮像信号Ｓｉは信号処理
装置２６に入力され、個々の粒子に対し各種の特徴パラ
メータが実時間で求められる。

【００１８】本発明の装置においては、受光系（図１で
は対物レンズ２２と投影レンズ２３の間）に光学偏向手
段１４が設けられている。光学偏向手段とは光軸の向き
を変える手段であり、具体的には高屈折率の媒体を間に
挟んだ２枚の透明板の傾きを可変することにより光の方
向を変える角度可変プリズムや、媒体に超音波を伝搬さ
せその超音波の周波数を変えることにより光の方向を変
える音響光学偏向器（Ａｃｏｕｓｔｏ−ＯｐｔｉｃＤ
ｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＡＯＤ）やミラーの角度を変えるこ
とにより光の方向を変えるガルバノミラー等が使用でき
る。角度可変プリズム、音響光学偏向器、ガルバノミラ
ーは例えば、それぞれキャノン（株）、ＨＯＹＡ
（株）、ジェネラルスキャニング社から入手できる。

【００１９】図３及び図４は角度可変プリズムの構成を
示す概略図である。図３は初期状態、図４は偏向状態を
示す。角度可変プリズム１４は、２枚の透明板３０，３
２（例えばガラス板やプラスチック板）の周囲を蛇腹３
４でつなぎ、その中に屈折率の高い透明な液体物質３６
（例えばシリコーン系の液体）を封入した構成となって
いる。そしてボイスコイル等の電気的駆動手段（図示せ
ず）により、２枚の板３０，３２の角度を任意に変化さ
せることにより、図４に示すように光を破線から一点鎖
線で示す方向に偏向させることができる。

【００２０】検出エリアＢ１は図２に示すように、始め
照射エリアＡ１における上流側の部分に設定されてい
る。本発明では角度可変プリズム１４によりこの検出エ
リアＢ１が移動させられる。流れてきた粒子が検出エリ
アＢ１に接すると、粒子検出タイミング信号Ｓｐに基づ
き制御装置２８において角度制御信号Ｓａが発せられ、
この制御信号Ｓａにより角度可変プリズム１４の偏向角
度が所定角度に制御されて、検出エリアＢ１が粒子の流
れと同じ方向に移動させられる。なお、本例においては
粒子検出タイミング信号Ｓｐは信号処理装置２６から供
せられる。

【００２１】図５及び図６は結像光学系部分の説明図で
ある。図５は細胞が検出エリアＢ１上端に到来した状
態、すなわち初期状態である。角度可変プリズム１４の
２枚のガラス板は平行となっている。粒子２０の移動と
ともに角度制御信号Ｓａに従って、図６に示すように、
２枚のガラス板３０，３２が角度を持ち始め、検出エリ
アＢ１が粒子の移動方向と同方向（図５及び図６におい
て下方）に粒子の移動速度Ｖ１よりも遅い速度Ｖ２で移
動する。このことにより粒子の検出エリアＢ１に対する
速度（Ｖ１−Ｖ２）を粒子の実際の移動速度Ｖ１よりも
遅くすることができる。すなわち、見かけ上粒子の移動
速度を遅くすることができ、その間、図７に示すよう
に、一つの粒子に対して多数回走査することができる。
なお、図７における（）内の数字は走査サイクルの番
号を示しており、ｌは１回の走査の間に粒子が移動する
距離である。図８はラインセンサ２４から走査ｉごとに
順次出力される撮像信号Ｓｉを示している。このように
して、従来よりも高速で移動する粒子に対しても、従来
と同様に一つの粒子に対して複数回の走査を行うことが
できる。また、粒子移動速度が従来と同程度の場合に
は、従来以上の回数の走査を行うことができる（すなわ
ち、より高精度の解析を行うことができる）。

【００２２】実施例２図９は図１の装置に散乱光及び蛍光検出のための光学系
を付加した装置の平面図を示している。３８は第２の光
源であり、例えば、波長４８８nmレーザ光を発するアル
ゴンレーザである。第１の光源１０は第２の光源３８の
波長とは異なる波長の光である、例えば、近赤外光を発
するレーザダイオードである。扁平な試料液流１９は紙
面表裏方向（Ｚ方向）に流れ、第２の光源３８は第１の
光源１０と同じ向きに、その出射面を向けるように設け
られている。第２の光源３８からの光はダイクロイック
ミラー４８を反射し、シリンドリカルレンズ１６により
細胞の流れ方向（Ｚ方向）に細く絞られ、試料液流１９
の幅の広い面から照射される。このようにして、第１の
光源１０からの光と第２の光源３８からの光は、試料液
流１９上の同じ領域をあるいは両者はごく近い領域を照
射する。

【００２３】試料液は蛍光染色処理がなされている。蛍
光染色された細胞は、第２の光源３８からの照射光によ
り励起され蛍光が発せられる。細胞から発せられた側方
蛍光は集光レンズ４０によって集められ、ダイクロイッ
クミラー５０を透過しダイクロイックミラー５２で反射
されて、対象とする蛍光が光検出器４６ｂで受光され
る。第２の光源３８からの照射光による側方散乱光は、
ダイクロイックミラー５０で反射されて、光検出器４６
ａで受光される。

【００２４】第１の光源１０からの光はコリメータレン
ズ１２により平行光にされ、ダイクロイックミラー４８
を透過しシリンドリカルレンズ１６により、実施例１と
同様、図２に示すように試料液流１９に対し楕円状に照
射される。粒子透過光像は対物レンズ２２、フィルタ５
４を経て角度可変プリズム１４に入射する。角度可変プ
リズムへの入射光は平行光であるのが好ましく、対物レ
ンズ２２としては、例えば、無限遠系タイプのレンズを
使用する。フィルタ５４は第２の光源からの光をカット
し第１の光源からの光を透過させるためのものである。
角度可変プリズム１４で偏向された第１の光源からの照
射光による粒子透過光像は、投影レンズ２３を経てライ
ンセンサ２４の受光面に結像される。

【００２５】本実施例では、光検出器４６ａの検出信号
Ｓ１又は光検出器４６ｂの検出信号Ｓ２（光検出器４６
の検出信号Ｓ）により得られた、信号処理装置４２から
の粒子検出タイミング信号Ｓｐに基づき、制御手段２８
にて角度制御信号Ｓａが得られる。図１０はこれらの信
号Ｓ，Ｓｐ，Ｓａのタイミングチャートである。検出信
号ＳをＳ１とする場合には全ての粒子を走査の対象とす
ることができ、Ｓ２とする場合には蛍光を発する粒子の
みを走査の対象とすることができる。角度制御信号Ｓａ
は粒子検出タイミング信号Ｓｐの立ち上がりと同時に角
度可変プリズム１４の偏向角度を粒子の移動に従って徐
々に可変させるため、徐々に波高値が上昇し、粒子検出
タイミング信号Ｓｐの立ち下がりとともに初期状態に戻
っている。なお、実施例１においては、ラインセンサ２
４の信号Ｓｉから粒子検出タイミング信号Ｓｐをつくり
出す。

【００２６】光検出器４６ａ，４６ｂ及びラインセンサ
２４で検出された信号は、信号処理装置４２にて個々の
粒子に対し特徴パラメータが実時間で求められる。特徴
パラメータとは蛍光強度、散乱光強度、面積や円形度等
の形態情報及び吸光度や複雑度等である。これら特徴パ
ラメータの求め方は、同出願人による特願平３−２７０
１０６号、特願平３−２７０１０７号、特願平４−１７
９２９７号の明細書に詳しく記載されている。すなわ
ち、光検出器４６ｂで蛍光強度が検出され、光検出器４
６ａで側方散乱光強度が検出される。また、流れる粒子
に対するラインセンサ２４による検出信号を信号処理装
置４２にインプットし処理することにより、粒子の形態
情報及び吸光情報等を得ることができる。

【００２７】ラインセンサ２４から得られる検出信号Ｓ
ｉを処理する信号処理装置２６の一例を図１１に示す。
ラインセンサ２４からの信号Ｓｉは増幅器６２で増幅さ
れ、ラインセンサのシフトクロックと同じ周波数のサン
プリングクロックでＡ／Ｄ変換器６４によりＡ／Ｄ変換
され、そのデータを、バックグラウンド補正部６６で補
正処理する。バックグラウンド補正部６６では、粒子が
検出部を通過していない時の透過光によるｌライン分の
データを、あらかじめメモリに保持しておき、計測中に
得られるＡ／Ｄ変換データとの差を導き出す処理を、リ
アルタイムで行なっている。この処理の目的は、レーザ
ビームの照射むらやラインセンサの各絵素の感度のバラ
ツキ等を補正することである。補正されたデータは、粒
子によって遮られた透過光像に対応する信号の範囲を切
り出すために、ある適当な基準レベルのデータと比較し
て２値化処理部６８でする。さらに、濃く染まった核の
部分だけを切り出すために、上記基準レベルより大きな
レベルのデータと比較しての２値化をも行なう。

【００２８】２値化処理されたデータは、小さなゴミを
除去したり、１個１個の粒子に対応する２値化データの
範囲を区分する、すなわち、２値データ処理部７０で領
域分割のための前処理が行なわれる。ここでいう領域分
割処理とは、連続した複数ラインデータ中に現われる１
個の粒子に対応する２値化データの範囲（タイミング）
を切り出すことであり、１個１個の粒子の形態情報や吸
光情報をリアルタイムで演算するためのタイミング制御
信号を作り出すのに必要となる処理である。この領域分
割処理及び演算制御回路７２からの制御信号によって吸
光量、複雑度、形態情報を求めるための演算器７４がコ
ントロールされて、各粒子に対するパラメータを実時間
で求めることができる。また、２値データ処理されたデ
ータより、同時通過判定部７６で粒子が同時通過してい
るかの判定がされ、その時に得られるパラメータは無視
するように制御することができる。７８は微分器、８０
は吸光量演算部、８２は複雑度演算部である。ここで言
う複雑度とは、検出信号のＡ／Ｄ変換されたデータの隣
り合うデータの差分を、１個の粒子に対応する範囲内で
足し合わせた値（複雑量）を、さらに面積で割った値で
ある。複雑量として、隣り合うデータの差分を２乗した
ものを、１個の粒子に対応する範囲内で足し合わせた値
を用いることも可能である。信号処理装置４２で求めら
れた粒子個々の特徴パラメータデータはデータ解析装置
４４に送られ、２次元スキャッタグラムや１次元ヒスト
グラム等が作成され、粒子分類等の解析が高精度で行わ
れる。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、上記のように構成されている
ので、つぎのような効果を奏する。（１）粒子の透過光像を得るための受光光学系に、光
学偏向手段を付加し、粒子の移動とともに一次元イメー
ジセンサの受光面に投影される粒子像を移動させてい
る。すなわち、一次元イメージセンサの受光面が、試料
液流上に投影される検出エリアを移動させることができ
る。このため、粒子の検出エリアに対する相対的な移動
速度を遅くすることができ、粒子の実際の移動速度を高
速にしても、同一粒子に対して複数の走査を行うことが
できる。すなわち、単位時間当たりの粒子分析数を多く
することができる。あるいは、粒子の移動速度はそのま
まにして、同一粒子に対する走査回数を多くすることが
できる。すなわち、粒子の流れ方向の画像分解能を向上
させることができ、形態情報等の特徴パラメータをより
精度よく求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の粒子分析装置の一実施例を示す側面説
明図である。

【図２】図１における光軸側からフローセルを見た試料
液流部分の拡大図で、ラインセンサの検出エリアＢ１及
び照射光の照射エリアＡ１を示す図である。

【図３】図１における角度可変プリズムの初期状態を示
す説明図である。

【図４】図１における角度可変プリズムの偏向状態を示
す説明図である。

【図５】図１における結像光学系部分の初期状態を示す
拡大説明図である。

【図６】図１における結像光学系部分の偏向状態を示す
説明図である。

【図７】細胞（粒子）スキャンニングの一例を示す説明
図である。

【図８】ラインセンサから走査ｉごとに出力される撮像
信号の一例を示す波形図である。

【図９】本発明の粒子分析装置の他の実施例を示す平面
説明図である。

【図１０】光検出器の信号Ｓ，粒子検出タイミング信号
Ｓｐ，角度制御信号Ｓａのタイミングチャートである。

【図１１】信号処理装置の一例を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１０光源１４光学偏向手段（角度可変プリズム、音響光学偏向
器又はガルバノミラー）１８フローセル１９試料液流２０粒子２４一次元イメージセンサ（ラインセンサ）２６信号処理手段（信号処理装置）２８制御手段（制御装置）３８第２の光源４２信号処理装置４４データ解析装置４６光検出器

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【手続補正書】

【提出日】平成６年１月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】粒子分析装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、血液や尿等のような
粒子（血球、細胞等）を含む試料液をシースフローにし
て流し、その試料液流に光を照射して、粒子からの光を
検出して粒子を分析する装置、詳しくは、平面シースフ
ローセル中を流れる粒子の形態情報や吸光度等を測定す
るために、一次元イメージセンサ（例えば、ラインセン
サ）検出系を付加したフローサイトメータ（ｆｌｏｗｃ
ｙｔｏｍｅｔｅｒ）等の粒子分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体中を移動する粒子に光を照射し
て、その粒子の特徴を抽出し分析する装置として、フロ
ーサイトメータ、セルソータあるいはイメージングフロ
ーサイトメータが従来から知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のフローサイト
メータでは、各粒子の形態情報（面積、周囲長等）の情
報を得ることはできなかった。また、試料を扁平な流れ
にしてストロボ光を照射し、ビデオカメラで撮像された
粒子像を画像処理することによって、各粒子の形態的特
徴を実時間（リアルタイム）で求めるには、高価なビデ
オカメラ及び高性能で高価な専用画像処理装置が必要で
あった。

【０００７】前記特開平３−２９８３５号公報記載の発
明において、ガラス板を回転させているのは、光軸を調
整して最良の光学アライメントを得るためであり、本発
明とは、後述のように、目的が異なる。特開平２−１０
５０４１号公報及び特開平３−１５０４４４号公報記載
の発明は、光を水平に高速走査しているが、動作安定性
に欠ける恐れがある。また、特開平３−１５０４４４号
公報には、光を粒子の移動に追従させて粒子を複数回走
査することが開示されているが、これは同一粒子の中心
を複数回走査することであって、同一粒子の異なる部分
を走査することは開示されていない。また、流速よりも
流れ方向の走査速度を若干遅くするのは、粒子の中心に
レーザ光が照射される確率を向上させるためである。

【０００８】流れる粒子の透過光像を１次元イメージセ
ンサ（ラインセンサ）に結像させ、その検出信号を処理
して各粒子の形態情報を求める場合、粒子の移動速度が
速過ぎると、精度の良い情報を求めることはできない。
逆に、移動速度を遅くすると、単位時間当たりの測定細
胞数が減るという問題がある。

【０００９】本発明は、上記の諸点に鑑みなされたもの
で、一次元イメージセンサ（ラインセンサ）に投影され
る粒子像のみかけの移動速度を遅くし、上記問題を改善
したものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する
ために、本発明の粒子分析装置は、被検粒子を含む試料
液をシースフローでつつんで流すためのフローセルと、
試料液に光を照射する照射光学系と、試料液中の被検粒
子の透過光を走査して検出するための一次元イメージセ
ンサと、フローセルから一次元イメージセンサまでの光
路中に設けられ、試料液の透過光を偏向させてイメージ
センサへ導く光学偏向手段と、液中を移動する被検粒子
を一次元イメージセンサが追跡して検出できるように光
学偏向手段の偏向角を制御する制御手段と、一次元イメ
ージセンサの出力信号に基づき被検粒子の分析を行なう
信号処理手段と、を備えて構成される。

【００１１】また、本発明の他の粒子分析装置は、上記
の粒子分析装置において、試料液に第２の光を照射する
第２の照射光学系と、第２の照射光学系により照射され
た被検粒子からの光を検出する光検出手段とをさらに備
え、制御手段が、光検出手段の出力に基づいて、光学偏
向手段の偏向角の制御を開始し、信号処理手段が一次元
イメージセンサ及び光検出手段の出力に基づいて被検粒
子の分析を行なうように構成される。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の好適な実施
例を詳細に説明する。ただし、この実施例に記載されて
いる構成機器の材質、形状、その相対配置などは、とく
に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらの
みに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎ
ない。実施例１図１は、本発明の粒子分析装置の基本的な構成を示した
図（側面図）である。１８は扁平な試料液流１９を形成
させるためのフローセルである。このフローセル１８は
ガラス、プラスチック等の透明体からなり、被検粒子を
含む試料液流（サンプル流）１９は扁平なフローセル１
８へ導かれ、サンプル流の周囲を被覆するようにシース
液が供給されて扁平シースフローが形成される。試料液
流１９はＺ方向（紙面上下方向）に流れ、Ｙ方向（紙面
左右方向）には粒子径と同程度の狭い幅を有し、Ｘ方向
（紙面表裏方向）には粒子径の数倍以上の広い幅を有す
る扁平な流れである。２４はＸ方向に延設された一次元
イメージセンサ（ラインセンサ）である。

【００１３】図２は光軸側からフローセル１８を見た試
料液流部分の拡大図である。２０は分析すべき被検粒子
（例えば血球や細胞）である。２０は、以降単に粒子と
称する。Ｂ１は試料液流上に投影されたラインセンサ２
４の検出エリアである。なお、絵素はＸ方向に一列に並
んでいる。図１において、光源１０から出射された白色
光はコリメータレンズ１２により平行光にされ、シリン
ドリカルレンズ１６により図２のＡ１で示すような、Ｘ
方向の幅が試料液流１９の幅よりも広くＺ方向の厚みは
粒子径の数倍程度の楕円状の光にされ、検出エリアＢ１
に照射される。Ａ１は光源１０からの出射光の照射エリ
アである。すなわち、コリメータレンズ１２，シリンド
リカルレンズ１６で照射光学系が構成される。粒子２０
が移動してきて検出エリアＢ１に到達すると、粒子を透
過した透過光は対物レンズ２２、投影レンズ２３を経て
ラインセンサ２４の受光面上に結像されて、ラインセン
サ２４からは粒子２０を横切って走査された撮像信号Ｓ
ｉが走査ｉごとに出力される。撮像信号Ｓｉは信号処理
装置２６に入力され、個々の粒子に対し各種の特徴パラ
メータが実時間で求められる。

【００１４】本発明の装置においては、受光糸（図１で
は対物レンズ２２と投影レンズ２３の間）に光学偏向手
段１４が設けられている。光学偏向手段とは光軸の向き
を変える手段であり、具体的には高屈折率の媒体を間に
挟んだ２枚の透明板の傾きを可変することにより光の方
向を変える角度可変プリズムや、媒体に超音波を伝搬さ
せその超音波の周波数を変えることにより光の方向を変
える音響光学偏向器（Ａｃｏｕｓｔｏ−ＯｐｔｉｃＤ
ｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＡＯＤ）やミラーの角度を変えるこ
とにより光の方向を変えるガルバノミラー等が使用でき
る。角度可変プリズム、音響光学偏向器、ガルバノミラ
ーは例えば、それぞれキャノン（株）、ＨＯＹＡ
（株）、ジェネラルスキャニング社から入手できる。

【００１５】図３及び図４は角度可変プリズムの構成を
示す概略図である。図３は初期状態、図４は偏向状態を
示す。角度可変プリズム１４は、２枚の透明板３０，３
２（例えばガラス板やプラスチック板）の周囲を蛇腹３
４でつなぎ、その中に屈折率の高い透明な液体物質３６
（例えばシリコーン系の液体）を封入した構成となって
いる。そしてボイスコイル等の電気的駆動手段（図示せ
ず）により、２枚の板３０，３２の角度を任意に変化さ
せることにより、図４に示すように光を破線から一点鎖
線で示す方向に偏向させることができる。

【００１６】検出エリアＢ１は図２に示すように、始め
照射エリアＡ１における上流側の部分に設定されてい
る。本発明では角度可変プリズム１４によりこの検出エ
リアＢ１が移動させられる。流れてきた粒子が検出エリ
アＢ１に接すると、粒子検出タイミング信号Ｓｐに基づ
き制御装置２８において角度制御信号Ｓａが発せられ、
この制御信号Ｓａにより角度可変プリズム１４の偏向角
度が所定角度に制御されて、検出エリアＢ１が粒子の流
れと同じ方向に移動させられる。なお、本例においては
粒子検出タイミング信号Ｓｐは信号処理装置２６から供
せられる。

【００１７】図５及び図６は結像光学系部分の説明図で
ある。図５は細胞が検出エリアＢ１上端に到来した状
態、すなわち初期状態である。角度可変プリズム１４の
２枚のガラス板は平行となっている。粒子２０の移動と
ともに角度制御信号Ｓａに従って、図６に示すように、
２枚のガラス板３０，３２が角度を持ち始め、検出エリ
アＢ１が粒子の移動方向と同方向（図５及び図６におい
て下方）に粒子の移動速度Ｖ１よりも遅い速度Ｖ２で移
動する。このことにより粒子の検出エリアＢ１に対する
速度（Ｖ１−Ｖ２）を粒子の実際の移動速度Ｖ１よりも
遅くすることができる。すなわち、見かけ上粒子の移動
速度を遅くすることができ、その間、図７に示すよう
に、一つの粒子に対して多数回走査することができる。
なお、図７における（）内の数字は走査サイクルの番
号を示しており、１は１回の走査の間に粒子が移動する
距離である。図８はラインセンサ２４から走査ｉごとに
順次出力される撮像信号Ｓｉを示している。このように
して、従来よりも高速で移動する粒子に対しても、従来
と同様に一つの粒子に対して複数回の走査を行うことが
できる。また、粒子移動速度が従来と同程度の場合に
は、従来以上の回数の走査を行うことができる（すなわ
ち、より高精度の解析を行うことができる）。

【００１８】実施例２図９は図１の装置に散乱光及び蛍光検出のための光学系
を付加した装置の平面図を示している。３８は第２の光
源であり、例えば、波長４８８ｎｍレーザ光を発するア
ルゴンレーザである。第１の光源１０は第２の光源３８
の波長とは異なる波長の光である、例えば、近赤外光を
発するレーザダイオードである。扁平な試料液流１９は
紙面表裏方向（Ｚ方向）に流れ、第２の光源３８は第１
の光源１０と同じ向きに、その出射面を向けるように設
けられている。第２の光源３８からの光はダイクロイッ
クミラー４８を反射し、シリンドリカルレンズ１６によ
り細胞の流れ方向（Ｚ方向）に細く絞られ、試料液流１
９の幅の広い面から照射される。このようにして、第１
の光源１０からの光と第２の光源３８からの光は、試料
液流１９上の同じ領域をあるいは両者はごく近い領域を
照射する。

【００１９】試料液は蛍光染色処理がなされている。蛍
光染色された細胞は、第２の光源３８からの照射光によ
り励起され蛍光が発せられる。細胞から発せられた側方
蛍光は集光レンズ４０によって集められ、ダイクロイッ
クミラー５０を透過しダイクロイックミラー５２で反射
されて、対象とする蛍光が光検出器４６ｂで受光され
る。第２の光源３８からの照射光による側方散乱光は、
ダイクロイックミラー５０で反射されて、光検出器４６
ａで受光される。

【００２０】第１の光源１０からの光はコリメータレン
ズ１２により平行光にされ、ダイクロイックミラー４８
を透過しシリンドリカルレンズ１６により、実施例１と
同様、図２に示すように試料液流１９に対し楕円状に照
射される。粒子透過光像は対物レンズ２２、フィルタ５
４を経て角度可変プリズム１４に入射する。角度可変プ
リズムへの入射光は平行光であるのが好ましく、対物レ
ンズ２２としては、例えば、無限遠系タイプのレンズを
使用する。フィルタ５４は第２の光源からの光をカット
し第１の光源からの光を透過させるためのものである。
角度可変プリズム１４で偏向された第１の光源からの照
射光による粒子透過光像は、投影レンズ２３を経てライ
ンセンサ２４の受光面に結像される。

【００２１】本実施例では、光検出器４６ａの検出信号
Ｓ１又は光検出器４６ｂの検出信号Ｓ２（光検出器４６
の検出信号Ｓ）により得られた、信号処理装置４２から
の粒子検出タイミング信号Ｓｐに基づき、制御手段２８
にて角度制御信号Ｓａが得られる。図１０はこれらの信
号Ｓ，Ｓｐ，Ｓａのタイミングチャートである。検出信
号ＳをＳ１とする場合には全ての粒子を走査の対象とす
ることができ、Ｓ２とする場合には蛍光を発する粒子の
みを走査の対象とすることができる。角度制御信号Ｓａ
は粒子検出タイミング信号Ｓｐの立ち上がりと同時に角
度可変プリズム１４の偏向角度を粒子の移動に従って徐
々に可変させるため、徐々に波高値が上昇し、粒子検出
タイミング信号Ｓｐの立ち下がりとともに初期状態に戻
っている。なお、実施例１においては、ラインセンサ２
４の信号Ｓｉから粒子検出タイミング信号Ｓｐをつくり
出す。

【００２２】光検出器４６ａ，４６ｂ及びラインセン
サ２４で検出された信号は、信号処理装置４２にて個々
の粒子に対し特徴パラメータが実時間で求められる。特
徴パラメータとは蛍光強度、散乱光強度、面積や円形度
等の形態情報及び吸光度や複雑度等である。これら特徴
パラメータの求め方は、同出願人による特願平３−２７
０１０６号、特願平３−２７０１０７号、特願平４−１
７９２９７号の明細書に詳しく記載されている。すなわ
ち、光検出器４６ｂで蛍光強度が検出され、光検出器４
６ａで側方散乱光強度が検出される。また、流れる粒子
に対するラインセンサ２４による検出信号を信号処理装
置４２にインプットし処理することにより、粒子の形態
情報及び吸光情報等を得ることができる。

【００２３】ラインセンサ２４から得られる検出信号Ｓ
ｉを処理する信号処理装置２６の一例を図１１に示す。
ラインセンサ２４からの信号Ｓｉは増幅器６２で増幅さ
れ、ラインセンサのシフトクロックと同じ周波数のサン
プリングクロックでＡ／Ｄ変換器６４によりＡ／Ｄ変換
され、そのデータを、バックグラウンド補正部６６で補
正処理する。バックグラウンド補正部６６では、粒子が
検出部を通過していない時の透過光による１ライン分の
データを、あらかじめメモリに保持しておき、計測中に
得られるＡ／Ｄ変換データとの差を導き出す処理を、リ
アルタイムで行なっている。この処理の目的は、レーザ
ビームの照射むらやラインセンサの各絵素の感度のバラ
ツキ等を補正することである。補正されたデータは、粒
子によって遮られた透過光像に対応する信号の範囲を切
り出すために、ある適当な基準レベルのデータと比較し
て２値化処理部６８でする。さらに、濃く染まった核の
部分だけを切り出すために、上記基準レベルより大きな
レベルのデータと比較しての２値化をも行なう。

【００２４】２値化処理されたデータは、小さなゴミを
除去したり、１個１個の粒子に対応する２値化データの
範囲を区分する、すなわち、２値データ処理部７０で領
域分割のための前処理が行なわれる。ここでいう領域分
割処理とは、連続した複数ラインデータ中に現われる１
個の粒子に対応する２値化データの範囲（タイミング）
を切り出すことであり、１個１個の粒子の形態情報や吸
光情報をリアルタイムで演算するためのタイミング制御
信号を作り出すのに必要となる処理である。この領域分
割処理及び演算制御回路７２からの制御信号によって吸
光量、複雑度、形態情報を求めるための演算器７４がコ
ントロールされて、各粒子に対するパラメータを実時間
で求めることができる。また、２値データ処理されたデ
ータより、同時通過判定部７６で粒子が同時通過してい
るかの判定がされ、その時に得られるパラメータは無視
するように制御することができる。７８は微分器、８０
は吸光量演算部、８２は複雑度演算部である。ここで言
う複雑度とは、検出信号のＡ／Ｄ変換されたデータの隣
り合うデータの差分を、１個の粒子に対応する範囲内で
足し合わせた値（複雑量）を、さらに面積で割った値で
ある。複雑量として、隣り合うデータの差分を２乗した
ものを、１個の粒子に対応する範囲内で足し合わせた値
を用いることも可能である。信号処理装置４２で求めら
れた粒子個々の特徴パラメータデータはデータ解析装置
４４に送られ、２次元スキャッタグラムや１次元ヒスト
グラム等が作成され、粒子分類等の解析が高精度で行わ
れる。

【００２５】

【発明の効果】本発明は、上記のように構成されてい
るので、つぎのような効果を奏する。（１）粒子の透過光像を得るための受光光学系に、光
学偏向手段を付加し、粒子の移動とともに一次元イメー
ジセンサの受光面に投影される粒子像を移動させてい
る。すなわち、一次元イメージセンサの受光面が、試料
液流上に投影される検出エリアを移動させることができ
る。このため、粒子の検出エリアに対する相対的な移動
速度を遅くすることができ、粒子の実際の移動速度を高
速にしても、同一粒子に対して複数の走査を行うことが
できる。すなわち、単位時間当たりの粒子分析数を多く
することができる。あるいは、粒子の移動速度はそのま
まにして、同一粒子に対する走査回数を多くすることが
できる。すなわち、粒子の流れ方向の画像分解能を向上
させることができ、形態情報等の特徴パラメータをより
精度よく求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の粒子分析装置の一実施例を示す側面
説明図である。

【図２】図１における光軸側からフローセルを見た試
料液流部分の拡大図で、ラインセンサの検出エリアＢ１
及び照射光の照射エリアＡ１を示す図である。

【図３】図１における角度可変プリズムの初期状態を
示す説明図である。

【図４】図１における角度可変プリズムの偏向状態を
示す説明図である。

【図５】図１における結像光学系部分の初期状態を示
す拡大説明図である。

【図６】図１における結像光学糸部分の偏向状態を示
す説明図である。

【図７】細胞（粒子）スキャンニングの一例を示す説
明図である。

【図８】ラインセンサから走査ｉごとに出力される撮
像信号の一例を示す波形図である。

【図９】本発明の粒子分析装置の他の実施例を示す平
面説明図である。

【図１０】光検出器の信号Ｓ，粒子検出タイミング信
号Ｓｐ，角度制御信号Ｓａのタイミングチャートであ
る。

【図１１】信号処理装置の一例を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】１０光源１４光学偏向手段（角度可変プリズム、音響光学偏向
器又はガルバノミラー）１８フローセル１９試料液流２０粒子２４一次元イメージセンサ（ラインセンサ）２６信号処理手段（信号処理装置）２８制御手段（制御装置）３８第２の光源４２信号処理装置４４データ解析装置４６光検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フローセルのノズルから被検粒子を含む
試料液を吐出するとともに、試料液の周囲にシース液を
流すことによりシースフローを形成させ、その試料液流
に光を照射し、粒子からの光を検出し、その検出信号に
基づき粒子の分析を行う粒子分析装置において、一方向には幅が狭く他方向には幅が広い扁平な試料液流
（１９）を形成させるフローセル（１８）と、光源（１０）からの光を、試料液流の幅の広い方の面か
ら試料液流に照射するための照射光学系と、粒子の流れ方向と垂直な方向に多数の光受光素子が一列
に並んで設けられ、受光面上に粒子の透過光像が結像さ
れることにより、粒子を横切って走査した撮像信号（Ｓ
ｉ）を走査（ｉ）ごとに出力する一次元イメージセンサ
（２４）と、試料液流（１９）上に投影される上記一次元イメージセ
ンサ（２４）の検出エリア（Ｂ１）を、粒子の流れ方向
に移動させる光学偏向手段（１４）と、一次元イメージセンサ（２４）からの撮像信号（Ｓｉ）
に基づき、粒子を検出し粒子個々に各種の特徴パラメー
タを求める信号処理手段（２６）と、粒子検出タイミング信号（Ｓｐ）に基づき、検出エリア
（Ｂ１）を粒子の移動方向と同方向に粒子の移動速度
（Ｖ１）とは異なる速度（Ｖ２）で移動させるととも
に、検出エリア（Ｂ１）に対する粒子の相対的な移動速
度（Ｖ１−Ｖ２）を実際の粒子の移動速度（Ｖ１）より
遅くすることにより、同一粒子に対する走査回数を多く
するように、光学偏向手段（１４）の動作を制御する制
御手段（２８）と、を備えたことを特徴とする粒子分析
装置。
【請求項２】試料液流の幅の広い方の面から、試料液
流に光を照射する第２の光源（３８）と、この第２の光源（３８）により粒子から発せられた散乱
光や蛍光等の光を検出する光検出器（４６）と、を備
え、制御手段（２８）が、光検出器（４６）の信号（Ｓ）に
より粒子を検出した粒子検出タイミング信号（Ｓｐ）に
基づき、検出エリア（Ｂ１）を粒子の移動方向と同方向
に粒子の移動速度（Ｖ１）とは異なる速度（Ｖ２）で移
動させるように、光学偏向手段（１４）の動作を制御す
るものであることを特徴とする請求項１記載の粒子分析
装置。
【請求項３】光学偏向手段（１４）が、２枚の透明板
の間に介在させた高屈折率の媒体の厚さを可変すること
により光を偏向させる、角度可変プリズムであることを
特徴とする請求項１又は２記載の粒子分析装置。
【請求項４】光学偏向手段（１４）が、音響光学偏向
器であることを特徴とする請求項１又は２記載の粒子分
析装置。
【請求項５】光学偏向手段（１４）が、ガルバノミラ
ーであることを特徴とする請求項１又は２記載の粒子分
析装置。