JPWO2019156256A1 - Measuring device and method for measuring cells or viruses - Google Patents
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Abstract
超音波を用いて懸濁液中の、細胞またはウイルスである目的粒子の測定を行う測定装置および測定方法を提供する。測定装置１は、超音波を用いて懸濁液中の、細胞またはウイルスである目的粒子の測定を行う装置であって、超音波を送信する送信部２０と、超音波が懸濁液を透過して生じる透過波を受信する受信部２０と、透過波と、超音波が目的粒子を含まない基準液を透過して生じる基準波との差異に基づいて、懸濁液中の目的粒子の測定を行う測定部４０とを備え、超音波の波長は、目的粒子の直径の１．５倍以上３８倍以下である。Provided are a measuring device and a measuring method for measuring target particles which are cells or viruses in a suspension using ultrasonic waves. The measuring device 1 is a device that measures target particles that are cells or viruses in a suspension using ultrasonic waves, and a transmission unit 20 that transmits ultrasonic waves and ultrasonic waves permeate the suspension. Measurement of the target particles in the suspension based on the difference between the receiving unit 20 that receives the transmitted wave generated by the above, the transmitted wave, and the reference wave generated by ultrasonic waves passing through the reference liquid containing no target particles. The ultrasonic wave has a wavelength of 1.5 times or more and 38 times or less the diameter of the target particle.
Description
本発明は、超音波を用いて懸濁液中の細胞またはウイルスである目的粒子の測定を行う測定装置および測定方法に関する。 The present invention relates to a measuring device and a measuring method for measuring target particles which are cells or viruses in a suspension using ultrasonic waves.
超音波を用いた検査技術として、例えば医療分野における超音波検査（エコー検査）が知られている。この超音波検査は、超音波を体内の臓器に当てて臓器界面での反射波を利用する検査である。 As an inspection technique using ultrasonic waves, for example, ultrasonic inspection (echo inspection) in the medical field is known. This ultrasonic examination is an examination in which ultrasonic waves are applied to an organ in the body and the reflected wave at the organ interface is used.
ところで、血液中の粒子を測定する技術がある。特許文献１には、血液中の赤血球の変形性能のような特性の測定において超音波を用いる技術が記載されている。
また、血液中の白血球または血中循環癌細胞（ＣＴＣ）の有無および濃度等を測定する技術がある。このような血液中の白血球またはＣＴＣの測定技術に、上述した反射波を利用する超音波検査の技術を適用する場合、白血球またはＣＴＣの界面の面積が小さいため、超音波の周波数を上げ反射波を得る必要がある。周波数としては、例えば、５０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚである。By the way, there is a technique for measuring particles in blood.
In addition, there is a technique for measuring the presence / absence and concentration of leukocytes or circulating cancer cells (CTC) in blood. When the above-mentioned ultrasonic examination technique using reflected waves is applied to such a technique for measuring leukocytes or CTCs in blood, the frequency of the ultrasonic waves is increased because the area of the interface between the leukocytes or CTCs is small. Need to get. The frequency is, for example, 50 MHz to 100 MHz.
しかし、反射波を利用する技術では、白血球またはＣＴＣの界面で超音波が反射されてしまい、さらには赤血球の界面でも超音波が反射されてしまう。このため、白血球またはＣＴＣの有無および濃度の測定が困難である。 However, in the technique using reflected waves, ultrasonic waves are reflected at the interface of white blood cells or CTC, and further, ultrasonic waves are reflected at the interface of red blood cells. Therefore, it is difficult to measure the presence and concentration of leukocytes or CTC.
そこで、本発明は、超音波を用いて懸濁液中の細胞またはウイルスである目的粒子の測定を行う測定装置および測定方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a measuring device and a measuring method for measuring target particles which are cells or viruses in a suspension using ultrasonic waves.
本発明に係る測定装置は、超音波を用いて懸濁液中の目的粒子の測定を行う装置であって、超音波を送信する送信部と、超音波が懸濁液を透過して生じる透過波を受信する受信部と、透過波と、超音波が目的粒子を含まない基準液を透過して生じる基準波との差異に基づいて、懸濁液中の目的粒子の測定を行う測定部とを備え、超音波の波長は、目的粒子の直径の１．５倍以上３８倍以下であり、目的粒子が細胞またはウイルスである測定装置である。 The measuring device according to the present invention is a device that measures target particles in a suspension using ultrasonic waves, and is a device that transmits ultrasonic waves and a transmission unit that transmits ultrasonic waves and is generated through the suspension. A receiving unit that receives waves, and a measuring unit that measures the target particles in a suspension based on the difference between the transmitted wave and the reference wave generated by transmitting ultrasonic waves through a reference liquid that does not contain the target particles. The wavelength of the ultrasonic wave is 1.5 times or more and 38 times or less the diameter of the target particle, and the target particle is a cell or a virus.
本発明に係る測定方法は、超音波を用いて懸濁液中の目的粒子の測定を行う方法であって、目的粒子の直径の１．５倍以上３８倍以下である波長を有する超音波を送信し、超音波が懸濁液を透過して生じる透過波を受信し、透過波と、超音波が目的粒子を含まない基準液を透過して生じる基準波との差異に基づいて、懸濁液中の目的粒子の測定を行い、目的粒子が細胞またはウイルスである測定方法である。 The measuring method according to the present invention is a method of measuring target particles in a suspension using ultrasonic waves, and uses ultrasonic waves having a wavelength of 1.5 times or more and 38 times or less the diameter of the target particles. Transmit, receive the transmitted wave generated by the ultrasonic waves passing through the suspension, and suspend based on the difference between the transmitted wave and the reference wave generated by the ultrasonic waves passing through the reference solution containing no target particles. This is a measurement method in which target particles in a liquid are measured and the target particles are cells or viruses.
本発明によれば、超音波の周波数を下げ透過波を得、この透過波を利用して超音波検査を行うことにより、懸濁液中の細胞またはウイルスである目的粒子の測定を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to measure a target particle which is a cell or a virus in a suspension by lowering the frequency of ultrasonic waves to obtain a transmitted wave and performing an ultrasonic inspection using the transmitted wave. it can.
≪測定装置≫
測定装置は、超音波を用いて懸濁液中の目的粒子の測定を行う装置である。
測定装置は、送信部と、受信部と、測定部とを備える。
送信部は、超音波を送信する。
受信部は、超音波が懸濁液を透過して生じる透過波を受信する。
測定部は、透過波と、超音波が目的粒子を含まない基準液を透過して生じる基準波との差異に基づいて、懸濁液中の目的粒子の測定を行う。
また、超音波の波長は、目的粒子の直径の１．５倍以上３８倍以下である。
目的粒子は、細胞またはウイルスである。≪Measuring device≫
The measuring device is a device that measures the target particles in the suspension using ultrasonic waves.
The measuring device includes a transmitting unit, a receiving unit, and a measuring unit.
The transmitter transmits ultrasonic waves.
The receiver receives the transmitted wave generated by the ultrasonic waves passing through the suspension.
The measuring unit measures the target particles in the suspension based on the difference between the transmitted wave and the reference wave generated by the ultrasonic waves passing through the reference liquid containing no target particles.
The wavelength of the ultrasonic wave is 1.5 times or more and 38 times or less the diameter of the target particle.
The target particle is a cell or virus.
前述の通り、測定装置は、超音波を用いて懸濁液中の目的粒子の測定を行い、目的粒子は細胞またはウイルスである。目的粒子の測定における測定対象は、超音波が懸濁液を透過して生じる透過波と、超音波が目的粒子を含まない基準液を透過して生じる基準波との差異に基づいて導出される目的粒子に関する情報であれば特に限定されない。
目的粒子の測定は、典型的には、細胞またはウイルスの有無の測定や、懸濁液中の細胞またはウイルスの濃度の測定である。As described above, the measuring device measures the target particles in the suspension using ultrasonic waves, and the target particles are cells or viruses. The measurement target in the measurement of the target particle is derived based on the difference between the transmitted wave generated by the ultrasonic wave passing through the suspension and the reference wave generated by the ultrasonic wave passing through the reference solution containing no target particle. The information is not particularly limited as long as it is information on the target particle.
The measurement of the target particle is typically a measurement of the presence or absence of cells or virus, or a measurement of the concentration of cells or virus in a suspension.
目的粒子としての細胞またはウイルスの種類は、その直径が、上記の直径と超音波の波長との関係を満たす限りにおいて特に限定されない。目的粒子としての細胞は、単一の細胞であっても、複数の細胞の集合体であってもよい。目的粒子として好適な細胞としては、白血球、血中循環癌細胞（ＣＴＣ）、ＣＴＣクラスター、血液中に浮遊する末梢循環血管内皮細胞（ＣＥＣ）、細菌、真菌、芽胞等の細胞、その他の微生物が挙げられる。 The type of cell or virus as a target particle is not particularly limited as long as its diameter satisfies the relationship between the above diameter and the wavelength of ultrasonic waves. The cell as the target particle may be a single cell or an aggregate of a plurality of cells. Suitable cells as target particles include leukocytes, circulating cancer cells (CTC) in blood, CTC clusters, peripheral circulating vascular endothelial cells (CEC) floating in blood, cells such as bacteria, fungi, and spores, and other microorganisms. Can be mentioned.
目的粒子としての細胞またはウイルスの直径は、超音波の波長と、目的粒子の直径との関係が前述の関係を満たす限り、特に限定されない。
目的粒子としての細胞またはウイルスの直径は、例えば、細胞では１μｍ以上、５０μｍ以下、ウイルスでは０．０２μｍ以上、０．５μｍ以下が好ましく、細胞では、３μｍ以上、３０μｍ以下が、ウイルスでは０．０３μｍ以上０．３μｍ以下が特に好ましい。細胞が数個以上のクラスターを形成する場合は、この直径によらない。The diameter of the cell or virus as the target particle is not particularly limited as long as the relationship between the wavelength of the ultrasonic wave and the diameter of the target particle satisfies the above-mentioned relationship.
The diameter of the cell or virus as the target particle is, for example, preferably 1 μm or more and 50 μm or less for cells, 0.02 μm or more and 0.5 μm or less for viruses, 3 μm or more and 30 μm or less for cells, and 0.03 μm for viruses. More than 0.3 μm is particularly preferable. If the cells form several or more clusters, this diameter does not matter.
目的粒子を含む懸濁液における目的粒子を分散させる媒質としての液体成分は、目的粒子としての細胞またはウイルスに、所望しない変形、破壊、変質等を生じさせない液体であれば特に限定されない。上記の液体成分としては、水、生理食塩水、種々の緩衝液や液体培地等が挙げられる。
懸濁液が、血液、リンパ液等に代表される体液である場合、当該体液をそのまま測定装置による測定に用いることができる。また、必要に応じて、希釈または濃縮された体液を、測定装置による測定に用いることもできる。The liquid component as a medium for dispersing the target particles in the suspension containing the target particles is not particularly limited as long as it is a liquid that does not cause unwanted deformation, destruction, alteration, etc. in the cells or viruses as the target particles. Examples of the above liquid component include water, physiological saline, various buffer solutions, liquid media, and the like.
When the suspension is a body fluid typified by blood, lymph, etc., the body fluid can be used as it is for measurement by a measuring device. In addition, if necessary, diluted or concentrated body fluid can be used for measurement by a measuring device.
懸濁液中の目的粒子の濃度は、所望の測定を行うことができる限り特に限定されない。仮に、懸濁液中の目的粒子の濃度が、良好な測定を行いやすい濃度の範囲外であっても、懸濁液を希釈または濃縮することにより、懸濁液中の目的粒子について所望の測定を容易に行うことができる。
目的粒子が細胞である場合、懸濁液中の目的粒子の濃度は、目的粒子数として１×１０６〜１×１０７個／ｍＬが好ましい。
また、目的粒子がＣＴＣである場合、懸濁液中の目的粒子の濃度は、目的粒子数として１〜１００個／ｍＬが好ましい。
さらに上記の測定装置によれば、血液をそのまま試料として用いて血液中の細胞についての測定を行うことができる。血液をそのまま試料としての懸濁液として用いる場合、血液の濃度は、ヘマトクリット値として、男性の血液について好ましくは４０〜４８％、より好ましくは４０〜４５％であり、女性の血液について好ましくは３６〜４２％、より好ましくは３６〜４０％である。
ヘマトクリット値は、血液中に占める赤血球の体積の割合の値である。The concentration of the target particles in the suspension is not particularly limited as long as the desired measurement can be performed. Even if the concentration of the target particles in the suspension is outside the range of concentrations that facilitate good measurement, the desired measurement of the target particles in the suspension can be performed by diluting or concentrating the suspension. Can be easily performed.
When the target particles are cells, the concentration of the target particles in the suspension is preferably 1 × 10 6 to 1 × 10 7 / mL as the number of target particles.
When the target particles are CTC, the concentration of the target particles in the suspension is preferably 1 to 100 particles / mL as the number of target particles.
Further, according to the above-mentioned measuring device, it is possible to measure cells in blood by using blood as a sample as it is. When blood is used as it is as a suspension as a sample, the concentration of blood is preferably 40 to 48%, more preferably 40 to 45% for male blood and preferably 36 for female blood as a hematocrit value. It is ~ 42%, more preferably 36-40%.
The hematocrit value is the ratio of the volume of red blood cells to the blood.
送信部は、所望する波長の超音波を送信可能であれば特に限定されない。送信部としては従来知られる種々の超音波送信装置を用いることができる。受信部は、上記の透過波を受信可能であれば特に限定されない。受信部としては従来知られる種々の超音波受信装置を用いることができる。
送信部は、典型的には、超音波送信用プローブを備える。受信部は、典型的には、超音波受信用プローブを備える。
超音波送信用プローブに特に限定はない。超音波送信用プローブは、例えば、発振器および圧電素子を備える。かかるプローブは、発振器により出力される電気信号を圧電素子により超音波に変換し、この超音波を送信する。
超音波受信用プローブに特に限定はない。超音波受信用プローブは、例えば、圧電素子を備える。かかるプローブは、超音波を受信し、この超音波を圧電素子により電気信号に変化し、電気信号を測定部に供給する。
送信部と、受信部とは、それぞれ別体で構成されてもよい。また、送信部と、受信部とは、両者が一体的に構成された送受信部として測定装置に備えられてもよい。The transmission unit is not particularly limited as long as it can transmit ultrasonic waves of a desired wavelength. As the transmitter, various conventionally known ultrasonic transmitters can be used. The receiving unit is not particularly limited as long as it can receive the above transmitted wave. As the receiving unit, various conventionally known ultrasonic receiving devices can be used.
The transmitter typically comprises a probe for ultrasonic transmission. The receiver typically comprises a probe for receiving ultrasonic waves.
The probe for ultrasonic transmission is not particularly limited. The ultrasonic transmission probe includes, for example, an oscillator and a piezoelectric element. Such a probe converts an electric signal output by an oscillator into an ultrasonic wave by a piezoelectric element, and transmits this ultrasonic wave.
The probe for receiving ultrasonic waves is not particularly limited. The ultrasonic receiving probe includes, for example, a piezoelectric element. Such a probe receives an ultrasonic wave, changes the ultrasonic wave into an electric signal by a piezoelectric element, and supplies the electric signal to a measuring unit.
The transmitting unit and the receiving unit may be configured separately. Further, the transmitting unit and the receiving unit may be provided in the measuring device as a transmitting / receiving unit in which both are integrally configured.
送信部より送信される超音波は、所望する測定を行うことができる限り特定に限定されない。超音波は、例えば、バースト波、周波数が変化するチャープ波等である。超音波の波長は、懸濁液中の目的粒子の直径の１．５倍以上３８倍以下である。懸濁液が目的粒子よりも小さい非目的粒子を含む場合、超音波の波長は、非目的粒子の直径の２０倍以上、かつ、目的粒子の直径の３８倍以下であってもよい。
超音波の波長は、非目的粒子の直径の１．８倍以上、かつ、目的粒子の直径の３０倍以下であるとより好ましく、非目的粒子の直径の２．０倍以上、かつ、目的粒子の直径の２０倍以下であるとさらにより好ましい。
例えば、懸濁液が、血液のように目的粒子である白血球の他に非目的粒子である赤血球を含む場合、超音波の波長は、赤血球の直径の２０倍以上、かつ、白血球の直径の３８倍以下であってもよい。超音波の波長は、赤血球の直径の１．８倍以上、かつ、白血球の直径の３０倍以下であるとより好ましく、赤血球の直径の２．０倍以上、かつ、白血球の直径の２０倍以下であるとさらにより好ましい。
なお、チャープ波の場合、チャープ波の中心波長が上述した超音波の波長に設定されればよい。チャープ波のチャープ比は、０．２５以上４．０以下であると好ましく、０．４以上２．０以下であるとより好ましい。The ultrasonic waves transmitted from the transmitter are not particularly limited as long as the desired measurement can be performed. The ultrasonic wave is, for example, a burst wave, a chirp wave having a changing frequency, or the like. The wavelength of ultrasonic waves is 1.5 times or more and 38 times or less the diameter of the target particles in the suspension. When the suspension contains non-target particles smaller than the target particles, the wavelength of the ultrasonic waves may be 20 times or more the diameter of the non-target particles and 38 times or less the diameter of the target particles.
The wavelength of the ultrasonic wave is more preferably 1.8 times or more the diameter of the non-target particle and 30 times or less the diameter of the target particle, 2.0 times or more the diameter of the non-target particle, and the target particle. It is even more preferably 20 times or less the diameter of.
For example, when the suspension contains erythrocytes, which are non-target particles, in addition to leukocytes, which are target particles, such as blood, the wavelength of ultrasonic waves is 20 times or more the diameter of erythrocytes and 38, which is the diameter of leukocytes. It may be double or less. The wavelength of ultrasonic waves is more preferably 1.8 times or more the diameter of red blood cells and 30 times or less the diameter of white blood cells, 2.0 times or more the diameter of red blood cells and 20 times or less the diameter of white blood cells. Is even more preferable.
In the case of a chirp wave, the center wavelength of the chirp wave may be set to the wavelength of the ultrasonic wave described above. The chirp ratio of the chirp wave is preferably 0.25 or more and 4.0 or less, and more preferably 0.4 or more and 2.0 or less.
測定部は、受信部で受信された透過波と、音波が目的粒子を含まない基準液を透過して生じる基準波との差異に基づいて、懸濁液中の細胞またはウイルスである目的粒子の測定を行う。当該粒子の測定は、前述の通り、典型的には、細胞またはウイルスの有無の測定や、懸濁液中の細胞またはウイルスの濃度の測定である。
測定部は、好ましくは記憶部を備える。この場合、記憶部に記憶された基準情報に基づいて、透過波と基準波との差異から細胞またはウイルスの有無等を測定できる。また、測定部は、予め定められた関数に基づいて、透過波と基準波との差異から目的粒子の濃度を測定することもできる。関数は、記憶部に記憶されているのが好ましい。The measuring unit determines that the target particles, which are cells or viruses in the suspension, are based on the difference between the transmitted wave received by the receiving unit and the reference wave generated by the sound waves passing through the reference liquid containing no target particles. Make a measurement. As described above, the measurement of the particles is typically the measurement of the presence or absence of cells or virus and the measurement of the concentration of cells or virus in the suspension.
The measuring unit preferably includes a storage unit. In this case, the presence or absence of cells or viruses can be measured from the difference between the transmitted wave and the reference wave based on the reference information stored in the storage unit. Further, the measuring unit can also measure the concentration of the target particle from the difference between the transmitted wave and the reference wave based on a predetermined function. The function is preferably stored in the storage unit.
測定部は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の演算プロセッサで構成されてよい。測定部の各種機能は、例えば記憶部に格納された所定のソフトウェア（プログラム）を実行することで実現され得る。測定部の各種機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。
また、測定部は、例えば、複数の透過波を入力データとして学習する機械学習（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｌｅａｒｎｉｎｇ）機能、深層学習（Ｄｅｅｐ Ｌｅａｒｎｉｎｇ）機能、またはＡＩ（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）機能等を備えてもよい。この場合、学習した学習モデルに基づいて、透過波と基準波との差異またはその特徴量から細胞またはウイルスの有無または濃度等の測定を行ってもよい。
測定部は、例えば多層ニューラルネットワーク（入力層、中間層、出力層）を含むニューラルネットワークにより構築されてもよい。このようなニューラルネットワークとしては、例えばＣＮＮ（Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ Ｎｅｗｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の種々の方式が用いられてもよい。The measuring unit may be composed of, for example, an arithmetic processor such as a DSP (Digital Signal Processor) or an FPGA (Field-Programmable Gate Array). Various functions of the measuring unit can be realized, for example, by executing predetermined software (program) stored in the storage unit. Various functions of the measuring unit may be realized by the collaboration of hardware and software, or may be realized only by hardware (electronic circuit).
Further, the measuring unit may include, for example, a machine learning function for learning a plurality of transmitted waves as input data, a deep learning function, an AI (Artificial Intelligence) function, and the like. In this case, the presence or absence or concentration of cells or virus may be measured from the difference between the transmitted wave and the reference wave or the feature amount thereof based on the learned learning model.
The measuring unit may be constructed by, for example, a neural network including a multi-layer neural network (input layer, intermediate layer, output layer). As such a neural network, various methods such as CNN (Convolutional Neural Network) may be used.
以下、添付の図面を参照して測定装置および測定方法の好ましい一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。 Hereinafter, a preferable example of the measuring device and the measuring method will be described with reference to the attached drawings. In addition, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts in each drawing.
図１は、好ましい測定装置の一例について、その構成を示す図である。図１に示す測定装置１は、超音波を用いて懸濁液中の細胞またはウイルスである目的粒子の測定を行う装置である。
測定装置１は、例えば、血液または種々の試験液等から選択される懸濁液中の、白血球、血中循環癌細胞（ＣＴＣ）、ＣＴＣクラスター、血液中に浮遊する末梢循環血管内皮細胞（ＣＥＣ）、細菌、真菌、および芽胞等の細胞、その他の微生物、ならびにウイルス等から選択される目的粒子を測定する種々の測定装置に適用可能である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an example of a preferable measuring device. The measuring
The measuring
図１中の測定装置１は、懸濁液を収容する収容部１０と、超音波を送信および受信する送受信部２０と、送受信部２０を保持する保持部２２と、反射板２４と、記憶部３０と、測定部４０とを備える。送受信部２０は、送信部としての機能と、受信部としての機能とを兼ね備える。
なお、図１では、収容部１０、送受信部２０、保持部２２および反射板２４の断面を示すと共に、記憶部３０および測定部４０の回路ブロックを示している。The measuring
Note that FIG. 1 shows the cross sections of the
収容部１０の形状やサイズは、所望する量の懸濁液、または基準液を収容可能である限り特定に限定されない。
収容部１０は、例えば略筒状の形状をなすチャンバである。収容部１０は、懸濁液、または基準液を内部空間に収容する。懸濁液、または基準液は、例えば導入管１２を通じて収容部１０に導入される。収容部１０には、導入管１２から懸濁液または基準液が導入される際に内部空間の排気を行うために、排気管（図示省略）が設けられていてもよい。
例えば、収容部１０の開口の一方側には保持部２２が設けられる。収容部１０の開口の他方側には反射板２４が設けられている。収容部１０と保持部２２との間、収容部１０と反射板２４との間、および、保持部２２と送受信部２０との間には、例えばＯリング１５が設けられている。これにより、収容部１０の内部空間は密閉されている。The shape and size of the
The
For example, a holding
図１に示される保持部２２は、例えば略筒状の形状をなしており、内部空間に送受信部２０を保持している。
送受信部２０は、例えば、発振器と、圧電素子を用いた超音波送受信プローブとを含む。送受信部２０は、発振器により出力される電気信号を圧電素子により超音波に変換し、この超音波を送信する。また、送受信部２０は、超音波を受信し、この超音波を圧電素子により電気信号に変換し、電気信号を測定部４０に供給する。The holding
The transmission /
超音波は、例えば、バースト波、周波数が変化するチャープ波等である。超音波の波長は、懸濁液中の目的粒子の直径の１．５倍以上３８倍以下である。懸濁液が目的粒子よりも小さい非目的粒子を含む場合、超音波の波長は、非目的粒子の直径の２０倍以上、かつ、目的粒子の直径の３８倍以下であってもよい。超音波の波長は、非目的粒子の直径の１．８倍以上、かつ、目的粒子の直径の３０倍以下であるとより好ましく、非目的粒子の直径の２．０倍以上、かつ、目的粒子の直径の２０倍以下であるとさらにより好ましい。
例えば、懸濁液が、血液のように目的粒子である白血球の他に非目的粒子である赤血球を含む場合、超音波の波長は、赤血球の直径の２０倍以上、かつ、白血球の直径の３８倍以下であってもよい。超音波の波長は、赤血球の直径の１．８倍以上、かつ、白血球の直径の３０倍以下であるとより好ましく、赤血球の直径の２．０倍以上、かつ、白血球の直径の２０倍以下であるとさらにより好ましい。
なお、チャープ波の場合、チャープ波の中心波長が上述した超音波の波長に設定されればよい。チャープ波のチャープ比は、０．２５以上４．０以下であると好ましく、０．４以上２．０以下であるとより好ましい。The ultrasonic wave is, for example, a burst wave, a chirp wave having a changing frequency, or the like. The wavelength of ultrasonic waves is 1.5 times or more and 38 times or less the diameter of the target particles in the suspension. When the suspension contains non-target particles smaller than the target particles, the wavelength of the ultrasonic waves may be 20 times or more the diameter of the non-target particles and 38 times or less the diameter of the target particles. The wavelength of the ultrasonic wave is more preferably 1.8 times or more the diameter of the non-target particle and 30 times or less the diameter of the target particle, 2.0 times or more the diameter of the non-target particle, and the target particle. It is even more preferably 20 times or less the diameter of.
For example, when the suspension contains erythrocytes, which are non-target particles, in addition to leukocytes, which are target particles, such as blood, the wavelength of ultrasonic waves is 20 times or more the diameter of erythrocytes and 38, which is the diameter of leukocytes. It may be double or less. The wavelength of ultrasonic waves is more preferably 1.8 times or more the diameter of red blood cells and 30 times or less the diameter of white blood cells, 2.0 times or more the diameter of red blood cells and 20 times or less the diameter of white blood cells. Is even more preferable.
In the case of a chirp wave, the center wavelength of the chirp wave may be set to the wavelength of the ultrasonic wave described above. The chirp ratio of the chirp wave is preferably 0.25 or more and 4.0 or less, and more preferably 0.4 or more and 2.0 or less.
反射板２４の形状は特に限定されない。反射板２４の形状は、例えば円盤状、または略円盤状である。反射板２４は、収容部１０、すなわち収容部１０の内部空間に収容される血液等の懸濁液を介して、送受信部２０の送受信面と対向している。
The shape of the
記憶部３０は、送受信部２０で受信された透過波および基準波のデータを記憶する。基準波は、懸濁液の代わりに、水、生理食塩水、または血漿等の目的粒子を含まない基準液に、超音波を透過させて予め得た透過波である。
また、記憶部３０は、例えば、目的粒子の有無を測定するための透過波と基準波との差異の基準情報を予め記憶する。また、記憶部３０は、例えば、透過波と基準波との差異を入力とし、入力した差異に応じた目的粒子の濃度を出力とする関数を予め記憶する。透過波と基準波との差異は、ピーク高さの差異、ピーク位置の差異、または、波形歪みの差異である（詳細は後述する）。
記憶部３０は、例えばＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能なメモリであってもよいし、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）またはＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｉｓｋ）等の書き換え可能な記憶装置であってもよい。The
Further, the
The
測定部４０は、送受信部２０で受信されて記憶部３０に記憶された透過波と基準波との差異に基づいて、懸濁液中の目的粒子の有無または濃度の測定を行う。測定部４０は、例えば記憶部３０に記憶された基準情報に基づいて、透過波と基準波との差異から目的粒子の有無を測定する。また、測定部４０は、例えば記憶部３０に記憶された関数に基づいて、透過波と基準波との差異から目的粒子の濃度を測定する。
The measuring
測定部４０は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の演算プロセッサで構成される。測定部４０の各種機能は、例えば記憶部に格納された所定のソフトウェア（プログラム）を実行することで実現される。測定部４０の各種機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。
The measuring
ここで、上述したように、例えば血液中の白血球のような微小な目的粒子の測定技術に、反射波を利用する超音波検査の技術を適用する場合、目的粒子の界面の面積が小さいため、超音波の周波数を上げ、反射波を得る必要がある。周波数としては、例えば、５０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚである。
しかし、反射波を利用する技術では、微小な目的粒子の界面で超音波が反射されてしまう。さらには、懸濁液が赤血球のような非目的粒子を含む場合、非目的粒子の界面でも超音波が反射されてしまい、白血球のような目的粒子の有無および／または濃度の測定が困難である。
そこで、本実施形態では、超音波の周波数を下げ、透過波を得、この透過波を利用して目的粒子の測定を行う。Here, as described above, when the technique of ultrasonic examination using reflected waves is applied to the technique of measuring minute target particles such as leukocytes in blood, the area of the interface of the target particles is small. It is necessary to increase the frequency of ultrasonic waves to obtain reflected waves. The frequency is, for example, 50 MHz to 100 MHz.
However, in the technology using reflected waves, ultrasonic waves are reflected at the interface of minute target particles. Furthermore, when the suspension contains non-target particles such as erythrocytes, ultrasonic waves are reflected even at the interface of the non-target particles, making it difficult to measure the presence and / or concentration of target particles such as leukocytes. ..
Therefore, in the present embodiment, the frequency of the ultrasonic wave is lowered to obtain a transmitted wave, and the target particle is measured using this transmitted wave.
以下、図２および図３を参照して、測定装置１による目的粒子の測定方法について説明する。以下、一例として、基準液として水を用いて、懸濁液としての血液中の目的粒子としての白血球の測定を行う方法について説明する。
なお、以下に説明する測定方法は、あくまで一例である。目的粒子を測定するための測定装置は、図１に記載される測定装置１に限定されない。基準液は、水に限定されない。測定に供される目的粒子および懸濁液は、白血球および血液に限定されない。Hereinafter, a method of measuring the target particles by the measuring
The measurement method described below is merely an example. The measuring device for measuring the target particle is not limited to the
まず、導入管１２を介して収容部１０の内部空間に基準液としての水が導入される。その後、送受信部２０が超音波を送信する。送受信部２０は、超音波が基準液を透過して生じる基準波を受信する。測定部４０は、送受信部２０で受信された基準波を記憶部３０に記憶させる。
次に、導入管１２を介して収容部１０の内部空間に測定対象としての懸濁液としての血液が導入された後、送受信部２０が超音波を送信する。送受信部２０は、超音波が血液を透過して生じる透過波を受信する。測定部４０は、送受信部２０で受信された透過波を記憶部３０に記憶させる。First, water as a reference liquid is introduced into the internal space of the
Next, after blood as a suspension as a measurement target is introduced into the internal space of the
図２は、送受信部２０で受信する透過波（または基準波）の一例を示す図である。縦軸は透過波の強度を示し、横軸は時間［μｓｅｃ］を示す。
図２において、部分Ａ１は、送受信部２０から送信された超音波である。部分Ｂ１は、送受信部２０の送受信面と、反射板２４における送受信部２０側の反射面との間を１往復して送受信部２０で受信された透過波（または基準波）である。部分Ｂ２は、送受信部２０の送受信面と反射板２４の反射面との間を２往復して送受信部２０で受信された透過波（または基準波）である。以下では、部分Ｂ１を第１波とも称し、部分Ｂ２を第２波とも称する。
なお、部分Ｂ１２は、送受信部２０の送受信面と、反射板２４における反射面と反対側の裏面との間を１往復して送受信部２０で受信された透過波（または基準波）であり、部分Ｂ２２は、送受信部２０の送受信面と反射板２４の裏面との間を２往復して送受信部２０で受信された透過波（または基準波）である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a transmitted wave (or reference wave) received by the transmission /
In FIG. 2, the portion A1 is an ultrasonic wave transmitted from the transmission /
The portion B12 is a transmitted wave (or reference wave) received by the transmission /
ここで、超音波の波長は、目的粒子である白血球の直径の１．５倍以上３８倍以下に設定される。
超音波の波長が白血球の直径約２０μｍの１．５倍の３０μｍ以上、すなわち超音波の周波数が５０ＭＨｚ以下に設定されると（音速は１５００ｍ／ｓｅｃとする）、超音波は白血球の表面で反射せず白血球を透過し、透過波が得られる。
また、超音波の波長が白血球の直径約２０μｍの３８倍の７６０μｍ以下、すなわち超音波の周波数が２ＭＨｚ以上に設定されると、超音波が白血球を通過した透過波が変化する。例えば、タンパクを含む白血球中では、血漿、水、または生理食塩水等の基準液中よりも音速が速いため、超音波が白血球を含む血液を透過した透過波の位相は、超音波が基準液を透過した基準波の位相よりも早くなる。或いは、透過波のピーク値は基準波のピーク値に対して変化する。また、例えば、白血球が超音波に対して均一な媒体の一部とはならず、透過波に影響を及ぼし、透過波の波形は基準波の波形に対して歪む。
これにより、透過波と基準波との差異に基づいて、懸濁液としての血液中の目的粒子としての白血球の測定を行うことができる。Here, the wavelength of the ultrasonic wave is set to 1.5 times or more and 38 times or less the diameter of the white blood cell which is the target particle.
When the wavelength of the ultrasonic wave is set to 30 μm or more, which is 1.5 times the diameter of the leukocyte of about 20 μm, that is, the frequency of the ultrasonic wave is set to 50 MHz or less (the speed of sound is 1500 m / sec), the ultrasonic wave is reflected on the surface of the leukocyte. The transmitted wave is obtained by penetrating the leukocytes without doing so.
Further, when the wavelength of the ultrasonic wave is set to 760 μm or less, which is 38 times the diameter of the white blood cell of about 20 μm, that is, the frequency of the ultrasonic wave is set to 2 MHz or more, the transmitted wave through which the ultrasonic wave has passed through the white blood cell changes. For example, in leukocytes containing protein, the speed of sound is faster than in a reference solution such as plasma, water, or physiological saline. Therefore, ultrasonic waves are the reference solution for the phase of transmitted waves transmitted through blood containing leukocytes. It becomes faster than the phase of the reference wave transmitted through. Alternatively, the peak value of the transmitted wave changes with respect to the peak value of the reference wave. Further, for example, leukocytes do not become a part of a medium that is uniform to ultrasonic waves, affect the transmitted wave, and the waveform of the transmitted wave is distorted with respect to the waveform of the reference wave.
Thereby, leukocytes as target particles in blood as a suspension can be measured based on the difference between the transmitted wave and the reference wave.
血液のように目的粒子である白血球の他に非目的粒子である赤血球が存在する懸濁液を用いる場合、超音波の波長は、赤血球の直径の２０倍以上、かつ、白血球の直径の３８倍以下に設定される。
超音波の波長が赤血球の直径約７μｍの２０倍の１４０μｍ以上、すなわち超音波の周波数が１０ＭＨｚ以下に設定されると、超音波は白血球および赤血球の表面で反射せず白血球および赤血球を透過し、透過波が得られる。
また、超音波が白血球および赤血球を通過した透過波の変化に対し、白血球は影響を及ぼすが、赤血球は影響を及ぼさない。
これにより、透過波と基準波との差異に基づいて、懸濁液である血液懸濁液中の非目的粒子である赤血球の影響を受けずに、血液中の目的粒子である白血球の測定を行うことができる。When using a suspension in which red blood cells, which are non-target particles, are present in addition to white blood cells, which are target particles, such as blood, the wavelength of ultrasonic waves is 20 times or more the diameter of red blood cells and 38 times the diameter of white blood cells. It is set to the following.
When the wavelength of ultrasonic waves is set to 140 μm or more, which is 20 times the diameter of red blood cells of about 7 μm, that is, the frequency of ultrasonic waves is set to 10 MHz or less, the ultrasonic waves do not reflect on the surface of white blood cells and red blood cells and pass through the white blood cells and red blood cells. A transmitted wave is obtained.
In addition, leukocytes affect changes in transmitted waves that ultrasonic waves pass through leukocytes and erythrocytes, but erythrocytes do not.
As a result, based on the difference between the transmitted wave and the reference wave, the white blood cells, which are the target particles in the blood, can be measured without being affected by the red blood cells, which are the non-target particles in the blood suspension, which is the suspension. It can be carried out.
測定部４０は、送受信部２０で受信されて記憶部３０に記憶された透過波と基準波との差異に基づいて、懸濁液である血液中の目的粒子である白血球の有無または濃度等の測定を行う。上記の差異としては、ピーク高さの差異、ピーク位置の差異、または、波形歪みの差異が挙げられる。
Based on the difference between the transmitted wave received by the transmitting / receiving
図３Ａ〜図３Ｃは、透過波と基準波との差異の求め方を示す模式図である。図３Ａ〜図３Ｃには、図２に示す第１波Ｂ１または第２波Ｂ２に対応する透過波（実線）および基準波（破線）が示されている。これらは、送受信部２０から連続波数５波の超音波が送信されたときの透過波および基準波である。
図３Ａに示すように、透過波の位相は基準波の位相よりも進む。測定部４０は、図３Ｂに示すように、例えば最大値の位置であるような透過波のピーク位置を、透過波のピーク位置に対応する位置である基準波のピーク位置に重ね合わせるように、透過波を時間軸に沿って時間ｔだけ平行移動する。これにより、測定部４０は、ピーク位置の差異を進み時間ｔとして求める。
また、測定部４０は、図３Ｃに示すように、透過波のピーク高さを基準波のピーク高さに重ね合わせるように、透過波の強度をＮ倍する。これにより、測定部４０は、ピーク高さの差異を強度比Ｎとして求める。3A to 3C are schematic views showing how to obtain the difference between the transmitted wave and the reference wave. 3A to 3C show a transmitted wave (solid line) and a reference wave (broken line) corresponding to the first wave B1 or the second wave B2 shown in FIG. These are transmitted waves and reference waves when ultrasonic waves having a continuous wave number of 5 waves are transmitted from the transmission /
As shown in FIG. 3A, the phase of the transmitted wave advances ahead of the phase of the reference wave. As shown in FIG. 3B, the measuring
Further, as shown in FIG. 3C, the measuring
測定部４０は、透過波と基準波との差異、例えば、ピーク位置の差異である進み時間ｔ、ピーク高さの差異である強度比Ｎ、または、波形歪みに基づいて、懸濁液である血液中の目的粒子である白血球の有無または濃度等の測定を行う。
例えば、測定部４０は、記憶部３０に記憶された基準情報に基づいて、透過波と基準波との差異から白血球の有無を測定する。また、測定部４０は、記憶部３０に記憶された関数に基づいて、透過波と基準波との差異から白血球の濃度を測定する。The measuring
For example, the measuring
以上説明した、測定装置１および測定方法では、送受信部２０が超音波を送信して、超音波が懸濁液を透過して生じる透過波を受信し、測定部４０が透過波と基準波との差異に基づいて懸濁液中の目的粒子の測定を行う。超音波の波長は、目的粒子の直径の１．５倍以上３８倍以下である。
上述したように、超音波の波長が目的粒子の直径の１．５倍以上であると、超音波は目的粒子の表面で反射せず目的粒子を透過し、透過波が得られる。
また、超音波の波長が目的粒子の直径の３８倍以下であると、超音波が目的粒子を通過した透過波が変化する。例えば、タンパクを含む白血球またはＣＴＣ中では、血漿、水または生理食塩水等の基準液中よりも音速が速いため、超音波が白血球またはＣＴＣを含む血液を透過した透過波の位相は、超音波が基準液を透過した基準波の位相よりも早くなる。或いは、透過波のピーク値は基準波のピーク値に対して変化する。また、例えば、白血球が超音波に対して均一な媒体の一部とはならず、透過波に影響を及ぼし、透過波の波形は基準波の波形に対して歪む。
これにより、透過波と基準波との差異に基づいて、懸濁液である血液中の目的粒子である白血球の有無または濃度等の測定を行うことができる。
このように、本実施形態の測定装置１および測定方法によれば、超音波の波長を目的粒子の直径の１．５倍以上３８倍以下とすることにより、目的粒子を含む懸濁液を超音波が透過し、その透過波を利用して懸濁液中の目的粒子の有無または濃度の測定を行うことができる。In the
As described above, when the wavelength of the ultrasonic wave is 1.5 times or more the diameter of the target particle, the ultrasonic wave is not reflected on the surface of the target particle but is transmitted through the target particle, and a transmitted wave is obtained.
Further, when the wavelength of the ultrasonic wave is 38 times or less the diameter of the target particle, the transmitted wave through which the ultrasonic wave has passed through the target particle changes. For example, in leukocytes or CTCs containing proteins, the speed of sound is faster than in reference solutions such as plasma, water, or physiological saline, so that the phase of transmitted waves transmitted by ultrasonic waves through blood containing leukocytes or CTCs is ultrasonic waves. Is faster than the phase of the reference wave that has passed through the reference solution. Alternatively, the peak value of the transmitted wave changes with respect to the peak value of the reference wave. Further, for example, leukocytes do not become a part of a medium that is uniform to ultrasonic waves, affect the transmitted wave, and the waveform of the transmitted wave is distorted with respect to the waveform of the reference wave.
Thereby, based on the difference between the transmitted wave and the reference wave, the presence or absence or concentration of leukocytes, which are the target particles in the blood as a suspension, can be measured.
As described above, according to the
また、本実施形態の測定装置１および測定方法では、懸濁液が目的粒子よりも小さい非目的粒子を含む場合、超音波の波長は、非目的粒子の直径の２０倍以上、かつ、目的粒子の直径の３８倍以下である。例えば、懸濁液としての血液のように、目的粒子である白血球の他に非目的粒子である赤血球を含む場合、超音波の波長は、非目的粒子でる赤血球の直径の２０倍以上、かつ、目的粒子である白血球の直径の３８倍以下である。
上述したように、超音波の波長が非目的粒子の直径の２０倍以上であると、超音波は目的粒子および非目的粒子の表面で反射せず目的粒子および非目的粒子を透過し、透過波が得られる。また、超音波が目的粒子および非目的粒子を通過した透過波の変化に対し、目的粒子は影響を及ぼすが、非目的粒子は影響を及ぼさない。
これにより、透過波と基準波との差異に基づいて、懸濁液中の非目的粒子の影響を受けずに、懸濁液中の目的粒子の有無または濃度等の測定を行うことができる。
このように、上記の測定装置１および測定方法によれば、超音波の波長を非目的粒子の直径の２０倍以上、かつ、目的粒子の直径の３８倍以下とすることにより、目的粒子および非目的粒子を含む懸濁液を超音波が透過し、その透過波を利用して、懸濁液中の非目的粒子の影響を受けずに、懸濁液中の目的粒子の有無または濃度等の測定を行うことができる。Further, in the
As described above, when the wavelength of the ultrasonic wave is 20 times or more the diameter of the non-target particle, the ultrasonic wave does not reflect on the surface of the target particle and the non-target particle but passes through the target particle and the non-target particle, and the transmitted wave. Is obtained. Further, the target particle has an effect on the change of the transmitted wave through which the ultrasonic wave has passed through the target particle and the non-target particle, but the non-target particle has no effect.
Thereby, based on the difference between the transmitted wave and the reference wave, the presence / absence or concentration of the target particles in the suspension can be measured without being affected by the non-target particles in the suspension.
As described above, according to the above-mentioned
ところで、例えば、超音波検査（エコー検査）では、パルス波を用いるが、本実施形態の測定装置１および測定方法によれば、超音波として連続波（例えば、バースト波）を用いることにより、超音波の透過性を高めることができる。
また、本実験形態の測定装置１および測定方法によれば超音波として周波数が変化する連続波（例えばチャープ波）を用いることにより、超音波の透過性と細胞の検出精度を高めることができる。By the way, for example, in ultrasonic inspection (echo inspection), a pulse wave is used, but according to the
Further, according to the
また、上記の測定装置１および測定方法では、送受信部２０と反射板２４とを備える装置を用いて、懸濁液を２往復以上透過した第２波に対応する透過波と基準波との差異に基づいて、懸濁液中の目的粒子の測定を行ってもよい。これにより、透過波と基準波との差異が大きくなり、懸濁液中の目的粒子の有無または濃度の測定が容易となる。
Further, in the above-mentioned
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、送信部と受信部とが一体的に構成された送受信部２０と反射板２４とを備え、懸濁液を１往復（２回）以上透過した透過波を測定した。なお、懸濁液を２往復（４回）透過した透過波を測定すると好ましい。しかし、本発明の特徴はこれに限定されず、別体に構成された送信部と受信部とを収容部を挟んで対向させ、懸濁液を１回だけ通過した透過波を測定してもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the transmission /
また、上述した実施形態では、測定部４０は、記憶部３０に記憶された基準情報または関数に基づいて、懸濁液を透過した透過波と基準波との差異から目的粒子の有無または濃度を測定した。しかし、測定部はこれに限定されず、例えば複数の透過波を入力データとして学習する機械学習（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｌｅａｒｎｉｎｇ）機能、深層学習（Ｄｅｅｐ Ｌｅａｒｎｉｎｇ）機能、またはＡＩ（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）機能等を備え、学習した学習モデルに基づいて、透過波と基準波との差異またはその特徴量から目的粒子の有無または濃度等の測定を行ってもよい。
測定部は、例えば多層ニューラルネットワーク（入力層、中間層、出力層）を含むニューラルネットワークにより構築されてもよい。このようなニューラルネットワークとしては、例えばＣＮＮ（Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ Ｎｅｗｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の種々の方式が用いられてもよい。Further, in the above-described embodiment, the measuring
The measuring unit may be constructed by, for example, a neural network including a multi-layer neural network (input layer, intermediate layer, output layer). As such a neural network, various methods such as CNN (Convolutional Neural Network) may be used.
以下、測定装置１および測定方法の効果について検証する。なお、下記の検証では、白血球を目的粒子として使用したが、目的粒子としての細胞またはウイルスは白血球には限定されない。
（検証１）
図４Ａ〜図４Ｄは、検証１における透過波および基準波の測定結果を示す図である。図４Ａ〜図４Ｄには、図２に示す第２波Ｂ２に対応する透過波および基準波であって、測定部４０によるピーク位置およびピーク高さの重ね合わせ後の透過波（実線）および基準波（破線）が示されている。この検証１では、送受信部２０から送信された超音波は、周波数５ＭＨｚ（波長：赤血球の直径の２０倍と白血球の直径の３８倍との中間）、連続波数５波、チャープ波（チャープ比３．５）に設定された。
図４Ａ〜図４Ｄにおいて、基準波（破線）は、水を透過した基準波である。
図４Ａにおける透過波（実線）は全血（血漿＋赤血球＋白血球）を透過した透過波であり、図４Ｂにおける透過波（実線）は血漿のみを透過した透過波であり、図４Ｃにおける透過波（実線）は白除血（血漿＋赤血球）を透過した透過波であり、図４Ｄにおける透過波（実線）は血漿＋白血球を透過した透過波である。Hereinafter, the effects of the measuring
(Verification 1)
4A to 4D are diagrams showing the measurement results of the transmitted wave and the reference wave in the
In FIGS. 4A to 4D, the reference wave (broken line) is a reference wave transmitted through water.
The transmitted wave (solid line) in FIG. 4A is a transmitted wave transmitted through whole blood (plasma + red blood cells + leukocytes), the transmitted wave (solid line) in FIG. 4B is a transmitted wave transmitted only through plasma, and the transmitted wave in FIG. 4C. (Solid line) is a transmitted wave transmitted through white blood removal (plasma + red blood cells), and the transmitted wave (solid line) in FIG. 4D is a transmitted wave transmitted through plasma + leukocytes.
図４Ａに示すように、全血では、基準波に対する透過波の進み時間ｔ（ピーク位置の差異）は２．７４μｓｅｃであり、基準波に対して透過波に波形歪みが生じた。
図４Ｂに示すように、血漿のみでは、基準波に対する透過波の進み時間ｔは１．０５μｓｅｃであり、透過波に波形歪みが生じなかった。
図４Ｃに示すように、白除血では、基準波に対する透過波の進み時間ｔは１．４７μｓｅｃであり、透過波に波形歪みが生じなかった。
図４Ｄに示すように、血漿＋白血球では、基準波に対する透過波の進み時間ｔは１．１６μｓｅｃであり、基準波に対して透過波に波形歪みが生じた。As shown in FIG. 4A, in whole blood, the traveling time t (difference in peak position) of the transmitted wave with respect to the reference wave was 2.74 μsec, and waveform distortion occurred in the transmitted wave with respect to the reference wave.
As shown in FIG. 4B, in plasma alone, the traveling time t of the transmitted wave with respect to the reference wave was 1.05 μsec, and no waveform distortion occurred in the transmitted wave.
As shown in FIG. 4C, in white blood removal, the traveling time t of the transmitted wave with respect to the reference wave was 1.47 μsec, and no waveform distortion occurred in the transmitted wave.
As shown in FIG. 4D, in plasma + leukocytes, the traveling time t of the transmitted wave with respect to the reference wave was 1.16 μsec, and waveform distortion occurred in the transmitted wave with respect to the reference wave.
図４Ａ〜図４Ｄの測定結果によれば、タンパクを含む赤血球または白血球により、透過波の位相が基準波の位相よりも進み、全血、白除血、血漿＋白血球のそれぞれで進み時間ｔが異なることがわかる。
また、赤血球は超音波（５ＭＨｚ）に対して均一な媒体の一部となるため、透過波の波形歪みに影響を及ぼさないのに対して、白血球は超音波（５ＭＨｚ）に対して均一な媒体の一部とはならず、透過波の波形歪みに影響を及ぼすことがわかる。
これにより、基準波に対する透過波の進み時間ｔ（ピーク位置の差異）に基づいて、白血球の有無または濃度等を測定することができる。また、基準波に対する透過波の波形歪みに基づいて、白血球の有無または濃度等を測定することができる。According to the measurement results of FIGS. 4A to 4D, the phase of the transmitted wave advances from the phase of the reference wave due to the erythrocytes or leukocytes containing protein, and the advancing time t is set for each of whole blood, white blood removal, and plasma + leukocyte. You can see that they are different.
In addition, since red blood cells are a part of a medium that is uniform to ultrasonic waves (5 MHz), they do not affect the waveform distortion of transmitted waves, whereas leukocytes are a medium that is uniform to ultrasonic waves (5 MHz). It can be seen that it does not become a part of the above and affects the waveform distortion of the transmitted wave.
Thereby, the presence / absence or concentration of leukocytes can be measured based on the advancing time t (difference in peak position) of the transmitted wave with respect to the reference wave. In addition, the presence or absence or concentration of leukocytes can be measured based on the waveform distortion of the transmitted wave with respect to the reference wave.
（検証２）
図５Ａ〜図５Ｄは、検証２における透過波および基準波の測定結果を示す図である。図５Ａ〜図５Ｄには、図２に示す第２波Ｂ２に対応する透過波および基準波であって、測定部４０によるピーク位置およびピーク高さの重ね合わせ後の透過波（実線）および基準波（破線）が示されている。この検証２では、送受信部２０から送信された超音波は、周波数１０ＭＨｚ（波長：赤血球の直径の２０倍）、連続波数５波、チャープ波（チャープ比３．５）に設定された。
図５Ａ〜図５Ｄでも、基準波（破線）は、水を透過した基準波である。
図５Ａにおける透過波（実線）は全血を透過した透過波であり、図５Ｂにおける透過波（実線）は血漿のみを透過した透過波であり、図５Ｃにおける透過波（実線）は白除血を透過した透過波であり、図５Ｄにおける透過波（実線）は血漿＋白血球を透過した透過波である。(Verification 2)
5A to 5D are diagrams showing the measurement results of the transmitted wave and the reference wave in the verification 2. 5A to 5D show the transmitted wave and the reference wave corresponding to the second wave B2 shown in FIG. 2, and the transmitted wave (solid line) and the reference wave after the peak position and the peak height are superposed by the measuring
Also in FIGS. 5A to 5D, the reference wave (broken line) is a reference wave transmitted through water.
The transmitted wave (solid line) in FIG. 5A is a transmitted wave transmitted through whole blood, the transmitted wave (solid line) in FIG. 5B is a transmitted wave transmitted only through plasma, and the transmitted wave (solid line) in FIG. 5C is white blood removal. The transmitted wave (solid line) in FIG. 5D is a transmitted wave transmitted through plasma + leukocytes.
図５Ａに示すように、全血では、基準波に対する透過波の進み時間ｔ（ピーク位置の差異）は２．６９μｓｅｃであった。
図５Ｂに示すように、血漿のみでは、基準波に対する透過波の進み時間ｔは１．１０μｓｅｃであった。
図５Ｃに示すように、白除血では、基準波に対する透過波の進み時間ｔは１．４９μｓｅｃであった。
図５Ｄに示すように、血漿＋白血球では、基準波に対する透過波の進み時間ｔは１．２５μｓｅｃであった。As shown in FIG. 5A, in whole blood, the traveling time t (difference in peak position) of the transmitted wave with respect to the reference wave was 2.69 μsec.
As shown in FIG. 5B, with plasma alone, the traveling time t of the transmitted wave with respect to the reference wave was 1.10 μsec.
As shown in FIG. 5C, in white blood removal, the traveling time t of the transmitted wave with respect to the reference wave was 1.49 μsec.
As shown in FIG. 5D, in plasma + leukocytes, the traveling time t of the transmitted wave with respect to the reference wave was 1.25 μsec.
図５Ａ〜図５Ｄの測定結果によれば、タンパクを含む赤血球または白血球により、透過波の位相が基準波の位相よりも進み、全血、白除血、血漿＋白血球のそれぞれで進み時間ｔが異なることがわかる。
これにより、基準波に対する透過波の進み時間ｔ（ピーク位置の差異）に基づいて、白血球の有無または濃度等を測定することができる。According to the measurement results of FIGS. 5A to 5D, the phase of the transmitted wave advances from the phase of the reference wave due to the erythrocytes or leukocytes containing protein, and the advancing time t is set for each of whole blood, white blood removal, and plasma + leukocytes. You can see that they are different.
Thereby, the presence / absence or concentration of leukocytes can be measured based on the advancing time t (difference in peak position) of the transmitted wave with respect to the reference wave.
（検証３）
図６Ａ〜図６Ｄは、検証３における透過波および基準波の測定結果を示す図である。図６Ａ〜図６Ｄには、図２に示す第１波Ｂ１に対応する透過波および基準波であって、測定部４０によるピーク位置およびピーク高さの重ね合わせ後の透過波（実線）および基準波（破線）が示されている。この検証３では、送受信部２０から送信された超音波は、周波数２ＭＨｚ（波長：白血球の直径の３８倍）、連続波数５波、チャープ波（チャープ比３．５）に設定された。
図６Ａ〜図６Ｄでも、基準波（破線）は、水を透過した基準波である。
図６Ａにおける透過波（実線）は全血を透過した透過波であり、図６Ｂにおける透過波（実線）は血漿のみを透過した透過波であり、図６Ｃにおける透過波（実線）は白除血を透過した透過波であり、図６Ｄにおける透過波（実線）は血漿＋白血球を透過した透過波である。(Verification 3)
6A to 6D are diagrams showing the measurement results of the transmitted wave and the reference wave in the verification 3. 6A to 6D show the transmitted wave and the reference wave corresponding to the first wave B1 shown in FIG. 2, and the transmitted wave (solid line) and the reference wave after the peak position and the peak height are superposed by the measuring
Also in FIGS. 6A to 6D, the reference wave (broken line) is a reference wave transmitted through water.
The transmitted wave (solid line) in FIG. 6A is a transmitted wave transmitted through whole blood, the transmitted wave (solid line) in FIG. 6B is a transmitted wave transmitted only through plasma, and the transmitted wave (solid line) in FIG. 6C is white blood removal. The transmitted wave (solid line) in FIG. 6D is a transmitted wave transmitted through plasma + leukocytes.
図６Ａに示すように、全血では、基準波に対する透過波の進み時間ｔ（ピーク位置の差異）は１．３１μｓｅｃであった。
図６Ｂに示すように、血漿のみでは、基準波に対する透過波の進み時間ｔは０．７３μｓｅｃであった。
図６Ｃに示すように、白除血では、基準波に対する透過波の進み時間ｔは１．３０μｓｅｃであった。
図６Ｄに示すように、血漿＋白血球では、基準波に対する透過波の進み時間ｔは０．７２μｓｅｃであった。As shown in FIG. 6A, in whole blood, the traveling time t (difference in peak position) of the transmitted wave with respect to the reference wave was 1.31 μsec.
As shown in FIG. 6B, with plasma alone, the traveling time t of the transmitted wave with respect to the reference wave was 0.73 μsec.
As shown in FIG. 6C, in white blood removal, the traveling time t of the transmitted wave with respect to the reference wave was 1.30 μsec.
As shown in FIG. 6D, in plasma + leukocytes, the traveling time t of the transmitted wave with respect to the reference wave was 0.72 μsec.
図６Ａ〜図６Ｄの測定結果によれば、タンパクを含む赤血球または白血球により、透過波の位相が基準波の位相よりも進み、全血、白除血、血漿＋白血球のそれぞれで進み時間ｔが異なることがわかる。
これにより、基準波に対する透過波の進み時間ｔ（ピーク位置の差異）に基づいて、白血球の有無または濃度等を測定することができる。According to the measurement results of FIGS. 6A to 6D, the phase of the transmitted wave advances from the phase of the reference wave due to the erythrocytes or leukocytes containing the protein, and the advancing time t is set for each of whole blood, white blood removal, and plasma + leukocyte. You can see that they are different.
Thereby, the presence / absence or concentration of leukocytes can be measured based on the advancing time t (difference in peak position) of the transmitted wave with respect to the reference wave.
（検証４）
図７Ａ〜図７Ｅは、検証４における透過波および基準波の測定結果を示す図である。図７Ａ〜図７Ｅには、図２に示す第１波Ｂ１に対応する透過波および基準波であって、測定部４０によるピーク位置およびピーク高さの重ね合わせ後の透過波（実線）および基準波（破線）が示されている。この検証４では、送受信部２０から送信された超音波は、周波数２ＭＨｚ、連続波数５波、チャープ波（チャープ比０．６）に設定された。
図７Ａ〜図７Ｅでも、基準波（破線）は、水を透過した基準波である。
図７Ａにおける透過波（実線）は全血を透過した透過波であり、図７Ｂにおける透過波（実線）は血漿のみを透過した透過波であり、図７Ｃにおける透過波（実線）は白除血を透過した透過波であり、図７Ｄにおける透過波（実線）は血漿＋白血球を透過した透過波であり、図７Ｅにおける透過波（実線）は血漿＋血中循環癌細胞（ＣＴＣ）を透過した透過波である（本実験での「血漿＋血中循環癌細胞」は、「がん細胞株（ＭＤＡ−ＭＢ２３１）に血漿を加えたものである」）。(Verification 4)
7A to 7E are diagrams showing the measurement results of the transmitted wave and the reference wave in the verification 4. 7A to 7E show the transmitted wave and the reference wave corresponding to the first wave B1 shown in FIG. 2, and the transmitted wave (solid line) and the reference wave after the peak position and the peak height are superposed by the measuring
Also in FIGS. 7A to 7E, the reference wave (broken line) is a reference wave transmitted through water.
The transmitted wave (solid line) in FIG. 7A is a transmitted wave transmitted through whole blood, the transmitted wave (solid line) in FIG. 7B is a transmitted wave transmitted only through plasma, and the transmitted wave (solid line) in FIG. 7C is white blood removal. The transmitted wave (solid line) in FIG. 7D is a transmitted wave transmitted through plasma + leukocytes, and the transmitted wave (solid line) in FIG. 7E is transmitted through plasma + blood circulating cancer cells (CTC). It is a transmitted wave (“plasma + circulating cancer cells in blood” in this experiment is “plasma added to a cancer cell line (MDA-MB231)”).
図７Ａに示すように、全血では、基準波に対する透過波の進み時間ｔ（ピーク位置の差異）は１．２９μｓｅｃであり、透過波に波形歪みが生じなかった。
図７Ｂに示すように、血漿のみでは、基準波に対する透過波の進み時間ｔは０．７２μｓｅｃであり、透過波に波形歪みが生じなかった。
図７Ｃに示すように、白除血では、基準波に対する透過波の進み時間ｔは１．２９μｓｅｃであり、透過波に波形歪みが生じなかった。
図７Ｄに示すように、血漿＋白血球では、基準波に対する透過波の進み時間ｔは０．７２μｓｅｃであり、透過波に波形歪みが生じなかった。
図７Ｅに示すように、血漿＋ＣＴＣでは、基準波に対する透過波の進み時間ｔは０．７０μｓｅｃであり、基準波に対して透過波に波形歪みが生じた。As shown in FIG. 7A, in whole blood, the traveling time t (difference in peak position) of the transmitted wave with respect to the reference wave was 1.29 μsec, and no waveform distortion occurred in the transmitted wave.
As shown in FIG. 7B, in plasma alone, the traveling time t of the transmitted wave with respect to the reference wave was 0.72 μsec, and no waveform distortion occurred in the transmitted wave.
As shown in FIG. 7C, in white blood removal, the traveling time t of the transmitted wave with respect to the reference wave was 1.29 μsec, and no waveform distortion occurred in the transmitted wave.
As shown in FIG. 7D, in plasma + leukocytes, the traveling time t of the transmitted wave with respect to the reference wave was 0.72 μsec, and no waveform distortion occurred in the transmitted wave.
As shown in FIG. 7E, in plasma + CTC, the traveling time t of the transmitted wave with respect to the reference wave was 0.70 μsec, and waveform distortion occurred in the transmitted wave with respect to the reference wave.
図７Ａ〜図７Ｅの測定結果によれば、白血球は超音波（２ＭＨｚ）に対して均一な媒体の一部とはならないが、透過波の波形歪みに対する影響が低減しているのに対して、ＣＴＣは均一な媒体の一部とはならず、透過波の波形歪みに影響を及ぼすことがわかった。
これにより、基準波に対する透過波の波形歪みに基づいて、ＣＴＣの有無または濃度等を測定することができる。According to the measurement results of FIGS. 7A to 7E, leukocytes are not a part of a uniform medium for ultrasonic waves (2 MHz), but the influence of transmitted waves on waveform distortion is reduced, whereas they are reduced. It has been found that CTC does not become part of a uniform medium and affects the waveform distortion of transmitted waves.
Thereby, the presence / absence or concentration of CTC can be measured based on the waveform distortion of the transmitted wave with respect to the reference wave.
１ 測定装置
１０ 収容部
１２ 導入管
１５ Ｏリング
２０ 送受信部
２２ 保持部
２４ 反射板
３０ 記憶部
４０ 測定部1 Measuring
Claims (11)
前記超音波を送信する送信部と、
前記超音波が前記懸濁液を透過して生じる透過波を受信する受信部と、
前記透過波と、前記超音波が前記目的粒子を含まない基準液を透過して生じる基準波との差異に基づいて、前記懸濁液中の前記目的粒子の測定を行う測定部と、
を備え、
前記超音波の波長は、前記目的粒子の直径の１．５倍以上３８倍以下であり、
前記目的粒子が、細胞またはウイルスである、
測定装置。A device that measures target particles in a suspension using ultrasonic waves.
The transmitter that transmits the ultrasonic waves and
A receiver that receives the transmitted wave generated by the ultrasonic waves passing through the suspension, and
A measuring unit that measures the target particles in the suspension based on the difference between the transmitted wave and the reference wave generated by the ultrasonic waves passing through the reference liquid containing no target particles.
With
The wavelength of the ultrasonic wave is 1.5 times or more and 38 times or less the diameter of the target particle.
The target particle is a cell or a virus.
measuring device.
前記超音波の波長は前記連続波の中心波長である、
請求項２に記載の測定装置。The ultrasonic wave is a continuous wave whose frequency changes.
The wavelength of the ultrasonic wave is the central wavelength of the continuous wave.
The measuring device according to claim 2.
前記送信部および前記受信部の送受信面と前記懸濁液を介して対向して配置された反射板をさらに備え、
前記測定部は、前記懸濁液を２往復以上透過した前記透過波と前記基準波との差異に基づいて、前記懸濁液中の前記目的粒子の測定を行う、
請求項１〜３の何れか１項に記載の測定装置。The transmitting unit and the receiving unit are integrally formed.
Further comprising a reflector arranged to face the transmitting and receiving surfaces of the transmitting unit and the receiving unit via the suspension.
The measuring unit measures the target particles in the suspension based on the difference between the transmitted wave and the reference wave that have passed through the suspension two or more round trips.
The measuring device according to any one of claims 1 to 3.
前記透過波のピーク位置を前記基準波のピーク位置に重ね合わせるように、前記透過波を時間軸に沿って時間ｔだけ平行移動し、
前記透過波のピーク高さを前記基準波のピーク高さに重ね合わせるように、前記透過波の強度をＮ倍し、
前記時間ｔまたは前記強度のＮ倍に基づいて、または、波形歪みに基づいて、前記懸濁液中の前記目的粒子の測定を行う、
請求項５に記載の測定装置。The measuring unit
The transmitted wave is translated by time t along the time axis so that the peak position of the transmitted wave is superimposed on the peak position of the reference wave.
The intensity of the transmitted wave is multiplied by N so that the peak height of the transmitted wave is superimposed on the peak height of the reference wave.
The measurement of the target particles in the suspension is performed based on the time t or N times the intensity, or based on the waveform strain.
The measuring device according to claim 5.
前記超音波の波長は、前記非目的粒子の直径の２０倍以上、かつ、前記目的粒子の直径の３８倍以下である、
請求項１〜８の何れか１項に記載の測定装置。The suspension contains non-target particles smaller than the target particles.
The wavelength of the ultrasonic wave is 20 times or more the diameter of the non-target particle and 38 times or less the diameter of the target particle.
The measuring device according to any one of claims 1 to 8.
前記目的粒子は白血球または血中循環癌細胞であり、
前記非目的粒子は赤血球である、
請求項９に記載の測定装置。The suspension is blood
The target particles are white blood cells or circulating cancer cells in the blood.
The non-target particles are red blood cells,
The measuring device according to claim 9.
前記目的粒子の直径の１．５倍以上３８倍以下である波長を有する前記超音波を送信し、
前記超音波が前記懸濁液を透過して生じる透過波を受信し、
前記透過波と、前記超音波が前記目的粒子を含まない基準液を透過して生じる基準波との差異に基づいて、前記懸濁液中の前記目的粒子の測定を行い、
前記目的粒子が、細胞またはウイルスである、
測定方法。This is a method of measuring target particles in a suspension using ultrasonic waves.
The ultrasonic wave having a wavelength of 1.5 times or more and 38 times or less the diameter of the target particle is transmitted.
The ultrasonic wave receives the transmitted wave generated through the suspension and receives the transmitted wave.
The target particles in the suspension are measured based on the difference between the transmitted wave and the reference wave generated by the ultrasonic waves passing through the reference liquid containing no target particles.
The target particle is a cell or a virus.
Measuring method.
Applications Claiming Priority (3)
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| JP2018022158 | 2018-02-09 | ||
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- 2019-02-12 JP JP2019571191A patent/JPWO2019156256A1/en active Pending
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