專利名稱：流式成像顆粒測量裝置及其測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及顆粒測量技術，具體是一種流式成像顆粒測量裝置和測量方法。
背景技術：
工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學研究及科學實驗、醫(yī)學研究及醫(yī)學臨床、以及制藥、化工、石油加工工業(yè)等諸多領域中都用到顆粒測量技術。例如石油加工過程中測量成品油中的顆粒，水凈化過程中測量水中顆粒，環(huán)境科學中檢查海水赤潮或河水污染，醫(yī)學臨床上測量血液細胞的個數(shù)、大小和白細胞分類、尿液沉渣檢查等等。限于現(xiàn)有技術所遵循的檢測原理的局限，現(xiàn)有的測量儀器大多只能根據(jù)被測顆粒的導電性或光散射特性間接測量，顆粒的表面粗糙度、形態(tài)(形狀)等等均影響測量精度。因而現(xiàn)有儀器只能從統(tǒng)計學角度檢查出顆粒有無和顆粒分群，測量精度不高，受影響因素多，無法快速且大量地檢出每個顆粒個體到底是什么。
現(xiàn)有顆粒測量技術主要有手工和自動顯微鏡涂片檢查，庫爾特電阻抗方法，和激光流式細胞儀技術。手工和自動顯微鏡涂片檢查如圖1所示，它是將一滴血液涂在特制的玻璃片上，肉眼通過顯微鏡觀察計數(shù)。而自動顯微鏡涂片檢查則是用機器替代手工涂片、用電子顯微鏡對涂片成像、電腦軟件自動識別細胞。代表產(chǎn)品有中科恒業(yè)科技有限公司血液細胞分析系統(tǒng)、日本東亞公司的SP-100等。該方法的不足是標本前期處理時間長，處理速度慢，觀察的血細胞數(shù)目有限，僅限于血液病檢查和教學，尚不能應用于門診檢查。
庫爾特電阻抗方法如圖2所示，201是恒流源，202是外電極，203是樣品杯，204是小孔(讀數(shù)孔)，205是小孔管，206是樣本懸浮液，207是內(nèi)電極。1953年提出的庫爾特原理是基于細胞不導直流電的特性。在液流作用下當細胞通過浸沒在導電鹽溶液中的微孔(約70μm孔徑100μm長)時，微孔兩側(cè)的電極之間電阻就發(fā)生變化，該變化幅度與細胞體積相關。多年來，以庫爾特原理制成的血細胞計數(shù)分析儀被大量地用于臨床檢驗。雖然庫爾特、Sysmex等公司在庫爾特原理的基礎上做了許多改進但該方法難以擺脫其尷尬局面，即對正常血標本其結(jié)果接近實際，對需要嚴格血液檢查的異常標本其結(jié)果與實際偏差較大，臨床門診符合率只有50％，即有一半的血液標本在用庫爾特血球計數(shù)儀檢查后還應該做顯微鏡檢查。
激光流式細胞儀技術如圖3所示，301是流動室，302是噴嘴，303是樣本，304是鞘液，305是激光器，306是前向散射光探測器，307、308是測向散射光探測器，307是光電倍增管2，308是光電倍增管。它是基于瑞利(Rayleigh)散射定律研制而成的，即散射光強與顆粒的大小相關。只要檢測出顆粒經(jīng)過光區(qū)時前向散射或側(cè)向散射光強就能夠測出顆粒大小。Coulter，Sysmex等多家公司把庫爾特阻抗法和激光散射法結(jié)合在一起，開發(fā)出新一代的血液分析儀，通過散點圖對細胞分類，精度大為提高。激光流式細胞技術根據(jù)細胞產(chǎn)生的散射光光強對測量細胞大小，對細胞計數(shù)是可靠的，但對體積測量和分類有不足之處。第一，從細胞體積測量上看，細胞表面的粗糙度、細胞核形狀及大小、細胞質(zhì)的透光性不同均影響測量精度。第二，從白細胞細胞分類上看，因同一個細胞在其生長的不同時期體積是不同的，不同種類的白細胞體積上有交叉，例如初生的淋巴細胞可能和晚期的單核細胞體積相同或相近，流式細胞儀要將它們區(qū)分開來就需要加特殊的染色劑，靠熒光來識別，增加了儀器的復雜程度。即使這樣，臨床效果也不太理想。對血液病病人仍要用傳統(tǒng)顯微鏡涂片用肉眼對細胞形態(tài)進行識別而最后確診。另外，激光流式細胞儀也不能對細胞成像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個技術問題是，克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種能夠?qū)蝹€顆粒分別成像并通過形態(tài)辨識顆粒的測量裝置；本發(fā)明所要解決的第二個技術問題是，提供一種能夠?qū)蝹€顆粒分別成像并通過形態(tài)辨識顆粒的測量方法。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明的流式成像顆粒測量裝置，包括光路系統(tǒng)、鞘流噴嘴和電路系統(tǒng)。所述的光路系統(tǒng)依次設置有光源、第一透鏡、光闌、半透半反鏡，半透半反鏡的透射光路上依次設置有擋光板、第二透鏡，半透半反鏡的反射光路上依次設置有反光鏡、第三透鏡；所述的鞘流噴嘴用于將稀釋后的被測樣本噴射過光路系統(tǒng)內(nèi)所述光闌與半透半反鏡之間的光路；光源發(fā)出的單色光經(jīng)第一透鏡聚焦和光闌照亮被測樣本液流形成光敏區(qū)；所述的電路系統(tǒng)由光敏器、放大器、觸發(fā)信號發(fā)生器、CCD攝像機、視頻接口和計算機組成；當被測樣本內(nèi)有顆粒進入光敏區(qū)時，顆粒產(chǎn)生散射光，散射光經(jīng)第二透鏡外沿聚焦到光敏器，光敏器拾取散射光信號，經(jīng)放大器放大后輸至觸發(fā)信號發(fā)生器，產(chǎn)生觸發(fā)信號，觸發(fā)CCD攝像機對光敏區(qū)拍攝，圖像數(shù)據(jù)經(jīng)視頻接口傳到計算機；當被測樣本內(nèi)沒有顆粒進入光敏區(qū)時，光敏區(qū)的光被擋光板全部遮擋，不能通過第二透鏡，光敏器檢測不到散射光，觸發(fā)信號發(fā)生器不產(chǎn)生觸發(fā)信號，CCD攝像機處于不工作狀態(tài)。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明的流式成像顆粒測量方法，包括以下步驟
(1)在一個定容裝置內(nèi)，稀釋被測樣本；(2)接通流式成像顆粒測量裝置的電源；(3)將稀釋后的樣本經(jīng)鞘流噴嘴噴射過光敏區(qū)；(4)當被測樣本內(nèi)沒有顆粒進入光敏區(qū)時，光敏區(qū)的光被擋光板全部遮擋，不能通過第二透鏡，光敏器檢測不到散射光，觸發(fā)信號發(fā)生器不產(chǎn)生觸發(fā)信號；當被測樣本內(nèi)有顆粒進入光敏區(qū)時，顆粒產(chǎn)生散射光，散射光經(jīng)第二透鏡外沿聚焦到光敏器，光敏器拾取散射光信號并產(chǎn)生電信號，電信號經(jīng)放大器放大后輸至觸發(fā)信號發(fā)生器，產(chǎn)生觸發(fā)信號，觸發(fā)CCD攝像機對光敏區(qū)拍攝；(5)CCD攝像機拍攝的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)視頻接口傳到計算機；(6)計算機內(nèi)的公知軟件系統(tǒng)對圖像進行處理識別，提取出反映形態(tài)的特征參數(shù)，測算其二維尺寸，根據(jù)經(jīng)驗公式可估算其體積；(7)結(jié)合一個定容裝置，測出單位被測樣本中顆粒個數(shù)、體積發(fā)布，并根據(jù)形態(tài)進行分類。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明測量裝置和測量方法，在有顆粒進入光敏區(qū)時，產(chǎn)生觸發(fā)信號，CCD攝像機才對單個顆粒或細胞分別成像并通過形態(tài)辨識細胞，能夠避免同一個顆?；蚣毎赡軙趦蓮埢蚨鄰堈掌铣上竦默F(xiàn)象。


圖1、現(xiàn)有技術中的顯微鏡涂片；圖2、現(xiàn)有技術中的庫爾特原理示意圖；圖3、現(xiàn)有技術中的流式細胞儀原理示意圖；圖4、血細胞發(fā)育演變；圖5、尿沉渣部分結(jié)晶；圖6、流式成像顆粒測量系統(tǒng)原理示意圖。
附圖標記1是被測樣本， 2是被測顆粒， 3是噴嘴， 4是鞘液， 5是光源，6是第一透鏡， 7是光闌， 8是光敏區(qū)， 9是半透半反鏡， 10是擋光板，11是第二透鏡， 12是光敏器，13是放大器，14是觸發(fā)信號發(fā)生器，15是反光鏡，16是第三透鏡， 17是CCD攝像機， 18是視頻接口， 19是計算機
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作詳細說明。
圖4給出了不同細胞在不同發(fā)育時期的圖片，圖5給出了尿沉渣中部分結(jié)晶圖片。由圖可見，細胞和尿沉渣的種類和體積差別較大，單單靠檢測其體積而對其識別和分類是不可靠的，而經(jīng)過訓練的肉眼識別它們困難并不是太大。理想的檢查方法應該是1、對細胞逐一“肉眼”觀察；2、被觀察的細胞個數(shù)應該盡量多才能提高發(fā)現(xiàn)特異細胞的幾率。如果能夠用“機器眼”在短時間內(nèi)代替肉眼快速大量且逐一觀察細胞，并智能化對觀察到的細胞進行測量和分類，則會大大提高臨床檢驗水平?，F(xiàn)代成像技術、圖像識別技術、計算機技術的發(fā)展為這種“電子眼”的研制提供了基礎。本發(fā)明的流式成像顆粒測量方法及其測量裝置，就是基于這種“逐一觀察、大量觀察”的理念，結(jié)合技術成熟的流式細胞儀技術和最新CCD成像和圖像識別技術實現(xiàn)的。
所圖6所示，本發(fā)明的流式成像顆粒測量裝置，包括光路系統(tǒng)、鞘流噴嘴和電路系統(tǒng)。光路系統(tǒng)依次設置有光源5、第一透鏡6、光闌7、半透半反鏡9，半透半反鏡6的透射光路上依次設置有擋光板10、第二透鏡11，半透半反鏡6的反射光路上依次設置有反光鏡15、第三透鏡16。鞘流噴嘴3用于將稀釋后的被測樣本1噴射過光路系統(tǒng)內(nèi)光闌7與半透半反鏡9之間的光路。鞘流噴嘴3是傳統(tǒng)流式系統(tǒng)。光源發(fā)出的單色光經(jīng)透鏡1聚焦、過方孔光闌照亮液流形成光敏區(qū)8，擋光板10、第二透鏡11和光敏器12組成前向散射光探測部分。同時光敏區(qū)8經(jīng)半透半反鏡9、反光鏡15和第三透鏡16成像在CCD攝像機上。光源5發(fā)出的單色光經(jīng)第一透鏡6聚焦和光闌7照亮被測樣本液流形成光敏區(qū)8。電路系統(tǒng)由光敏器12、放大器13、觸發(fā)信號發(fā)生器14、CCD攝像機17、視頻接口18和計算機19組成。當被測樣本1內(nèi)有顆粒2進入光敏區(qū)8時，顆粒2產(chǎn)生散射光，散射光經(jīng)第二透鏡11外沿聚焦到光敏器12，光敏器12拾取散射光信號，經(jīng)放大器13放大后輸至觸發(fā)信號發(fā)生器14，產(chǎn)生觸發(fā)信號，觸發(fā)CCD攝像機17對光敏區(qū)8拍攝，圖像數(shù)據(jù)經(jīng)視頻接口18傳到計算機19；當被測樣本1內(nèi)沒有顆粒2進入光敏區(qū)8時，光敏區(qū)8的光被擋光板10全部遮擋，不能通過第二透鏡11，光敏器12檢測不到散射光，觸發(fā)信號發(fā)生器14不產(chǎn)生觸發(fā)信號，CCD攝像機17處于不工作狀態(tài)。
本發(fā)明的流式成像顆粒測量方法，包括以下步驟(1)在一個定容裝置內(nèi)，稀釋被測樣本。(2)接通流式成像顆粒測量裝置的電源。(3)稀釋后的樣本(例如血液標本)，在壓力作用下被鞘液所包裹，經(jīng)微小噴嘴將細胞一個個被噴射過光敏區(qū)。(4)當被測樣本內(nèi)沒有顆粒進入光敏區(qū)時，光敏區(qū)的光被擋光板全部遮擋，不能通過第二透鏡，因而光敏器檢測不到散射光，就不會有觸發(fā)信號觸發(fā)CCD攝像機；當被測樣本內(nèi)有顆粒進入光敏區(qū)時，顆粒產(chǎn)生散射光，散射光經(jīng)第二透鏡外沿聚焦到光敏器，光敏器拾取散射光信號并產(chǎn)生電信號，電信號經(jīng)放大器放大后輸至觸發(fā)信號發(fā)生器，產(chǎn)生觸發(fā)信號，觸發(fā)CCD攝像機對光敏區(qū)拍攝。(5)CCD攝像機拍攝的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)視頻接口傳到計算機。(6)計算機獲得到顆粒的圖像后，計算機內(nèi)的公知軟件對圖像進行處理識別，提取出反映形態(tài)的特征參數(shù)，測算其二維尺寸，根據(jù)經(jīng)驗公式可估算其體積。(7)結(jié)合一個定容裝置(圖中未畫出)，測出單位被測樣本中顆粒個數(shù)、體積發(fā)布，并根據(jù)形態(tài)進行分類。
采用本發(fā)明的流式成像技術，雖然顆粒是流動的，但每個圖片和對圖片的數(shù)據(jù)處理、圖像識別卻是靜態(tài)的。同時，通過控制合適的稀釋倍數(shù)，盡量使每個圖片上只有一個顆粒，這樣使圖像識別的難度(算法和每張圖像的數(shù)據(jù)量)相對前述的自動顯微鏡涂片識別大大簡化，即可大大提高圖像識別的速度，也可提高識別精度。對每個典型顆粒圖片，還可以回放進行肉眼識別或保存打印。
權(quán)利要求
1.一種流式成像顆粒測量裝置，包括光路系統(tǒng)、鞘流噴嘴和電路系統(tǒng)，其特征是，所述的光路系統(tǒng)依次設置有光源、第一透鏡、光闌、半透半反鏡，半透半反鏡的透射光路上依次設置有擋光板、第二透鏡，半透半反鏡的反射光路上依次設置有反光鏡、第三透鏡；所述的鞘流噴嘴用于將稀釋后的被測樣本噴射過光路系統(tǒng)內(nèi)所述光闌與半透半反鏡之間的光路；光源發(fā)出的單色光經(jīng)第一透鏡聚焦和光闌照亮被測樣本液流形成光敏區(qū)；所述的電路系統(tǒng)由光敏器、放大器、觸發(fā)信號發(fā)生器、CCD攝像機、視頻接口和計算機組成；當被測樣本內(nèi)有顆粒進入光敏區(qū)時，顆粒產(chǎn)生散射光，散射光經(jīng)第二透鏡外沿聚焦到光敏器，光敏器拾取散射光信號，經(jīng)放大器放大后輸至觸發(fā)信號發(fā)生器，產(chǎn)生觸發(fā)信號，觸發(fā)CCD攝像機對光敏區(qū)拍攝，圖像數(shù)據(jù)經(jīng)視頻接口傳到計算機；當被測樣本內(nèi)沒有顆粒進入光敏區(qū)時，光敏區(qū)的光被擋光板全部遮擋，不能通過第二透鏡，光敏器檢測不到散射光，觸發(fā)信號發(fā)生器不產(chǎn)生觸發(fā)信號，CCD攝像機處于不工作狀態(tài)。
2.一種流式成像顆粒測量方法，其特征是，包括以下步驟(1)在一個定容裝置內(nèi)，稀釋被測樣本；(2)接通流式成像顆粒測量裝置的電源；(3)將稀釋后的樣本經(jīng)鞘流噴嘴噴射過光敏區(qū)；(4)當被測樣本內(nèi)沒有顆粒進入光敏區(qū)時，光敏區(qū)的光被擋光板全部遮擋，不能通過第二透鏡，光敏器檢測不到散射光，觸發(fā)信號發(fā)生器不產(chǎn)生觸發(fā)信號；當被測樣本內(nèi)有顆粒進入光敏區(qū)時，顆粒產(chǎn)生散射光，散射光經(jīng)第二透鏡外沿聚焦到光敏器，光敏器拾取散射光信號并產(chǎn)生電信號，電信號經(jīng)放大器放大后輸至觸發(fā)信號發(fā)生器，產(chǎn)生觸發(fā)信號，觸發(fā)CCD攝像機對光敏區(qū)拍攝；(5)CCD攝像機拍攝的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)視頻接口傳到計算機；(6)由計算機內(nèi)的公知軟件系統(tǒng)對圖像進行處理識別，提取出反映形態(tài)的特征參數(shù)，測算其二維尺寸，根據(jù)經(jīng)驗公式可估算其體積；(7)結(jié)合一個定容裝置，測出單位被測樣本中顆粒個數(shù)、體積分布，并根據(jù)形態(tài)進行分類。
全文摘要
本發(fā)明分開了一種流式成像顆粒測量裝置和測量方法。測量裝置包括由光源、第一透鏡、光闌、半透半反鏡、擋光板、第二透鏡、反光鏡、第三透鏡組成光路系統(tǒng)，鞘流噴嘴，由光敏器、放大器、觸發(fā)信號發(fā)生器、CCD攝像機、視頻接口和計算機組成電路系統(tǒng)。測量方法包括稀釋被測樣本，將稀釋后的樣本經(jīng)鞘流噴嘴噴射過光敏區(qū)，光敏器拾取被測樣本內(nèi)顆粒產(chǎn)生的散射光，經(jīng)放大器放大后輸至觸發(fā)信號發(fā)生器，觸發(fā)CCD攝像機對光敏區(qū)拍攝，計算機內(nèi)的公知軟件系統(tǒng)對圖像進行處理識別等步驟。本發(fā)明測量裝置和測量方法，在有顆粒進入光敏區(qū)時，產(chǎn)生觸發(fā)信號，CCD攝像機才對單個顆?；蚣毎謩e成像并通過形態(tài)辨識細胞，能夠避免同一個顆粒或細胞可能會在兩張或多張照片上成像的現(xiàn)象。
文檔編號G01N15/00GK1651898SQ20051001623
公開日2005年8月10日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月25日
發(fā)明者朱險峰 申請人:天津大學