CN101065656A - 具有远心光学系统的血细胞计数器 - Google Patents

具有远心光学系统的血细胞计数器 Download PDF

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Abstract

一种移动并定位流式血细胞计数器的光源的机构，以使得光源在光学系统的轴线上移动或偏离轴线时，光源发出的光照射到流体单元。由于远心光学系统，无论照射所述目标的光在轴线上或偏离轴线，探测器可在相同的位置接收散射光。另外，发光体被定位成可使所述探测器最大强度地用散射光照射。探测器的输出信号可转送给处理器，该处理器发送信号给光源来移动发出的光，以使当光源在轴线上移动或偏离轴线时持续地照射所述目标。可用光源阵列取代移动光源。为移动所述光束，可选择该阵列中另一位置的另一光源来代替先前选择的光源。

Description

具有远心光学系统的血细胞计数器
技术领域
本发明一般涉及流式血细胞计数器。更具体地说，本发明涉及用光来感知流体流中的微观粒子或成分的光学性质的流式血细胞计数器。
背景技术
本发明涉及Bernard Fritz等人在2002年8月21日提交的题目为“Optical Alignment Detection System(光学对准探测系统)”的10/225325号美国专利申请，该文通过引用结合到本文中；并且本发明涉及Aravind Padmanabhan等人在2002年11月26日提交的题目为“Portable Scattering and Fluorescence Cytometer(便携式散射及荧光性血细胞计数器)”的10/304773号美国专利申请，该文通过引用结合到本文中。本发明还涉及Cabuz等人的在2003年4月15日发表的题目为“Optical Detection System for Flow Cytometry(流式血细胞计数器的光学探测系统)”的6549275B1号美国专利；Cabuz等人的在2003年7月22日发表的题目为“Portable Flow Cytometer(便携式流式血细胞计数器)”的6597438B1号美国专利；Cabuz等人的在2002年5月7日发表的题目为“Fluid Driving System for FlowCytometry(流式血细胞计数器的流体驱动系统)”的6382228B1号美国专利；Fritz等人的在2004年3月2日发表的题目为“OpticalDetection System for Flow Cytometry(流式血细胞计数器的光学探测系统)”的6700130B2号美国专利；以及Ohnstein等人的在2001年6月5日发表的题目为“Addressable Valve Arrays for ProportionalPressure or Flow Control(均衡压力或流体控制的可寻址阀阵列)”的6240944B1号美国专利；通过引用将它们结合到本文中。上述申请和专利由同一主体拥有。名词“流体(fluid)”在本文中可用作包括气体和液体的流体形式的一般名词。
发明内容
本发明可为用于移动并定位光源的、以使当光源在光学系统的轴线上移动或偏离轴线移动时光源发出的光照射目标的装置。无论照射所述目标的光在轴线上或偏离轴线，探测器均可在相同的位置接收散射光，这归功于(作为解释例)远心光学系统。另外，光可被定位以使所述探测器最大强度地被散射光照射。其输出可传送到处理器，该处理器发送信号给光源来移动发出的光，以在光源在轴线上移动或偏离轴线移动时持续地照射所述目标。光源阵列可用来取代移动光源。为移动所述光束，可选择该阵列中另一位置的另一光源来代替先前被选的光源。
附图说明
图1a和1b是血细胞计数器或类似装置的管道的光束位置调整器以及相关联的光学系统的示意图；
图2是说明与被光束照射的管道相连的光束调整器以及计算机的另一视图。
具体实施方式
图1a是使得在流式血细胞计数器的光学布局中使用光学远心条件成为可能的设备的示意图。该条件可允许使用光源11的离轴场点，以使流体管道处的照射条件与轴上光源的照射条件相类似。这对于搜集来自流体管道的散射光的探测器12来说同样适用。该条件可允许使用阵列或移动光源来照射所述流体管道，并在探测器上保持与轴上光源位置的光学条件相类似的光学条件。通过使光源移动，就可跟踪流体活性的位置，尤其是血细胞计数器的流体流中的微粒，而仍然使同一位置的光照射到探测器12。
远心条件是其中光学系统10的光圈挡22位于透镜21的焦点和透镜23的焦点处。使光学系统在流式血细胞计数器的光源11侧和探测器12侧都满足该条件，能使该光学系统对于离轴场点效果相同。
图1a的光学系统10表示为用于光源11和探测器12路径的远心条件的设置。光源11在轴上时的情况由实线光学路径13指示。点线光学路径14和虚线光学路径15指示光源11偏离轴线时的光束。在光源11从轴上到离轴的过程中，流体管道16上的聚焦点横向移位，但锥角和方向保持与轴上的情况相同。在探测器阵列12上，光源11的任何位置上具有相同散射角的实线路径13、点线路径14或虚线路径15的光线可分别被映射到该探测器阵列的相同位置41、42和43。
沿着实线路径13的照射光可从阵列11的光源17在轴上发出并继续行进而通过准直透镜21。光源17的照射光可继续行进通过光圈挡22而到达透镜23。光源17的光束可沿着实线路径13被聚焦到流体管道16和探测器12上。由沿着路径13的光束产生的散射光可继续行进而通过透镜24，在探测器12的位置44和45处聚焦到探测器阵列12上。
如果血细胞计数器管道16的中心流被移离轴线到管道16的位置25，所述照射光可偏移到离轴点线路径14。来自光源18的光可沿着光路14继续行进而通过透镜21、光圈挡22和透镜23到达管道16。路径14上的照射光可在管道16中被散射并在探测器12的位置44和45处聚焦到探测器阵列12上。
如果血细胞计数器管道16的中心流在该管道的位置26上，照射光的焦点可偏移到该管道的位置26上。来自阵列11的光源19的光可沿着虚线路径15继续行进而通过透镜21、光圈挡22和透镜23到达管道16的位置26。来自位置26的散射光可沿着路径15继续行进而通过透镜24，而在位置44和45上聚焦到探测器阵列12上。
系统10的光学元件之间的间隔距离与焦距相一致。例如，透镜21与光源或阵列11的距离31是焦距(f1)，而与光圈挡22的距离32也是焦距(f1)。距离31和32都是透镜21的焦距(f1)。透镜23与光圈挡22和管道16的距离33、34都是透镜23的焦距(f2)。透镜24与管道16和探测器12的距离35、36都是透镜24的焦距(f3)。线46指示分别在光源和管道处的共轭平面11和16。线47指示分别在光圈挡和探测器处的共轭平面22和12。
光阵列11可具有光源17、18和19，它们根据管道16内中心流的位置每次开启一个。为了更精确地调整光束照射管道16的位置，阵列中可具有更多光源。阵列11可以是二维的。
作为替代方案，探测器阵列11也可具有一个光源，例如光源17，它在x和/或y方向上在阵列结构范围内横向移动，以对光照射管道16的位置进行调整。所述光源可用步进马达(如装置37)横向移动穿过所述阵列，以横向移动管道16中照射光的位置。
沿着路径13、14和15的光束可被管道16中的微粒散射到探测器12的位置44和45。探测器12可将在位置44和45，以及位置41、42和43上探测到的光转换成电信号，所述电信号可被发送到处理器10，该处理器10可将所述电信号处理成关于所述管道16中的流体流38的微粒的信息。
图1b说明了在没有光锥的情况下，从光源17、18和19发出的分别沿着路径13、14和15的光。光束可被管道16中的微粒散射，如光锥51、52和53所示。散射光可照射探测器12上的位置48和49。
图2是说明具有用于控制光源11的计算机/处理器20的光学系统10的示意图。一种控制方式是从光源的阵列11中选择来确定光照射血细胞计数器的管道16的位置。另一种方式是使用一个光源，通过移动该光源来提供对准中心流38的光束照射，即使所述中心流偏离光学系统10和管道16的轴线28(所述轴线可与图2中纸的表面垂直)也无妨。步进马达37可从一端向另一端移动光源(如光源17)以保持对准中心流38。
当光传感器对准中心流38时，照射所述中心流38中微粒的光束可被微粒散射。探测器12可为散射光探测器和直射光探测器，如线性探测器阵列或环形探测器阵列。探测器12可具有适应各种角度的散射光及非散射光的独立的探测器部分。所述环形阵列可由其不同的各部分为远心系统提供360度探测。探测器12可提供代表照射所述探测器的散射光的电信号。如果从组件11的光源发出的光束不照射中心流38的微粒，那么只有很少的散射光被探测器12探测到，而更多的是非散射光，探测器中产生很少的电信号。探测器12可探测前方位角光散射(FALS)、小角光散射(SALS)以及大角光散射(LALS)。
来自探测器12的电信号可传送到计算机/处理器20。所述计算机/处理器可发送信号到光源阵列11来指示另一光源的选择或单个光源的移动，以移动光束照射在管道11中的位置。所述位置可被定位并且所述光束可被移动以使探测器12的输出端具有最大的信号。这意味着所述光束正在探测器12上产生最大的散射信号。计算机20可发送信号，该信号通过选择阵列11中的不同光源或移动光源的位置来改变光束照射在管道16中的位置或特定区域，以从探测器12中找出最大的散射信号给计算机20。有效地，可设置一反馈环路，该反馈环路包括：计算机20连接到光源11，来自光源的光束在管道16中散射，将代表散射光的电信号提供给计算机。所述计算机20可发送信号给光源11以最大化散射信号，这样，无论光束在轴线上还是偏离轴线，都可保持光束聚焦在所述中心流38上。
尽管本发明已通过至少一个解释性实施例作了描述，但本领域技术人员在阅读本说明书之后，很多变化和更改将是显而易见的。因此，所附的权利要求应相对于现有技术尽可能广义地理解，以包括所有的这些变化和更改。

Claims (43)

1.一种照射装置，包括：
光源；
具有轴线、至少部分地处于所述光源和目标之间的光学系统；以及
位于所述轴线上并接近所述目标的探测器，
其中，
所述目标可在轴线上或偏离轴线；
所述光源提供可移动以照射轴线上或偏离轴线的目标的光束；
当所述光源在轴线上时，来自所述光束的光线可映射到探测器上的第一位置；
当所述光源偏离轴线时，来自所述光束中的光线可映射到探测器上的第二位置；并且
第二位置相当于第一位置。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述光学系统包括：
所述光源和所述目标之间的第一透镜；以及
位于第一透镜和所述目标之间的光圈。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述光学系统还包括位于所述光圈和所述目标之间的第二透镜。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述光学系统还包括位于所述目标和所述探测器之间的第三透镜。
5.如权利要求4所述的装置，其中，
所述光源基本上位于第一透镜的焦点上；
所述光圈基本上位于第一透镜的焦点和第二透镜的焦点上；
所述目标基本上位于第二透镜的焦点和所述第三透镜的焦点上；且
所述探测器基本上位于所述第三透镜的焦点上。
6.如权利要求1所述的装置，其中，至少一些映射到所述探测器的第一位置和第二位置上的光是被所述目标光散射的光。
7.如权利要求1所述的装置，还包括：
连接到所述光源的机构，所述机构可提供光源的不同位置来移动所述光束；以及
连接到所述探测器及所述机构的处理器。
8.如权利要求7所述的装置，其中，从所述探测器经由处理器输出的信号指示所述光源的不同位置中应被选择的位置，以用光最大强度地照射所述探测器。
9.如权利要求1所述的装置，其中，所述光源是由多个发光体组成的阵列，所述多个发光体可被单独地选取以移动所述光束。
10.如权利要求9所述的装置，还包括：连接到所述探测器和所述机构的处理器。
11.如权利要求10所述的装置，其中，从所述探测器经由处理器输出的信号指示所述由多个发光体组成的阵列中应被选择的发光体，以用光最大强度地照射所述探测器。
12.一种远心光源位置对准系统，包括：
光源，位于管道附近，可应对不同位置而移动；
探测器，所述管道位于所述探测器和所述光源之间；以及
连接到所述光源和所述探测器的处理器。
13.如权利要求12所述的系统，其中，
所述光源具有从光源到管道的光路；且
所述光路从所述管道到所述探测器上的特定位置。
14.如权利要求13所述的系统，其中，对于所述光源的不同位置，所述光路从各不同位置处的光源到所述探测器上的特定位置。
15.如权利要求12所述的系统，其中，
所述光源发出光；
所述光照射所述管道；
所述光中的一些成为散射光；以及
所述探测器探测所述散射光。
16.如权利要求15所述的系统，其中，
所述散射光的光量随着所述入射光与血细胞计数器的管道内的中心流的对准程度而改变；以及
所述光源的位置变动使所述入射光与所述中心流的对准程度改变。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述光源的位置变动不使来自所述光源的光在所述探测器上的照射位置改变。
18.如权利要求16所述的系统，其中，
所述探测器将探测到的散射光转换成电信号；
所述电信号传送到处理器；以及
所述处理器发送信号给所述光源来调整所述光源的位置，以优化探测器输出的电信号。
19.如权利要求18所述的系统，其中，在所述探测器上来自所述光源的光具有持续相同的锥角和方位。
20.一种光束对准系统，包括：
接近管道的探测器；以及
具有相对于所述管道的对准调整器的光源，且
其中，所述对准调整器实现所述光源在管道中移动目标上的投射而不影响所述光源对所述探测器的投射。
21.如权利要求20所述的系统，其中，所述对准调整器包含将光线聚焦在所述管道中的可移动目标上并落在探测器的始终如一的位置上的光学结构。
22.如权利要求21所述的系统，其中，从所述光源到所述探测器的光具有持续相同的锥角和方位。
23.如权利要求21所述的系统，其中，
所述探测器连接到处理器；且
所述处理器连接到所述对准调整器。
24.如权利要求23所述的系统，其中，
来自所述光源的光可照射所述目标；
所述目标将照射它的光散射；
所述探测器可将所述散射光转换成第一电信号；以及
所述处理器可测量第一电信号的幅值并发送第二电信号给所述对准调整器，以实现所述光源在所述管道中的可移动目标上的投射。
25.如权利要求24所述的系统，其中，来自所述探测器的第一电信号的幅值可指示所述光源相对于所述目标的投射量。
26.如权利要求25所述的系统，其中，
第一电信号的幅值越大，所述光源的投射越接近所述目标；
第一电信号的幅值越小，所述光源的投射越远离所述目标。
27.如权利要求26所述的系统，其中，所述目标在血细胞计数器的管道内的中心流中。
28.如权利要求27所述的系统，其中，所述中心流会在所述管道内改变位置。
29.用于对准的装置，包括：
提供具有方向的光束的部件；
调整所述光束的方向的部件；
提供目标的部件；
测量被所述目标散射的光量的部件；并且
其中所述光束的方向被调整以增加被所述目标散射的光量。
30.如权利要求29所述的装置，其中，
被所述目标散射的光映射到测量被所述目标散射的光量的部件的第一位置；且
调整所述光束的方向之后，被所述目标散射的光仍然映射到测量被所述目标散射的光量的部件的第一位置。
31.如权利要求30所述的装置，其中，所述目标是血细胞计数器的流体管道内的中心流。
32.将光束与血细胞计数器的流体管道内的中心流对准的方法，包括：
将光束对准所述流体管道；
测量被所述流体管道内的中心流散射的光量；以及
将所述光束的方向调向所述中心流，以改变被流体流散射的光量。
33.如权利要求32所述的方法，其中，所述光束的方向被调向所述中心流，以最大化被所述流体流散射的光量。
34.如权利要求33所述的方法，其中，所述光束的方向通过改变光源相对于所述中心流的位置来调整。
35.如权利要求34所述的方法，其中，所述中心流上来自所述光源的光具有持续相同的锥角和方位。
36.如权利要求35所述的方法，其中，
所述光源包括多个发光体；以及
所述光源的位置改变通过从多个发光体中选择一个发光体来实现。
37.如权利要求36所述的方法，其中，由探测器实现对被所述中心流散射的光量的测量。
38.如权利要求37所述的方法，其中，所述光源的位置作了改变时，所述被散射光继续被映射到所述探测器上的相同位置。
39.一种远心装置，包括：
具有不同位置的光源；
其目标位于所述光源和所述探测器之间的探测器；以及
位于所述光源和所述探测器之间的光学布置，并且
对于所述光源的不同位置，所述光学布置保持来自所述光源的光束在所述探测器的相同照射位置上。
40.如权利要求39所述的装置，其中，选择所述光源的不同位置中的一个位置，以用所述光束最大强度地照射所述目标。
41.如权利要求40所述的装置，还包括：
连接到所述探测器和所述光源的处理器，
其中，从所述探测器经由所述处理器输出的信号，指示所述光源的不同位置中应被选择的位置，以用所述光束最大强度地照射所述目标。
42.如权利要求41所述的装置，其中，所述目标是流体管道中的中心流。
43.权利要求42所述的装置，其中，所述流体管道是血细胞计数器的流体管道。
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