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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Zytoanalysatoren zum Klassifizieren
und zum Zählen
von Zellen sowie insbesondere Zytoanalysatoren zum Analysieren von
Zellen durch Emittieren eines Lichtstrahls auf Zellen in einem feinen
Strom und durch Messen des dadurch gestreuten Lichts.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Auf
dem Gebiet der klinischen Analyse ist es wesentlich, Leukozyten,
Retikulozyten und Ähnliche
in einer gesamten Blutprobe von einem Patienten zur Diagnose verschiedener
Krankheiten zu Klassifizieren und zu Quantifizieren. Dafür wurden
verschiedene Analysatoren vorgeschlagen.
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Ein
beispielhafter Analysator misst solche Parameter als HF-Signal-Intensität (ein Signal,
das auf der Basis einer Variation bezüglich der elektrischen Impedanz
bei Radiofrequenz erzeugt wird), DC-Signal-Intensität (ein Signal,
das auf der Basis einer Variation bezüglich der elektrischen Impedanz
(elektrisches Widerstand) bei Gleichstrom erzeugt wird), Fluoreszenz-Intensität, Streulicht-Intensität, Absorption
und depolarisierte Streulicht-Intensität, um Leukozyten in Unterklassen (Lymphozyten,
Monozyten, neutrophil, eosinophil und basophil) zu klassifizieren.
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Bei
dem Analysator wird eine Blutprobe, die durch einen Probenabsaugabschnitt
abgesaugt wird, automatisch vorbehandelt und dann in einen Detektionsabschnitt
eingeleitet. Die Anzahl oder der Gehalt von Zellen einer spezifischen
Unterklasse wird durch Zählen
und Analysieren von Signalen bestimmt, die durch den Detektionsabschnitt
erfasst werden, und ausgegeben.
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In
dem Strömungs-Zytometer
wird eine Probenlösung
durch Verdünnen
einer Blutprobe und durch Einfärben
der darin enthaltenen Blutzellen vorbereitet, und dann wird ein
feiner Strom der Probenlösung
durch einen zentralen Bereich von einer Strömungszelle geleitet. In einem
Messabschnitt davon wird ein Lichtstrahl, der von einer Lichtquelle
emittiert wird, fein auf den feinen Strom der Probenlösung fokussiert,
und das von jeder Blutzelle gestreute Licht, das durch den Messabschnitt
geleitet wird, sowie die Fluoreszenz-Variation werden Fotosensoren
erfasst. Die Klassifizierung und Quantifizierung von bestimmten
Blutzellen wird erreicht, indem ein zweidimensionales Verteilungsdiagramm
vorbereitet wird, das auf erfassten Signalen basiert, beispielsweise
mit der Streulicht-Intensität und der
Fluoreszenz-Intensität,
und zwar gedruckt auf zwei Achsen.
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10 zeigt ein Beispiel von
einem herkömmlichen
verfügbaren
Zytoanalysator. Eine Lichtquelle 101 verwendet einen Argonionen-Laser
oder einen He-Ne-Laser. Licht, das von der Lichtquelle 101 emittiert
wird, wird durch eine Optik 102 kondensiert und auf Zellen
in einem feinen Strom gerichtet, der durch einen zentralen Bereich
von einer Strömungszelle 103 geleitet
wird.
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Licht,
das auf die Zellen auftrifft, wird gestreut, und das seitliche Streulicht
wird durch eine Optik 107 auf eine Fotomultipliziererröhre (PMT) 108 konzentriert.
Nach vorne gerichtetes Streulicht (in der gleichen Richtung wie
die Ausbreitungsrichtung des emittierten Lichts) wird durch eine
Optik 105 auf eine Fotodiode (PD) 106 konzentriert.
In 10 bezeichnet ein
Bezugszeichen 104 einen Strahl-Stopper zur Verhinderung des Auftreffens
von direktem Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird, auf
die PD 106. Das "direkte
Licht" bedeutet
das Licht, das durch die Strömungszelle
geleitet wird, ohne durch die Zellen gestreut zu werden.
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Die
Klassifizierung von Blutzellen kann durch Messen von seitlichem
Streulicht und nach vorne gerichtetem Streulicht und durch Messen
der Intensität
der Lichtsignale davon realisiert werden. Beispielsweise können mehr
als drei Unterklassen von nicht eingefärbten Leukozyten von jeder
anderen auf der Basis von Signalen diskriminiert werden, die die
Intensitäten
des seitlichen Streulichts und des nach vorne gerichteten Streulichts
angeben, und zwar mit Hilfe des in 10 gezeigten
Analysators.
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11 zeigt ein beispielhaftes
Streudiagramm, in dem die Licht-Intensitätssignale des seitlichen Streulichts
und des nach vorne gerichteten Streulichts auf zwei Achsen gedruckt
sind. In 11 sind die
Intensitäten
des seitlichen Streulichts und des nach vorne gerichteten Streulichts
als die Abszisse bzw. die Ordinate gedruckt. Wie gezeigt ist, sind
die Leukozyten in drei Unterklassen klassifiziert, d. h. Lymphozyten,
Monozyten und Granulozyten.
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12 zeigt einen weiteren
exemplarischen Zytoanalysator. Dieser Zytoanalysator ist dazu ausgestaltet,
um Blutzellen zu analysieren, und zwar durch Messen des nach vorne
gerichteten Streulichts, des seitlichen Streulichts und des fluoreszierenden
Lichts, um beispielsweise zumindest vier Unterklassen von Leukozyten
zu identifizieren.
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Wie
in 12 gezeigt, weist
der Zytoanalysator zusätzlich
zu den in 10 gezeigten
Komponenten ein Stiftloch 111, einen dichroitischen Filter 113 zum
selektiven Filtern von Licht einer bestimmten Wellenlänge, einen
Bandpassfilter 114, Fotomultipliziererröhren (PMT) 109 und 110 zum
Erfassen von fluoreszierendem Licht und eine Fotodiode (PD) 115 auf.
Der Zytoanalysator fordert außerdem
fluoreszierenden Farbstoff zum fluoreszierenden Einfärben von
Leukozyten für
die Erfassung von fluoreszierendem Licht.
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Die
japanische ungeprüfte
Patentveröffentlichung
Nr. SHO 60-260830 (
JP 60 260
830 ) offenbart ein Lichtquellensystem für die Lichtemission auf Zellen
in einem automatischen Zytoanalysator, wobei zwei Lichtquellen,
d. h. Laserdiode (Halbleiterlaser) und eine Blitzlampe, verwendet
werden.
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Mit
dem Lichtquellensystem wird das Durchleiten von jeder Zelle durch
Anwenden eines Laserstrahl, der von der Laserdiode auf jede Zelle
emittiert wird, und Messen des dadurch nach vorne gestreuten Lichts erfasst.
Synchron mit der Erfassung wird die Blitzlampe aktiviert, um Licht
auf die Zelle zu emittieren, und zwar für die Erfassung von fluoreszierendem
Licht, das davon emittiert wird.
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Die
japanische ungeprüfte
Patentveröffentlichung
Nr. HEI 3-233344
(
JP 3 233 344 ) offenbart
einen optischen Partikelanalysator mit zwei Arten von Lichtquellen,
d. h. eine Laserdiode und eine Lampe, wie beispielsweise eine Halogenlampe.
Der optische Partikelanalysator ist dazu ausgestaltet, um gestreutes
Licht und fluoreszierendes Licht für die Klassifizierung und Quantifizierung
von Partikeln zu erfassen.
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Die
japanische ungeprüfte
Patentveröffentlichung
(PCT) Nr. HEI 1-502533 (
JP
1 502 533 T ) offenbart einen Zytoanalysator zum Identifizieren
von Leukozyten-Unterklassen
durch Messen von Streulicht-Intensität, HF-Signalen und DC-Signalen.
Der Zytoanalysator ist dazu ausgestaltet, um Streulicht mit kleinem
Winkel zu messen, das mit Winkeln zwischen 0,5° und 2,0° bezüglich einer optischen Achse
gestreut wird, und Streulicht mit mittlerem Winkel zu messen, das
mit Winkeln zwischen 10° und
17° bezüglich der
optischen Achse gestreut wird. Nachdem Durchlaufen der Strahl-Stopper
zum Blockieren von Licht, das mit Winkeln verläuft, die andere als die gewünschten
Winkel sind, wird Streulicht mit kleinem Winkel und Streulicht mit
mittlerem Winkel mit Hilfe einer Fotodiode (PD) als elektrische
Signale erfasst.
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Bei
solchen Zytoanalysatoren muss ein Lichtstrahl auf einen feinen Strom
fokussiert werden, der durch eine zugehörige Strömungszelle strömt, und
außerdem
muss eine optische Achse eingestellt werden, um so das Streulicht
auf eine Fotomultipliziererröhre
zu fokussieren, indem optische Systemkomponenten bewegt werden,
wie zum Beispiel Optik und Strahl-Stopper. In der herkömmlichen
Praxis führt
ein Bediener manuell die Einstellung dieser optischen Systemkomponenten
durch visuelle Beobachtung eines Lichtstrahls durch, während ermöglicht wird,
dass eine Standardprobe durch eine Strömungszelle strömt, bevor
eine Blutprobe analysiert wird.
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Jedoch
verwendet ein Zytoanalysator des in 10 oder 12 gezeigten Typs in vielen
Fällen
einen teuren Argonionenlaser oder einen He-Cd-Laser für ein Lichtquellensystems,
da der Zytoanalysator seitliches Streulicht erfasst, das schwächer ist
als nach vorne gerichtetes Streulicht, und es ist erforderlich,
blaues Licht mit einer relativ kurzen Wellenlänge als Erregerlicht zu verwenden,
um zu bewirken, dass die Zellen fluoreszierendes Licht emittieren.
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Ein
solches Lichtquellensystem ist nicht nur teuer, sondern benötigt auch
viel Platz in dem Zytoanalysator, da ein großer Laser-Generator und andere
Zusatzeinrichtungen erforderlich sind, wie zum Beispiel eine Stromversorgung,
um den darin enthaltenen Laser zu betreiben. Außerdem verbraucht der Zytoanalysator
viel Energie und macht hohe Wartungskosten erforderlich.
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Außerdem benötigt der
Zytoanalysator eine Kondensor-Optik 107 zum Sammeln des
seitlichen Streulichts und eine teure Fotomultipliziererröhre (PMT).
Der in 12 gezeigte Zytoanalysator
erfordert insbesondere viele Filter zur selektiven Erfassung von
fluoreszierendem Licht und wird dadurch komplizierter und größer.
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Bei
dem in der japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung
Nr. SHO 60-260830 (
JP 60 260
830 ) offenbarten Lichtquellensystem, das zwei Typen von
Lichtquellen für
die Erfassung von Streulicht und fluoreszierendem Licht verwendet,
ist es erforderlich, die Lichtemission der Blitzlampe zeitlich zu
steuern, und es wird dadurch komplizierter und teuer.
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Der
in der japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung
(PCT) Nr. HEI 1-502533 (
JP
1 502 533 T ) offenbarte Zytoanalysator erfordert eine Vielzahl
von Strahl-Stoppern zum Blockieren von nicht erforderlichem Streulicht,
um lediglich zwei Typen von Lichtstrahlen zu erhalten, die mit Winkeln
in vorbestimmten Bereichen gestreut sind. Dies erfordert eine schwierige
Positionseinstellung der Streulichtdetektoren und der Strahl-Stopper.
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Der
in der japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung
Nr. HEI 3-233344 (
JP
3 233 349 A ) offenbarte optische Partikelanalysator, der
zwei Typen von Lichtquellen verwendet, erfordert ein kompliziertes
und teures optisches System für
die Lichtemission.
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Die
Einstellung des optischen Systems, was üblicherweise durch visuelle
Beobachtung implementiert wird, erfordert eine komplizierte Betätigung,
die Geschick erfordert, und wird durch die unterschiedliche Geschicklichkeit
der einzelnen Bedienern beeinflußt. Es ist daher schwierig,
die Positionen der optischen Systemkomponenten genau einzustellen,
um die beste Leistungsfähigkeit
des Systems zu gewährleisten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kompakten und
preiswerten Zytoanalysator zum Analysieren von Zellen durch Anwenden
eines Laserstrahls, der von einer kompakten, Licht emittierenden Einrichtung
auf Zellen in einem feinen Strom emittiert wird, und zum Erfassen
von zwei Typen von Licht durch Lichterfassungseinrichtungen zur
Verfügung
zu stellen, die zumindest zwei separate Fotomessbereiche beinhalten.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kompakten
und preiswerten Zytoanalysator zur Verfügung zu stellen, der eine Laserdiode
als eine Lichtquelle und eine Fotodiode als eine Lichterfassungseinrichtung
verwendet.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Leukozyten
zu klassifizieren und zu zählen,
indem der oben genannte Zytoanalysator verwendet wird, um zwei Typen
von Licht zu erfassen und zu analysieren.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Zytoanalysator zur Verfügung
zu stellen, der eine Lichterfassungsvorrichtung aufweist, die eine
Vielzahl von separaten Lichterfassungsflächen enthält, um zwei Typen von Licht
zu erfassen, um eine einfache Einstellung des optischen System davon
zu ermöglichen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Zytoanalysator mit den
Merkmalen von Anspruch 1 zur Verfügung gestellt.
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Der
Zytoanalysator kann außerdem
aufweisen: eine erste Licht-Kondensor-Einrichtung zum Fokussieren
eines Laserstrahls, der von der Licht emittierenden Halbleitereinrichtung
auf die Strömungszelle
emittiert wird, eine zweite Licht-Kondensor-Einrichtung zum Kondensieren
der beiden Typen von Licht, die von der Zelle kommen, um so selbige
im wesentlichen parallel zu einer optischen Achse des Laserstrahls
zu lenken, der von der Licht emittierenden Halbleitereinrichtung
emittiert wird, und einem Strahl-Stopper
zum Blockieren des Durchlassens von Licht, das direkt von der Licht
emittierenden Halbleitereinrichtung emittiert wird, wobei die Lichterfassungseinrichtung
zwei Typen von nach vorne gerichtetem Streulicht erfasst, das im
wesentlichen parallel zu der optischen Achse durch die zweite Licht-Kondensor-Einrichtung
gelenkt ist.
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Daher
wird durch die vorliegende Erfindung ein kompakter und preiswerter
Zytoanalysator realisiert, der dazu ausgestaltet ist, einen Laserstrahl
zu verwenden, der von der Licht emittierenden Halbleitereinrichtung
emittiert wird, und zwei Typen von Licht durch die Lichterfassungseinrichtung
zu erfassen, die zumindest zwei Fotomessbereiche beinhaltet.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockdiagramm,
das eine Basiskonstruktion von einem Zytoanalysator gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ist eine Ansicht, die
eine Konstruktion von einem Zytoanalysator gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist eine Seitenansicht,
die die Konstruktion von dem Zytoanalysator gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 zeigt in Draufsicht und
in perspektivischer Ansicht eine beispielhafte Konfiguration von
Lichterfassungsflächen
von einer Fotodiode, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet
wird;
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5 zeigt in Draufsicht und
in perspektivischer Ansicht eine weitere beispielhafte Konfiguration
von Lichterfassungsflächen
von einer Fotodiode, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet
wird;
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6 ist ein Beispiel von einem
schematischen Streudiagramm, das erhalten wird, wenn Leukozyten durch
den Zytoanalysator der vorliegenden Erfindung klassifiziert sind;
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7 ist ein Streudiagramm,
das auf der Basis von Rohdaten vorbereitet ist, die erhalten werden, wenn
Leukozyten durch den Zytoanalysator der vorliegenden Erfindung klassifiziert
sind;
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8 ist eine Darstellung zur
Erläuterung
der Einstellung einer optischen Achse gemäß der vorliegenden Erfindung;
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9 ist eine Darstellung zur
Erläuterung
der Positionseinstellung von einem Strahl-Stopper gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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10 ist eine Darstellung,
die eine Konstruktion von einem beispielhaften herkömmlichen
Zytoanalysator zeigt;
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11 ist ein Streudiagramm
zur Klassifizierung von Leukozyten, das von einem herkömmlichen
Zytoanalysator erhalten wird; und
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12 ist eine Darstellung,
die eine Konstruktion von einem weiteren beispielhaften herkömmlichen Zytoanalysator
zeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 ist ein Blockdiagramm,
das die Basiskonstruktion von einem Zytoanalysator gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Wie gezeigt, weist der Zytoanalysator auf: eine
Strömungszelle 3,
die dazu ausgestaltet ist, um Zellen auszurichten und um es ihnen
zu ermöglichen,
durch diese hindurchzuströmen;
eine Licht emittierende Halbleitereinrichtung 1 zum Emittieren
eines Laserstrahls auf die Zellen, die durch die Strömungszelle 3 strömen; und
eine Lichterfassungseinrichtung 6 mit zumindest zwei separaten
Fotomessbereichen, die dazu ausgestaltet sind, um zwei verschiedene
Typen von Licht zu messen, die von jeder der Zellen kommen.
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Der
Zytoanalysator kann außerdem
aufweisen: eine erste Licht-Kondensor-Einrichtung 2 zum
Fokussieren eines Laserstrahls, der von der Licht emittierenden
Halbleitereinrichtung 1 emittiert wird, auf die Strömungszelle 3;
eine zweite Licht-Kondensor-Einrichtung 5 zum Kondensieren
der beiden Typen von Licht, die von der Zelle kommen, um diese im
wesentlichen parallel zu einer optischen Achse des Laserstrahls
zu lenken, der von der Licht emittierenden Halbleitereinrichtung 1 emittiert
wird; und einen Strahl-Stopper 4 zum Blockieren des Durchlassens
von Licht, das direkt von der Licht emittierenden Halbleitereinrichtung
darauf emittiert wird. Die Lichterfassungseinrichtung 6 ist
dazu ausgestaltet, um zwei Typen von nach vorne gerichtetem Streulicht
zu erfassen, das durch die zweite Licht-Kondensor-Einrichtung 5 im
wesentlichen parallel zu der optischen Achse geleitet wird.
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Die
Lichterfassungseinrichtung 6 weist vorzugsweise einen ersten
Fotomessbereich 6a zum Erfassen von Lichtstrahlen, die
mit kleinen Winkeln bezüglich
der optischen Achse nach vorne gestreut werden, und einen zweiten
Fotomessbereich 6b auf, um Lichtstrahlen zu erfassen, die
mit großen
Winkeln bezüglich
der optischen Achse nach vorne gestreut werden. Die Lichterfassungseinrichtung 6 weist
vorzugsweise eine Fotodiode auf.
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Die
Licht emittierende Halbleitereinrichtung 1 weist vorzugsweise
eine Halbleiterlaservorrichtung (Laserdiode) auf, die dazu ausgestaltet
ist, um einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge (z. B. 650 nm) im sichtbaren
Spektrum zu emittieren. Beispielhafte Halbleiterlaservorrichtungen
umfassen eine LASER DIODE TOLD9421, die von der Toshiba Corporation
erhältlich
ist.
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In
der Lichterfassungseinrichtung 6 hat der erste Fotomessbereich 6a vorzugsweise
eine Lichterfassungsfläche,
und der zweite Fotomessbereich 6b hat vorzugsweise zwei
Lichterfassungsflächen,
die symmetrisch bezüglich
einer ersten Achse angeordnet sind, wobei der erste Fotomessbereich 6a dazwischen
angeordnet ist. Die Lichterfassungseinrichtung 6 weist
außerdem
vorzugsweise einen dritten Fotomessbereich 6c mit zwei
Lichterfassungsflächen
auf, die symmetrisch bezüglich
einer zweiten Achse angeordnet sind, die sich senkrecht zu der ersten
Achse erstreckt, wobei der erste Fotomessbereich 6a dazwischen
angeordnet ist.
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Der
Zytoanalysator kann außerdem
eine Signalanalyseeinrichtung 7 aufweisen, um Impulssignale
zu analysieren, die die beiden Typen von nach vorne gerichtetem
Streulicht angeben, das von der Lichterfassungseinrichtung 6 erfasst
wird, und kann dazu ausgestaltet sein, um die beiden Typen von Lichtstrahlen
zu erfassen, die durch Leukozyten in einem feinen Strom nach vorne
gestreut werden, die durch die Strömungszelle 3 strömen, und
zwar durch die Lichterfassungshalbleitereinrichtung 6,
und die Leukozyten durch die Signalanalyseeinrichtung 7 zu
klassifizieren.
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Der
Zytoanalysator weist außerdem
vorzugsweise eine Messeinrichtung 8, um Ausgangsdifferenzen der
Lichtintensitäten
zu bestimmen, die von dem ersten, zweiten und dritten Fotomessbereich 6a, 6b und 6c erfasst
werden, und eine Anzeigeeinrichtung 9 zum Anzeigen der
Messergebnisse auf, die von der Messeinrichtung 8 erhalten
werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird anschließend im Detail anhand ihrer
Ausführungsbeispielen
beschrieben, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind.
Diese Ausführungsbeispiele
sind nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung zu beschränken.
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2 und 3 zeigen die Konstruktion von einem Zytoanalysator
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, und zwar gesehen von oben bzw. von der
Seite. Wie gezeigt ist, sind die Komponenten von dem Zytoanalysator
in einer Linie an einer optischen Achse angeordnet.
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Unter
Bezugnahme auf 2 und 3 weist der Zytoanalysator
eine Laserdiode (LD) 21, eine Kollimatorlinse (L1) 22,
eine Kondensorlinse (L2) 23, eine Strömungszelle (CELL) 24,
einen Strahl-Stopper (BS) 27, eine Kollektorlinse (L3) 25 und
eine Fotodiode (PD) 26 auf.
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Die
Laserdiode 21 umfasst beispielsweise die LASER DIODE TOLD9421
(maximale Lichtausgabe: 5 mW, Ausgabewellenlänge: 650 nm), die von der Toshiba
Corporation verfügbar
ist. Im Gegensatz zu einem typischen Argonionenlaser mit Abmessungen
von etwa 15 × 15 × 40 (cm)
hat diese Laserdiode einen Durchmesser von etwa 10 mm, womit sie
zur Reduzierung der Größe des Zytoanalysators
beiträgt.
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Die
Kollimatorlinse 22 und die Kondensorlinse 23 fokussieren
zusammen einen Laserstrahl, der von der Laserdiode 21 emittiert
wird, auf einen Bereich der Strömungszelle 24,
durch die Zellen strömen.
Einem feinen Strom von Blut, der mit einem Reagenten vorbehandelt
ist, wird es ermöglicht,
durch die Strömungszelle 24 zu
strömen.
Die Richtung der Strömung
verläuft
von Rückseite
zu der Vorderseite der Zeichnung in 2 oder
von der oberen Seite zu der unteren Seite der Zeichnung in 3.
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Stromabwärts der
Strömungszelle 24 in
dem optischen System oder an einer Seite gegenüber der Laserdiode 21 sind
der Strahl-Stopper 27, die benachbart dazu angeordnete
Kollektorlinse 25 und die Fotodiode 26, die als
eine Lichterfassungsvorrichtung dient, ein wenig voneinander entfernt
angeordnet. Der Strahl-Stopper 27 ist eine in vertikaler
Richtung verlängerte
Platte zum Blockieren des Laserstrahls, der durch den zentralen
Bereich der Strömungszelle 24 verläuft. Die
Kollektorlinse 25 dient dazu, durch die Zellen nach vorne gestreute
Lichtstrahlen zu kondensieren, die durch die Strömungszelle 24 hindurchtreten,
und die Lichtstrahlen parallel zu der optischen Achse zu lenken.
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Die
Fotodiode 26 dient als eine fotoelektrische Konvertervorrichtung
zum Erfassen des nach vorne gerichteten Streulichts und zum Konvertieren
der Intensität
des Lichts in ein elektrisches Impulssignal. Die Verwendung der
Fotodiode 26 als der Detektor, der kompakt und preiswert
ist, ist am meisten bevorzugt, aber andere Detektoren können ebenfalls
verwendet werden.
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Die
Fotodiode 26, die dazu ausgestaltet ist, um das nach vorne
gerichtete Streulicht zu detektieren, das durch die Kollektorlinse 25 parallel
zu der optischen Achse gerichtet ist, hat eine Vielzahl von separaten Lichterfassungsflächen, die
dazu ausgestaltet sind, zwei Typen von nach vorne gerichteten Streulichtstrahlen zu
erfassen.
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4 und 5 zeigen eine beispielhafte Konfiguration
der Lichterfassungsflächen
der Fotodiode 26.
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Eine
erste beispielhafte Fotodiode, die in 4 gezeigt
ist, hat vier separate Lichterfassungsflächen, d. h. eine runde Lichterfassungsfläche C, die
in der Mitte davon angeordnet ist, Lichterfassungsflächen B und D,
die geformt sind, wie in 4 gezeigt,
und in einer horizontalen symmetrischen Relation bezüglich der
Lichterfassungsfläche
C angeordnet sind, und Lichterfassungsflächen A und E, die eine Form
haben, wie in 4 gezeigt,
und in einer vertikal symmetrischen Relation bezüglich der Lichterfassungsfläche C angeordnet
sind.
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Eine
zweite beispielhafte Fotodiode, wie in 5 gezeigt, hat eine runde Lichterfassungsfläche C, die in
der Mitte davon angeordnet ist, und eine halbkreisförmige Lichterfassungsfläche A, die
an der oberen Seite der Lichterfassungsfläche C angeordnet ist.
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Wie
vorstehend beschrieben, verwendet die vorliegende Erfindung zwei
Typen nach vorne gerichtet gestreuten Lichtstrahlen für die Zytoanalyse.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Fotodiode 26 dazu ausgestaltet, um nach vorne gerichtete
Streulichtstrahlen mit kleinem Winkel, die mit Winkeln zwischen
1° und 5° bezüglich der
optischen Achse nach vorne gestreut werden, und nach vorne gerichtete
Streulichtstrahlen mit großem
Winkel zu erfassen, die mit Winkeln zwischen 6° und 20° bezüglich der optischen Achse nach
vorne gestreut werden.
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Die
nach vorne gerichteten Streulichtstrahlen mit kleinem Winkel reflektieren
die Größe von einer
Zelle, wohingegen die nach vorne gerichteten Streulichtstrahlen
mit großem
Winkel die innenseitige Struktur der Zelle reflektieren. Daher kann
die Klassifizierung und Quantifizierung von Zellen durch Analysieren
von Signalen realisiert werden, die diese beiden Typen von Streulichtstrahlen
angeben.
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In
den in 4 und 5 gezeigten Fotodioden ist
die runde Lichterfassungsfläche
C, die in der Mitte davon angeordnet ist, dazu ausgestaltet, um
nach vorne gerichtete Streulichtstrahlen mit kleinem Winkel zu erfassen,
und die anderen Lichterfassungsflächen sind dazu ausgestaltet,
um die nach vorne gerichteten Streulichtstrahlen mit großem Winkel
zu erfassen. Die Lichterfassungsflächen B, D und E, die in 4 gezeigt sind, werden ebenfalls
für die
Positionseinstellung von optischen Systemkomponenten verwendet,
wie später
beschrieben wird. Es ist ebenfalls möglich, nach vorne gerichtete
Streulichtstrahlen mit großem
Winkel durch Kombination der Lichterfassungsflächen A, B, D und E oder durch
die Kombination der gegenüberliegenden Flächen A und
E oder B und D zu erfassen. Die Lichterfassungsfläche C hat
beispielsweise einen Durchmesser von 1,5 mm. Die Lichterfassungsflächen A und
E sind jeweils beispielsweise in einer halbkreisförmigen Gestalt
geformt und haben einen Durchmesser von etwa 6 mm.
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Die
Fotodiode 26 ist in einer Metalldose aufgenommen und hat
mehrere Ausgangsanschlüsse,
die an der Seite gegenüberliegend
zu den Lichterfassungsflächen
vorgesehen sind, um elektrische Impulssignale auszugeben, die die
Intensitäten
der Streulichtstrahlen angeben, die durch die Lichterfassungsflächen erfasst werden.
Die Fotodiode 26 hat einen Durchmesser von etwa 15 mm,
was etwa ein Fünfzehntel
von dem einer Fotomultipliziererröhre ist.
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Die
Ausgangsanschlüsse
sind mit einem Signalprozessor (nicht gezeigt) verbunden, der einen
Mikrocomputer verwendet. Der Signalprozessor beinhaltet im wesentlichen
eine Verstärkerschaltung,
eine Spitzenwerterfassungsschaltung, eine A/D-Wandler-Schaltung
und den Mikrocomputer. Der Mikrocomputer enthält eine CPU, ein ROM, ein RAM,
eine I/O-Steuerung sowie einen Zeitgeber und ist mit Eingabevorrichtungen, wie
zum Beispiel eine Tastatur und eine Maus, einer Anzeigevorrichtung,
wie zum Beispiel LCD oder ein CRT, und einem Drucker verbunden,
falls erforderlich.
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Elektrische
Impulssignale beinhalten zwei Typen von Signalen, die die Intensitäten von
nach vorne gerichtetem Streulicht mit kleinem Winkel und nach vorne
gerichtetem Streulicht mit großem
Winkel angeben, und werden jedesmal dann ausgegeben, wenn eine Zelle
durch einen mit Licht beschienenen Bereich der Strömungszelle 24 strömt.
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Beim
Empfangen solcher elektrischen Impulssignale berechnet der Signalprozessor
Spitzenwerte, Impulsbreiten und Impulswellenformgebiete der Impulssignale,
leitet dann daraus die für
die Zytoanalyse erforderlichen Daten ab und klassifiziert und zählt die
Zellen.
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Aus
dem Vorstehendem kann verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung
eine Laserdiode als die Lichtquelle und eine Fotodiode als die Lichterfassungsvorrichtung
verwendet, wodurch ein kompakter und preiswerter Zytoanalysator
realisiert werden kann. Beispielsweise kann die Größe von dem
Lichtquellenbereich, der eine Laserdiode verwendet, auf weniger
als ein Zehntel der Größe vermindert
werden, die ein herkömmlicher
Argonionenlaser benötigt.
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Außerdem verwendet
die vorliegende Erfindung als die Lichterfassungsvorrichtung eine
einzelne Fotodiode mit einer Vielzahl von separaten Lichterfassungsflächen, die
dazu ausgestaltet sind, um separat zwei Typen von nach vorne gerichteten
Streulichtstrahlen mit relativ hohen Intensitäten zu erfassen. Daher können die
optischen Systemkomponenten, die von der Lichtquelle zu der Lichterfassungsvorrichtung
reichen, in einer Linie auf der optischen Achse angeordnet sein.
Durch eine solche Anordnung wird die Größe des Zytoanalysators vermindert.
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Da
die vorliegende Erfindung kein seitliches Streulicht verwendet,
das bei einem herkömmlichen
Zytoanalysator verwendet wird, besteht keine Notwendigkeit, eine
Kollektorlinse, ein Stiftloch, Filter und eine Lichterfassungsvorrichtung
zum Messen des seitlichen Streulichts in dem Zytoanalysator der
vorliegenden Erfindung vorzusehen. Daher können die Größe und die Kosten des Zytoanalysators
im Vergleich zu einem herkömmlichen
Zytoanalysator vermindert werden. Außerdem hat der Zytoanalysator
der vorliegenden Erfindung eine verminderte Anzahl von optischen
Sytemkomponenten, so dass die Einstellungen der optischen Achse und
andere Wartungsvorgänge
erleichtert werden können.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet keine Lichtblockiervorrichtung mit
Schlitzen, um zwei verschiedene Winkelbereiche für die Erfassung von zwei Typen
von nach vorne gerichteten Streulichtstrahlen zu definieren. Statt
dessen sind die Streuwinkelbereiche durch die Formen von separaten
Lichterfassungsflächen
definiert, die in der Fotodiode vorgesehen sind. Dies verhindert
schwierige Einstellungen, wie zum Beispiel das Positionieren der
Lichtblockiervorrichtung, wodurch die Wartung des Zytoanalysators
erleichtert wird.
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Als
nächstes
wird ein beispielhaftes Verfahren zum Klassifizieren von Leukozyten
unter Verwendung des Zytoanalysators der vorliegenden Erfindung
beschrieben.
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Einer
Blutprobe, die mit einem Reagenten behandelt ist, wird es ermöglicht,
durch die Strömungszelle 24 zu
strömen,
und Zellen in einem feinen Strom der Blutprobe, die durch die Strömungszelle 24 strömen, werden
einem Laserstrahl ausgesetzt, der von der Laserdiode 21 emittiert
wird.
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Ein
beispielhafter Reagent, der vorzugsweise für die Analyse von Leukozyten
verwendet wird, hat die folgende Zusammensetzung:
Ionischer
Surfactant | 100–500 mg/l |
Magnesium
8-Anilino-1-Naphtalensulphonat (organische Zusammensetzung) | 2
g/l |
BC3
0TX (nichtiononischer Surfactant, der von Nikko Chemicals Co., Ltd.
bezogen werden kann) | 1
g/l |
HEPES | 10
mM |
Methylalkohol | 100
ml/l |
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PH
ist auf 7,0 eingestellt, und zwar durch Zufügung einer geeigneten Menge
von NaOH.
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Hier
wird als ionischer Surfactant Decyltrimethylammoniumbromid in einer
Menge von 750 ml/l, Lauryltrimethylammoniumchlorid in einer Menge
von 500 mg/l, Myristyltrimethylammoniumbromid in einer Menge von
500 mg/l oder Cetyltrimethylammoniumchlorid in einer Menge von 100
mg/l verwendet.
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Nach
vorne gerichtetes Streulicht mit kleinem Winkel und nach vorne gerichtetes
Streulicht mit großem Winkel
wird 30 Sekunden ab dem Zeitpunkt gemessen, nachdem eine Mischung
aus 30 ml von einer Blutprobe und 1 ml des obigen Reagenten der
Strömungszelle 24 zugeführt ist.
Da lediglich das nach vorne gerichtete Streulicht mit kleinem Winkel
und das nach vorne gerichtete Streulicht mit großem Winkel für die Zytoanalyse erfasst
werden, besteht kein Erfordernis, Leukozyten mit einem herkömmlicherweise
verwendeten Reagenten für
die Erfassung der Fluoreszenz einzufärben.
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Insbesondere
wird ein Laserstrahl durch die Leukozyten gestreut, die durch die
Strömungszelle 24 strömen, und
zwei Typen von nach vorne gerichteten Streulichtstrahlen werden
durch die Fotodiode 26 erfasst.
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Die
Intensitäten
der gestreuten Lichtstrahlen, die so erfasst werden, werden an den
Signalprozessor ausgegeben, der wiederum Spitzenwerte, Impulswellenformgebiete
und ähnliches
von Impulssignalen berechnet, die die Lichtintensitäten angeben.
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Basierend
auf den so berechneten Werten wird ein Streudiagramm vorbereitet,
wie es durch die nach vorne gerichtete Streuintensität für kleine
Winkel und die nach vorne gerichtete Streuintensität für große Winkel dargestellt
ist. Da die Beziehung zwischen der nach vorne gerichteten Streuintensität für kleine
Winkel und der nach vorne gerichteten Streuintensität für große Winkel
abhängig
von den Leukozytenunterklassen variiert (oder Punkte der nach vorne
gerichteten Streulichtintensität
für kleine
Winkel über
der nach vorne gerichteten Streulichtintensität für große Winkel erscheinen in verschiedenen
Gebieten in dem Streudiagramm, abhängig von den Leukozytenunterklassen),
können
Leukozyten auf Basis des Streudiagramms klassifiziert werden. 6 und 7 sind Beispiele von Streudiagrammen,
die erhalten werden, wenn Leukozyten durch Verwendung des oben genannten
Reagenten in dem Zytoanalysator der vorliegenden Erfindung klassifiziert
werden. 6 ist ein schematisches
Streudiagramm, und 7 ist
ein Streudiagramm, das auf der Basis von Rohdaten vorbereitet ist.
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Die
nach vorne gerichtete Streulichtintensität für große Winkel und die nach vorne
gerichtete Streuintensität
für kleine
Winkel werden als die Abszisse bzw. die Ordinate gedruckt.
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Wie
gezeigt, sind die Leukozyten in vier Unterklassen klassifiziert,
d. h. Lymphozyten (L), Monozyten (M), Granulozyten (G), die keine
Acidozyten sind, und Acidozyten (E).
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Daher
können
die Leukozyten zu einem Zeitpunkt in diese vier Unterklassen klassifiziert
werden, und zwar unter Verwendung des Zytoanalysators und des oben
genannten Reagenten gemäß der vorliegenden
Erfindung, ohne dass es erforderlich ist, die Leukozyten einzufärben.
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Es
ist andererseits möglich,
die Leukozyten in fünf
Unterklassen zu klassifizieren, und zwar durch Analysieren der gleichen
Blutprobe, die mit einem anderen Reagenten behandelt ist, was die
Identifizierung auf basophil ermöglicht,
und Untersuchen dieser Analyseergebnisse zusammen mit den oben genannten
Analyseergebnissen.
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Als
nächstes
wird ein Verfahren zum Einstellen der optischen Systemkomponenten
des Zytoanalysator gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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Die
Einstellung der optischen Systemkomponenten wird durch Verwendung
der Fotodiode erreicht, die eine Konfiguration hat, wie in 4 gezeigt. Die optische
Achse und die Position des Strahl-Stoppers werden jeweils durch
Messen der Ausgangsdifferenzen der Lichtintensitäten eingestellt, die durch
die fünf
separaten Lichterfassungsflächen
der Fotodiode erfasst werden.
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8 zeigt ein beispielhaftes
Verfahren zum Einstellen der optischen Achse.
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8(a) ist eine schematische
Darstellung, die die fünf
separaten Lichterfassungsflächen
A bis E der in 4 gezeigten
Fotodiode 26 darstellt.
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Vor
dem Beginn der Einstellung der optischen Achse wird der in 2 gezeigte Strahl-Stopper 27 entfernt.
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8(b) zeigt eine Laserstrahlprojektion,
wenn die optische Achse korrekt eingestellt ist. Wenn der Strahl-Stopper 27 entfernt
ist, wird der Laserstrahl in einer elliptischen Form auf die Lichterfassungsflächen der Fotodiode
projiziert. Zu diesem Zeitpunkt sind die Laserintensitäten auf
den Lichterfassungsflächen
B und D, die in einer horizontalen symmetrischen Relation in der
Fotodiode angeordnet sind, zueinander gleich, und auf ähnliche
Weise sind die Laserintensitäten
auf den Lichterfassungsflächen
A und E, die in einer vertikalen symmetrischen Relation angeordnet
sind, zueinander gleich. Die Intensität des Laserstrahls, der durch
die zentrale Lichterfassungsfläche
C erfasst wird, nimmt den maximalen Wert (Cm) an. Wenn die optische
Achse versetzt ist, kann die Versatzrichtung durch Messen der Differenzen
zwischen den Laserintensitäten
auf den Lichterfassungsflächen
A und E und zwischen jenen auf den Lichterfassungsflächen B und
D bestimmt werden.
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8(c) und 8(f) zeigen eine Laserstrahlprojektion,
wenn die optische Achse versetzt ist.
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Wenn
die optische Achse beispielsweise nach oben versetzt ist, wie in 8(c) gezeigt, sind die Laserintensitäten an den
Lichterfassungsflächen
B und D zueinander gleich, während
die Laserintensität
an der Lichterfassungsfläche
A größer ist
als die an der Lichterfassungsfläche
E.
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Wenn
die optische Achse manuell eingestellt werden soll, wird es dem
Signalprozessor (nicht gezeigt), der mit der Fotodiode verbunden
ist, ermöglicht,
die Laserintensitäten
zu messen und die Werte der Laserintensitäten an den zugehörigen Lichterfassungsflächen, eine
Ausgangsdifferenz zwischen den Laserintensitäten an den Lichterfassungsflächen A und
E und eine Ausgangsdifferenz zwischen den Laserintensitäten an den
Lichterfassungsflächen
B und D zu berechnen. Dann bewirkt der Signalprozessor, dass die
Anzeigevorrichtung die Berechnungsergebnisse oder schematischen
Grafiken anzeigt, die den Versatzzustand der Laserstrahlprojektion
darstellen, wie in 8(b) bis 8(f) gezeigt.
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Ein
Bediener stellt die Position von jeder optischen Systemkomponente
manuell ein, während
er die Anzeige betrachtet, wie zum Beispiel die Optiken, um die
optische Achse in den in 8(b) gezeigten
Zustand nach unten zu bewegen.
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Daher
kann der Bediener die manuelle Einstellung der optischen Achse durchführen, während der
aktuelle Einstellzustand überprüft wird,
der auf der Anzeigevorrichtung auf einer Echtzeitbasis dargestellt
wird. Wie zu sehen ist, wird die optische Einstellung einfacher
erreicht, als wenn sie durch visuelle Beobachtung durchgeführt wird.
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Da
als ein Kriterium ein objektiverer Faktor der Lichtintensitätsdifferenz
verwendet wird, kann eine genauere Einstellung der optischen Achse
realisiert werden. Die erfolgreiche Durchführung der Einstellung kann vorzugsweise
durch ein Geräusch
oder eine Anzeigefarbe angezeigt werden.
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Wenn
die optische Achse nach unten versetzt ist, wie in 8(d) gezeigt, ist die Ausgangsdifferenz (A – E) zwischen
den Laserintensitäten
an den Lichterfassungsflächen
A und E ein negativer Wert.
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Wenn
die optische Achse nach links versetzt ist, wie in 8(e) gezeigt, dann ist die Ausgangsdifferenz
(B – D) zwischen
den Laserintensitäten
an den Lichterfassungsflächen
B und D ein positiver Wert.
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Wenn
die optische Achse nach rechts versetzt ist, wie in 8(f) gezeigt, dann ist die Ausgangsdifferenz
(B – D)
ein negativer Wert.
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In
diesen Fällen
wird die Einstellung der optischen Achse im wesentlichen in der
gleichen Weise durchgeführt,
wie vorstehend beschrieben wurde.
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9 zeigt ein beispielhaftes
Verfahren zur Einstellung der Position des Strahl-Stoppers.
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Da
der Strahlstopper 27 eine in vertikaler Richtung längliche
Platte ist, wird ein mittlerer Bereich von einem Laserstrahl durch
den Strahl-Stopper 27 blockiert, und die Fotodiode 26 erfasst
zwei separate Seitenbereiche des Laserstrahls, der darauf projiziert
wird, wie in 9 gezeigt.
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Wenn
der Strahl-Stopper 27 korrekt in einer mittleren Position
angeordnet ist, wie in 9(a) gezeigt, dann
sind die Laserintensitätsausgabedifferenzen
A – E
= 0 und B – D
= 0, und die Ausgabe der Lichtintensität an dem mittleren Bereich
nimmt den minimalen Wert an (Cmin).
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Wenn
der Strahl-Stopper 27 bezüglich der mittleren Position
nach links versetzt ist, wie in 9(b) gezeigt,
dann sind die Laserintensitätsausgangsdifferenzen
A – E
= 0 und B – D < 0.
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Wenn
der Strahl-Stopper 27 bezüglich der mittleren Position
nach rechts versetzt ist, wie in 9(c) gezeigt,
dann sind die Laserintensitätsausgangsdifferenzen
A – E
= 0 und B – D > 0.
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Daher
ist die Position des Strahl-Stoppers 27 so eingestellt,
dass die Ausgangsdifferenz (B – D)
zwischen den Laserintensitäten
an den Lichterfassungsflächen
B und D den Wert Null annehmen. Durch Betrachten der Darstellung
auf der Anzeigevorrichtung zum Überprüfen des
aktuellen Einstellzustands kann die manuelle Einstellung des Strahl-Stoppers 27 in
im wesentlichen der gleichen Weise einfach durchgeführt werden wie
die oben genannte Einstellung der optischen Achse. Da ein objektiverer
Faktor der Laserintensität
als ein Kriterium für
die Positionseinstellung des Strahl-Stoppers 27 verwendet
wird, wie bei der Einstellung der optischen Achse, kann die Position
des Strahl-Stoppers 27 genauer eingestellt werden.
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Die
Intensität
des gestreuten Lichts, das durch die Fotodiode erfasst wird, wird
als ein elektrisches Signal ausgegeben. Wenn daher der Zytoanalysator
der vorliegenden Erfindung außerdem
einen Mechanismus zur Einstellung der Positionen der optischen Systemkomponenten
und des Strahl-Stoppers
sowie eine elektrische Antriebsvorrichtung für die Betätigung des Positionseinstellmechanismus
aufweist, kann eine automatische Positionseinstellung der optischen
Achse und des Strahl-Stoppers realisiert werden.
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Insbesondere
werden die optische Achse und der Strahl-Stopper automatisch eingestellt, und
zwar durch eine Rückführsteuerung
durch Steuerung der Antriebsvorrichtung, so dass die Laserintensitätsdifferenz zwischen
geeigneten Lichterfassungsflächen,
die durch den Signalprozessor gemessen werden, den Wert Null annimmt.
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Wie
beschrieben wurde, verwendet die vorliegende Erfindung eine Licht
emittierende Halbleitereinrichtung zum Emittieren eines Laserstrahls
und eine Licht erfassende Halbleitereinrichtung mit zumindest zwei Fotomessbereichen
zum Erfassen von zwei Typen von nach vorne gerichteten Streulichtstrahlen,
wodurch ein kompakter und preiswerter Zytoanalysator zur Verfügung gestellt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet für die Analyse der Leukozyten
Impulssignale, die die beiden Typen von nach vorne gerichteten Streulichtstrahlen
angeben, die durch Leukozyten in einem feinem Strom gestreut werden.
Daher kann ein kompakter und preiswerter Zytoanalysator realisiert
werden.
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Da
der Zytoanalysator der vorliegenden Erfindung dazu ausgestaltet
ist, um Ausgangsdifferenzen zwischen Lichtintensitäten zu messen,
die durch drei Typen von Fotomessbereichen der Licht erfassenden
Halbleitereinrichtung erfasst werden, und um die Messresultate in
einer vorbestimmten Weise anzuzeigen, können die optische Achse und
die Position von einem Strahl-Stopper einfach und genau eingestellt
werden.