JP2002538459A - 自動振幅位相平衡構成要素を有する絶縁ブリッジ回路を使用するｄｃ／ｒｆ血球検出器 - Google Patents
自動振幅位相平衡構成要素を有する絶縁ブリッジ回路を使用するｄｃ／ｒｆ血球検出器Info
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-
- G—PHYSICS
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- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
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Abstract
(57)【要約】
差動ＤＣ／ＲＦブリッジ構成フローセル粒子検出器はフローセル自体と、フローセルの調整式回路モデルとの両方を含んでおり、これらは出力増幅回路を通して差動的に結合され、正確な粒子検出測定を行うブリッジの能力を損ないうる信号劣化の発生源から直流電気的に絶縁されている。差動増幅器の出力はＤＣ／ＲＦ弁別器と関連する下流処理回路とに結合される。線形光学絶縁と自己電源形構成によって、本発明の修正ホイートストーン・ブリッジ検出器は事実上「フローティング」ブリッジとなり、フロントエンド信号検出回路を直流電気的に絶縁する。調整式回路モデルはフローセルの非線形挙動の振幅及び位相の変化を自動的に追従し、それによってブリッジがフローセル中の変化の影響を受けないようにする。
Description
【０００１】 〔技術的分野〕 本発明は、これに制限されないが、血液分析器に供給されるキャリア流体中に
含まれる粒子（たとえば血球）の検出等の、一般に物体のパラメータの電気測定
を行うために使用されるタイプの検出器に関する。本発明は特に、物体、特に非
線形特性を有する物体の挙動をモデル化し、測定されるパラメータ以外の条件の
（非線形）変化を補償する自動振幅位相平衡回路を有する新しい改良型ＤＣ／Ｒ
Ｆブリッジ構成物体パラメータ検出器に関する。 〔背景技術〕 疾病の診断及び治療に付属して、医療産業は一般に、図１に図示されるような
様々なタイプの粒子フロー・システムを利用して、患者の体液中の粒子または細
胞（例えば、血球）を分析している。このため、血液試料保持チャンバ３に保存
された遠心分離血液試料の粒子／細胞２を含むキャリア流体（例えば、食塩水）
の流れ１は、流れチャネル４に沿ってフローセル６の制限フローセル「測定」開
口５を通り、受けチャンバ７に導かれる。フローセル測定開口５は、粒子がフロ
ーセルを通過する際一度に１つずつ数えられるような寸法と構成であり、１対の
電極８及び９を含み、それに各粒子の寸法または容積を測定するＤＣ電界と、フ
ローセル開口５を通過する各粒子の密度を測定するＲＦ（無線周波数）界とが印
加される。
含まれる粒子（たとえば血球）の検出等の、一般に物体のパラメータの電気測定
を行うために使用されるタイプの検出器に関する。本発明は特に、物体、特に非
線形特性を有する物体の挙動をモデル化し、測定されるパラメータ以外の条件の
（非線形）変化を補償する自動振幅位相平衡回路を有する新しい改良型ＤＣ／Ｒ
Ｆブリッジ構成物体パラメータ検出器に関する。 〔背景技術〕 疾病の診断及び治療に付属して、医療産業は一般に、図１に図示されるような
様々なタイプの粒子フロー・システムを利用して、患者の体液中の粒子または細
胞（例えば、血球）を分析している。このため、血液試料保持チャンバ３に保存
された遠心分離血液試料の粒子／細胞２を含むキャリア流体（例えば、食塩水）
の流れ１は、流れチャネル４に沿ってフローセル６の制限フローセル「測定」開
口５を通り、受けチャンバ７に導かれる。フローセル測定開口５は、粒子がフロ
ーセルを通過する際一度に１つずつ数えられるような寸法と構成であり、１対の
電極８及び９を含み、それに各粒子の寸法または容積を測定するＤＣ電界と、フ
ローセル開口５を通過する各粒子の密度を測定するＲＦ（無線周波数）界とが印
加される。
【０００２】 すなわち、フローセル測定開口５の寸法は「定常状態」フローセル特性インピ
ーダンスＲaを規定するが、これは対象周波数での単一のキャパシタンスとリア
クタンス値によって表される。粒子がフローセル測定開口５を通過する際、粒子
はその寸法または容積に比例してフローセルの抵抗の変化をもたらす。開口抵抗
のこの変化は電極８及び９のＤＣ電圧パルスとして反映され、直接測定される。
ーダンスＲaを規定するが、これは対象周波数での単一のキャパシタンスとリア
クタンス値によって表される。粒子がフローセル測定開口５を通過する際、粒子
はその寸法または容積に比例してフローセルの抵抗の変化をもたらす。開口抵抗
のこの変化は電極８及び９のＤＣ電圧パルスとして反映され、直接測定される。
【０００３】 さらに、血球または粒子の密度または不透明度はフローセル開口のリアクタン
スの変化として反映され、従来電極８及び９を関連するＲＦ発振−検出回路１０
の共振（ＬＣタンク）回路に並列に結合することによって測定されてきた。この
フローセルのリアクタンスの変化によってＲＦ発振器の動作に対応する変化が発
生し、ＲＦパルス検出／復調器によって測定することができる。こうした従来の
発振器によるフローセルＲＦ検出回路を詳細に記述した米国特許文献の非制限的
な例として、コールター（Ｃｏｕｌｔｅｒ）他、第３，５０２，９７４号、グロ
ーヴス（Ｇｒｏｖｅｓ）他、第４，２９８，８３６号、グローヴス他、第４，５
２５，６６６号、及びコールター他、第４，７９１，３５５号といった米国特許
に注意が向けられる。
スの変化として反映され、従来電極８及び９を関連するＲＦ発振−検出回路１０
の共振（ＬＣタンク）回路に並列に結合することによって測定されてきた。この
フローセルのリアクタンスの変化によってＲＦ発振器の動作に対応する変化が発
生し、ＲＦパルス検出／復調器によって測定することができる。こうした従来の
発振器によるフローセルＲＦ検出回路を詳細に記述した米国特許文献の非制限的
な例として、コールター（Ｃｏｕｌｔｅｒ）他、第３，５０２，９７４号、グロ
ーヴス（Ｇｒｏｖｅｓ）他、第４，２９８，８３６号、グローヴス他、第４，５
２５，６６６号、及びコールター他、第４，７９１，３５５号といった米国特許
に注意が向けられる。
【０００４】 一般に図１に示されるタイプのＲＦ発振器によるフローセル測定回路は各血球
の寸法と密度の両方の表示を提供するということで有効であるが、改善するには
費用も時間もかかる多数の問題を有している。１つの根本的な欠点は、粒子検出
機構が元来電子管によるＲＦハートレー発振回路として設計され、現在も依然と
してそのように構成されているということである。真空（及びガス充填）電子管
の製造業者の数が減少し続けているため、このことは潜在的に回路の入手可能性
に影響を及ぼしている。
の寸法と密度の両方の表示を提供するということで有効であるが、改善するには
費用も時間もかかる多数の問題を有している。１つの根本的な欠点は、粒子検出
機構が元来電子管によるＲＦハートレー発振回路として設計され、現在も依然と
してそのように構成されているということである。真空（及びガス充填）電子管
の製造業者の数が減少し続けているため、このことは潜在的に回路の入手可能性
に影響を及ぼしている。
【０００５】 さらに、ハートレー発振器中の新しく購入し設置された電子管の有効寿命は予
測できないだけでなく、経験が示すところによれば、ハートレー発振−検出回路
中の大部分の電子管の有効機能は、（たとえ電子管試験器によって電子管が良品
であることが示されても）非常に制限されている。電子管はせいぜい３〜９ヶ月
のある期間持つことしか期待できず、通常フローセル毎に年２回程度の修理／保
守サービスの呼び出しを必要とする。 〔発明の概要〕 本発明によれば、リアクタンスの変化に基づくＲＦ発振器によって構成された
検出器を使用して粒子／細胞密度を測定するのではなく、細胞容積と内部細胞伝
導率の両方がＤＣ／ＲＦ励起ブリッジ検出器によって測定される。本発明のブリ
ッジ検出器は、一般にホイートストーン・ブリッジで利用されるタイプの回路構
成を有し、信号劣化発生源からの直流電気的絶縁のために光アイソレータを使用
するが、これを使用しない場合には、こうした信号劣化が正確な粒子検出測定を
行うブリッジの能力を大きく低下させることがある。
測できないだけでなく、経験が示すところによれば、ハートレー発振−検出回路
中の大部分の電子管の有効機能は、（たとえ電子管試験器によって電子管が良品
であることが示されても）非常に制限されている。電子管はせいぜい３〜９ヶ月
のある期間持つことしか期待できず、通常フローセル毎に年２回程度の修理／保
守サービスの呼び出しを必要とする。 〔発明の概要〕 本発明によれば、リアクタンスの変化に基づくＲＦ発振器によって構成された
検出器を使用して粒子／細胞密度を測定するのではなく、細胞容積と内部細胞伝
導率の両方がＤＣ／ＲＦ励起ブリッジ検出器によって測定される。本発明のブリ
ッジ検出器は、一般にホイートストーン・ブリッジで利用されるタイプの回路構
成を有し、信号劣化発生源からの直流電気的絶縁のために光アイソレータを使用
するが、これを使用しない場合には、こうした信号劣化が正確な粒子検出測定を
行うブリッジの能力を大きく低下させることがある。
【０００６】 従来のホイートストーン・ブリッジと同様、本発明のＤＣ／ＲＦ駆動ブリッジ
には第１電圧分割分岐が含まれ、そこに監視される物体（例えば、フローセル）
が設置される。ブリッジの第１分岐にはまた、ブリッジ励起端子間に直列回路で
接続される線形インピーダンス要素が含まれ、該ブリッジ励起端子には、（数１
０ＭＨｚ程度の）高周波電圧とＤＣ励起電圧が印加される。またフローセルと励
起端子の１つには、（抵抗−コンデンサネットワークのような）自動振幅位相平
衡、非線形ネットワークが結合される。
には第１電圧分割分岐が含まれ、そこに監視される物体（例えば、フローセル）
が設置される。ブリッジの第１分岐にはまた、ブリッジ励起端子間に直列回路で
接続される線形インピーダンス要素が含まれ、該ブリッジ励起端子には、（数１
０ＭＨｚ程度の）高周波電圧とＤＣ励起電圧が印加される。またフローセルと励
起端子の１つには、（抵抗−コンデンサネットワークのような）自動振幅位相平
衡、非線形ネットワークが結合される。
【０００７】 本発明のＤＣ／ＲＦ励起ブリッジ検出器はまた、実際のフローセルを模倣した
フローセル回路モデルを含む第２電圧分割分岐を有し、ブリッジ励起端子間に直
列回路で接続される別の線形インピーダンス要素を有する。フローセル回路モデ
ルは自動振幅位相平衡回路の役目を果たし、高周波電圧端子とブリッジ出力ノー
ドとの間の回路に結合される可変コンデンサと線形抵抗等で、これに制限されな
い調整可能な非線形ネットワークを備えている。本発明のＤＣ／ＲＦブリッジの
線形抵抗要素は結合増幅回路に関連する２次ラプラシアン効果をほぼ除去する。
各結合増幅回路の入力キャパシタンスは、線形抵抗と共に、関連する結合増幅器
の抵抗と入力キャパシタンスとの値によって規定される遮断周波数を有する１次
フィルタを形成する。
フローセル回路モデルを含む第２電圧分割分岐を有し、ブリッジ励起端子間に直
列回路で接続される別の線形インピーダンス要素を有する。フローセル回路モデ
ルは自動振幅位相平衡回路の役目を果たし、高周波電圧端子とブリッジ出力ノー
ドとの間の回路に結合される可変コンデンサと線形抵抗等で、これに制限されな
い調整可能な非線形ネットワークを備えている。本発明のＤＣ／ＲＦブリッジの
線形抵抗要素は結合増幅回路に関連する２次ラプラシアン効果をほぼ除去する。
各結合増幅回路の入力キャパシタンスは、線形抵抗と共に、関連する結合増幅器
の抵抗と入力キャパシタンスとの値によって規定される遮断周波数を有する１次
フィルタを形成する。
【０００８】 第１ブリッジ出力ノードは第１電流利得増幅器に結合され、その出力は差動増
幅器に結合される。差動増幅器は第２電流利得増幅器の出力にも結合され、この
第２電流利得増幅器の入力は第２ブリッジ出力ノードに結合される。この差動増
幅器接続はブリッジの２つの分岐中の不平衡によって発生する残留雑音と共に固
有同相雑音をほぼ打ち消す。差動増幅器の出力はＤＣ／ＲＦ弁別器及び関連する
下流処理回路に結合される。
幅器に結合される。差動増幅器は第２電流利得増幅器の出力にも結合され、この
第２電流利得増幅器の入力は第２ブリッジ出力ノードに結合される。この差動増
幅器接続はブリッジの２つの分岐中の不平衡によって発生する残留雑音と共に固
有同相雑音をほぼ打ち消す。差動増幅器の出力はＤＣ／ＲＦ弁別器及び関連する
下流処理回路に結合される。
【０００９】 光アイソレータ結合とその絶縁自己電源形アーキテクチャによって、本発明の
改良形ホイートストーン・ブリッジ検出器はほぼ「フローティング」ブリッジで
あり、ＲＦ発振器から発生する超高周波雑音成分からフロントエンド信号検出回
路を直流電気的に絶縁する。その結果、下流信号処理回路中のフィルタ帯域幅を
大きく拡大し、事実上検出信号経路中のＲＦ雑音からの干渉なしに、全ての信号
エネルギー密度に対応することができる。
改良形ホイートストーン・ブリッジ検出器はほぼ「フローティング」ブリッジで
あり、ＲＦ発振器から発生する超高周波雑音成分からフロントエンド信号検出回
路を直流電気的に絶縁する。その結果、下流信号処理回路中のフィルタ帯域幅を
大きく拡大し、事実上検出信号経路中のＲＦ雑音からの干渉なしに、全ての信号
エネルギー密度に対応することができる。
【００１０】 標準ホイートストーン・ブリッジ・ネットワークの根本的な欠点は、信号品質
の劣化と、フローセル中のＲＦパルス検出のような超高周波検出スキームを含む
場合信号が完全に失われることである。この信号劣化は主として相互接続構成要
素中に寄生する抵抗とリアクタンスとによる。適切に機能するＲＦ前置増幅器の
場合、ブリッジに固有の寄生リアクタンスはほぼ打ち消さなければならない。こ
れは本発明では市販の高雑音阻止構成要素を使用してほぼ達成されるが、これは
、ブリッジ構成要素による容量性リアクタンスを事実上除去し、ブリッジが結合
回路の寄生キャパシタンスによる信号負荷に事実上影響されないようにする、裸
のＩＣダイ（半導体チップ）を使用するフリップチップ技術で寄生最小化を可能
にするものである。
の劣化と、フローセル中のＲＦパルス検出のような超高周波検出スキームを含む
場合信号が完全に失われることである。この信号劣化は主として相互接続構成要
素中に寄生する抵抗とリアクタンスとによる。適切に機能するＲＦ前置増幅器の
場合、ブリッジに固有の寄生リアクタンスはほぼ打ち消さなければならない。こ
れは本発明では市販の高雑音阻止構成要素を使用してほぼ達成されるが、これは
、ブリッジ構成要素による容量性リアクタンスを事実上除去し、ブリッジが結合
回路の寄生キャパシタンスによる信号負荷に事実上影響されないようにする、裸
のＩＣダイ（半導体チップ）を使用するフリップチップ技術で寄生最小化を可能
にするものである。
【００１１】 「フローティング」ネットワークとフリップチップ実装を使用することに加え
て、ブリッジの自動振幅位相平衡回路は、非線形の（抵抗性及び容量性両方の）
特性を有し、測定開口を通る流体の温度と伝導率による連続インピーダンス変化
の影響を受けやすいフローセルの挙動変化に追従する役目を果たす。この振幅位
相平衡回路は環境条件に応じたフローセルの挙動を反映してその抵抗性及び容量
性要素を自動的に「チューニング」し、ネットワークによって発生する同相雑音
を最小化すると共に信号対雑音比を最適化する。この自動位相振幅調整によって
、ブリッジはフローセル負荷耐性と環境によって変化するインピーダンスに事実
上影響されなくなる。 〔好適実施形態の詳細な説明〕 上記で簡単に説明されたように、本発明によれば、細胞容積と内部細胞伝導率
の両方が、直流電気的絶縁ホイートストーン・ブリッジ構成ＤＣ／ＲＦ検出器に
よって容易に測定される。本発明のブリッジによる粒子検出器が、環境と回路自
体の構成要素の両方からの大きな雑音入力の存在下で高感度細胞測定を行うこと
ができる方法を完全に真価を理解するためには、まず従来のホイートストーン・
ブリッジの基本回路構成と動作を概観することが有用である。
て、ブリッジの自動振幅位相平衡回路は、非線形の（抵抗性及び容量性両方の）
特性を有し、測定開口を通る流体の温度と伝導率による連続インピーダンス変化
の影響を受けやすいフローセルの挙動変化に追従する役目を果たす。この振幅位
相平衡回路は環境条件に応じたフローセルの挙動を反映してその抵抗性及び容量
性要素を自動的に「チューニング」し、ネットワークによって発生する同相雑音
を最小化すると共に信号対雑音比を最適化する。この自動位相振幅調整によって
、ブリッジはフローセル負荷耐性と環境によって変化するインピーダンスに事実
上影響されなくなる。 〔好適実施形態の詳細な説明〕 上記で簡単に説明されたように、本発明によれば、細胞容積と内部細胞伝導率
の両方が、直流電気的絶縁ホイートストーン・ブリッジ構成ＤＣ／ＲＦ検出器に
よって容易に測定される。本発明のブリッジによる粒子検出器が、環境と回路自
体の構成要素の両方からの大きな雑音入力の存在下で高感度細胞測定を行うこと
ができる方法を完全に真価を理解するためには、まず従来のホイートストーン・
ブリッジの基本回路構成と動作を概観することが有用である。
【００１２】 ホイートストーン・ブリッジの基本回路構成は、図２に図示されているように
、ブリッジ励起端子１３及び１４の間に直列に接続された１対の回路（インピー
ダンス）要素１１及び１２を含む第１電圧分割分岐１９と、端子１３及び１４の
間に接続された１対のインピーダンス要素２１及び２２を含む第２電圧分割分岐
２０とを備えている。ブリッジを励起するため、ＡＣまたはＤＣ何れかの、電流
または電圧源が端子１３及び１４に印加される。
、ブリッジ励起端子１３及び１４の間に直列に接続された１対の回路（インピー
ダンス）要素１１及び１２を含む第１電圧分割分岐１９と、端子１３及び１４の
間に接続された１対のインピーダンス要素２１及び２２を含む第２電圧分割分岐
２０とを備えている。ブリッジを励起するため、ＡＣまたはＤＣ何れかの、電流
または電圧源が端子１３及び１４に印加される。
【００１３】 ２つの電圧分割分岐１９及び２０は二つの電圧分割ネットワークを形成してお
り、そこでは、インピーダンス要素１１、１２及び２１のような３つの要素が、
通常決った特性値（抵抗）を有する抵抗のような線形回路構成要素として実現さ
れる。残りの（第４）要素２２は、やはり線形要素でありうるが、ネットワーク
によって測定される環境の関数として変化するパラメータを有する。
り、そこでは、インピーダンス要素１１、１２及び２１のような３つの要素が、
通常決った特性値（抵抗）を有する抵抗のような線形回路構成要素として実現さ
れる。残りの（第４）要素２２は、やはり線形要素でありうるが、ネットワーク
によって測定される環境の関数として変化するパラメータを有する。
【００１４】 静的条件では、ホイートストーン・ブリッジは２つの分岐の電気的平衡状態を
維持するよう動作する。すなわち、全ての４つのインピーダンス要素は等しく、
ネットワーク出力端子２５及び２６間の差はゼロである。しかし、可変インピー
ダンス要素の値の変化に比例する電圧または電流何れかの変化によってブリッジ
は電気的平衡状態から外れるが、これはブリッジの出力２５及び２６での非ゼロ
電圧レベルとして検出される。この変化の大きさが、従来の下流結合増幅回路を
使用して計算され処理される。
維持するよう動作する。すなわち、全ての４つのインピーダンス要素は等しく、
ネットワーク出力端子２５及び２６間の差はゼロである。しかし、可変インピー
ダンス要素の値の変化に比例する電圧または電流何れかの変化によってブリッジ
は電気的平衡状態から外れるが、これはブリッジの出力２５及び２６での非ゼロ
電圧レベルとして検出される。この変化の大きさが、従来の下流結合増幅回路を
使用して計算され処理される。
【００１５】 図３は、上記で説明された図２の標準ホイートストーン・ブリッジ回路に基づ
く実現可能なブリッジ・アーキテクチャを図示しているが、これは、上記で説明
された、図１に示される種類の粒子フロー分析システムのフローセル測定開口内
に存在しうる粒子／細胞の検出のため提供するアプローチとして、ＲＦ発振器に
よって励起されるものである。図２のホイートストーン・ブリッジと同様、図３
のＤＣ／ＲＦ駆動ブリッジには、ブリッジ励起端子３３及び３４の間に直列に接
続された等しい値の抵抗のような１対の線形インピーダンス回路要素３１及び３
２を含む第１電圧分割回路分岐３０が含まれる。
く実現可能なブリッジ・アーキテクチャを図示しているが、これは、上記で説明
された、図１に示される種類の粒子フロー分析システムのフローセル測定開口内
に存在しうる粒子／細胞の検出のため提供するアプローチとして、ＲＦ発振器に
よって励起されるものである。図２のホイートストーン・ブリッジと同様、図３
のＤＣ／ＲＦ駆動ブリッジには、ブリッジ励起端子３３及び３４の間に直列に接
続された等しい値の抵抗のような１対の線形インピーダンス回路要素３１及び３
２を含む第１電圧分割回路分岐３０が含まれる。
【００１６】 ブリッジ励起端子３３及び３４は、例えば４０Ｖｐｐの出力電圧を発生する２
０ＭＨｚ正弦発振器といったＲＦ発振器５０に結合される。ＲＦ発振器５０の出
力はまた、整流及びスケーリング回路５２にもインダクティブ（変圧器）結合さ
れるが、これはＲＦ電圧を適切にスケールダウンして絶縁したＤＣ電力をブリッ
ジ自体と、下流信号処理回路とに提供するよう動作する。
０ＭＨｚ正弦発振器といったＲＦ発振器５０に結合される。ＲＦ発振器５０の出
力はまた、整流及びスケーリング回路５２にもインダクティブ（変圧器）結合さ
れるが、これはＲＦ電圧を適切にスケールダウンして絶縁したＤＣ電力をブリッ
ジ自体と、下流信号処理回路とに提供するよう動作する。
【００１７】 ＤＣ／ＲＦブリッジにはさらに、ブリッジ励起端子３３及び３４の間に接続さ
れた第２電圧分割分岐４０が含まれる。第２分岐４０のインピーダンス要素の１
つはフローセル４１であるが、その特性値（インピーダンス）は、フローセルの
測定開口内の粒子、特に血球の存在によって変化することが予期されている。他
のインピーダンス要素４２は、測定開口を通る流体の温度及び伝導率といった環
境の変化に応じたフローセルのインピーダンスの（非線形）変化に追従するフロ
ーセル４１の挙動をモデル化すなわちより正確に近似し、ブリッジを自己調整で
平衡状態に保つよう構成される抵抗−コンデンサ回路ネットワークから構成され
ている。
れた第２電圧分割分岐４０が含まれる。第２分岐４０のインピーダンス要素の１
つはフローセル４１であるが、その特性値（インピーダンス）は、フローセルの
測定開口内の粒子、特に血球の存在によって変化することが予期されている。他
のインピーダンス要素４２は、測定開口を通る流体の温度及び伝導率といった環
境の変化に応じたフローセルのインピーダンスの（非線形）変化に追従するフロ
ーセル４１の挙動をモデル化すなわちより正確に近似し、ブリッジを自己調整で
平衡状態に保つよう構成される抵抗−コンデンサ回路ネットワークから構成され
ている。
【００１８】 この目的で、ブリッジの出力ノード４５及び４６から得られるＲＦ／ＤＣ出力
信号中の位相成分と共にＤＣ成分が閉ループ平衡を維持するために使用される。
以下説明されるように、こうしたＤＣ及びＲＦ成分はそれぞれのしきい値比較器
８４及び８５に戻され、その出力がフローセルの制御プロセッサ９０によって監
視され、ブリッジの不平衡を検出及び調整する。すなわち、フローセルを含む分
岐の回路４１及び４２の間の出力ノード４５と、基準分岐抵抗３１及び３２の間
の出力ノード４６とからのＤＣ／ＲＦ出力パルスはそれぞれ高速バッファ増幅器
６０及び６１に結合され、そこからＤＣ／ＲＦ弁別器６２に伝えられるが、これ
は出力ノード４５、４６で発生する複合信号からＤＣ及びＲＦ成分を分離するよ
う動作する。
信号中の位相成分と共にＤＣ成分が閉ループ平衡を維持するために使用される。
以下説明されるように、こうしたＤＣ及びＲＦ成分はそれぞれのしきい値比較器
８４及び８５に戻され、その出力がフローセルの制御プロセッサ９０によって監
視され、ブリッジの不平衡を検出及び調整する。すなわち、フローセルを含む分
岐の回路４１及び４２の間の出力ノード４５と、基準分岐抵抗３１及び３２の間
の出力ノード４６とからのＤＣ／ＲＦ出力パルスはそれぞれ高速バッファ増幅器
６０及び６１に結合され、そこからＤＣ／ＲＦ弁別器６２に伝えられるが、これ
は出力ノード４５、４６で発生する複合信号からＤＣ及びＲＦ成分を分離するよ
う動作する。
【００１９】 ＲＦ成分は、第１及び第２ＲＦ前置増幅段７２及び７３とカスケード結合され
るＲＦ前置増幅検出器７１から構成されるＲＦ調節回路７０に結合される。第２
ＲＦ前置増幅段７３の出力は、適当なパルスの選別及び分類のため、線形光アイ
ソレータ７４を通して下流ＲＦインタフェース回路（ＤＣ復元、及びピーク検出
回路）に結合される。同様に、ＤＣ成分は、カスケード第１及び第２ＤＣ前置増
幅段８１及び８２から構成されるＤＣ調節回路８０に結合される。第２ＤＣ前置
増幅段８２の出力は線形光アイソレータ８３を通して下流ＤＣインタフェース回
路に結合される。第１ＤＣ前置増幅段８１とＲＦ前置増幅段７２の出力はそれぞ
れしきい値比較器８４及び８５に結合され、その出力はフローセル制御プロセッ
サ９０によって監視され、フローセル自体、ＩＳＯＴＯＮ（登録商標）の伝導率
等による小さなインピーダンス・ドリフトを原因とするもののようなブリッジの
不平衡を検出し調整する。
るＲＦ前置増幅検出器７１から構成されるＲＦ調節回路７０に結合される。第２
ＲＦ前置増幅段７３の出力は、適当なパルスの選別及び分類のため、線形光アイ
ソレータ７４を通して下流ＲＦインタフェース回路（ＤＣ復元、及びピーク検出
回路）に結合される。同様に、ＤＣ成分は、カスケード第１及び第２ＤＣ前置増
幅段８１及び８２から構成されるＤＣ調節回路８０に結合される。第２ＤＣ前置
増幅段８２の出力は線形光アイソレータ８３を通して下流ＤＣインタフェース回
路に結合される。第１ＤＣ前置増幅段８１とＲＦ前置増幅段７２の出力はそれぞ
れしきい値比較器８４及び８５に結合され、その出力はフローセル制御プロセッ
サ９０によって監視され、フローセル自体、ＩＳＯＴＯＮ（登録商標）の伝導率
等による小さなインピーダンス・ドリフトを原因とするもののようなブリッジの
不平衡を検出し調整する。
【００２０】 図３の実現可能なＲＦ／ＤＣブリッジ回路アーキテクチャは上記で参照された
従来のリアクタンスが変化するハートレー発振器の代替案を明らかに提供するが
、本出願人による性能及び回路特性の調査が明らかにしたところでは、これは非
常に「雑音が多く」、正確なフローセル測定を行う商業的に実用になる実施形態
を実現するためには改良する必要がある。
従来のリアクタンスが変化するハートレー発振器の代替案を明らかに提供するが
、本出願人による性能及び回路特性の調査が明らかにしたところでは、これは非
常に「雑音が多く」、正確なフローセル測定を行う商業的に実用になる実施形態
を実現するためには改良する必要がある。
【００２１】 さらに詳しく言うと、調整を必要とする第１の態様には、（通常３ｐＦ〜５ｐ
Ｆ程度の）出力結合バッファの入力インピーダンスが、血球が通過する際のフロ
ーセルのインピーダンスの変化による出力信号に望ましくない信号減衰をすると
いう事実が含まれる。以下さらに詳細に論じられるように、フローセルのインピ
ーダンスは抵抗性及び容量性両方である。このリアクタンスはバッファの入力イ
ンピーダンスと結合し、望ましい信号を実質的に抑圧する２次フィルタの役目を
果たす。
Ｆ程度の）出力結合バッファの入力インピーダンスが、血球が通過する際のフロ
ーセルのインピーダンスの変化による出力信号に望ましくない信号減衰をすると
いう事実が含まれる。以下さらに詳細に論じられるように、フローセルのインピ
ーダンスは抵抗性及び容量性両方である。このリアクタンスはバッファの入力イ
ンピーダンスと結合し、望ましい信号を実質的に抑圧する２次フィルタの役目を
果たす。
【００２２】 第２に、ブリッジ・ネットワーク中の大きな抵抗値は、信号検出を最適化する
ためホイートストーン・ブリッジ・ネットワークで通常使用されるものであるが
、それらのリード線の寄生リアクタンスと共に集中低域通過フィルタの役目を果
たす。ホイートストーン・ブリッジ・ネットワークが通常ネットワークに固有の
寄生抵抗により誤った出力測定値を生じることは常識である。この寄生抵抗は、
温度、伝導率または測定される物体のパラメータの環境中に存在する他の条件に
よっても変化する。最も標準的な適用業務では、測定はＤＣまたはＤＣに近い非
常に低い周波数（例えば、６０Ｈｚ）で行われる。こうした条件下ではブリッジ
の測定誤差は無視できる。
ためホイートストーン・ブリッジ・ネットワークで通常使用されるものであるが
、それらのリード線の寄生リアクタンスと共に集中低域通過フィルタの役目を果
たす。ホイートストーン・ブリッジ・ネットワークが通常ネットワークに固有の
寄生抵抗により誤った出力測定値を生じることは常識である。この寄生抵抗は、
温度、伝導率または測定される物体のパラメータの環境中に存在する他の条件に
よっても変化する。最も標準的な適用業務では、測定はＤＣまたはＤＣに近い非
常に低い周波数（例えば、６０Ｈｚ）で行われる。こうした条件下ではブリッジ
の測定誤差は無視できる。
【００２３】 しかし、（例えば、医療器具で一般的に使用される２０ＭＨｚ以上程度の）非
常に高い周波数では、ブリッジ・ネットワーク固有の（通常１〜３ｐＦ程度の）
寄生キャパシタンスに結合された（例えば、数１０キロオーム程度の）大きな抵
抗値は、ブリッジの性能をさらに劣化させ、測定を予測できない不正確なものに
する。非制限的な例として、３８．５ＫΩの抵抗と１ｐＦ程度の寄生キャパシタ
ンスによって１／２ｐ＊３８．５ＫΩ＊１ｐＦ＝４．１ＭＨｚのロールオフ周波
数が生じるが、これは、図３のブリッジを駆動するために使用される２０ＭＨｚ
励起源のエネルギーを大きく低下させ、ＲＦ測定をほぼ不可能にする。
常に高い周波数では、ブリッジ・ネットワーク固有の（通常１〜３ｐＦ程度の）
寄生キャパシタンスに結合された（例えば、数１０キロオーム程度の）大きな抵
抗値は、ブリッジの性能をさらに劣化させ、測定を予測できない不正確なものに
する。非制限的な例として、３８．５ＫΩの抵抗と１ｐＦ程度の寄生キャパシタ
ンスによって１／２ｐ＊３８．５ＫΩ＊１ｐＦ＝４．１ＭＨｚのロールオフ周波
数が生じるが、これは、図３のブリッジを駆動するために使用される２０ＭＨｚ
励起源のエネルギーを大きく低下させ、ＲＦ測定をほぼ不可能にする。
【００２４】 本発明の実行実施形態を実現する改造に導くＤＣ／ＲＦ駆動ブリッジの性能の
評価をするため、本発明者は通常のフローセルとそのインピーダンス特性の分析
を行った。図４に図示されるスペクトル分析器試験装置を使用して、図１に図示
されたシステムで使用されるタイプのフローセル１００のインピーダンスを周波
数の関数として測定した。図４の試験回路装置の掃引発振器１０１は、スペクト
ル分析器１０３のトラッキング・ジェネレータを使用し、所定の範囲（例えば、
０〜４０ＭＨｚ）にわたって掃引した。フローセル１００と直列に結合された電
圧分割抵抗１０５の負荷の影響は、フローセルと試験装置の寄生リアクタンスの
ため無視できるものである。
評価をするため、本発明者は通常のフローセルとそのインピーダンス特性の分析
を行った。図４に図示されるスペクトル分析器試験装置を使用して、図１に図示
されたシステムで使用されるタイプのフローセル１００のインピーダンスを周波
数の関数として測定した。図４の試験回路装置の掃引発振器１０１は、スペクト
ル分析器１０３のトラッキング・ジェネレータを使用し、所定の範囲（例えば、
０〜４０ＭＨｚ）にわたって掃引した。フローセル１００と直列に結合された電
圧分割抵抗１０５の負荷の影響は、フローセルと試験装置の寄生リアクタンスの
ため無視できるものである。
【００２５】 図５は、図４のフローセル測定試験装置から得られるインピーダンスのグラフ
であり、図６は、数学的（電気的）フローセル・モデルのインピーダンスのグラ
フである。
であり、図６は、数学的（電気的）フローセル・モデルのインピーダンスのグラ
フである。
【００２６】 場の理論を使用して、フローセルはさらに分析され、その近似キャパシタンス
及びリアクタンスが決定された。この分析では、次の条件が想定された。すなわ
ち、１−ＩＳＯＴＲＯＮは導体であり、２−試験周波数（２０ＭＨｚ）の波長は
、通過する粒子の寸法と同程度であるフローセル開口の長さ（Ｌap）及び幅また
は直径（Ｄap）寸法よりかなり大きく、かつ３−フローセルの集中寄生キャパシ
タンスがある。
及びリアクタンスが決定された。この分析では、次の条件が想定された。すなわ
ち、１−ＩＳＯＴＲＯＮは導体であり、２−試験周波数（２０ＭＨｚ）の波長は
、通過する粒子の寸法と同程度であるフローセル開口の長さ（Ｌap）及び幅また
は直径（Ｄap）寸法よりかなり大きく、かつ３−フローセルの集中寄生キャパシ
タンスがある。
【００２７】 図７は、空のフローセル（すなわち、粒子のないフローセル）の静電容量が０
．０５ｐＦ〜０．３ｐＦ（場の理論から得られる値）の間で変化する際の、複素
平面中のその動作点の変化のグラフである。フローセル・インピーダンスの値は
、実際に測定された値とモデル化された値の両方を近似する。こうした測定値と
計算値を使用して、測定開口中の粒子の存在によるフローセルのインピーダンス
の近似「変化」が決定され、図８でグラフ化された。
．０５ｐＦ〜０．３ｐＦ（場の理論から得られる値）の間で変化する際の、複素
平面中のその動作点の変化のグラフである。フローセル・インピーダンスの値は
、実際に測定された値とモデル化された値の両方を近似する。こうした測定値と
計算値を使用して、測定開口中の粒子の存在によるフローセルのインピーダンス
の近似「変化」が決定され、図８でグラフ化された。
【００２８】 図８のインピーダンス変化の図から見られるように、（血球のような）粒子の
存在によるフローセルのインピーダンスの変化はきわめて小さい（１００，００
Ｏ中約１０程度に過ぎない）。従って、容易に明らかになるように、図３のもの
のようなホイートストーン・ブリッジ回路設計は、そのネットワーク中、特にセ
ル密度を測定するため高周波ＲＦ信号を利用するフローセルのような超高周波環
境でのごく微小で複雑な電気的変化をうまく検出することはできない。
存在によるフローセルのインピーダンスの変化はきわめて小さい（１００，００
Ｏ中約１０程度に過ぎない）。従って、容易に明らかになるように、図３のもの
のようなホイートストーン・ブリッジ回路設計は、そのネットワーク中、特にセ
ル密度を測定するため高周波ＲＦ信号を利用するフローセルのような超高周波環
境でのごく微小で複雑な電気的変化をうまく検出することはできない。
【００２９】 従来のホイートストーン・ブリッジ・アプローチのこの欠点は、図９の改良ブ
リッジ・アーキテクチャによって改善されるが、これは本発明による自動振幅位
相平衡回路を有する差動増幅器結合、ＤＣ／ＲＦ励起、ブリッジ構成検出器を示
しており、その出力は、上記で詳細に説明された、図３の下流増幅器及び光アイ
ソレータ構成要素に結合される。
リッジ・アーキテクチャによって改善されるが、これは本発明による自動振幅位
相平衡回路を有する差動増幅器結合、ＤＣ／ＲＦ励起、ブリッジ構成検出器を示
しており、その出力は、上記で詳細に説明された、図３の下流増幅器及び光アイ
ソレータ構成要素に結合される。
【００３０】 以下説明されるように、本発明の自動平衡ブリッジ検出器アーキテクチャは好
適には、ブリッジ構成要素による容量性リアクタンスを事実上除去する裸のＩＣ
ダイを使用するフリップチップ技術を使用して実現され、それによってブリッジ
は結合回路の寄生キャパシタンスによる信号負荷に事実上影響を与えなくなる。
本発明のＤＣ／ＲＦ駆動ブリッジ検出器アーキテクチャは、ブリッジ環境、特に
超高周波環境で普通に存在する非常に大きい同相雑音の存在下で非常に小さく複
雑な電気信号を確実かつネットワーク中に普通に存在する寄生抵抗によって事実
上影響されずに測定するよう動作する。
適には、ブリッジ構成要素による容量性リアクタンスを事実上除去する裸のＩＣ
ダイを使用するフリップチップ技術を使用して実現され、それによってブリッジ
は結合回路の寄生キャパシタンスによる信号負荷に事実上影響を与えなくなる。
本発明のＤＣ／ＲＦ駆動ブリッジ検出器アーキテクチャは、ブリッジ環境、特に
超高周波環境で普通に存在する非常に大きい同相雑音の存在下で非常に小さく複
雑な電気信号を確実かつネットワーク中に普通に存在する寄生抵抗によって事実
上影響されずに測定するよう動作する。
【００３１】 図８のフローセル・インピーダンス変化のグラフに関連して上記で特筆したよ
うに、セルの測定開口内の粒子の存在によるフローセルのインピーダンスの変化
はきわめて小さく、１００μΩ程度に過ぎない。十分に立証されているように、
フローセルの特性インピーダンスはその開口長さＬapと直径Ｄapによって決定さ
れ、直径が最も支配的な要素なので、フローセルの直径の変化（これはフローセ
ルの製造工程での公差に起因する）によってフローセルの動作点（インピーダン
ス）は大きく変化することが明らかである。従って、ＲＦ調節回路中のＲＦ前置
増幅器の十分な性能を維持するには、フローセルの寸法を厳密に管理しなければ
ならないことは明らかであろう。残念ながら、こうした公差の要求は製造工程に
対して大きな負担となり、フローセルの製造を困難かつ費用のかかるものにする
。
うに、セルの測定開口内の粒子の存在によるフローセルのインピーダンスの変化
はきわめて小さく、１００μΩ程度に過ぎない。十分に立証されているように、
フローセルの特性インピーダンスはその開口長さＬapと直径Ｄapによって決定さ
れ、直径が最も支配的な要素なので、フローセルの直径の変化（これはフローセ
ルの製造工程での公差に起因する）によってフローセルの動作点（インピーダン
ス）は大きく変化することが明らかである。従って、ＲＦ調節回路中のＲＦ前置
増幅器の十分な性能を維持するには、フローセルの寸法を厳密に管理しなければ
ならないことは明らかであろう。残念ながら、こうした公差の要求は製造工程に
対して大きな負担となり、フローセルの製造を困難かつ費用のかかるものにする
。
【００３２】 他方、図９の自動振幅位相平衡ブリッジ回路アーキテクチャによって、ＲＦ検
出及び測定は、製造工程で普通に発生するフローセルの寸法変化に事実上影響さ
れなくなる。さらに詳しく言うと、図９のＤＣ／ＲＦブリッジ設計は、＋／−２
０ＭＨｚの電圧が印加される第１及び第２ブリッジ励起端子１２６及び１２８の
間の直列回路に接続されるフローセル１２２と第１線形インピーダンス要素（抵
抗）１２４とを含む第１電圧分割回路分岐１２０を備えている。端子１２６及び
１２８に印加されるピーク・トゥ・ピーク励起電圧は、出力ノード１３５及び１
５５間の信号対雑音比を最適化するのに十分な大きさであるべきである。
出及び測定は、製造工程で普通に発生するフローセルの寸法変化に事実上影響さ
れなくなる。さらに詳しく言うと、図９のＤＣ／ＲＦブリッジ設計は、＋／−２
０ＭＨｚの電圧が印加される第１及び第２ブリッジ励起端子１２６及び１２８の
間の直列回路に接続されるフローセル１２２と第１線形インピーダンス要素（抵
抗）１２４とを含む第１電圧分割回路分岐１２０を備えている。端子１２６及び
１２８に印加されるピーク・トゥ・ピーク励起電圧は、出力ノード１３５及び１
５５間の信号対雑音比を最適化するのに十分な大きさであるべきである。
【００３３】 また、フローセル１２２と＋２０ＭＨｚ端子１２６と結合された回路には、コ
ンデンサ１３３を通じて＋２０ＭＨｚ端子１２７に結合される可変タップを有す
る可変抵抗１３１を備える自動振幅平衡回路１３０がある。可変抵抗１３１の値
は端子１３４に結合される振幅制御信号によって制御される。第１ブリッジ出力
ノード１３５はフローセル１２２と第１線形インピーダンス要素１２４との間の
共通接続に結合される。
ンデンサ１３３を通じて＋２０ＭＨｚ端子１２７に結合される可変タップを有す
る可変抵抗１３１を備える自動振幅平衡回路１３０がある。可変抵抗１３１の値
は端子１３４に結合される振幅制御信号によって制御される。第１ブリッジ出力
ノード１３５はフローセル１２２と第１線形インピーダンス要素１２４との間の
共通接続に結合される。
【００３４】 図９のＤＣ／ＲＦブリッジ設計はさらに、第１及び第２ブリッジ励起端子１２
６及び１２８の間の直列回路に接続されたフローセル回路モデル１４２と第２線
形インピーダンス要素（抵抗）１４４とを含む第２電圧分割回路分岐１４０を備
えている。フローセル回路モデル１４２は、自動位相平衡回路の役目を果たすも
のであり、＋２０ＭＨｚ端子１２６と第２ブリッジ出力ノード１５５との間の回
路に結合される可変コンデンサ１５１と線形抵抗１５３とを備えている。可変コ
ンデンサ１５１の値は端子１５４に接続される位相制御信号によって制御される
。
６及び１２８の間の直列回路に接続されたフローセル回路モデル１４２と第２線
形インピーダンス要素（抵抗）１４４とを含む第２電圧分割回路分岐１４０を備
えている。フローセル回路モデル１４２は、自動位相平衡回路の役目を果たすも
のであり、＋２０ＭＨｚ端子１２６と第２ブリッジ出力ノード１５５との間の回
路に結合される可変コンデンサ１５１と線形抵抗１５３とを備えている。可変コ
ンデンサ１５１の値は端子１５４に接続される位相制御信号によって制御される
。
【００３５】 図９のブリッジ・アーキテクチャの下側に線形要素１２４及び１４４を設置す
ることで、結合回路に関連する２次ラプラシアン効果は事実上除去される。各結
合回路の入力キャパシタンスは線形抵抗（１２４／１４４）と共に、関連する結
合増幅器の抵抗と入力キャパシタンスの値によって決定される遮断周波数を有す
る１次フィルタを形成する。
ることで、結合回路に関連する２次ラプラシアン効果は事実上除去される。各結
合回路の入力キャパシタンスは線形抵抗（１２４／１４４）と共に、関連する結
合増幅器の抵抗と入力キャパシタンスの値によって決定される遮断周波数を有す
る１次フィルタを形成する。
【００３６】 第１ブリッジ出力ノード１３５は第１フロントエンド信号利得、電流増幅器１
６０に結合され、その出力は差動増幅器１７０の第１入力１７１に結合される。
差動増幅器１７０の第２入力１７２は第２フロントエンド増幅器１８０の出力に
結合され、その入力は第２ブリッジ出力ノード１５５に結合される。差動増幅器
１７０は、ブリッジの２つの分岐１２０と１４０の不平衡によって発生する残留
雑音と同様に、ネットワークに固有の同相雑音を減算するよう動作する。差動増
幅器１７０の出力は、上記で説明された、図３のブリッジ設計の出力を処理する
ために利用されるものに対応するＤＣ／ＲＦ弁別器及び関連する下流処理回路に
結合される。
６０に結合され、その出力は差動増幅器１７０の第１入力１７１に結合される。
差動増幅器１７０の第２入力１７２は第２フロントエンド増幅器１８０の出力に
結合され、その入力は第２ブリッジ出力ノード１５５に結合される。差動増幅器
１７０は、ブリッジの２つの分岐１２０と１４０の不平衡によって発生する残留
雑音と同様に、ネットワークに固有の同相雑音を減算するよう動作する。差動増
幅器１７０の出力は、上記で説明された、図３のブリッジ設計の出力を処理する
ために利用されるものに対応するＤＣ／ＲＦ弁別器及び関連する下流処理回路に
結合される。
【００３７】 上記で説明された差動結合構成と線形光絶縁によって、図９の改良ブリッジの
実現例は、事実上「フローティング」ブリッジと関連するパルス検出回路とを提
供する。従来のブリッジ・ネットワークのように共通「金属」接地を基準とする
のではなく、図９のブリッジ回路は下流信号処理及びフィルタリング回路からフ
ロントエンド信号検出回路を直流電気的に絶縁する。
実現例は、事実上「フローティング」ブリッジと関連するパルス検出回路とを提
供する。従来のブリッジ・ネットワークのように共通「金属」接地を基準とする
のではなく、図９のブリッジ回路は下流信号処理及びフィルタリング回路からフ
ロントエンド信号検出回路を直流電気的に絶縁する。
【００３８】 共通接地基準を使用することの根本的な欠点は、信号中に埋め込まれる不要な
高周波雑音成分を除去するため、信号検出及び処理回路中で大幅なフィルタを利
用する必要があることである。こうしたフィルタの帯域幅は雑音の影響を最小化
し、信号対雑音比を最適化するよう十分に狭くなければならない。しかし、フィ
ルタの帯域が狭いことは、フィルタ雑音に加えて、信号減衰をも生ずる。その結
果、減衰による信号振幅の損失の補償のため、利得調整回路が必要になる。これ
は、一方で処理回路の固有雑音を望ましくない形で増幅することになる。
高周波雑音成分を除去するため、信号検出及び処理回路中で大幅なフィルタを利
用する必要があることである。こうしたフィルタの帯域幅は雑音の影響を最小化
し、信号対雑音比を最適化するよう十分に狭くなければならない。しかし、フィ
ルタの帯域が狭いことは、フィルタ雑音に加えて、信号減衰をも生ずる。その結
果、減衰による信号振幅の損失の補償のため、利得調整回路が必要になる。これ
は、一方で処理回路の固有雑音を望ましくない形で増幅することになる。
【００３９】 他方、図９の「フローティング」スキームは、発振器に固有の高周波成分が実
際に検出されたパルスに干渉することを防止する。これが意味するのは、事実上
信号経路中の雑音による干渉なしに、下流信号処理回路中のフィルタ帯域幅をは
るかに広くして、全てのエネルギー密度に対応できるということである。
際に検出されたパルスに干渉することを防止する。これが意味するのは、事実上
信号経路中の雑音による干渉なしに、下流信号処理回路中のフィルタ帯域幅をは
るかに広くして、全てのエネルギー密度に対応できるということである。
【００４０】 前に特筆したように、標準ホイートストーン・ブリッジ・ネットワークの根本
的な欠点の１つは、信号品質の劣化と、ＲＦパルス検出のような超高周波検出ス
キームを含む場合、信号が完全に失われることである。この信号劣化は主として
その接続構成要素に寄生する抵抗とリアクタンスとによる。適切に機能するＲＦ
前置増幅器の場合、ブリッジに固有の寄生リアクタンスは実際上取り除かなけれ
ばならず、すなわち、結合増幅器１６０、１７０及び１８０は、現実の構成要素
が通常示さない非常に低い入力キャパシタンスを有さなければならない。
的な欠点の１つは、信号品質の劣化と、ＲＦパルス検出のような超高周波検出ス
キームを含む場合、信号が完全に失われることである。この信号劣化は主として
その接続構成要素に寄生する抵抗とリアクタンスとによる。適切に機能するＲＦ
前置増幅器の場合、ブリッジに固有の寄生リアクタンスは実際上取り除かなけれ
ばならず、すなわち、結合増幅器１６０、１７０及び１８０は、現実の構成要素
が通常示さない非常に低い入力キャパシタンスを有さなければならない。
【００４１】 好適な実現例では、図９のブリッジ・アーキテクチャで利用されるフロントエ
ンド結合増幅器は、アナログ・デバイス（Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅ）社によ
って製造されるＡＤ９６３１形素子のような市販の構成要素でよい。こうした素
子は、フローセル粒子測定のために必要な優秀な利得帯域幅製品、スルーレート
及びオフセット仕様を示すことが判明している。しかし、この結合増幅器の入力
キャパシタンスＣは小さくない（３ｐＦ≦Ｃ≦７ｐＦ程度、これは高性能増幅器
の通常の値である）ので、高周波数でかなりの負荷となり、それは補償しなけれ
ばならない。
ンド結合増幅器は、アナログ・デバイス（Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅ）社によ
って製造されるＡＤ９６３１形素子のような市販の構成要素でよい。こうした素
子は、フローセル粒子測定のために必要な優秀な利得帯域幅製品、スルーレート
及びオフセット仕様を示すことが判明している。しかし、この結合増幅器の入力
キャパシタンスＣは小さくない（３ｐＦ≦Ｃ≦７ｐＦ程度、これは高性能増幅器
の通常の値である）ので、高周波数でかなりの負荷となり、それは補償しなけれ
ばならない。
【００４２】 本発明のさらに別の態様によれば、これは、フリップチップ技術を使用して出
力信号結合増幅回路を実装し、それによってブリッジが結合回路による信号負荷
に事実上影響されないようにすることによって達成される。すなわち、結合増幅
器の入力インピーダンスによる事実上全ての信号負荷は、増幅集積回路の裸のダ
イをフリップチップ実装することによって除去される。上記で参照されたアナロ
グ・デバイス社部品番号ＡＤ９６３１が、ブリッジの他の構成要素を含むプリン
ト回路基板にフリップチップ実装される場合、結合増幅器の入力キャパシタンス
はほぼ０．３ｐＦ未満まで低下し、それによって対象となる高動作周波数（例え
ば、２０ＭＨｚ）での負荷が大きく低下することが判明している。この実装はま
た、低い製造費用での高い回路集積度と、回路性能の改善をもたらす。
力信号結合増幅回路を実装し、それによってブリッジが結合回路による信号負荷
に事実上影響されないようにすることによって達成される。すなわち、結合増幅
器の入力インピーダンスによる事実上全ての信号負荷は、増幅集積回路の裸のダ
イをフリップチップ実装することによって除去される。上記で参照されたアナロ
グ・デバイス社部品番号ＡＤ９６３１が、ブリッジの他の構成要素を含むプリン
ト回路基板にフリップチップ実装される場合、結合増幅器の入力キャパシタンス
はほぼ０．３ｐＦ未満まで低下し、それによって対象となる高動作周波数（例え
ば、２０ＭＨｚ）での負荷が大きく低下することが判明している。この実装はま
た、低い製造費用での高い回路集積度と、回路性能の改善をもたらす。
【００４３】 上記で説明されたように、「フローティング」ネットワークとフリップチップ
実装を使用することに加えて、図９の改良ブリッジ実現例は自動振幅位相平衡回
路（それぞれ１３０及び１４２）を組み込んでいる。図１及び図２に関連して前
に指摘したように、通常のホイートストーン・ブリッジ・ネットワークは３つの
線形要素を含んでいる。環境の特性の変化を測定する場合、値が測定される環境
の関数として変化する第４の要素を環境中に物理的に配置するのが普通の慣行で
ある。また、同相雑音に対する影響を最小化するため、ブリッジの２つの電圧分
割分岐間の「良好な」平衡を維持するのも普通の慣行である。
実装を使用することに加えて、図９の改良ブリッジ実現例は自動振幅位相平衡回
路（それぞれ１３０及び１４２）を組み込んでいる。図１及び図２に関連して前
に指摘したように、通常のホイートストーン・ブリッジ・ネットワークは３つの
線形要素を含んでいる。環境の特性の変化を測定する場合、値が測定される環境
の関数として変化する第４の要素を環境中に物理的に配置するのが普通の慣行で
ある。また、同相雑音に対する影響を最小化するため、ブリッジの２つの電圧分
割分岐間の「良好な」平衡を維持するのも普通の慣行である。
【００４４】 本発明の改良ホイートストーン・ブリッジ・アーキテクチャでは、第４の要素
はフローセル１２２である。通常のブリッジ要素と異なって、フローセルは、図
４〜図８に関連して上記で説明されたように、（抵抗性及び容量性両方の）非線
形特性を有し、測定開口を通る（ＩＳＯＴＯＮのような）流体の温度、及び伝導
率によってインピーダンスが連続的に変化しがちである。この非線形挙動を補償
するため、図９のブリッジ回路はまた、特性がフローセル自体のものとよく似た
平衡回路１３０及び１４２を利用している。
はフローセル１２２である。通常のブリッジ要素と異なって、フローセルは、図
４〜図８に関連して上記で説明されたように、（抵抗性及び容量性両方の）非線
形特性を有し、測定開口を通る（ＩＳＯＴＯＮのような）流体の温度、及び伝導
率によってインピーダンスが連続的に変化しがちである。この非線形挙動を補償
するため、図９のブリッジ回路はまた、特性がフローセル自体のものとよく似た
平衡回路１３０及び１４２を利用している。
【００４５】 自動振幅及び位相平衡回路の可変構成要素の値は、フローセル自体、ＩＳＯＴ
ＯＮの伝導率等による小さなインピーダンスのドリフトに起因するブリッジの不
平衡を調整する較正動作モードの際、フローセル制御プロセッサ９０の制御によ
って調整される。ブリッジの較正は、血液試料を含まない食塩水をフローセルを
通して流し、上記で参照された図３のＤＣ／ＲＦ弁別器によって抽出されるブリ
ッジのＤＣ電圧出力を監視することによって血液試料分析の前に行われる。例え
ば温度によるフローセル・インピーダンスのドリフトまたはオフセットがあった
場合、ブリッジの制御プロセッサは、ブリッジの差動電圧出力がゼロになるよう
にフローセル平衡回路のパラメータを調整する。
ＯＮの伝導率等による小さなインピーダンスのドリフトに起因するブリッジの不
平衡を調整する較正動作モードの際、フローセル制御プロセッサ９０の制御によ
って調整される。ブリッジの較正は、血液試料を含まない食塩水をフローセルを
通して流し、上記で参照された図３のＤＣ／ＲＦ弁別器によって抽出されるブリ
ッジのＤＣ電圧出力を監視することによって血液試料分析の前に行われる。例え
ば温度によるフローセル・インピーダンスのドリフトまたはオフセットがあった
場合、ブリッジの制御プロセッサは、ブリッジの差動電圧出力がゼロになるよう
にフローセル平衡回路のパラメータを調整する。
【００４６】 すなわち、ブリッジ較正の際、制御プロセッサはフローセルの特性を反映する
ように平衡回路の抵抗性及び容量性要素を「チューニング」するよう動作し、そ
れによってブリッジの振幅及び位相を自動的に平衡させ、ネットワークによって
発生する同相雑音を最小化し、信号対雑音比を最適化する。この自動調整によっ
て、ネットワークはフローセルの負荷公差と環境によって変化するインピーダン
スに事実上影響されなくなる。
ように平衡回路の抵抗性及び容量性要素を「チューニング」するよう動作し、そ
れによってブリッジの振幅及び位相を自動的に平衡させ、ネットワークによって
発生する同相雑音を最小化し、信号対雑音比を最適化する。この自動調整によっ
て、ネットワークはフローセルの負荷公差と環境によって変化するインピーダン
スに事実上影響されなくなる。
【００４７】 上記の説明から認識されるように、細胞容積と内部細胞伝導率の両方を測定す
るリアクタンスの変化に基づくＲＦハートレー発振器構成回路のような従来のフ
ローセル検出器の欠点は、本発明の差動ＤＣ／ＲＦブリッジ構成検出器によって
ほぼ回避される。フローセル自体と、調整可能なフローセル回路モデルの両方を
含むブリッジのそれぞれの部分は出力増幅回路を通じて差動的に結合され、正確
な粒子検出測定を行うブリッジの能力を大きく損なうことのないように信号劣化
の発生源から直流電気的に絶縁される。ブリッジを事実上フロートさせることは
、フロントエンド信号検出回路を直流電気的に絶縁する役目を果たす。その結果
、下流信号処理回路のフィルタ帯域幅を大きく拡大し、事実上信号経路中の雑音
からの干渉なしに、全ての信号エネルギー密度に対応することができる。
るリアクタンスの変化に基づくＲＦハートレー発振器構成回路のような従来のフ
ローセル検出器の欠点は、本発明の差動ＤＣ／ＲＦブリッジ構成検出器によって
ほぼ回避される。フローセル自体と、調整可能なフローセル回路モデルの両方を
含むブリッジのそれぞれの部分は出力増幅回路を通じて差動的に結合され、正確
な粒子検出測定を行うブリッジの能力を大きく損なうことのないように信号劣化
の発生源から直流電気的に絶縁される。ブリッジを事実上フロートさせることは
、フロントエンド信号検出回路を直流電気的に絶縁する役目を果たす。その結果
、下流信号処理回路のフィルタ帯域幅を大きく拡大し、事実上信号経路中の雑音
からの干渉なしに、全ての信号エネルギー密度に対応することができる。
【００４８】 本発明による実施形態を示し説明したが、本発明はこれに制限されるものでは
なく、当業者に周知のように非常に多くの変更及び改良の余地があるので、出願
人は本明細書で示され説明された細部に制限することを望むものではなく、当業
者にとって明らかなこうした全ての変更及び改良を対象範囲に含むことを意図す
るものである。
なく、当業者に周知のように非常に多くの変更及び改良の余地があるので、出願
人は本明細書で示され説明された細部に制限することを望むものではなく、当業
者にとって明らかなこうした全ての変更及び改良を対象範囲に含むことを意図す
るものである。
【図１】 粒子（血球）フロー分析器を示す図である。
【図２】 ホイートストーン・ブリッジの回路構成を示す図である。
【図３】 図２のホイートストーン・ブリッジ回路に基づき、直流電気的絶縁のための光
アイソレータ結合を有し、粒子フロー分析器のフローセル測定開口内の粒子／細
胞を検出するためのＤＣ／ＲＦ励起ブリッジ・アーキテクチャを示す図である。
アイソレータ結合を有し、粒子フロー分析器のフローセル測定開口内の粒子／細
胞を検出するためのＤＣ／ＲＦ励起ブリッジ・アーキテクチャを示す図である。
【図４】 周波数によるフローセルのインピーダンスの変化を測定するスペクトル分析器
の試験装置を示す図である。
の試験装置を示す図である。
【図５】 図４のフローセル測定試験装置から得られるインピーダンスのグラフである。
【図６】 数学的（電気的）フローセル・モデルのインピーダンスのグラフである。
【図７】 空のフローセルの静電容量が変化する時その複素平面動作点の変化を示すグラ
フである。
フである。
【図８】 粒子の存在によるフローセルのインピーダンスの変化を示すインピーダンス変
化図である。
化図である。
【図９】 本発明による自動フローセル・モデル振幅位相平衡回路を有するＤＣ／ＲＦ励
起ブリッジ構成検出器を示す図である。
起ブリッジ構成検出器を示す図である。
【手続補正書】特許協力条約第１９条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１６】 前記一般的なホイートストーン構成のブリッジ回路が、前
記一般的なホイートストーン構成のブリッジ回路を前記ＲＦエネルギーの前記発
生源から電気的にフロートさせそれによって直流電気的に絶縁するよう構成され
た、請求項１４に記載の方法。
記一般的なホイートストーン構成のブリッジ回路を前記ＲＦエネルギーの前記発
生源から電気的にフロートさせそれによって直流電気的に絶縁するよう構成され
た、請求項１４に記載の方法。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年４月２７日（２００１．４．２７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】 粒子（血球）フロー分析器を示す図である。
【図２】 ホイートストーン・ブリッジの回路構成を示す図である。
【図３】 図２のホイートストーン・ブリッジ回路に基づき、直流電気的絶縁のための光
アイソレータ結合を有し、本発明に従った粒子フロー分析器のフローセル測定開
口中の粒子／細胞を検出するためのＤＣ／ＲＦ励起ブリッジ・アーキテクチャを
示す図である。
アイソレータ結合を有し、本発明に従った粒子フロー分析器のフローセル測定開
口中の粒子／細胞を検出するためのＤＣ／ＲＦ励起ブリッジ・アーキテクチャを
示す図である。
【図４】 周波数によるフローセルのインピーダンスの変化を測定するスペクトル分析器
の試験装置を示す図である。
の試験装置を示す図である。
【図５】 図４のフローセル測定試験装置から得られるインピーダンスのグラフである。
【図６】 数学的（電気的）フローセル・モデルのインピーダンスのグラフである。
【図７】 空のフローセルの静電容量が変化する時その複素平面動作点の変化を示すグラ
フである。
フである。
【図８】 粒子の存在によるフローセルのインピーダンスの変化を示すインピーダンス変
化図である。
化図である。
【図９】 本発明による自動フローセル・モデル振幅位相平衡回路を有するＤＣ／ＲＦ励
起ブリッジ構成検出器を示す図である。
起ブリッジ構成検出器を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミロセビック−クバチック，ミルヤナ アメリカ合衆国，フロリダ 33140，マイ アミ ビーチ，パイン ツリー ドライブ 4101 (72)発明者 ゴールトマン，イゼイ アメリカ合衆国，フロリダ 33324，フォ ート ローダーデール，サウスウエスト ナイティセブンス ロード 2241
Claims (20)
- 【請求項１】 物体のパラメータを測定する装置であって、 前記物体に結合された第１及び第２電圧分割分岐を有し、前記物体の環境条件
の変化に対して前記物体の挙動をモデル化するよう構成された電気回路を含むブ
リッジ回路と、 前記ブリッジ回路に結合され、前記パラメータによって前記物体の電気的特性
の変化を生ずるよう動作する無線周波電気エネルギーの発生源と、 前記ブリッジ回路に結合され、前記物体の前記電気的特性の前記変化によって
前記物体の前記パラメータを測定するよう動作する検出回路とを備える装置。 - 【請求項２】 前記パラメータがフローセルの測定開口内の粒子を含み、前
記検出回路が前記フローセルの電気インピーダンスの変化による前記粒子の特性
を検出するように動作する、請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記ブリッジ回路が、前記検出回路が粒子の存在を除いた前
記フローセルの特性の変化による電気的負荷の変化に事実上影響されないように
するよう構成される、請求項２に記載の装置。 - 【請求項４】 前記出力結合増幅回路がフリップチップ実装集積回路として
構成された、請求項１に記載の装置。 - 【請求項５】 前記ブリッジ回路が、前記ブリッジ回路を無線周波電気エネ
ルギーの前記発生源から電気的にフロートさせそれによって直流電気的に絶縁す
るよう構成される、請求項１に記載の装置。 - 【請求項６】 前記電気回路が、前記物体の非線形電気的挙動の変化を自動
的に追従するよう動作する可変電気ネットワークを備える、請求項１に記載の装
置。 - 【請求項７】 前記検出回路が、前記物体の前記電気的特性の前記変化を表
す信号の振幅及び位相成分を抽出し、かつ前記物体の前記非線形電気的挙動の変
化を自動的に追従するように前記可変電気ネットワークを調整するよう動作する
ＤＣ／ＲＦ信号弁別回路を含む、請求項６に記載の装置。 - 【請求項８】 前記ブリッジ回路が、前記検出回路が前記物体による電気的
負荷の変化に事実上影響されないようにするよう構成される、請求項１に記載の
装置。 - 【請求項９】 前記検出回路が下流信号処理回路に光学的に結合される、請
求項１に記載の装置。 - 【請求項１０】 粒子／細胞を含むキャリア流体が測定開口を有するフロー
セルに供給されるシステムと共に使用されるため、前記フローセルの前記測定開
口内に存在する粒子／細胞の特性を検出する回路であって、 無線周波電気エネルギーの発生源に結合された回路分岐を有する一般的なホイ
ートストーン構成のブリッジ回路であって、前記ブリッジ回路が内部に結合され
た前記フローセルを有し、さらに、前記フローセルの環境条件の変化に対して前
記フローセルの非線形電気的挙動の変化をモデル化するよう構成された電気的平
衡回路を含むブリッジ回路と、 前記ブリッジ回路に結合され、前記測定開口内の前記粒子／細胞の存在に関連
する前記フローセルのインピーダンスの変化によって前記フローセル中に存在す
る粒子／細胞の前記特性を表す出力信号を生成するよう動作する検出回路とを備
えた回路。 - 【請求項１１】 前記ブリッジ回路が、前記検出回路が前記測定開口内の粒
子の存在を除いて前記フローセルの特性の変化による電気的負荷の変化に事実上
影響されないようにするよう構成された、請求項１０に記載の回路。 - 【請求項１２】 前記出力結合増幅回路がフリップチップ実装集積回路とし
て構成される、請求項１０に記載の回路。 - 【請求項１３】 前記ブリッジ回路が、前記ブリッジ回路を前記無線周波電
気エネルギーの前記発生源から電気的にフロートさせそれによって直流電気的に
絶縁するよう構成された、請求項１０に記載の回路。 - 【請求項１４】 前記ブリッジ回路が信号劣化の発生源から直流電気的に絶
縁され、前記ブリッジ回路が、前記検出回路が前記フローセルによる電気的負荷
の変化に事実上影響されないようにするよう構成された、請求項１０に記載の回
路。 - 【請求項１５】 前記回路が、前記フローセルの前記インピーダンスの前記
変化を表す信号の振幅及び位相成分を抽出し、かつ前記フローセルの前記非線形
電気的挙動の変化を自動的に追従するように前記電気的平衡回路を調整するよう
動作するＤＣ／ＲＦ信号弁別回路を含む、請求項１０に記載の回路。 - 【請求項１６】 前記検出回路が下流信号処理回路に光学的に結合される、
請求項１０に記載の回路。 - 【請求項１７】 粒子／細胞を含むキャリア流体が測定開口を有するフロー
セルに供給されるシステムと共に使用されるため、前記フローセルの前記測定開
口内に存在する粒子／細胞の特性を検出する方法であって、 （ａ）無線周波電気エネルギーの発生源に結合された分岐を有する一般的なホ
イートストーン構成のブリッジ回路を提供するステップと、 （ｂ）前記ブリッジ回路の分岐中に前記フローセルを設置するステップと、 （ｃ）前記ブリッジ回路の分岐中の前記フローセルの環境条件の変化に対して
前記フローセルの非線形電気的挙動の変化をモデル化するよう構成された電気的
平衡回路を設置するステップと、 （ｄ）前記ブリッジ回路中の電気的変化を監視し、前記測定開口内の前記粒子
／細胞の存在に関連する前記フローセルのインピーダンスの変化によって前記フ
ローセル中に存在する粒子／細胞の前記特性を表す出力信号を生成するステップ
とを含む方法。 - 【請求項１８】 前記ステップ（ｄ）が、差動結合フリップチップ実装増幅
回路を通じて前記ブリッジ回路中の前記変化を監視するステップを含む、請求項
１７に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記ブリッジ回路が、前記ブリッジ回路を前記無線周波電
気エネルギーの前記発生源から電気的にフロートさせそれによって直流電気的に
絶縁するよう構成された、請求項１７に記載の方法。 - 【請求項２０】 前記ステップ（ｄ）が、前記フローセルの前記インピーダ
ンスの前記変化を表す信号の振幅及び位相成分を抽出するステップと、前記フロ
ーセルの前記非線形電気的挙動の変化を自動的に追従するように前記電気的平衡
回路を調整するステップとを含む、請求項１７に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/255,246 US6204668B1 (en) | 1999-02-22 | 1999-02-22 | DC/RF blood cell detector using isolated bridge circuit having automatic amplitude and phase balance components |
| US09/255,246 | 1999-02-22 | ||
| PCT/US2000/002744 WO2000052450A2 (en) | 1999-02-22 | 2000-02-03 | Dc/rf blood cell detector using isolated bridge circuit having automatic amplitude and phase balance components |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002538459A true JP2002538459A (ja) | 2002-11-12 |
Family
ID=22967482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000602615A Pending JP2002538459A (ja) | 1999-02-22 | 2000-02-03 | 自動振幅位相平衡構成要素を有する絶縁ブリッジ回路を使用するｄｃ／ｒｆ血球検出器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6204668B1 (ja) |
| EP (1) | EP1155302A2 (ja) |
| JP (1) | JP2002538459A (ja) |
| WO (1) | WO2000052450A2 (ja) |
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| US12013404B2 (en) | 2021-09-29 | 2024-06-18 | Orange Biomed Ltd., Co. | Apparatus for measuring glycation of red blood cells and glycated hemoglobin level using physical and electrical characteristics of cells, and related methods |
| US12025548B2 (en) | 2021-09-29 | 2024-07-02 | Orange Biomed Ltd., Co. | Apparatus for measuring properties of particles in a solution and related methods |
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| US7940105B2 (en) * | 2008-08-08 | 2011-05-10 | Beckman Coulter, Inc. | High-resolution parametric signal restoration |
| US8242792B2 (en) * | 2008-10-30 | 2012-08-14 | Bose Corporation | Impedance measurement system and method |
| JP5617532B2 (ja) | 2010-10-29 | 2014-11-05 | ソニー株式会社 | 誘電サイトメトリ装置及び誘電サイトメトリによる細胞分取方法 |
| US9050001B2 (en) | 2012-03-29 | 2015-06-09 | DePuy Synthes Products, Inc. | Reading device in wired communication with a probe having an embedded memory device |
| WO2015105797A1 (en) | 2014-01-07 | 2015-07-16 | Daktari Diagnostics, Inc. | Fluid delivery devices, systems, and methods |
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-
2000
- 2000-02-03 EP EP00905942A patent/EP1155302A2/en not_active Withdrawn
- 2000-02-03 WO PCT/US2000/002744 patent/WO2000052450A2/en active Application Filing
- 2000-02-03 JP JP2000602615A patent/JP2002538459A/ja active Pending
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