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JPH0352573B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0352573B2
JPH0352573B2 JP56501743A JP50174381A JPH0352573B2 JP H0352573 B2 JPH0352573 B2 JP H0352573B2 JP 56501743 A JP56501743 A JP 56501743A JP 50174381 A JP50174381 A JP 50174381A JP H0352573 B2 JPH0352573 B2 JP H0352573B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
particles
fluid
inlet
imaging region
imaging
Prior art date
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Application number
JP56501743A
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English (en)
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JPS57500995A (ja
Inventor
Ganaa Borutsu
Fuooresuto Shaaman Ii De
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Iris International Inc
Original Assignee
International Remote Imaging Systems Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by International Remote Imaging Systems Inc filed Critical International Remote Imaging Systems Inc
Publication of JPS57500995A publication Critical patent/JPS57500995A/ja
Publication of JPH0352573B2 publication Critical patent/JPH0352573B2/ja
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1468—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry with spatial resolution of the texture or inner structure of the particle
    • G01N15/147—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry with spatial resolution of the texture or inner structure of the particle the analysis being performed on a sample stream
    • G—PHYSICS
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    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
    • G01N15/1484—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry microstructural devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N15/14—Optical investigation techniques, e.g. flow cytometry
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  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Optical Measuring Cells (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は流動中の粒子の分析用チヤンバおよび
かかるチヤンバを有する装置に関する。
従来技術及び発明が解決しようとする問題点 血清試料中の血球の計数作業の自動化はかなり
進歩した。血球の計数を行う最もよく知られた装
置はいわゆるクールター（Coulter）計数器で、
血球は１列にオリフイスを通され、オリフイスに
おいて電気的性質を変える態様により検出、計数
される。しかし現在まで正常な血球、標的血球、
鎌状血球等のような与えられた血液試料の流れの
中に見い出しうる多種の血球を自動的に分析評価
する装置は存在しない。米国特許第4097845号は
異なる血球を分類し区別する装置を示唆してい
る。しかしこの特許は顕微鏡スライドの使用を教
示している。したがつて、この種の多種の血球の
情報が必要な場合、これを実行する現在可能な方
法は、血球を像画に固定した顕微鏡スライドを作
成し、顕微鏡でスライド上の血球を一つずつ観察
しながら操作者またはパターン認識装置が血球の
統計的に有意な数を計数することである。
近年、流れの中の粒子を光学的に解析する試み
がいくつかなされた。たとえば、ケイ（Kay）
等、「ジヤーナル・オブ・ヒストケミストリー・
アンド・サイトケミストリー」（Journal of
Histochemistry and Cytochemistry）、27巻、
329頁（1979年）は血球を１列に流すクールター
型オリフイスを示す。血球はビデイコン上に拡大
される。さらに、カツヘル（Kachel）等、「ジヤ
ーナル・オブ・ヒストケミストリー・アンド・サ
イトケミストリー」、27巻、335頁は血球を１列に
顕微鏡の視野に通して写真にとる装置を示してい
る。これらの研究者は１列の血球の解析を自動化
するのにある程度の業績を残したが、粒子を１列
の流れにする必要なく流れの中の粒子を自動的に
解析するのに成功したしいう報告はない。たとえ
ば、メラニツト（Melaned）等の「流動中の血球
の算定および分類」（Flow Cytometry and
Sortind）、John Wiley ＆ Sons発行、1979年、
１章を参照。
問題点を解決する為の手段 本発明によれば、流体試料を特別な形状の流路
に通し、そこで試料中の粒子を、深さが粒子径と
同程度で幅が何倍も大きい、即ち、浅くて幅広の
作像領域内に閉じ込める方法及び装置が得られ
る。作像領域の粒子流は拡大され、粒子の一連の
スチルフレーム像がつくられ、それらを代数的に
組み合わせて元の流れの血球含有量が測定され
る。このようにして１つの視野内で複数の粒子を
検査することができ、異なる粒子を光学的に区別
することができる。これには多くの重要な利点が
ある。たとえば、本発明によれば一緒に流動中の
２つの血球を光学的に識別することができるが、
クールター計数器ではそれらを単一の２倍の大き
さの血球として認識することができるだけであ
る。
流れの拡大像を電荷結合デバイス（charge
coupled device、CCD）カメラ上に作像し、そ
れをデジタル情報で解析することにより、流れの
スチルフレーム（静止）像を作成するのが好まし
い。このようにしてスチルフレーム像は衛星写真
用に開発されたデジタル像エンハンスメント法に
よつてエンハンスされ、各フレームは解析されて
寸法、断面積、形状（円形血球、標的血球、鎌状
血球等）、光学的密度、血球を基準としたヘモグ
ロビンの含有量等のような個々の血球のデータを
与える。このようにして個々の血球を解析し光学
的に分類しうるだけではなく、異なる型の血球を
個々に計数して自動的に１回で試料の単位体積当
たりの正常な赤血球の数、標的赤血球の数、鎌状
赤血球の数、白血球の数、血小板の数等を求める
ことができる。
したがつて、本発明によつて一旦デジタル情報
で一連のスチルフレーム像がつくられると、像の
解析に用いられる計算機とソフトウエアとの高度
さにより一連の像中の粒子について広範なきわめ
て複雑な情報が得られる。
スチルフレーム像から得られた情報は代表的に
組み合せて複数のスチル像および／または所定の
基準像の内容を反映する合成情報を得るのが好ま
しい。こうして得られた合成情報には種々の用途
がある。簡単なシステムでは情報はたとえばプリ
ントアウトされ、血液学者は血液試料についてな
された複合測定の結果を知ることができる。粒子
の寸法または数を監視するもつと複雑な装置で
は、複合測定はホモジナイザーの圧力、結晶化装
置の温度、微生物の培養における栄養供給速度の
ようなプロセス制御に用いることができる。
したがつて、本発明は流れの中を動く種々の光
学的に知覚できる粒子、すなわち血液中の血球や
尿の中の細胞、バクテリア、円柱（cast）、結晶
のような生物学的粒子およびガス分析器中の粒子
の両方の分析に用いることができ、またこれらの
測定の結果は上記のような微生物を含む流れの中
への栄養物の投入や、重合体や結晶の成長の制御
等のプロセス制御に用いることができる。
得られた情報は容易に血液試料の元の体積に相
関させることができ、結果を粒子の寸法と濃度と
の両方についてキヤリブレート（較正）するため
に、スチルフレーム像を種々の方法によつて作成
する。たとえば、キヤリブレーター粒子を元の血
液試料に既知の濃度で加えてキヤリブレーシヨン
を行うと、キヤリブレーター粒子は正常な血球と
独立に計数されて正常な血球の体積キヤリブレー
シヨンを行うことができる。また視野に一定寸法
の網目を設けることによりキヤリブレーシヨンす
ることもできる。
拡大し作像すべき粒子の流れは、最も大きな粒
子の厚みとだいたい等しい厚さと、最も幅の広い
粒子よりも何倍も、たとえば、100倍以上も広い
幅を持つ流れチヤンバに入れるのがよい。流れチ
ヤンバは乱流を起こさせて非対称粒子を多方向か
ら観察できるように設計することができるし、ま
た粒子の方位を合わせるように設計することもで
きる。
作像領域の流れは粒子の最小断面にほぼ等しい
最小剪断（shear）の断面を有し、粒子はその最
小断面が流れの方向に対して横断方向になるよう
に流れの中で整列するようにする。ここで用いた
「最小剪断」という用語は「最小の速度勾配」を
意味し、流動粒子は、流速に勾配がある場合に、
河を下流に流れる丸太が流れの方向に整列するの
と全く同様に、流れの方向に整列しようとする。
実施例 図面を詳しくみると、とくに第１図において、
そこに示された装置は血液試料用の入口１２と出
口１４とを有し、流路１６が作像（検査）領域１
８を介し該入口及び出口の間に延びている流れチ
ヤンバを含む本体１０を有する。流路１６は食塩
水２２に接続されるようになつた導管２０用の入
口を有する。第２図及び第３図に示すように、血
液試料の入口１２は導管２０の下流の流路１６中
に針２４を有し、針２４は解析すべき血液試料を
ためる容器２６と連結している。
流路１６の断面積は流路が血液の入口１２から
作像領域１８の直前までだんだん小さくなるとと
もに深さが非常に浅くなる。作像領域１８への入
口から出口１４へ向けて流路１６の幅は大きくな
る。したがつて第２図及び第３図に示すように、
流路１６は血液の入口１２で約5000ミクロンの幅
と深さを、中間点２８において約500ミクロンの
幅と深さを、検査領域１８において、100ミクロ
ンの深さと5000ミクロン以上の幅を有する。
検査領域１８を通る流れは約20ミクロンの最大
寸法を持つ最大血球よりも何倍も深いが、このよ
うな形状の流路では入口１２からはいる血液流は
検査領域１８内で最小剪断の安定流路に閉じ込め
られ、この領域では板状血球の最大断面積部分が
第２図の平面で見えるように方位を定める。流路
１６中の流れの特性は容器２２，２６内の流体圧
力を自動的に調節するかまたはその静力学的高さ
を調節することによつて制御できる。
顕微鏡３０の焦点を検査領域に合わせ、検査領
域１８を下からストロボ３２、好ましくはユー・
エス・サイエンテイフイツク・インストルメン
ト・コーポレーシヨン（U.S.Scientific
Instrument Corporation）製のモデル3018（2UP
1.5ランプを有する）で照らす。顕微鏡３０の出
力はCCDカメラ３４、好ましくはRCA製のモデ
ルNo.TC1160BDのCCDカメラに投影する。CCD
カメラの出力を一連のスチルフレーム像に変換
し、適当な電子式プロセツサでこれらの像を評価
する。使用しうる１つのプロセツサは米国マサチ
ユセツツ州ウオルサムのハママツ・システムズ社
（Hamamatsu Systems Inc.）からモデルＣ−
1285の像解析装置として販売されているプロセツ
サである。CCDカメラの出力は、白黒テレビジ
ヨンモニタ３８とCCDカメラで見た対象物のス
チルフレーム像を記憶するフレームグラバ４０と
を有する電子式プロセツサ３６（第４図に詳細に
示す）に接続するのが好ましい。フレームグラバ
はモントリオールのマトロツクス社（Matrox
Corporation）製のモデルFGO8フレームグラバ
が好ましい。この出力はマトロツクス社製のモデ
ルRGB256ビデオ・リフレツシユ・メモリ４２に
供給される。フレームグラバ４０及び記憶装置４
２はいずれも中央処理装置（CPU）４６（イン
テル（Intel）80/20コンピユータが好ましい）の
マルチバスに接続される。マルチバスはまたエレ
クトロニツク・ソリユーシヨンズ社（Electronic
Solutions Inc.）製の48Kランダム・アクセス・
メモリ（RAM）４８とデータ・キユーブ社
（Data Cube Corporation）製のモデルRM117の
16KデユアルポートRAM５０とに接続される。
ビデオ・リフレツシユ・メモリの出力はまた、人
間が検査するために個々のスチルフレームのデジ
タル的にエンハンスされたビデオ像を発生するの
に用いられるカラーモニタ５２に接続される。
デユアルポートRAM５０の第２出力はマルチ
バス５４に接続される。バス５４はアプライド・
マイクロ・デイバイシズ（Applied Micro
Devices）社製のCPU５６、エレクトロニツク・
ソリユーシヨンズ社製の48KRAM５８、および
消去可能な記憶装置に接続されており、この記憶
装置はアドバンスト・マイクロデバイシズ
（Advanced Micro Devices）社製のモデル8/8
のようなフロツピデイスク制御装置６０と２つの
シユガート（Shugart）フロツピデイスク記憶装
置６２とからなる。
ユーザが所望する特定のタスクに応じて画像を
第４図の装置で処理するのに種々のプログラミン
グを用いることができる。
上述のようにハママツシステム1285のプログラ
ミングを用いることができる。しかしプログラミ
ングは次のように行うのがよい。
タスクはまず与えられた像中の各ピクセル
（pixel）をアドレスしなければならぬものと全体
の小さなサブセツトをアドレスするだけのものと
に分割する。第一のクラスのタスクに多くの時間
が費やされるので、それらはアセンブリ語でイン
タフエイスプロセツサ４６（第４図のインテル8
０／２０）にプログラムされる。これらの動作の出力
はそれからデユアルポートRAM５０を経てホス
トマシン５６に移される。ホスト側ではほとんど
すべての必要なプログラミングはパスカル（ベー
シツクまたはフオートランも原理的には使用可
能）のような高レベルの言語で行うのがより好ま
しい。アセンブリ語でなされたタスクの種類には
グレイスケール（grayscale）変換、コンボリユ
ーシヨン、およびクレイスケールヒストグラム計
算等がある。ホスト側でなされるタスクの種類は
他の装置の全体的な制御、視野内の問題とする対
象物の特定及び分割、こうして見つけた対象物に
関連したパラメータの計算、および結果の出力の
フオーマツト化を含む。タスクのこのような分離
の別の考え方は、人間より高速でしなければなら
ないタスクをアセンブリで行うことである。複雑
なタスクや最高速度よりは低い速度で行うことが
できるタスクはより高速の言語でプログラムする
ことができる。おもに所望の対象物の特性として
知られる値に対してグレイスケールウインドフア
クシヨンを設定することによつて、対象物を視野
内にとらえる。これらの値は公知の知識かまたは
周知のヒストグラム（代数和）技法によつて決定
てきる。対象物に属するピクセルが視野内にある
と、エツジトレーシング（縁追跡）プログラムは
そのピクセルに関連した対象物全体の輪郭を描
く。ひとたび縁がわかると、位置、面積、全体的
光学密度、種々のモーメントのような多くの必要
なパラメータが容易に計算できる。前に定義され
たサブグループの要素の確率は標準の決定理論に
よつてこれらの導出されたパラメータから決定さ
れる。血球形態学的分類の定義は訓練された観察
者によつて決められる。これらの定義は選択され
たアルゴリズムの基礎として用いられる。この方
法の精度は機械の結果と訓練された観察者が同じ
試料を検査した結果との比較によつて決定され
る。結果の出力は任意のフオーマツトにプログラ
ムすることができ、特定の必要に応じヒストグラ
ム、棒グラフ及び表を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の貫流光学分析器の斜視図で
ある。第２図は、第１図の分析器の流れチエンバ
の平面図である。第３図は、第２図の線３−３に
沿つて切りとつた流れチエンバの断面図である。
第４図は、第１図の分析器で使用するプロセツサ
の構成を示すブロツク図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 流体内の粒子の最大断面積より実質的に大き
    い面積を含む通路の作像領域に焦点を合わせるよ
    うに設ける顕微鏡装置と、前記顕微鏡装置を介し
    て前記通路内の粒子のスチルフレーム像を撮像す
    る撮像装置にして、前記スチルフレーム像を分析
    する前記撮像装置に接続されるプロセツサ装置
    と、前記プロセツサ装置による分析に応答して前
    記流体の状態を変える、前記プロセツサ装置に結
    合される制御装置を含む撮像装置とから成る、前
    記流体内の粒子を分析する装置であつて、入口
    と、出口と、前記流体を該入口から該出口に伝え
    る前記通路とを備える流れチヤンバにして、該通
    路が深さより実質的に大きい幅と、最大粒子の最
    大断面積より実質的に大きい面積とを有する前記
    作像領域を備え、且つ入口から該作像領域の直前
    まで実質的に減少する断面積と、該入口から該作
    像領域まで実質的に減少する深さと、該入口から
    減少しその後該作像領域まで実質的に増大する幅
    とを備える流れチヤンバを含有する粒子分析装
    置。 ２ 流体内の粒子の最大断面積より少なくとも
    100倍の面積を含む通路の作像領域に焦点を合わ
    せるように設ける顕微鏡装置と、前記通路内の粒
    子のスチルフレーム像を前記顕微鏡装置を介して
    撮像する撮像装置にして、前記撮像装置が一度に
    前記スチルフレーム像の少なくとも１つをデジタ
    ルの形で記憶する記憶装置を有する撮像装置と、
    該撮像装置に接続するプロセツサ装置にして、前
    記粒子を多重画像として表す代数和を発生させる
    ために、記録済スチルフレーム像の各成分を選択
    して代数的に組合わせるためのプロセツサ装置と
    から成る、前記流体内の予定の粒子を分析する装
    置であつて、入口と、出口と、前記流体内の粒子
    を懸濁させながら該入口から該出口に伝える通路
    とを備える流れチヤンバにして、前記通路が深さ
    より少なくとも10倍の幅と、最大粒子の最大断面
    積より実質的に大きい面積とを有する作像領域を
    備え、且つ入口から前記作像領域の直前まで実質
    的に減少する断面積と、該入口から該作像領域ま
    で実質的に減少する深さと、該入口から減少しそ
    の後該作像領域まで実質的に増大する幅とを備え
    る流れチヤンバを含有する粒子分析装置。 ３ 請求の範囲第２項の装置において、前記流れ
    チヤンバが、前記入口のまわりで包囲流体を供給
    し、且つ該入口から該出口に移動させる供給装置
    を備えることにより、前記粒子用通路を前記包囲
    流体で囲む装置。 ４ 請求の範囲第３項の装置であつて、前記包囲
    流体としての液体と、前記粒子としての試料血球
    とを含む装置。 ５ 流体内の粒子を分析する方法であつて、夫々
    流れの方向に垂直に測つた場合の深さに対し幅が
    何倍にも及ぶ広い領域に亘つて流体試料を分散さ
    せ、 前記分散と平行して該粒子の最小断面積が該流
    体の流れの方向に対し横方向に延在し且該粒子の
    最大断面積が前記幅に対しほぼ平行に延在すると
    共に該粒子を流れの方向にほぼ整列するように予
    定の方向に移動させ、 該深さに平行な方向からみた流体通路内の予定
    位置において前記流体試料の一連のスチルフレー
    ム像を形成し、 存在する粒子の数と特性値とを代数的に組合わ
    せることから成る粒子分析方法。 ６ 前記流体試料が生物学的試料である、請求の
    範囲第５項の方法。 ７ 前記代数的組合わせに応じて該流体の状態を
    変えることを含む、請求の範囲第５項の方法。 ８ 前記粒子が方位により異なる断面積を有する
    ように形成される、請求の範囲第５項の方法。 ９ 前記粒子が血球を含む、請求の範囲第５項の
    方法。 １０ 前記粒子が血液である、請求の範囲第５項
    の方法。 １１ 前記粒子が尿である、請求の範囲第５項の
    方法。
JP56501743A 1980-05-02 1981-04-09 Expired - Lifetime JPH0352573B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/146,064 US4338024A (en) 1980-05-02 1980-05-02 Flow analyzer and system for analysis of fluids with particles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS57500995A JPS57500995A (ja) 1982-06-03
JPH0352573B2 true JPH0352573B2 (ja) 1991-08-12

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ID=22515717

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP56501743A Expired - Lifetime JPH0352573B2 (ja) 1980-05-02 1981-04-09

Country Status (8)

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US (1) US4338024A (ja)
EP (1) EP0050666B1 (ja)
JP (1) JPH0352573B2 (ja)
AU (1) AU546258B2 (ja)
CA (1) CA1157157A (ja)
DE (1) DE3146423T1 (ja)
GB (1) GB2090427B (ja)
WO (1) WO1981003224A1 (ja)

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