CN101052867B - 用于流式细胞计数的多波长光的频率复用检测 - Google Patents

用于流式细胞计数的多波长光的频率复用检测 Download PDF

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Abstract

一种具有组合成一个光束的各种波长的光输出的复用光源组。该光束可以撞击细胞计数仪的流通道中的颗粒。可以由检测器感测离开流通道的光，并根据波长区分该光。

Description

用于流式细胞计数的多波长光的频率复用检测
背景技术
本发明涉及细胞计数仪，尤其涉及细胞计数仪的光学系统。更具体地，本发明涉及以光学方式获取有关细胞计数仪的液流中微观颗粒或成分的信息。
本发明涉及Bernard Fritz等人于2002年8月21日提交的美国专利申请序列号10/225325，标题为“光学对准检测系统”(参见“Optical Alignment Detection System”)，它通过引用结合于本文；以及本发明涉及Aravind Padmanabhan等人于2002年11月26日提交的美国专利申请序列号10/304773，标题为“便携式散射和荧光细胞计数仪”(参见“Portable Scattering and Fluorescence Cytometer”)，它通过引用结合于本文。本发明还涉及Cabuz等人于2003年4月15日提交的美国专利号6549275 B1，标题为“流式细胞计数仪的光学检测系统”(参见“Optical Detection System for Flow Cytometry”)；Cabuz等人于2003年7月22日提交的美国专利号6597438 B1，标题为“便携式流式细胞计数仪”(参见“Portable FlowCytometer”)；Cabuz等人于2002年5月7日提交的美国专利号6382228B1，标题为“流式细胞术的流体驱动系统”(参见“Fluid Driving Systemfor Flow Cytometry”)；Fritz于2004年3月2日提交的美国专利号6700130 B2，标题为“流式细胞术的光学检测系统”(参见“OpticalDetection System for Flow Cytometry”)；以及Ohnstein等人于2001年6月5日提交的美国专利号6240944 B1，标题为“用于按比例的压力或流速控制的可寻址阀门阵列”(参见“Addressable Valve Arrays forProportional Pressure or Flow Control”)；所有这些通过引用结合于本文。术语“流体”可以在本文用作包括作为物种的气体和液体的一般术语。例如，空气、气体、水和油都是流体。
发明内容
本发明是一种使用复用方案的细胞计数器的光学系统，用于检测多种波长的光来获取关于光撞击细胞计数仪的流通道中的颗粒的信息。
附图说明
图1示出具有一个检测器的复用多波长光散射系统；以及
图2是光信号与它们各自调制频率的图表。
图3是作为可以使用复用多波长光散射系统的示范示例的细胞计数仪的示意图。
具体实施方式
可以通过在多个波长下测量颗粒的光学散射特性来实现性能的改进(即精度、选择性、可靠性等)。本发明可以提供对所有波长使用单个检测器装置来实现此测量方法的方式。可以按唯一频率调制每个波长的光源，其充分与其他调制的光源分开以使它的信号能够在检测器的输出处清楚地被解复用。可以在相同检测器装置上收集来自所有调制的光源而被测颗粒散射的光。
利用流式细胞计数仪，可以通过执行多维测量，例如颗粒容积、在各种角度的散射和在各种波长中散射来实现计数和辨别多个颗粒类型(例如血液细胞)上提高鉴别和精度。本发明可以呈示对该光学探询技术(即多波散射)的改进。可以在沿着流通道的空间上分开的位置处进行多个波长散射。这可能要求定时上的仔细同步以及多个检测器阵列和频谱滤波器。可以使用各种波长光源的调制频率复用来避免此难题。可以按唯一且足够高的频率调制每个光源以满足系统带宽的要求。可以将这些光源叠合到一个光学输入路径中，并同时聚焦到相同颗粒位置上。然后可以将按多种波长散射光收集到相同检测器阵列上，以确定角度信息，可以通过对检测器信号执行时间滤波(例如傅里叶变换方法)来分离不同波长的信号。
图1示出实现本发明的示范示例。该附图示出通道11的截面图。通道11可以是细胞计数仪的流或测量通道。它可以具有通过通道11移动的颗粒12的核心流。
可以将含有颗粒12的核心流视为流入附图的表面。通道11可以是长的。可以使连同颗粒12的核心流与通道11的内表面保持距离，其中通道11具有环绕核心流的外套流体(sheathing fluid)。通道11的截面位置可以是可置入光源和检测器设置的地方。通道11可以具有透明窗口13和14以利于光源检测器设置。光束15可以通过窗口13进入通道11，撞击颗粒12，由此可能将光束15散射成可以通过窗口14离开通道11的光16。光16可以被检测器17感测到。检测器17可以是环类型的，具有对光敏感的表面区域18的圆环。可以通过也对光16敏感的另一个圆环表面区域19来延伸检测器17。光敏表面18和19可以是通过对光不敏感的圆环区域21彼此隔离的形式。还可以通过中央光敏区域22进一步延伸检测器17，中央光敏区域22通过对光不敏感的圆环区域23与光敏圆环19隔离。可以将检测器17延伸以包括按需要数量的圆环检测器，每个检测器对应它自己的预定圆环间隔。圆环检测器或该检测器的其他类型的检测器阵列可以提供表示按各个角度撞击检测器的光的电信号。即，一个电信号可以表示第一角度的检测到的光；另一个电信号可以表示第二角度的检测到的光；并依此类推。
可以从散射光获取有关颗粒12的各种类型的信息。首先，可以利用至检测器17的光束15的连续间断来进行颗粒12的计数。可以从撞击检测器17的散射光获取有关颗粒12的尺寸、形状、表面等的其他信息。可以根据来自各种检测器17表面的信号以电子方式记录散射光的量值和此类光在检测器17上的位置。如果已知各种波长的散射光，则可以从散射光获取另一个信息维。各种波长的光束15可以不同方式从颗粒12散射。即一个波长的光束可以与相同位置上颗粒(或甚至相同颗粒)的相同撞击点的另一个波长的光束不同的方式散射。这些散射的差异可以提供有关颗粒的附加信息。
为了实现投影，可以利用本发明实现具有各种但是可识别频率的光的光束15。光束15可以由多(n)个光源24、25和26的光组成。光源24可以发射或发出具有波长λ1的光束27，光源25可以发射或发出具有波长λ2的光束28，以及光源26可以发出具有波长λn的光束29。在光源25和光源26之间可以是大量分别具有不同波长的光束的相似光源。
光束27可以从光源24传播到叠合分色镜组30中的分量分色镜31。镜31可以将光束27的至少一部分约90度地反射到通道11。光束28可以传播到分色镜组30的分色镜32。镜32可以将光束28的至少一部分约90度地偏转和/或反射到通道11。光束29可以传播到分色镜组30的分色镜33。镜33可以将光束29的至少一部分约90度地反射到通道11。在光束28和29之间和镜32和33之间分别可以有附加的光束和镜。
当光束27向通道11传播时，它可以至少部分通过镜32和33和这些镜之间的任何附加反射镜。相似地，当光束28向通道11传播时，它可以至少部分经过镜33和镜32与33之间的任何镜。最终的光束15可能包含光束27、28和29和由位于分色镜组30的镜32和33之间的其他镜反射或偏转的任何光束。光束15可以通过通道11的孔径34、光学元件35和窗口13。
因为光束15可以通过通道11的窗口13，撞击颗粒12并作为光束16散射，光束16通过窗口14到达检测器17，所以可能感兴趣的是确定光束16的每一个具有哪个波长。在从检测器17输出的电信号中识别反射光的波长或光源的方式中也许并没有明显答案。
为了识别所检测到的光16的波长(散射的或非散射的)，可以通过对来自每个光源的光进行调制来实现。即，调制器36可以利用频率f1来调制光源24的输出。同样，调制器37可以利用频率f2来调制光源25的输出，以及调制器38可以利用频率fn来调制光源26的输出。在调制器37和38之间，可以有其他调制器以调制可设在光源25和26之间的其他波长的附加光源。该方法可以视为光源的频率复用。可以通过计算机/处理器40连接并控制调制器36、37、38和其他调制器。
检测器17的输出可以经过频率分析仪39，频率分析仪39可以将检测到的光16和15信号解复用，并根据信号的波长和各自光源将光分离成分量信号。可以将这些信号提供计算机/处理器40以供执行分析、计数、识别、记录和/或其他操作。
与信号频率相比，调制频率可以相对较高。图2呈示根据频率复用信号的图表。作为示范示例，信号41的波长可以具有在10.0MHz处复用的波长λ1，信号42可具有在10.3MHz处复用的波长λ2，以及信号43可具有在10.6MHz处复用的波长λn。可以在其他频率处复用其他波长的附加信号，以供在检测器17的输出处解复用。
图3是可以结合复用的多波长光散射系统的示范应用的细胞计数仪的示意图。细胞计数仪45可以具有颗粒12的核心流的通道11。
虽然本发明是参考至少一个示范实施例来描述的，但是显然阅读和理解了本说明书时本领域技术人员将显见到许多变化和修改。因此，应该在现有技术的角度将所附权利要求尽可能广义地解释为包括所有此类变化和修改。

Claims (29)

1.一种多波长光系统，包括：
多个光源；
所述多个光源附近的至少一个反射镜；
连接到所述多个光源的至少一个复用器；
目标附近的检测器阵列；以及
连接到所述检测器阵列的解复用器，
其中，所述检测器阵列中的检测器具有在各种角度间隔检测光的光敏部分，并且所述检测器阵列中的检测器通过对光不敏感的区域彼此隔离。
2.如权利要求1所述的系统，还包括连接到所述至少一个复用器和所述检测器阵列的处理器。
3.如权利要求2所述的系统，其中，
所述至少一个复用器是频率调制器；以及
频率分析仪连接到所述检测器阵列。
4.如权利要求1所述的系统，还包括连接到所述检测器阵列的解复用器。
5.如权利要求4所述的系统，还包括连接到所述至少一个复用器和所述解复用器的处理器。
6.一种多波长光系统，包括：
具有第一波长的第一光源；
具有第二波长的第二光源；
具有第一调制频率且连接到所述第一光源的第一调制器；
具有第二调制频率且连接到所述第二光源的第二调制器；
在所述第一和第二光源附近的光组合器；
在所述光组合器的输出附近的检测器阵列；以及
连接到所述检测器阵列的频率解复用器，
其中，所述检测器阵列中的检测器具有在各种角度间隔检测光的光敏部分，并且所述检测器阵列中的检测器通过对光不敏感的区域彼此隔离。
7.如权利要求6所述的系统，还包括：
具有第三波长的第三光源；以及
具有第三调制频率且连接到所述第三光源的第三调制器；以及
其中，所述光组合器在所述第三光源附近。
8.如权利要求7所述的系统，其中，
将所述光组合器的输出聚焦到目标上；以及
所述检测器阵列在所述目标附近。
9.如权利要求8所述的系统，其中，可以根据光源拆分来自所述检测器阵列的信号。
10.如权利要求8所述的系统，其中，可以根据撞击所述检测器阵列的光的波长来将从所述检测器阵列输出的信号解复用。
11.一种多波长光学系统，包括：
多个光源；
连接到每个光源的频率调制器；
在每个光源附近具有部件以及具有导向目标的光输出的叠合分色镜；
所述目标附近的光检测器阵列；以及
连接到所述光检测器阵列的频率分析仪，
其中，所述检测器阵列中的检测器具有在各种角度间隔检测光的光敏部分，并且所述检测器阵列中的检测器通过对光不敏感的区域彼此隔离。
12.如权利要求11所述的系统，其中，
所述多个光源的至少一个光源发射具有波长不同于另一个光源发射的光的波长的光；以及
所述至少一个光源发射具有频率不同于调制另一个光源发射的光所用的频率的光。
13.如权利要求12所述的系统，还包括：
连接到所述检测器阵列的频率分析仪；以及
其中，由所述频率分析仪将所述多个光源的一个波长的所述至少一个光源发射的光所导致的信号从所述多个光源的另一个波长的另一个光源发射的光所导致的信号区分出来。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述叠合分色镜将所述多个光源的每个光源发射的光叠合成导向目标的一个光输出。
15.如权利要求14所述的系统，其中，所述光检测器阵列包括圆环检测器。
16.如权利要求15所述的系统，其中，所述光检测器阵列包括同心的圆环检测器阵列。
17.如权利要求15所述的系统，其中，所述目标是细胞计数仪的液流通道的核心流。
18.如权利要求17所述的系统，其中，所述光检测器阵列包括FALS检测器。
19.如权利要求18所述的系统，其中，所述光检测器阵列包括SALS检测器。
20.如权利要求19所述的系统，其中，所述光检测器阵列包括计数检测器。
21.如权利要求20所述的系统，
其中，将所述一个光输出的一部分导向所述液流通道的另一个部分。
22.如权利要求21所述的系统，其中，来自所述光检测器阵列的信号可具有有关所述核心流的速度信息。
23.一种用于识别检测到的具有不同波长的光束的分量的方法，包括：
利用第一频率调制具有第一波长的第一光；
利用另一个频率调制具有另一个波长的至少另一个光；
将具有所述第一波长的光与具有所述另一个波长的所述至少另一个光组合成光束；
利用检测器阵列检测所述光束，所述检测器阵列将检测到的光转换成电信号，其中，所述检测器阵列中的检测器具有在各种角度间隔检测光的光敏部分，并且所述检测器阵列中的检测器通过对光不敏感的区域彼此隔离；以及
将所述电信号分析成表示所述第一波长的光的信号和表示具有另一个波长的所述至少另一个光的信号。
24.如权利要求23所述的方法，还包括将所述光束导向到目标。
25.如权利要求24所述的方法，其中，所述目标是细胞计数仪液流通道的核心流。
26.如权利要求24所述的方法，其中，所述检测器阵列检测所述目标散射的光。
27.如权利要求26所述的方法，其中，所述检测器阵列是圆环检测器。
28.如权利要求27所述的系统，其中，所述检测器阵列具有同心的圆环检测器阵列。
29.如权利要求26所述的方法，其中，所述检测器阵列包括用于确定光方向的不同角度间隔上的光量的个体检测器阵列。
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