(57)【要約】血液細胞など被照射粒子によって後方に散乱する（すなわち反射する）光を検出するための後方散乱検出器は、複数の光ファイバを含む。粒子インテロゲーション・ゾーンにおいて粒子を照射するために使用されるビームを通すために中央に開口を有する光ファイバ・ホルダ（３０）は、後方散乱光を集めるために希望の位置に集光端を配置するのに役立つ。光ファイバの集光端は、照射ビームを中心とする円形パターンで配置され、光ファイバの支持される部分のそれぞれの軸は、ビーム軸に平行に、あるいはより望ましくは散乱源すなわち被照射粒子または細胞にまたはその近くに集まるように伸びることが望ましい。後者の構成は、後方散乱光がファイバ軸に対して実質的に平行に入るようにし、それによって、ファイバにおける光伝送損失を減少する。
2005536741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射粒子または血液細胞から後方に散乱する光を検出するための後方散乱検出器であって、
（ａ）光検出器と、
（ｂ）複数の光ファイバであり、その各々が集光端、相対する光放出端及び前記集光端が集めた光を複数の内部反射によって前記光放出端に伝送するための介在光伝送領域を有し、前記光放出端が前記光検出器の感光面付近に配置される、複数の光ファイバと、
（ｃ）粒子インテロゲーション・ゾーンにおいて粒子を照射するために使用されるビームを通すための中央の開口を有するハウジングを含む光ファイバ・ホルダであり、該光ファイバ・ホルダが、前記後方散乱光を集めるために希望の位置に前記光ファイバのそれぞれの集光端を配置するために作用する、光ファイバ・ホルダと、
を備える、後方散乱検出器。
【請求項２】
前記光ファイバ・ホルダが、各光ファイバ集光端が実質的に同じ角度範囲内の被照射粒子からの後方散乱光を受けるように、各ファイバの集光端付近の直線部を支持するように設計される、請求項１に記載の後方散乱検出器。
【請求項３】
前記光ファイバの前記集光端が前記ハウジングの前記開口を中心とする円形パターンで配列される、請求項２に記載の後方散乱検出器。
【請求項４】
前記光ファイバの前記支持される直線部のそれぞれの軸が、前記ハウジングの前記開口を通過する粒子照射ビームの軸に対して平行に伸びる、請求項２に記載の後方散乱検出器。
【請求項５】
前記光ファイバの前記支持される直線部のそれぞれの軸が、前記光散乱源の予想される位置にまたはその付近に集まる、請求項２に記載の後方散乱検出器。
【請求項６】
被照射粒子または血液細胞から後方に散乱する光を検出するための後方散乱検出器であって、
（ａ）光検出器と、
（ｂ）複数の光ファイバであり、その各々が集光端、相対する光放出端及び前記集光端が集めた光を複数の内部反射によって前記光放出端に伝送するための介在光伝送領域を有し、前記光放出端が前記光検出器の感光面付近に配置される、複数の光ファイバと、
（ｃ）粒子インテロゲーション・ゾーンにおいて粒子を照射するために使用されるビームを通すための開口を中に有するハウジングを含む光ファイバ・ホルダであり、該光ファイバ・ホルダが、前記後方散乱光を集めるために前記開口を中心とする円形パターンで前記光ファイバのそれぞれの集光端を配置するために作用する、光ファイバ・ホルダと、
を備える、後方散乱検出器。
【請求項７】
各光ファイバが約５００ミクロンの直径を有する、請求項６に記載の後方散乱検出器。
【請求項８】
前記光ファイバ・ホルダが、前記光ファイバの支持される直線部のそれぞれの軸が前記光散乱源の予想される位置にまたはその付近に集まるように、各光ファイバの集光端付近の直線部を支持するように設計される、請求項６に記載の後方散乱検出器。
【請求項９】
前記光検出器が増倍型光電管を備える、請求項６に記載の後方散乱検出器。
【請求項１０】
前記光ファイバ・ホルダが、前記集光端が約７度プラスマイナス２度の公称角度の後方散乱光を受けるように、各ファイバの集光端付近の直線部を支持するように設計される、請求項６に記載の後方散乱検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に言って粒子の特徴づけに関するものである。より特定して言うと、本発明は、それぞれの後方散乱サインに基づいて粒子特に血液細胞を特徴付けるための装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
様々なタイプの小さい粒子を分化するための手段として光散乱測定を使用することは周知である。例えば、ほぼ全ての高度な血液検査計器において、オプティカル・フローセルのインテロゲーション・ゾーンに血液細胞を一度に１個ずつ通過させることによって血液細胞の前方光散乱特性を測定することは一般的に行われている。インテロゲーション・ゾーンにおいて各細胞はレーザービームの照射を受け、戦略的にインテロゲーション・ゾーンの前方に配置される１台またはそれ以上の光検出器は、多くの場合予め決められたいくつかの角度範囲内で、前方散乱放射線のレベルを感知する。前方光散乱を測定する他に、一部の血液検査計器は、被照射細胞の側方に配置される別個の光検出器を用いて側方散乱も測定する。測定範囲内において同様の光散乱特性を有するサンプル内の他の細胞及び他の粒状物質からある特定のタイプの細胞をよりよく分化するために、これらの光散乱測定は、例えば、軸方向光損失、ＤＣ質量及び（または）ＲＦ導電率測定など同時に行われる他の測定と組み合わせて使用されることが多い。様々なパラメータ測定を行った後、計器は、測定された様々なパラメータが相互に関係付けてグラフ化される散布図を生成する。この散布図において、各細胞タイプがデータ・ポイント（各ポイントは個々の細胞を表す）の密な群れとして現れ、各群れが明白に識別される間隔によって他の群れから容易に識別可能であることが理想である。このような場合、１つの群れの細胞と別の群れの細胞の間に「ゲート」を置き、各タイプの細胞を数えるのは比較的単純なことである。残念ながら、さまざまな理由から１つのタイプのある程度の（低い）率の細胞が他のタイプの細胞の空間領域に侵入して、各タイプの分化を多少不正確にするので、この理想を実現するのは時には難しい。
【０００３】
同心リングに配列される複数束の光ファイバを使用して、散乱面からの散乱放射線を散乱面から離れて配置される複数の光検出器（例えば、増倍型光電管及びフォトダイオード）に光学的に結合することができることは、すでに示唆されている。Ｗｏｌｆｇａｎｇ  Ｇ．Ｅｉｓｅｒｔによる「吸収及び散乱に基づく細胞分化」（Ｔｈｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｈｉｓｔｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｃｙｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．１，ｐｐ４０４−４０９（１９７９））を参照のこと。Ｅｉｓｅｒｔが説明している通り、光ファイバは、それぞれの集光端が中央に配置される光ファイバの集光束を中心とする５つの同心リングを構成するように配置される。５つの同心リングの各々の個々のファイバの遠位端は５つの異なる増倍型光電管に光学的に結合され、中央束の個々のファイバの遠位端は、フォトダイオードに光学的に結合される。このようにして、各リングのファイバは、ファイバの直径（またはリングの幅）、ビーム軸に対して相対的なファイバ端の半径方向の変位（すなわちリングの直径）及び散乱光源からのファイバ端の軸方向の距離によって決定される離散的な角度範囲の散乱光を集める。ファイバの中央束は光学的にビーム軸と整合され、個々のファイバが円形に配列される他の束は、ビーム軸に対して平行に配列される。ビーム軸に配置される中央の光ファイバの束は、細胞がこれを通過することによって引き起こされるビームの軸方向光損失を監視するのに役立つ。
【０００４】
Ｅｉｓｅｒｔが提案する上記の光ファイバ・カップラにおいては、全てのファイバのそれぞれの集光端は、細胞照射ビームの光軸に対して直角に配置される共通平面に配置される。従って、ファイバの開口数のせいで、散乱光の光ファイバへの光学的結合は散乱角度が増すにつれて低下することが分かるだろう。さらに、散乱角度が増すと、散乱光とファイバ端との間の入射角が増大し、それによって散乱光をファイバの一方の端から他方の端に伝送するために必要な内部反射の数が増す。この結合効率の問題は、比較的大きい散乱角度のとき散乱の強さが極端に減少することによって悪化する。
【０００５】
前方及び側方散乱測定の他に、血液細胞タイプを分化するのに後方散乱（すなわち、反射光）測定が有益であるかもしれないことはすでに示唆されている。「有核血液細胞からの弾性光散乱：高速数値分析」と題するＳｌｏｏｔ  ＆  Ｆｉｇｄｏｒの論文（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．１９，１９８６年１０月１日）において、有核血液細胞の異質母体において様々な細胞タイプの検出を最適化するためには前方、側方及び後方の光散乱の強さを同時に検出することが必要であると記されている。ここでは、２つの同心球によって模倣される有核血液細胞の光散乱特性を計算するためのモデルが提示される。後方散乱の強さが核/細胞質比及び細胞質及び核の光学密度の変化によって決定されることが、提示される計算から推論される（細胞の実際の測定は行われなかった）。提示される分析は、核の透明性と後方散乱信号の強さとの間の直接的相関関係を強く示唆する。この論文においては、光散乱測定を行うためのハードウェアについは全く開示されていないが、Ｓｌｏｏｔ他によるその後の論文、「フロースルー・システムにおいて測定される生物粒子の散乱行列要素：理論と実践」（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．１０，１９８９年５月１５日）は、大きな表面積の散乱検出器の使用、及び比較的大きな表面の原因となる「大きな円錐の組み込み」を応用する必要性をほのめかしている。この論文は、血球を照射する前に血球照射レーザービームが通り抜ける中央開口を有する後方散乱検出器を略図的に示している。血球にぶつかると、後方散乱検出器の大きな面は大きな円錐角度すなわち大きな角度範囲の後方散乱光を集め、これを検出する。大きな表面積の検出器は、大きな角度範囲で散乱光を集めるので比較的強い信号を生成する点からは有利であるが、信号雑音比の観点からは不利である。表面積が増大すると、検出器は、増大する迷光例えば検出される細胞からの後方散乱光が通過するオプティカル・フローセルの面から反射するレーザー光線を感じやすい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上の論証を考慮して、本発明の目的は、レーザー・ビームによって照射された血液細胞またはその他の粒子（生物粒子またはその他の粒子）からの後方散乱光を集めるため及びこの光を集光エリアから遠隔に配置される光検出器に効率よく結合させるための改良された装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従えば、後方散乱検出器は、各々が集光端及び相対する光放出端を有する複数の光ファイバを含む。粒子インテロゲーション・ゾーンにおいて粒子を照射するために使用されるビームを通すために中央の開口を有する光ファイバ・ホルダは、後方散乱光を集めるために希望の位置に集光端の位置を定めるのに役立つ。光ファイバ・ホルダは、各ファイバ端が実質的に同じ角度範囲内の被照射粒子からの後方散乱光を受けるように、各ファイバの集光端付近の直線部を支持するように設計される。光ファイバの集光端は照射ビームを中心とする円形パターンで配列され、光ファイバの支持される部分のそれぞれの軸は、ビーム軸に対して平行に、あるいはより望ましくは散乱源すなわち被照射粒子または細胞の位置にまたはこの付近に集まるように伸びることが望ましい。後者の構成は、後方散乱光がファイバ軸に対して実質的に平行にファイバ端に入るようにし、それによって、ファイバの光伝送損失を減少する。ファイバは、集光端が共通平面上になるように、あるいはより望ましくは散乱源付近に曲率中心を有する球状凹面にあるように支持されることが望ましい。
【０００８】
本発明及びその利点は、添付図面（図面においては、同様の参照符号は同様の部品を示す）を参照する以下の望ましい実施態様の詳細な説明からよりよく理解できるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
添付図面を参照すると、図１は、平行化ビームによって照射される小さい粒子例えば血液細胞によって散乱する光を検出するための電気光学システムＳを略図的に示している。上述の通り、この一般的なタイプのシステムは、液体サンプル中の様々なタイプの血液細胞を分化するための血液検査計器において一般的に使用される。このシステムの中心は、中央に粒子インテロゲーション・ゾーン１２が配置されるオプティカル・フローセル１０であり、このゾーンに対象となる個々の浮遊粒子の流れを周知の方法で一度に１個ずつ通過させることができる。フローセルは、光学的に透明であり、クォーツで作られることが望ましく、インテロゲーション・ゾーンは横断面で約１００×１００ミクロンである。インテロゲーション・ゾーンを通過するとき、個々の粒子はレーザー１４によって与えられ光軸ＯＡに沿って伝搬するビームＢを照射される。４５度の半透明ミラー１８にぶつかった後ビームＢと同一線になる第二のビームＢ’を与えるために第二のレーザー１６が使用されることが望ましい。２つのビームは、異なる波長であることが望ましく、例えば、一方のビームは、例えばヘリウム・ネオン・レーザーによって与えられる赤色であり、他方のビームは、例えばアルゴン・レーザーによって与えられる青色である。後方散乱検出器Ｄ’（下に説明される）を含む集光光学システム５０に形成される小さい開口を通過すると、ビームはレンズ・ハウジング２６の相対する端において支持される１対の交差円柱レンズ２０、２２によって粒子インテロゲーション・ゾーン１２の中心Ｃに焦点を結ぶ。集束ビームに照射されると、各粒子は、照射ビームの波長、及びサイズ、屈折率、反射率、形状、内部構成を含めて特定の粒子の特性に基づく複雑な関数に従ってあらゆる方向に光を散乱させる。さらに、各被照射粒子は、この場合にも粒子の物理的及び光学的特性に応じて、照射ビームの強さを変調させる。前方光散乱ＦＳ、すなわち粒子照射ビームの伝搬方向によって決定される被照射粒子の前方に散乱する光は、前方散乱/軸方向光損失検出器Ｄによって、複数の角度範囲内で検出される。その名前が示す通り、検出器Ｄは、粒子がビームを通過することによって引き起こされる照射ビームの軸方向光損失ＡＬＬ（時には「ゼロ角度散乱」と呼ばれる）を検出するためにも作用する。この種の軸方向光損失は、レーザー１４及び１６のそれぞれの放射出力によって決定される様々な波長で検出されることが望ましい。後方散乱光ＢＳ、すなわち被照射粒子から照射光源に向かって後ろ向きに散乱するすなわち反射される光は、上記の後方散乱検出器Ｄ’によって、予め決められた角度範囲内で検出される。望ましい後方散乱検出器Ｄ’の詳細について下に説明する。
【００１０】
要約すると、前方散乱/軸方向光損失検出器Ｄは、一般的に言って、（ｉ）光ファイバ・ホルダ３０、（ii）複数の離散的な光ファイバ束３３−３８（６束として図には示されているが、これより多くても少なくても良い）、及び（iii ）同じ数の光検出器ＰＤ１−ＰＤ６、を含む。光検出器は、従来の増倍型光電管、固体デバイスまたはこの２つの任意の組合せとすることができる。各光ファイバ束は、少なくとも３本または４本の光ファイバを含むことが望ましく、ファイバ・ホルダ３０内で配列されるパターン及びファイバの直径に応じて５０本以上のファイバを含むことができる。各光ファイバは、使用中複数の内部反射を通じてファイバによって比較的離れた場所に伝送される放射エネルギーを集めるまたは受けるための位置に配置される集光端、及び集められ伝送された光を放出する、相対する光放出端を有する。光ファイバ・ホルダ３０は、複数の同心リング（各束ごとに１つのリング）を形成するように各束のファイバの集光端の位置を定めるのに役立つ。各リングは、リングの直径、ファイバの直径及び散乱源からのリングの軸方向の間隔に応じて離散的な角度範囲内の前方散乱光を集めるのに役立つ。各光ファイバ束のそれぞれの光放出端は、光検出器のうちの１つだけと光学的に結合される。従って、各光検出器の出力は、各検出器が光学的に結合されるファイバ束が受ける散乱光の強さを表す。束３５及び３６の光路に配置される１対のスペクトル・フィルタ４０、４２は、２つの異なる波長で軸方向の光損失を監視するために１つまたはそれ以上のレーザー・ビームの光を透過させるのに役立つ。光ファイバ束の個々のファイバは全て、おそらく長さを除いて、全ての点で同じであることが望ましい。長さは、空間の制約に応じて束によって多少の変動があってもよい。各ファイバは約５００ミクロンの直径を持ち、かつ全てのファイバは共通の光学材料から作られることが望ましい。特に望ましいファイバは、Ｂｏｓｔｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒが市販するＳＩ  Ｂａｒｅ  Ｆｉｂｅｒである。
【００１１】
さらに図２Ａ及び２Ｂを参照すると、後方散乱検出器Ｄ’は、光ファイバ・ホルダ５０、光ファイバ束５４及び光検出器５６を含む。光ファイバは、上述のものと同じものが望ましく、光検出器は従来の増倍型光電管（ＰＭＴ）である。光ファイバ・ホルダ５０は、黒色のプラスティックで作られることが望ましく、Ｅ．Ｉ．Ｄｕ  Ｐｏｎｔの製品であるＤｅｒｌｉｎプラスティックで作られるのが最も望ましい。ホルダ５０は、長さ全体に沿って伸びる中央孔６１を有する比較的小さい中央管部６０を含む。中央管部６０は、その一端に円形ファイバ保持フランジ６２を、また相対する端に拡大管部６４を備える。望ましい実施態様に従えば、中央管部６０は約２．５ｍｍの長さ及び約１．５ｍｍの外径を持つ。孔６１の直径は約１．３ｍｍであり、粒子照射ビームＢが孔を通過した後粒子Ｐを照射できるようにビームを通すのに充分な大きさである。拡大管部６４は、約４．０ｍｍの長さ、約３．３ｍｍの外径及び約３．０ｍｍの内径を有する。管部６４の内径は、レンズ・ハウジング２６の端の外面にぴったりとはまるのに適するので、レンズ・ハウジングは、光ファイバ・ホルダの全面的な支持となる。
【００１２】
図２Ｂから分かる通り、円形フランジ６２は、複数の穿孔Ｈを備え、その各々が上述のタイプの光ファイバの集光端部を受け入れこれを保持するのに適する直径を有する。従って、各穿孔Ｈは、ファイバ直径５００ミクロンを僅かに上回る直径を有する。穿孔Ｈは、円形パターンで配列されて、ホルダ５０の中央縦軸Ａを中心とするリングＲを形成する。使用中、軸Ａは光軸ＯＡと一致することに留意すること。リングＲは約１．７５ｍｍの直径を持つことが望ましい。フランジ６２の端（フローセル１０の前面１０Ａと接することになっている）と散乱源（すなわちフローセルの中心）との間に予想される間隔に基づいて、このリングの直径は、約７度の公称後方散乱角度を与え、５００ミクロンのファイバ直径は、約２度（７度を中心として）の角度範囲を与える。従って、光ファイバ束５４によって後方散乱が集められる角度範囲は約６度から約８度までである。光ファイバのそれぞれの集光端のエリアは比較的小さく、また各端は散乱源を指すことが望ましいので、ファイバは、前方散乱検出器と後方散乱検出器の間に配置される様々な源（例えば、オプティカル・フローセルの面）から反射するレーザー迷光をあまり集めない。従って、光ファイバを使用することによって、光検出器５６の信号雑音比は、対象となる後方散乱信号の他に対象となる細胞以外の源からの大量の後方散乱光を集める非指向性、広面積の先行技術の検出器に比べて、比較的高い値を維持する。
【００１３】
図２Ａに示される実施態様においては、光ファイバの集光端部は、各ファイバ軸ＦＡがホルダ５０の軸Ａに対して実質的に平行に伸びるように支持されることが分かるだろう。図３Ａ及び３Ｂにおいては、本発明のさらに望ましい別の実施態様が示されており、この実施態様においては、ファイバ・ホルダ５０’は、そのそれぞれの軸ＦＡが散乱源の外見上の位置すなわちフローセルの屈折性前面を通して見たときの事実上の位置を表す点Ｐに集中するように、ファイバ端を支持するのに役立つ。この図には、ファイバ収納穿孔Ｈが球状凹面Ｓに形成される（穿たれる）修正されたフランジ６２’が示されている。この配列によって、被照射粒子からの後方散乱光は、ファイバ軸ＦＡに対して実質的に平行の方向からファイバの集光端に入る。従って、ファイバ内における複数の内部反射による光損失は減少する。これは、粒子から受ける後方散乱の強さが比較的低いことを考えると特に有利である。本発明の装置は、特に各種の血液細胞及び特に血小板のそれぞれの後方散乱サインに基づいてこれらの細胞を分化するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】血液細胞及びその他の小さい粒子の光散乱サインに基づいてこれらの細胞及び粒子を分析するために使用されるシステムの一部の略図である。
【図２Ａ】本発明を実施する後方散乱検出器の断面図である。
【図２Ｂ】本発明を実施する後方散乱検出器の前面図である。
【図３Ａ】本発明の別の望ましい実施態様の斜視図である。
【図３Ｂ】本発明の別の望ましい実施態様の断面図である。
【図１】
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2005536741.tif 000004
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【国際調査報告】
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