測(cè)定與紅細(xì)胞相關(guān)的物理參數(shù)的制作方法
【專利摘要】提供了一種基于數(shù)字全息術(shù)來(lái)測(cè)定至少一個(gè)紅細(xì)胞的參數(shù)的方法，所述方法包括以下步驟：構(gòu)建包括表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的波前的干涉圖樣，所述干涉圖樣由所述至少一個(gè)紅細(xì)胞和電磁輻射的相互作用產(chǎn)生，根據(jù)所述干涉圖樣對(duì)表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞波前的振幅信息和相位信息進(jìn)行重構(gòu)，以及通過(guò)對(duì)表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的相位信息和振幅信息進(jìn)行組合，來(lái)測(cè)定所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的平均紅細(xì)胞體積和/或平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度和/或氧飽和度和/或平均紅細(xì)胞血紅蛋白。
【專利說(shuō)明】測(cè)定與紅細(xì)胞相關(guān)的物理參數(shù)
[0001]發(fā)明的【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種基于數(shù)字全息術(shù)來(lái)測(cè)定與紅細(xì)胞相關(guān)的物理參數(shù)的方法和設(shè)備?！颈尘凹夹g(shù)】
[0003]出于診斷的目的，通常使用的工具為全血細(xì)胞計(jì)數(shù)(CBC)。CBC可以分為用于分析的三個(gè)重要的細(xì)胞類型，即，白細(xì)胞(白血球)、紅細(xì)胞(紅血球)和血小板(凝血細(xì)胞)。通過(guò)測(cè)定紅細(xì)胞的重要特征(例如平均紅細(xì)胞體積(MCV)-紅細(xì)胞的平均體積、紅細(xì)胞分布寬度(RDff)-紅細(xì)胞群變異的測(cè)量、平均紅細(xì)胞血紅蛋白(MCH)-每個(gè)紅細(xì)胞的平均血紅蛋白量、氧飽和度(Stj2)-紅細(xì)胞中氧所占據(jù)的血紅蛋白結(jié)合位點(diǎn)的比例測(cè)量和平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度(MCHC)-紅細(xì)胞中血紅蛋白的平均濃度)，可以診斷多種疾病。例如基于MCV的值是否高于或低于預(yù)期的正常范圍，貧血被分為小紅血球性貧血或巨紅血球性貧血。目前，這些參數(shù)可以通過(guò)復(fù)雜且昂貴的系統(tǒng)來(lái)測(cè)量，例如流式細(xì)胞儀和共聚焦激光掃描顯微鏡，或僅能夠測(cè)量一個(gè)參數(shù)的系統(tǒng)(例如阻抗體積分析儀)。
[0004]Rappaz 等人的文章“Comparative Study of Human Erythrocytes byDigital Holographic Microscopy,Confocal Microscopy,and Impedance VolumeAnalyzer，，(Journal of the International Society for Advancement ofCytometry, 73A:895_903，2008)中描述的一項(xiàng)技術(shù)，說(shuō)明了數(shù)字全息顯微鏡技術(shù)結(jié)合去耦過(guò)程對(duì)于折射率和完整的單個(gè)紅血球體積的測(cè)量的適用性。Rappaz等人的文章“Measurement of the integral refractive index and dynamic cell morphometry of livingcells with digital holographic microscopy” (OPTICS EXPRESS，Vol.13，N0.23，936-9373，2005)進(jìn)一步對(duì)去耦過(guò)程做了更詳細(xì)地解釋，其中包含名為“去耦過(guò)程”的實(shí)驗(yàn)方案，其目的在于根據(jù)活細(xì)胞的定量相位圖像分別測(cè)量整體折射率和細(xì)胞厚度。
[0005]因此，為了計(jì)算紅細(xì)胞參數(shù)(例如MCV和/或MCHC和/或RDW和/或Stj2和/或MCH),必須配制紅細(xì)胞溶液，并將該紅細(xì)胞溶液與第二溶液進(jìn)行交換，其中這兩種溶液的折射率必須是已知的。這種方法費(fèi)力且耗時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)技能(例如紅細(xì)胞不能受到污染)要求高。此外，交換溶液的過(guò)程是在測(cè)量中通過(guò)用戶交互增加意外風(fēng)險(xiǎn)的另一步驟。事實(shí)上，交換溶液時(shí)的另一缺點(diǎn)是，存在于第一溶液樣品中的所有紅細(xì)胞在沖洗掉第一溶液并用第二溶液替換后將可能不再存在，這意味著將會(huì)有樣品的丟失或污染。溶液交換過(guò)程中紅細(xì)胞的減少，歸因于在進(jìn)行首次測(cè)量前紅細(xì)胞需要沉淀并粘附在觀察容器上。如果紅細(xì)胞不能適當(dāng)?shù)卣掣?，它們將松開(kāi)并隨第一溶液沖洗掉和/或移動(dòng)到新的位置并粘附在觀察容器上。這將由于引入偽像，因此影響紅細(xì)胞的重構(gòu)波前的質(zhì)量。此外，流體的交換和存在可能以不希望的方式影響紅細(xì)胞的形態(tài)和/或預(yù)期的行為。觀察容器也必須只能使用一次，以便不會(huì)對(duì)測(cè)量造成污染(例如通過(guò)稀釋和/或混合溶液從而影響折射率使其成為未知而非假設(shè)的已知因數(shù))。此外，使用所需精度在納米范圍內(nèi)的一次性消耗品生產(chǎn)具有特定高度的觀察容器是非常困難的。
[0006]因此，一種測(cè)定上述參數(shù)的改進(jìn)方法是有利的，并且特別是更快、更容易和更可靠的方法是所期望的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明尋求單獨(dú)地或以任何組合的方式來(lái)減輕、緩和或消除一個(gè)或多個(gè)上述缺點(diǎn)。特別地，本發(fā)明的一個(gè)目的可以為在不需要交換溶液和/或存在溶液的情況下，測(cè)定紅細(xì)胞的平均紅細(xì)胞體積、紅細(xì)胞分布寬度、平均紅細(xì)胞血紅蛋白、氧飽和度和平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，上述及其他目的通過(guò)一種基于數(shù)字全息術(shù)來(lái)測(cè)定至少一個(gè)紅細(xì)胞的參數(shù)的方法來(lái)解決，該方法包括以下步驟:
[0009]構(gòu)建包括表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的波前的干涉圖樣，所述干涉圖樣由所述至少一個(gè)紅細(xì)胞和電磁輻射的相互作用產(chǎn)生；
[0010]根據(jù)所述干涉圖樣對(duì)表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞波前的振幅信息和相位信息進(jìn)行重構(gòu)；以及
[0011]通過(guò)對(duì)表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的相位信息和振幅信息進(jìn)行組合，來(lái)測(cè)定所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的平均紅細(xì)胞體積和/或平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度和/或氧飽和度和/或平均紅細(xì)胞血紅蛋白。
[0012]文章“Comparative Study of Human Erythrocytes by Digital HolographicMicroscopy, Confocal Microscopy, and Impedance Volume Analyzer，，中公開(kāi)了一種不涉及或使用振幅信息的方法。Rappaz等人的文章中所建議的方法涉及使用在使用不同的樣品液體時(shí)獲得的兩個(gè)不同的圖像，并利用這些圖像的差異能夠測(cè)定平均紅細(xì)胞體積和平均紅細(xì)胞血紅蛋白。然而，本發(fā)明涉及一種將振幅信息和相位信息結(jié)合起來(lái)使用的方法，其創(chuàng)建了僅從一個(gè)圖像(即不使用例如不同的細(xì)胞液體)測(cè)定參數(shù)的基礎(chǔ)。本發(fā)明的此優(yōu)點(diǎn)及其他優(yōu)點(diǎn)在下面進(jìn)一步公開(kāi)。
[0013]通過(guò)本發(fā)明的方法，通過(guò)使用兩個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)的重構(gòu)的振幅信息和/或相位信息來(lái)測(cè)定氧飽和度。
[0014]本發(fā)明的方法在不需要交換溶液和/或存在溶液的情況下，能夠測(cè)定紅細(xì)胞的平均紅細(xì)胞體積、紅細(xì)胞分布寬度、平均紅細(xì)胞血紅蛋白、氧飽和度和平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度。Rappaz等人的方法并非如此。另外，通過(guò)去除交換溶液的過(guò)程，顯著降低了對(duì)用戶所需的實(shí)驗(yàn)技能的要求，且由于用戶處理不當(dāng)而造成樣品污染的風(fēng)險(xiǎn)也降低了。此外，不需要交換溶液，減少了測(cè)定所述參數(shù)的時(shí)間，原因在于根據(jù)本發(fā)明的方法僅需對(duì)干涉圖樣進(jìn)行一次檢測(cè)并對(duì)表示至少一個(gè)紅細(xì)胞的振幅信息和相位信息進(jìn)行重構(gòu)來(lái)測(cè)定所述參數(shù)。本發(fā)明的方法從而可以以非?？斓乃俾蕘?lái)研究現(xiàn)象，其中該速率主要取決于檢測(cè)干涉圖樣的數(shù)字檢測(cè)器的獲取速率。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，使用了振幅信息和相位信息二者。因此可以直接根據(jù)一個(gè)圖像來(lái)確定每個(gè)像素的厚度進(jìn)而折射率。由于折射率應(yīng)僅取決于血紅蛋白，根據(jù)本發(fā)明可以從血液中測(cè)定所需的參數(shù)，例如紅細(xì)胞的平均紅細(xì)胞體積、平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度、氧飽和度或平均紅細(xì)胞血紅蛋白。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例，對(duì)表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的相位信息和振幅信息進(jìn)行組合，涉及測(cè)定包含至少一個(gè)紅細(xì)胞的樣品的折射率。根據(jù)又一實(shí)施例，所述方法通過(guò)僅創(chuàng)建一個(gè)用于測(cè)定所述參數(shù)的圖像來(lái)實(shí)施。下面對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步討論。
[0016]另外，本發(fā)明的方法去除了對(duì)一次性觀察容器的需要和將紅細(xì)胞粘附到所述觀測(cè)容器上的需要。而且，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，由于單次檢測(cè)的要求，去除了在交換溶液時(shí)由于紅細(xì)胞的可能移動(dòng)或從觀察容器中沖洗掉而引起的偽像。根據(jù)本發(fā)明的方法，由于使用了振幅信息和相位信息，不需要具有明確高度的觀察容器和具有已知折射率的溶液。該方法由于能夠促使流體結(jié)合至少一個(gè)紅細(xì)胞，還允許至少一個(gè)紅細(xì)胞存活于類似體內(nèi)的環(huán)境中。
[0017]根據(jù)第二方面，提供了一種用于基于數(shù)字全息術(shù)來(lái)分析包含至少一個(gè)紅細(xì)胞的樣品的裝置。該裝置包括:至少一個(gè)光源，其被布置為創(chuàng)建至少一個(gè)物體光束和至少一個(gè)基準(zhǔn)光束，其中所述至少一個(gè)物體光束和所述至少一個(gè)基準(zhǔn)光束是相互相干的；用于將所述樣品暴露于所述至少一個(gè)物體光束的工具；用于將通過(guò)了所述樣品的所述至少一個(gè)物體光束和所述至少一個(gè)基準(zhǔn)光束進(jìn)行疊加從而產(chǎn)生干涉圖樣的裝置；被布置為檢測(cè)所述干涉圖樣的傳感器；及處理單元，其被布置為根據(jù)所述干涉圖樣對(duì)表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的物體波前的相位信息和/或振幅信息進(jìn)行重構(gòu)，以及根據(jù)所述相位信息和/或振幅信息對(duì)平均紅細(xì)胞體積和/或平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度和/或平均紅細(xì)胞血紅蛋白和/或氧飽和度進(jìn)行測(cè)定
[0018]第一方面的特征和優(yōu)點(diǎn)一般適用于第二方面。下面更詳細(xì)地公開(kāi)了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。 【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
[0020]圖2是在透明生物體通過(guò)前后的物體光束的波前的示意圖。
[0021]圖3是根據(jù)本發(fā)明的紅細(xì)胞模型的一個(gè)實(shí)施例和方法的概念性示意圖。
[0022]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的裝置的示意圖。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述
[0024]如圖1中的流程圖所示，提供了一種基于數(shù)字全息術(shù)來(lái)測(cè)定至少一個(gè)紅細(xì)胞的參數(shù)的方法，所述方法包含以下步驟:
[0025].構(gòu)建干涉圖樣，所述干涉圖樣包含表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的波前，所述干涉圖樣由所述至少一個(gè)紅細(xì)胞和電磁輻射的相互作用產(chǎn)生；
[0026]?根據(jù)所述干涉圖樣對(duì)表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞波前的振幅信息和相位信息進(jìn)行重構(gòu)；以及
[0027].通過(guò)對(duì)表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的相位信息和振幅信息進(jìn)行組合，來(lái)測(cè)定所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的平均紅細(xì)胞體積和/或平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度和/或氧飽和度和/或平均紅細(xì)胞血紅蛋白。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)特定實(shí)施例，電磁輻射具有在可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)的波長(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明的方法的其他實(shí)施例，可以使用例如在紅外和/或X射線和/或紫外光譜范圍內(nèi)的電磁輻射。電磁輻射由能夠輻射至少一個(gè)波長(zhǎng)的輻射源產(chǎn)生。例如，產(chǎn)生在光譜范圍內(nèi)的輻射的電磁輻射源可以是例如任何類型的激光源，例如二極管或He-Ne激光器。優(yōu)選使用二極管激光器。[0029]在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，相互相干的至少一個(gè)物體光束和至少一個(gè)基準(zhǔn)光束，是通過(guò)將從相干光源發(fā)出的光束分成兩個(gè)光束(例如通過(guò)分束器)生成的。物體光束和基準(zhǔn)光束是相互相干的，這意味著它們?cè)谶@一過(guò)程內(nèi)具有相同的頻率且具有恒定的相位關(guān)系。
[0030]物體光束穿過(guò)包含在觀察容器中和/或上的至少一個(gè)紅細(xì)胞，該觀察容器適于包含所述至少一個(gè)紅細(xì)胞且能夠允許電磁輻射穿過(guò)所述觀察容器和包含在觀察容器中和/或上的所述至少一個(gè)紅細(xì)胞。觀察容器優(yōu)選能夠允許電磁輻射穿過(guò)觀察容器且對(duì)輻射沒(méi)有或具有很小的影響或具有已知的輻射干擾效應(yīng)。觀察容器還可以包含能夠突出顯示至少一個(gè)紅細(xì)胞的所需物理特性(例如形態(tài)變化和/或折射率變化)的介質(zhì)。觀察容器還可以包含使至少一個(gè)紅細(xì)胞保持在所需狀態(tài)(例如在磷酸鹽緩沖鹽水和/或三羥甲基氨基甲烷緩沖鹽水和/或Hank’s緩沖鹽溶液和/或細(xì)胞生長(zhǎng)培養(yǎng)基(例如在有或無(wú)補(bǔ)充劑的RPMI1640)的溶液中保持死的和/或活的和/或生長(zhǎng)的和/或萎縮的狀態(tài))的介質(zhì)。
[0031]基準(zhǔn)光束不受包含在觀察容器中和/或上的至少一個(gè)紅細(xì)胞的影響，原因在于基準(zhǔn)光束是沿與物體光束不同的光路引導(dǎo)的(例如通過(guò)反射鏡或光纖)。
[0032]如圖2所示，物體光束50在穿過(guò)包含在觀察容器58中和/上的至少一個(gè)紅細(xì)胞55之前具有已知的波前51。當(dāng)物體光束50穿過(guò)至少一個(gè)紅細(xì)胞55時(shí)，至少一個(gè)紅細(xì)胞55將吸收物體光束的至少一部分強(qiáng)度，并且物體光束50由于其穿過(guò)至少一個(gè)紅細(xì)胞55，與周圍光束相比將經(jīng)歷一個(gè)光程長(zhǎng)度差。由已知的物體光束波前51和至少一個(gè)紅細(xì)胞55之間的相互作用產(chǎn)生的物體波前52將因此發(fā)生相移，且其振幅將受到來(lái)自至少一個(gè)紅細(xì)胞55的吸收的影響。類似地，基準(zhǔn)光束(未示出)也具有已知的波前，該波前因此不受至少一個(gè)紅細(xì)胞的影響。光路被定義為物理/幾何厚度乘以折射率。吸收被定義為通過(guò)紅細(xì)胞由于波傳播轉(zhuǎn)換到其他類型能量的電磁輻射能。
[0033]在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，已穿過(guò)包含在觀察容器中和/或上的至少一個(gè)紅細(xì)胞的至少一個(gè)物體光束與至少一個(gè)基準(zhǔn)光束的疊加，是通過(guò)將兩個(gè)光束合并在一起(例如通過(guò)另一個(gè)分束器)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。至少一個(gè)紅細(xì)胞和電磁輻射的相互作用和疊加產(chǎn)生干涉圖樣，該干涉圖樣中包含關(guān)于表示至少一個(gè)紅細(xì)胞的物體波前的信息。
[0034]在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，干涉圖樣通過(guò)數(shù)字傳感器(例如電荷耦合器件(CXD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS))進(jìn)行檢測(cè)。所檢測(cè)的干涉圖樣也稱為全息圖。
[0035]例如可以使用夫浪和費(fèi)(Fraunhofer)或傅立葉(Fourier)或菲涅耳(Fresnel)裝置，來(lái)疊加已穿過(guò)至少一個(gè)紅細(xì)胞的至少一個(gè)物體光束和至少一個(gè)基準(zhǔn)光束，從而生成干涉圖樣，并檢測(cè)該干涉圖樣。優(yōu)選使用菲涅耳裝置。所述三種裝置之間的差別在于光學(xué)配置滿足允許表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的波前的重構(gòu)近似值的某些條件。在菲涅耳裝置中需滿足的允許重構(gòu)波前的近似值的條件是傳感器與至少一個(gè)紅細(xì)胞之間的距離與至少一個(gè)紅細(xì)胞的尺寸和傳感器的尺寸相比較大。這可通過(guò)使用顯微鏡物鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)，該顯微鏡物鏡收集來(lái)自所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的散射光并將其以幾乎平行的光束引導(dǎo)至所述數(shù)字傳感器，從而形成一個(gè)光學(xué)結(jié)構(gòu)，其中至少一個(gè)紅細(xì)胞和數(shù)字傳感器之間的距離與至少一個(gè)紅細(xì)胞的尺寸和傳感器的尺寸相比較大。
[0036]根據(jù)所檢測(cè)的干涉圖樣，對(duì)物體波前的振幅信息和相位信息進(jìn)行重構(gòu)。重構(gòu)通過(guò)任何常見(jiàn)的數(shù)值重構(gòu)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如傅立葉變換重構(gòu)和/或菲涅耳變換重構(gòu)和/或角頻譜重構(gòu)和/或卷積重構(gòu)和/或小波重構(gòu)。表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的重構(gòu)的振幅信息和相位信息可以在例如每個(gè)域、振幅或相位中進(jìn)行表示，在至少一個(gè)紅細(xì)胞信息的二維空間內(nèi)表示為圖像和/或圖譜，和/或在三維空間內(nèi)表示為3D表象。重構(gòu)的信息優(yōu)選表示為圖像。
[0037]重構(gòu)的信息還用于由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的圖像處理，來(lái)測(cè)定有關(guān)至少一個(gè)紅細(xì)胞的參數(shù)，例如平均紅細(xì)胞體積、紅細(xì)胞分布寬度、平均紅細(xì)胞血紅蛋白、氧飽和度和平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度。若干獲得的圖像也可以進(jìn)一步用于圖像處理以測(cè)定有關(guān)所研究的至少一個(gè)紅細(xì)胞的其他有用信息。所述若干圖像可以在不同的時(shí)間點(diǎn)獲得并存儲(chǔ)，以進(jìn)行之后的圖像處理和重構(gòu)，這意味著根據(jù)本發(fā)明的方法與時(shí)間無(wú)關(guān)。這樣的圖像處理可能涉及到其中至少一個(gè)紅細(xì)胞被定位的分割算法。這些被定位的至少一個(gè)紅細(xì)胞可以進(jìn)行進(jìn)一步的形態(tài)分析，例如關(guān)于它們的寬度、形狀等。可以使用的分割算法是分水嶺分割和/或梯度分析，但可以使用用于檢測(cè)和/或在圖像中描繪至少一個(gè)紅細(xì)胞的輪廓的任何類型的算法。優(yōu)選使用分水嶺分割。
[0038]或者，為了生成一個(gè)基準(zhǔn)光束和一個(gè)物體光束，可以使用其他類型的數(shù)字全息術(shù)裝置來(lái)產(chǎn)生干涉圖樣，例如在同軸數(shù)字全息術(shù)中利用了生成和使用一個(gè)光束。在研究本說(shuō)明書(shū)時(shí)，如何修改本發(fā)明的方法以便將其用于例如同軸數(shù)字全息術(shù)中，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是明顯的。
[0039]當(dāng)測(cè)定紅細(xì)胞的參數(shù)(例如平均紅細(xì)胞體積和/或紅細(xì)胞分布寬度和/或和/或平均紅細(xì)胞血紅蛋白和/或氧飽和度和/或平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度)時(shí)，紅細(xì)胞根據(jù)光學(xué)視圖通常被模擬為，主要包含血紅蛋白、鹽和包含在厚度可忽略的透明細(xì)胞膜中的其他有機(jī)化合物的均勻的水溶液。水和血紅蛋白分子占據(jù)了大于95%的紅細(xì)胞體積。因此，對(duì)于使用前向光散射的技術(shù)(例如流式細(xì)胞儀、相差顯微鏡和數(shù)字全息術(shù))，紅細(xì)胞的特征可表示為體積V和復(fù)合折射率n。= Iir-1iiο由于紅細(xì)胞的內(nèi)部幾乎完全由水和血紅蛋白占據(jù)，紅細(xì)胞之間的折射率η。的變化可以只歸因于血紅蛋白濃度的變化。
[0040]通過(guò)應(yīng)用上述模型，米式散射理論是適用的，并且包含在由電磁輻射和至少一個(gè)紅細(xì)胞之間的相互作用產(chǎn)生的干涉圖樣中的物體波前可以通過(guò)數(shù)字傳感器進(jìn)行檢測(cè)。這使得在重構(gòu)表示至少一個(gè)紅細(xì)胞的所述物體波前時(shí)，可以測(cè)定與紅細(xì)胞相關(guān)的所述參數(shù)。此種常用的紅細(xì)胞模型和米式散射理論使用中的問(wèn)題在于，重構(gòu)的波前取決于兩個(gè)未知參數(shù)，體積V和復(fù)合折射率η。和其他已知參數(shù)。這意味著這個(gè)或一個(gè)重構(gòu)的波前包含以非明顯的方式混合的兩個(gè)未知參數(shù)。
[0041]圖3中示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的概念性示意圖。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，下文將關(guān)于一個(gè)紅細(xì)胞進(jìn)行描述，但根據(jù)本發(fā)明的方法并不限于一個(gè)紅細(xì)胞，而是優(yōu)選至少一個(gè)紅細(xì)胞。波前40在其穿過(guò)至少一個(gè)紅細(xì)胞45之前是已知的，亦如圖2 (51，55)所示。在已知波前41 (物體波前)的至少一部分之后已穿過(guò)所述至少一個(gè)紅細(xì)胞45后，物體波前由于光程差Cnery.1，與未穿過(guò)所述至少一個(gè)紅細(xì)胞45的波前40的至少一部分的光程，nm.I相比)將發(fā)生相移，物體波前41與已知的波前40相比，也會(huì)受到來(lái)自至少一個(gè)紅細(xì)胞的吸收1的影響。
[0042]下面，將描述一種用于測(cè)定本發(fā)明所關(guān)注的參數(shù)的可行方法。
[0043]在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例中，紅細(xì)胞的折射率被建模為:
[0044]nery = nQ+ach (I)[0045]其中，Iitl是紅細(xì)胞在缺乏血紅蛋白時(shí)的折射率，α是在特定波長(zhǎng)處血紅蛋白的折射率增量，Ch是血紅蛋白濃度。此外，比爾一朗伯定律表明，吸收液體和非吸收液體的混合物的電磁輻射傳輸(Α)，與吸收液體的濃度(C)和所述電磁輻射穿過(guò)所述吸收液體的距離
(I)成正比:
【權(quán)利要求】
1.一種基于數(shù)字全息術(shù)來(lái)測(cè)定至少一個(gè)紅細(xì)胞的參數(shù)的方法，所述方法包括以下步驟: ?構(gòu)建包含表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的波前的干涉圖樣，所述干涉圖樣由所述至少一個(gè)紅細(xì)胞和電磁輻射的相互作用產(chǎn)生； ?根據(jù)所述干涉圖樣對(duì)表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞波前的振幅信息和相位信息進(jìn)行重構(gòu)；以及 ?通過(guò)對(duì)表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的相位信息和振幅信息進(jìn)行組合來(lái)測(cè)定至少一個(gè)紅細(xì)胞的平均紅細(xì)胞體積和/或平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度和/或氧飽和度和/或平均紅細(xì)胞血紅蛋白。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的相位信息和振幅信息進(jìn)行組合涉及測(cè)定包含所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的樣品的折射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述方法通過(guò)僅創(chuàng)建一個(gè)圖像來(lái)實(shí)施，所述一個(gè)圖像用于通過(guò)對(duì)表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的相位信息和振幅信息進(jìn)行組合來(lái)測(cè)定至少一個(gè)紅細(xì)胞的平均紅細(xì)胞體積和/或平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度和/或氧飽和度和/或平均紅細(xì)胞血紅蛋白。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述平均紅細(xì)胞體積通過(guò)以下等式來(lái)確定:

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度通過(guò)以下等式來(lái)確定:

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述平均紅細(xì)胞血紅蛋白通過(guò)以下等式來(lái)確定:
MCH = MCV.MCHC。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中氧飽和度通過(guò)以下等式來(lái)確定:
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中來(lái)自至少兩個(gè)波長(zhǎng)的表示至少一個(gè)紅細(xì)胞的重構(gòu)的振幅信息和/或相位信息用于測(cè)定氧飽和度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中氧飽和度(S)通過(guò)以下等式來(lái)確定:
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述電磁輻射具有在可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)的波長(zhǎng)。
11.一種用于通過(guò)數(shù)字全息術(shù)分析包含至少一個(gè)紅細(xì)胞的樣品的裝置，所述裝置包括: 至少一個(gè)光源，所述至少一個(gè)光源被布置為產(chǎn)生至少一個(gè)物體光束和至少一個(gè)基準(zhǔn)光束，其中所述至少一個(gè)物體光束和所述至少一個(gè)基準(zhǔn)光束是相互相干的； ?用于將所述樣品暴露于所述至少一個(gè)物體光束的工具； ?用于對(duì)通過(guò)了所述樣品的所述至少一個(gè)物體光束和所述至少一個(gè)基準(zhǔn)光束進(jìn)行疊加從而產(chǎn)生干涉圖樣的工具； ?被布置為檢測(cè)所述干涉圖樣的傳感器；及 ?處理單元，所述處理單元被布置為根據(jù)所述干涉圖樣對(duì)表示所述至少一個(gè)紅細(xì)胞的物體波前的相位信息和/或振幅信息進(jìn)行重構(gòu)，以及根據(jù)所述相位信息和/或振幅信息對(duì)平均紅細(xì)胞體積和/或平均紅細(xì)胞血紅蛋白和/或氧飽和度和/或平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度進(jìn)行測(cè)定。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述處理單元包括對(duì)紅細(xì)胞分布的測(cè)定。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的裝置，其中所述處理單元包括通過(guò)使用至少兩個(gè)波長(zhǎng)的、表示至少一個(gè)紅細(xì)胞的重構(gòu)的相位信息和/或振幅信息對(duì)氧飽和度的測(cè)定。
14.根據(jù)權(quán)利要 求13所述的裝置，其中使用了至少兩個(gè)波長(zhǎng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任一項(xiàng)所述的裝置，還包括環(huán)境艙，其中所述至少一個(gè)光源、所述用于暴露的工具、所述用于疊加的工具以及所述傳感器位于所述培養(yǎng)箱內(nèi)部。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至15中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述處理單元位于所述環(huán)境艙外部，并且所述裝置還包括被布置為將所述干涉圖樣從所述傳感器傳送到所述處理單元的發(fā)送器。
17.根據(jù)權(quán)利要求11至16中任一項(xiàng)所述的裝置，還包括控制器，所述控制器用于控制所述環(huán)境艙內(nèi)部的濕度、溫度和二氧化碳百分比中的至少一項(xiàng)。
【文檔編號(hào)】G03H1/08GK103620509SQ201280007685
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月16日
【發(fā)明者】彼得·埃格爾伯格, M·西貝斯塔, 安德斯·伊薩克森 申請(qǐng)人:相位全息成像Phi有限公司