光声细胞检测装置和细胞检测方法

摘要

本发明涉及细胞检测设备的技术领域，提供了一种光声细胞检测装置包括：供待测细胞组织放置的预定空间、用于朝与所述预定空间发射至少两束超声波并可收集超声波的超声探头、用于发射预定波长的激光光束并聚焦于与所述预定空间内的激光装置，以及设置在所述超声探头上并位于激光光束外侧的多个超声波收集单元。用户通过多个超声波收集单元收集的超声波即可获知(获知的方式可以是用户观测预定细胞产生的超声波强度或者是频率)细胞组织的超声波信号。

说明书

技术领域

本发明属于细胞检测设备的技术领域，更具体地说，是涉及一种光声细胞检测装置和细胞检测方法。

背景技术

癌症是严重威胁人类健康和生命的疾病，癌症病人如能在早期发现并及时治疗，不仅可以提高生存率，同时也可以提高病人的生存质量，所以对于癌症要早期发现、早期诊断并及时治疗。在血液循环系统中的CTC(循环肿瘤细胞,CirculatingTumorCell)数量较为稀少，这也对CTC的检测提出了较高的要求。目前为止，CTC的使用方法包括体外检测和在体检测。体外检测即抽取待检测对象的血液，通过一定的富集方法来对血液中的CTC细胞进行富集，富集到的细胞再进行下游的检测分析。由于血液中CTC的含量极低，需要抽取大量的血液样本，另一方面由于CTC是循环中罕见的细胞，抽取血液的时机以及后期CTC分选富集效果的优劣将会直接影响其后续的检测效果。在体检测CTC的方法有效的解决了离体检测的问题，其结合了标准流式细胞术和共聚焦检测的概念，克服了常规离体使用方法的局限，有实时、无需抽血的优点，可以做到床边监测，已被证明可以用来稳定可靠地检测CTC的数量。

肿瘤细胞早期诊断技术如流式细胞仪检测技术主要包括体外流式细胞仪、活体荧光标记流式细胞仪、活体光声/光热流式细胞仪等。活体荧光标记流式细胞仪克服了共焦/双光子显微镜不能进一步提供许多研究和临床应用所需要的对细胞数目的准确定量分析的缺点，被广泛用于单个活细胞的高分辨率/低背景的实时监测，以及研究活体内的生物分子变化及其生物过程。但这些使用方法检测的是经过荧光标记的循环细胞，荧光标记物具有细胞毒性，造成了细胞和组织创伤，同时荧光标记物需要静脉注射或取样体外染色后再注射入体内，可能影响细胞在活体内的生理环境，在染色后注射时也容易引入污染，因此，该技术对同一个生物个体的监测频率、监测周期有一定的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光声细胞检测装置，以解决现有技术中存在的难以无创检测组织细胞的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种光声细胞检测装置包括：供待测细胞组织放置的预定空间、用于朝与所述预定空间发射至少两束超声波并可收集超声波的超声探头、用于发射预定波长的激光光束并聚焦于与所述预定空间内的激光装置，以及设置在所述超声探头上并位于激光光束外侧的多个超声波收集单元。

进一步地，所述激光装置包括用于发射预定波长激光光束的第一激光器和用于输送所述激光光束的第一光传输通道；所述出射光束的焦点位于所述预定空间内。

进一步地，所述激光装置还包括产生指示光束的第二激光器和用于输送指示光束的第二光传输通道；所述第二光传输通道的下游与所述第一光传输通道下游交汇并重合。

进一步地，所述第二光传输通道与所述第一光传输通道的交汇处设置有用于透射激光光束并反射指示光束的二向色镜。

进一步地，还包括用于收集多个所述超声波收集单元接收到的超声波并计算出具有预定频谱细胞数量的数据采集系统和用于显示出所述数据采集系统获取到具有预定频谱细胞数量的数据图像显示系统。

进一步地，多个所述超声波收集单元环绕所述第一光传输通道布设。

进一步地，所述第一光传输通道的末端设置有激光探头，多个所述超声波收集单元沿圆环形路径布设，且所述激光探头位于所述圆环形路径的中心。

进一步地，所述超声探头的工作频率为1-50MHz；所述超声波收集单元的工作频率为50-100MHz。

本发明还提供了一种细胞检测方法，包括：

将供待测细胞组织放置的预定空间；

超声探头向所述预定空间发射至少两束超声波并收集被反射的超声波；

激光装置发射预定波长的激光光束并聚焦于预定空间内；并通过激光光束外侧的超声波收集单元收集被激光光束照射的待测细胞组织产生的超声波。

进一步地，数据采集系统收集多个所述超声波收集单元接收到的超声波并计算出具有预定频谱细胞数量；

数据图像显示系统显示出所述数据采集系统获取到具有预定频谱细胞数量。

本发明提供的光声细胞检测装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明提供的光声细胞检测装置，细胞组织放置在预定空间内，超声探头向预定空间发射超声波,且超声探头收集反射的超声波以进行超声波检查；用户根据超声超声波检查可获得预定空间内细胞组织超声图像，然后再通过激光装置发射激光光束并聚焦在预定空间内的细胞组织上，当激光光束聚焦照射在所需检查的细胞组织上时，细胞组织的表面加热膨胀并产生超声波，超声波被多个超声波收集单元进行超声波收集，用户通过多个超声波收集单元收集的超声波即可获知(获知的方式可以是用户观测预定细胞产生的超声波强度或者是频率)细胞组织的超声波信号。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的光声细胞检测装置的立体示意图。

其中，图中各附图标记：

1-第一激光器；2-二向色镜；3-第二激光器；4-反射镜；5-第一光传输通道；6-第二光传输通道；71-光合束器；72-第一凸透镜；73-第二凸透镜；74-第三凸透镜；751-第一滑轨；752-第二滑轨；76-凹透镜；81-超声探头；82-激光探头；83-超声波收集单元；84-信号传输线路；85-数据采集系统；86-数据图像显示系统；87-皮肤接触器。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1，现对本发明提供的光声细胞检测装置进行说明。光声细胞检测装置包括：供待测细胞组织放置的预定空间87、用于朝与预定空间87发射至少两束超声波并可收集超声波的超声探头81、用于发射预定波长的激光光束并聚焦于与预定空间87内的激光装置，以及设置在超声探头81上并位于激光光束外侧的多个超声波收集单元83。

如此，细胞组织放置在预定空间87内，超声探头81向预定空间87发射超声波,且超声探头81收集反射的超声波以进行超声波检查；用户根据超声超声波检查可获得预定空间87内细胞组织超声图像，然后再通过激光装置发射激光光束并聚焦在预定空间87内的细胞组织上，当激光光束聚焦照射在所需检查的细胞组织上时，细胞组织的表面加热膨胀并产生超声波，超声波被多个超声波收集单元83进行超声波收集，用户通过多个超声波收集单元83收集的超声波即可获知(获知的方式可以是用户观测预定细胞产生的超声波强度或者是频率)细胞组织的超声波信号。

可选地，在一个实施例中，细胞组织为动物血管。

可选地，在一个实施例中，超声探头81上超声波发射结构同时也接收超声波。

可选地，在一个实施例中，本申请中超声探头81采用双逐点聚焦方式形成图像。具体的，在一个实施例中，超声波双逐点聚焦方式可以采用(专利名：超声成像的方法及装置；公开号：CN106037805A)的技术方案。

可选地，在一个实施例中，皮肤接触器87与用户手腕接触。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的细胞检测设备的一种具体实施方式，皮肤接触器87为腕带。如此，腕带套在皮肤上非常方便对皮肤进行定位。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的细胞检测设备的一种具体实施方式，腕带上开设有供激光光束穿过的通光孔。如此，便于激光光束通过通光孔到达被套设在腕带上的皮肤上。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的细胞检测设备的一种具体实施方式，腕带为由聚N,N-二甲基苯乙烯材料制成。如此，韧性好，抗腐蚀。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的光声细胞检测装置的一种具体实施方式，激光装置包括用于发射预定波长激光光束的第一激光器1和用于输送激光光束的第一光传输通道5；出射光束的焦点位于预定空间87内。如此，第一激光器1产生的激光光束通过第一光传输通道5进行输送，并聚焦于预定空间87内以对预定空间87内的组织细胞进行激光照射。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的光声细胞检测装置的一种具体实施方式，激光装置还包括产生指示光束的第二激光器3和用于输送指示光束的第二光传输通道6；第二光传输通道6的下游与第一光传输通道5下游交汇并重合。如此，第一激光器1产生的激光光束通过第一光传输通道5进行输送，第二激光器3产生的指示光束沿第二光传输通道6并汇入第一光传输通道5内以对激光光束进行指示。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的光声细胞检测装置的一种具体实施方式，第二光传输通道6与第一光传输通道5的交汇处设置有用于透射激光光束并反射指示光束的二向色镜2。如此，激光光束沿第一光传输通道5输送并可穿过二向色镜2继续沿第一光传输通道5输送；指示光束沿第二光传输通道6被二向色镜2反射进入第一光传输通道5内并沿第一光传输通道5进行输送。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的光声细胞检测装置的一种具体实施方式，激光光束脉冲频率为0.01-0.5MHz的激光。如此，便于激光光束调节频率以适应不同材质。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的光声细胞检测装置的一种具体实施方式，激光光束的脉冲时间小于10ns。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的光声细胞检测装置的一种具体实施方式，超声探头81的频率收集范围为1-100MHz。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的光声细胞检测装置的一种具体实施方式，多个超声波收集单元83环绕第一光传输通道5布设。如此，从第一光传输通道5出射的激光光束照射在皮肤上产生的超声波能够有效被多个超声波收集单元83接收。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的光声细胞检测装置的一种具体实施方式，第一光传输通道5的末端设置有激光探头82，多个超声波收集单元83沿圆环形路径布设，且激光探头82位于圆环形路径的中心。

可选地，在一个实施例中，第二激光器3的产生的激光波长为561nm。

可选地，在一个实施例中，第一激光器1在561nm激光器产生的绿激光指示下，通过激光探头82聚焦在血管(比如皮肤的的血管)上。

具体的，在一个实施例中，第一光传输通道5可以是空间路径、光纤路径，以及透镜组中的任意一种或多种。

具体的，在一个实施例中，第二光传输通道6可以是空间路径、光纤路径，以及透镜组中的任意一种或多种。

具体的，在一个实施例中，超声探头81为水浸式双晶纵波直探头、水浸式单晶纵波直探头、水浸式斜探头、双晶横波斜探头、周向曲率探头、径向曲率探头、水浸式点聚焦探头、水浸式线聚焦表面波探头、双晶冲水探头中的任意一种。

具体的，在一个实施例中，第二光传输通道6上设置反射镜4来改变指示光束的朝向。如此，操作方便，成本低。

具体的，在一个实施例中，第一激光器1为是飞秒激光器、固体激光器、半导体激光器、气体激光器、光纤激光器以及染料激光器中的任意一种。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的光声细胞检测装置的一种具体实施方式，各超声波收集单元83为多阵元阵列复合晶片。

具体的，在一个实施例中，复合压电晶片为压电陶瓷片，如此，灵敏度高，成本低廉。

本发明还提供了一种细胞检测方法，包括：S1：将供待测细胞组织放置的预定空间87；S2：超声探头81向预定空间87发射至少两束超声波并收集被反射的超声波；S3：激光装置发射预定波长的激光光束并聚焦于预定空间87内；并通过激光光束外侧的超声波收集单元83收集被激光光束照射的待测细胞组织产生的超声波。如此，细胞组织放置在预定空间87内，超声探头81向预定空间87发射超声波,且超声探头81收集反射的超声波以进行超声波检查；用户根据超声超声波检查可获得预定空间87内细胞组织超声图像，然后再通过激光装置发射激光光束并聚焦在预定空间87内的细胞组织上，当激光光束聚焦照射在所需检查的细胞组织上时，细胞组织的表面加热膨胀并产生超声波，超声波被多个超声波收集单元83进行超声波收集，用户通过多个超声波收集单元83收集的超声波即可获知(获知的方式可以是用户观测预定细胞产生的超声波强度或者是频率)细胞组织的超声波信号。

可选地，在一个实施例中，第一光传输通道5上设置有光束整形器。如此，便于调节第一光传输通道5上激光光束形状(比如光传输通道内光斑大小/形状)。

具体的，在一个实施例中，光束整形器包括分别位于第一光传输通道5上的第一凸透镜72、第二凸透镜73、第三凸透镜74、第一滑轨751，以及第二滑轨752；第一凸透镜72通过第一滑轨751沿光传输通道调节位置，第三凸透镜74通过第二滑轨752沿光传输通道调节位置。如此，第一凸透镜72、第二凸透镜73、第三凸透镜74之间位置调节即可改变光传输通道内光斑大小/形状。

具体的，在一个实施例中，第一凸透镜72上游的光传输通道上设置有光合束器71。如此，激光光源中多种/多束激光能够通过光合束器71汇聚进光传输通道内。

具体的，在一个实施例中，第三凸透镜74下游的凹透镜76；如此，便于光束形状/焦点调节。

具体的，在一个实施例中，第一激光器1的激光光束为飞秒激光。

具体的，在一个实施例中，还包括用于收集超声探头81输出的电信号并进行计数的数据采集系统85，数据采集系统85与超声探头81电性连接。如此，超声探头81收集到的超声波信号输送到数据采集系统85进行统计(统计方式可以根据超声探头81收集的超声波强度/频率)。

具体的，在一个实施例中，数据采集系统85与多个超声波收集单元83电性连接。如此，多个超声波收集单元83收集到的超声波信号输送到数据采集系统85进行统计(统计方式可以根据多个超声波收集单元83收集的超声波强度/频率)。

具体的，在一个实施例中，激光光束照射在预定细胞上产生预定频率/预定超声波强度被数据采集系统85收集后进行计数。

具体的，在一个实施例中，还包括数据图像显示系统86，数据图像显示系统86与数据采集系统85电性连接，数据采集系统85获取的预定细胞数量通过数据图像显示系统86显示出来。具体的，在一个实施例中，数据图像显示系统86为显示器。

具体的，在一个实施例中，超声探头81通过第一信号传输线路84将信号传输到数据采集系统85。具体的，在一个实施例中，数据采集系统85通过第二信号传输线路84将信号传输到数据图像显示系统86。

具体的，在一个实施例中，数据采集系统85对检测到的靶细胞(如循环肿瘤细胞、血细胞、淋巴细胞及血液中其它细胞)的超声信号进行处理并对单位时间通过激光在该血管的聚焦点的细胞数目进行定量分析，有效保留肿瘤细胞产生的频段信号，滤掉其它波段的噪声信号；最后将检测结果显示在数据图像显示系统86上。

具体的，在一个实施例中，激光探头82嵌入在超声探头81内。如此，激光探头82与超声探头81之间非常牢固。

具体的，在一个实施例中，激光探头82出射光束与待检测皮肤垂直。便于出射光束进入皮肤内。

具体的，在一个实施例中，信号激发器1发出脉冲以控制第一激光器1出射的开启/关闭(比如：信号激发器1发出高电平则开启第一激光器1出射)。如此，控制第一激光器1出射非常方便。

具体的，在一个实施例中，信号激发器1发出的波形信号为线性波或方形波。

具体的，在一个实施例中，第一激光器1的激光波长为1064nm、1064nm或者1122nm的一种波长、脉冲能量20-200μJ、脉冲时间小于10ns、脉冲频率为0.01-0.5MHz的激光。

具体的，在一个实施例中，同心圆阵元位于超声探头81中间，的激光探头82位于的同心圆阵元中间。

具体的，在一个实施例中，超声探头81上具有两个以上阵元发射超声波，单个超声波由一个以上孔径分别实现，并在发射超声波后使用当前孔径内的阵元接收回波。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的细胞组织检测装置的一种具体实施方式，超声探头81的工作频率为1-50MHz；超声波收集单元83的工作频率为50-100MHz。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的细胞组织检测装置的一种具体实施方式，还包括用于收集多个超声波收集单元83接收到的超声波并计算出具有预定频谱细胞数量的数据采集系统85和用于显示出数据采集系统获取到具有预定频谱细胞数量的数据图像显示系统86。如此，数据采集系统85根据多个超声波收集单元83收集到的频谱分离出具有预定频谱的细胞(比如癌细胞)，然后进行计数并从数据图像显示系统86(比如显示器)上显示告知用户。

具体的，在一个实施例中，超声波收集单元83为超声换能单元(超声波收集单元83接收到超声波后在本地转换成电信号)。具体的，在一个实施例中，超声波收集单元83即为收集超声波的元件。具体的，在一个实施例中，超声波收集单元83还可以将超声波转换成电/光信息以供分析。

具体的，在一个实施例中，(1)将活体小动物血管置于超声探头81下，超声探头81通过探头上的两个以上阵元发射超声波，并在发射超声波后使用当前孔径内的阵元接收回波，实现发射接收双逐点聚焦图像定位血管，血管的超声图像显示在数据图像显示系统86上；(2)定位之后通过第一滑轨751和第二滑轨752调整第一凸透镜72、第二凸透镜73和第三凸透镜74的距离从而整形光束并将同心圆阵元(多个超声波收集单元83组成同心阵元)移动到血管上方，高频脉冲激光器产生的高频脉冲激光在561nm激光器(第二激光器3)产生的绿激光指示下，通过激光探头82聚焦在血管上；(3)当循环系统(循环系统：血液循环系统)中的循环细胞通过高频脉冲激光在该血管的聚焦点时，受到激光(可选地，激光照射采用不同波长的脉冲激光光束)的照射，产生光声回波，同时数据采集系统85向同心圆阵元发展出指令，调整同心圆阵元频率接收产生光声回波；(4)数据采集系统85对检测到的循环细胞的超声信号依次进行过滤、放大、时间增益补偿、信号转换并对单位时间通过高频脉冲激光在该血管的聚焦点的细胞数目进行定量分析(计数)，处理数据实时显示在数据图像显示系统86上。如此，利用两个以上阵元发射超声波构建整个波场，精准控制多个阵元按照特定的方式发射产生不聚焦的超声波。同时，控制发射超声波的阵元的再接收返回的超声波，从而形成多个接收波束。将多次超声波发射所接收到的全部回波整合，实现发射接收双逐点聚焦图像，使得超声图像的均一性得到显著提高，能够精确定位皮肤深层的血管。利用生物组织的光声特异性精确检测到的循环细胞尤其是循环肿瘤细胞，血管定位之后通过微型自锁滑轨调整第一凸透镜72、第二凸透镜73和第三凸透镜74的距离从而整形光束并将同心圆阵元移动到血管上方，高频脉冲激光器产生的高频脉冲激光在561nm激光器产生的绿激光指示下，通过激光探头82聚焦在血管上方，第一激光器1产生的高频脉冲激光通过激光探头82聚焦在血管上；当循环系统中的循环细胞通过高频脉冲激光在该血管的聚焦点时，受到不同波长的高频脉冲激光的照射，产生光声回波，同时数据采集处理系统向同心圆阵元发展出指令，调整同心圆阵元频率接收产生光声回波接收，信号传递至数据采集处理系统，分析结果实时显示在数据图像显示系统86上，实现无创、无标记、实时和定量检测生物体内循环细胞尤其是循环肿瘤细胞，使癌症等多种疾病的早期诊断更为安全可靠。

请参阅图1，数据采集系统85收集多个所述超声波收集单元83接收到的超声波并计算出具有预定频谱细胞数量；数据图像显示系统86显示出所述数据采集系统获取到具有预定频谱细胞数量。如此，数据采集系统8根据多个超声波收集单元83收集到的频谱分离出具有预定频谱的细胞(比如癌细胞)，然后进行计数并从数据图像显示系统86(比如显示器)上显示告知用户。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。