CN1006950B - 粒子产生的电脉冲的剪辑方法与装置 - Google Patents

Abstract

以波形对称度为特定基础来鉴定“粒子产生的脉冲”，使严重不对称的脉冲要成为剪辑(也就是排除)的对象。通过测量第一个脉冲幅度的峰点前、后的脉冲面积，然后将这些脉冲面积与预定的界限进行比较，从而确定脉冲的对称度。这些预定的界限不是根据当时被鉴定的脉冲而定的。

Description

本发明涉及到利用“排除方法”来剪辑电脉冲，更具体地说，本发明涉及到要在粒子分析器产生的作为粒子分析结果的大量电脉冲中排除某些电脉 冲。正如遍布世界的第2，656，508号美国专利和几个序与顺序接连的改进专利中所揭示的那样，这类装置中的一种通用型的装置采用库尔特（Coulter）检测原理。采用库尔特检测原理的产品已由许多公司制造和销售，主要的一家公司是库尔特电子公司（Coulter Electronics Inc），这些产品用商标COULTER COUNTER^R和COULTER^R来鉴别。

按照库尔特检测原理，当悬浮于电解液中的微观粒子通过与此粒子大小相近的电场微区时，在此电场周围的电解液的阻抗就会产生瞬变。此阻抗的变化把一些激励的能转移到相连的电路中去，同时产生一个电信号。在大最的生物学和工业的应用中，把这种信号作为粒子体积的一种合情合理的准确的表示法已经得到承认。实施第2，656，508号美国专利的装置已在生物流质、工业的粉尘和泥浆等方面用来计量粒子数和测量粒子的大小。

在商品化的库尔特（COULTER）粒子分析器中微小电场都是通过微小又很准确的圆柱体通道或微孔在二部分液体之间形成的，正如众所周知的那样，所研究的粒子悬浮于二部分液体之间。应用分别置于二部分液体内的两个电极将电激励能送到这两部分液体中来，小孔是在两部分液体间的绝缘壁上。悬浮是因携带着流动性粒子流过小孔而引起的，并且当粒子通过小孔时，由于它们各自引起的阻抗的瞬变就产生了许多电信号。电场集中在小孔处，通常随悬浮体的实际流动形成了流过小孔的电流。

通过计量所产生的信号个数可以计量通过小孔的粒子数。通过鉴别各种不同的脉冲的幅度，就能研究粒子的大小。

检测小孔通常是很短的，其长度等于或小于其直径。如果脉冲幅度峰值是由电场中处在孔长一半处的粒子，（粒子是沿孔的轴线路径流动）产生的，则根据脉冲幅度的峰值可以得出最佳的粒子大小-体积的信息。当电场中的粒子处在孔长一半处时，脉冲峰值为最佳峰值的原因是这个位置离小孔进出口的距离最远、电场最均匀、对通过小孔的所有其它路径而言其电流分布也最均匀。在小孔的进出口，孔边处的电流密度较大，而相应地在孔轴上的电流密度较小。这一点可以解释为除了轴向路径以外的其它电流路径都是在孔内轴线以外的地方，并且笔直向前。由于进出口处轴线上的电流密度较小，所以导致轴线上的粒子所产生的瞬时信号要比粒子在其它路径进入和离开小孔时产生的瞬时信号小。换句话说，在小孔边角处的电流密度要大于轴线上的电流密度。

在轴线上通过的粒子产生最佳脉冲的另一个原因是当液体通过小孔轴心时，它不需改变方向，所以在轴线路径上电解液流动的速度也是粒子的速度，它稍大于靠近孔边路径或离开中心位置的路径上的流动速度。由于轴线被具有相同速度、运动着的液膜所包围，所以轴线上流动的阻力最小。这样，粒子流过小孔通道的持续时间可以说明粒子是否沿着原来的轴线路径。如果脉冲持续时间用作鉴别的基础，用接收到的是在轴线路径上通过的，还是在靠近轴线路径上通过的“粒子产生的电脉冲”就能建立起判据。根据这种分析，就可将所有其它路径上的脉冲都排除掉。这种排除方法称为“剪辑”。在美国专利第3，700，867、3，701，029、3，710，263、3，710，264和3，783，390号中已设计和示范出几种这样的剪辑电路。使用这种剪辑方法的商用COULTER    COUNTER分析器已出售了多年，并且具有明显的优点，胜过那些缺乏剪辑特性的类似分析器。

第3，668，531号和第3，863，160号美国专利中讨论了“粒子产生的脉冲”的中心脉冲幅度的定位问题并提出了解决问题的办法。在第3，863，159号美国专利中提出了当粒子通过孔径中非均匀电场部分时，“粒子产生的脉冲”的幅度修正问题。

尽管上述先有技术具有一些优点，但在它们的实施和设计构思中还需进行某些折衷。一些商品化的脉持剪辑电路利用脉冲序列和前几个脉冲的持续时间作为建立标称合格脉冲的基础数据。因此，如果这前几个脉冲主要是由远离孔轴的路径通过小孔的粒子所产生，那么它们的持续时间就会过长。还有，如果粒子的密度低，则持续时间太长，不是得不出统计上有效的剪辑判据，就是判据无法以充分的数据为基准。上述的这些电路和这种设计准则的其它电路就会丢掉实际上是有用的脉冲而接受过多不合格的脉冲。当粒子大小的范围很窄，（例如红 血球或白血球细胞）时，这种情况的发生可能是极少的，但是当粒子大小的范围很宽（象在工业上的粒子分析中的那些粒子）时，就会存在更大的问题。

还考虑到那些先有技术剪辑电路的成本，并留心保留每台分析器电路的和不同顾客所需的各项参数。在先有技术中的剪辑电路包括一些延迟电路和脉持存储电路，这些电路使剪辑电路的成本提高、体积加大。最普遍使用的剪辑电路还在每个脉冲的几个不同比率处对脉冲持续时间进行比较，而这种电路又增加总的成本。

本发明提出“粒子产生的电脉冲”的剪辑方法和装置，这些粒子要通过粒子分析器的检测孔。本发明寻求消除先有技术剪辑电路和找中心电路所存在的问题，特别是对那些有相当宽的大小-体积范围的粒子流给出合适的剪辑结果。这种剪辑的判据是基于比较每个脉冲第一个峰值前、后部分的面积，比较后认为合适的脉冲就计数和/或测量大小，以作为测量粒子的当量值，从而判断出粒子的种类，比较后认为不合适的脉冲就剪辑掉（即被除掉），这样与此脉冲相应的粒子就不计数或测量。

为此，本发明提出一种剪辑“粒子产生电脉冲”的方法，上述方法包括如下步骤：判断各脉冲的对称度，将其对称度与所规定的合格容许范围进行比较，剪辑掉对称度不合格的脉冲。

本发明还提出一种剪辑“粒子产生脉冲”的装置，它包括：判定各脉冲对称度用的脉冲对称度判定装置、规定脉冲对称度的预定界限用的对称度界限规定装置、对脉冲对称度判定装置和对称度界限规定装置起作用的比较装置。比较装置至少将各脉冲的一部分根据脉冲的对称度进行比较，产生一个表示比较结果的输出信号，此输出信号对脉冲剪辑的判定是很有用的。

作为实例，现在参阅以下附图来说明本发明的一个有说服力的实施例。

图1给出说明本发明工作的三种典型脉冲波形。

图2是本发明的电路最佳实施例的方框图。

参阅图1，这里给出三种脉冲10、12和14。脉冲10是一个理想脉冲的例子，它是由沿孔轴路径通过的粒子产生的。很容易定出其峰点16，它把脉冲面积分成两部分，即峰点前为B和峰点后为A。过峰点16的虚垂直线18划分出B面积和A面积，使B略大于A。脉冲10及接近此形状的脉冲都是合格的，不应该被本发明的方法和装置剪辑掉。遗憾的是，只有占百分比很少的粒子是沿着或非常靠近且平行于孔轴路径通过的。所引用的几个专利的先有技术说明了各种更典型的粒子路径及其所产生的各种脉冲波形。例如，如果粒子在平行于孔轴、但沿着逐渐远离孔轴的路径通过小孔，则它所产生的脉冲具有越来越宽的平顶峰和较宽的脉基，由于B和A两部分的持续时间典型地移动，峰值后的A面积要小于峰值前的B面积的1/2。实验研究、流动模型和数字推导已经确认：当粒子的轨迹偏离孔轴的距离大于小孔半径的60%时，它产生的脉冲需要剪辑掉。

脉冲12和它相象的脉冲代表合格的粒子脉冲的一种重要的百分比。其峰点20略高于脉冲10的峰点16，并且由垂直线22可以看出它不象峰点16那样靠近脉冲持续时间的中点，由于此时粒子12偏离轴线，此后当它通过小孔路径再前进时却更靠近和更平行于轴线，所以峰点20比峰点16高。峰点之后的面积A大于峰点之前的面积B，但大得不多，此脉冲不需要剪辑掉。

脉冲14与它相象的脉冲也代表典型的“粒子产生脉冲”的一种重要百分比，可是，因为其幅度26靠近其持续时间的中点，即中心线24所表示的那样，不足以近似地代表此粒子的体积，所以这些脉冲是不合格的，应该被剪辑掉。由峰点28及通过此点所作的虚垂线30划定的脉冲14的面积B和A明显不等，面积B比面积A大1.4倍，因此脉冲14太不对称了。与此相反，虽然脉冲10和12也不对称，但是它们是在合格的界限以内。因为脉冲10和12的时间中心线以及此时的峰点非常靠近垂线18和22以及峰点16和20，所以图中未画出它们。实际上，对于脉冲12，它们是重合的。

根据以上对脉冲10、12、14及其各自的面积B和A与讨论，现在我们应该懂得，在利用库尔特原理的粒子分析器的检测孔内及其周围，流体动力学及其电场可以确定脉冲的对称度及脉冲面积B和A，并且应该懂得由此得出的剪辑判据。实事上，这一切是正确的，是本发明的基础，概括性的表达式YB＜A＜ZB表示出面积A相对于面积B的面积范围。再赘述如下：如果面积A大于面积 B乘以系数Y，但不大于面积B乘以系数Z，则此粒子脉冲就是合格的。在这些面积A的合格界限以外的脉冲都应该剪辑掉，也就是说被排除掉或去掉。当使用以COULTER    COUNTER商标出售的粒子分析器时，实验数据得出Y和Z范围设定值分别为0.5和1.4B，因此表达式0.5＜A＜1.4表示了脉冲的面积B和A的关系，Y和Z有±10%变化的那些数值都认为是合格的。

应该细心地注意到，由于采用库特尔原理的粒子分析器并非全是由库尔特电子公司（Coulter    Electronics    Inc）或它的子公司制造的，因此电源与参数、流体动力学和小孔路径的直径与长度比并非都与COULTER    COUNTER分析器一致。因此，如果分析器质量控制不是高标准的，则Y和Z的值会因不同的制造厂家和不同的仪器而各不相同。这样，就需要测定一台粒子分析器，以便确定其Y和Z的值。另外，某些顾客的独特要求和粒子的密度可能使Y和Z值需要调整。这种检查、测定和调整是本技术领域内熟练的技术人员所熟悉的。事实上，基于本发明的一种剪辑电路的设计现在也应该属于本技术的技巧范围。

图2说明为实施本发明的一个最佳实施例的电路方框图。每个电路方框都是基本的、已有的设计。为此，这种电路的功能和工作原理只说明到使读者较好地了解本发明所需的程序。

从检测小孔和它的电极得到的粒子脉冲送到输入缓冲器34的输入端32。输入缓冲器再把此脉冲送到峰值检测器36、峰值检测起动器38、开关单元40和“脉冲有效”电路块42去。“脉冲有效”电路块42可以是一种典型的门限电路，它只允许超过最低的合格门限值（例如30毫状）的那部分脉冲通过。峰值检测器可以是一种典型的取样保持电路，它“跟踪着”脉冲直到检测出“真实的”可分辨出的峰点为止。可分辨的峰点其幅度大于此峰点前和后的幅度，例如图1中的峰点16、20和28。相反，不可分辨的峰点（如脉冲12和14中的44和46）将不被检测。依靠图2中的计时和复位部件任何第二个真实的峰点都不被分析或不能存在。在峰点前的面积B被峰值检测器36跟踪的那段时间内，B脉冲部分由输入缓冲器34送到开关单元40，并由这里再把它送到第一半脉冲积分器48。当检测到第一个真实的峰值时，峰值检测器36就通知开关逻辑部件50，然后开关逻辑部件50把它的输出切换到开关单元40，以使来自传送峰点后的A脉冲部分的缓冲器34的输出信号再传送到第二半脉冲积分器52。面积B已积分的信号被送到定标电路54，它为面积B提供定标系统Y＝×0.5和Z＝×1.4，以便在比较器56中与已积分的面积A进行比较。如果0.5B＜A＜1.4B判据得到满足，则“好对称度”比较信号被送到剪辑控制与输出锁定电路58。如果比较结果不合格，则比较器56给剪辑控制电路58发出一个剪辑（或排除）信号。可以说峰值检测器、开关单元和积分器组成了脉冲对称度判定装置，定标电路是对称度限制范围规定装置，它包括调整预定界限范围用的预置装置。

虽然面积A对面积B的“好对称度”的比较是本发明的主要特点，但是由于考虑到其它实用上的需要，因此“好对称度”的比较本身是不能使剪辑控制与输出锁定电路58输出一个好的脉冲。必须有另外三个输入信号给电路58，这样就满意了。回到“脉冲有效”电路块42，其输出信号送到：复位部件60（为峰值检测器36服务）、“剪辑复位”电路块62（经它再送到剪辑控制电路58）、“脉冲完成”单元64（经它再送到基准门限宽度检测器66）、还直接送入基准门限宽度检测器66。假定一个粒子脉冲它不是小的，低电压脉冲发生的情况，肯定会有“脉冲有效”输出信号，并能够由基准门限宽度检测器66测出脉冲宽度。这种脉宽处于由“脉冲有效”电路所预置的最小门限值（例如30毫状）上。宽度检测66产生一个单一的宽度标准，在本例中是小于或大于15微秒，这是COULTER    COUNTER分析器的标称值。此值是根据制造者的经验而预置的。我们不打算让此值是象先有技术中那样是一个主要的可变系数，既无动态范围、也不根据脉冲持续时间的最近历程。如果在输入端的系统输入信号是一个粒子脉冲而不是噪声尖峰信号或类似的信号，则此脉宽的持续时间应是合乎要求的（即大于15微秒），假定，“脉冲有效”电路和比较器的信号也是好的，则脉冲通过电路58的输出锁定电路被批准输出。

对于信号、极性等在上文中一直没采用“正的、负的、真的、假的”，也没用“前沿触发”或“后 沿响应”，更没用“高”或“低”这类措辞，因为在图2的实施例中，为了放大或逻辑控制，信号在级内或级间的转换往往使这些术语混淆或受到限制。事实上，如图2右下方所示，在商品化设计的剪辑系统中的输出信号是反相的，因此不要剪辑的（或希望输出的）粒子脉冲就被识别为“剪辑非”;而要排除的或剪辑掉的输出脉冲被注示为“好脉冲非”。

图2的多种电路方框的内容和功能应该被本技术领域中的那些技术人员所理解。人们应该看到，通过给输入端32输入一个固定高度的钟形脉冲，然后在一个积分器（例如52）输入端调节可变电阻，直到积分器48和52的输出信号在±1%范围内，则两积分器能够匹配。

到此，已讨论和说明了本发明的基本概念-对脉冲的鉴别是根据各单个脉冲本身的脉冲对称度而不是根据平均值，更不是根据脉冲持续时间的最近历程，不用延迟线和导致变量与流速变化的独立电路。低密度的粒子可以被分析出来，甚至在大量有机物残渣和细胞组织存在的情况下也能进行分析。脉冲的面积可分为二部分-第一峰点前的部分为B，第一峰点后的部分为A。如果这二部分的面积之比落入YB＜A＜ZB的限制范围内，则粒子脉冲的对称度就是合格的。

Claims (19)

1、一种“粒子产生电脉冲”的剪辑方法，上述方法的特征在于以下步骤：判定每个脉冲的对称度，将此对称度与其合格的界限进行比较，剪辑掉对称度不合格的脉冲。

2、根据权利要求1所提出的方法，其特征在于上述判定对称度的步骤是通过测定脉冲的不同部分的面积来实现的。

3、根据权利要求2所提出的方法，其特征在于上述面积是指处于脉冲峰值幅度两侧的二个不同的脉冲部分的面积。

4、根据权利要求3所提出的方法，其特征在于上述峰值幅度是脉冲的第一个峰点的幅度。

5、根据权利要求1所提出的方法，其特征在于制定所述的合格界限的步骤，所述的合格界限是预定的，它不基于经历本剪辑过程的任何脉冲。

6、根据权利要求2、3或4中任一项所提出的方法，其特征在于上述比较步骤将脉冲不同部分的面积与上述合格的界限进行比较。

7、根据权利要求1所提出的方法，其特征在于上述合格的界限是由概括性的表达式YB＜A＜ZB确定的，其中A是脉冲的一部分面积，Y和Z是等于脉冲的另一部分面积B乘以不同的常数。

8、根据权利要求7所提出的方法，其特征在于Y约为0.5乘以脉冲的另一部分面积B、Z约为1.4乘以脉冲的另一部分面积B。

9、根据权利要求7所提出的方法，其特征在于面积A处于脉冲峰值幅度的一侧。

10、根据权利要求7、8或9中任一项所提出的方法，其特征在于面积A是脉冲的第一个峰点之后得出的面积。

11、根据权利要求7、8或9中任一项所提出的方法，其特征在于B是脉冲的所述的另一部分面积，它是脉冲的第一个峰点之前得出的面积，用来与面积A进行比较。

12、根据权利要求1、2或7中的任一项所提出的方法，其特征在于有一个附加步骤即把每个脉冲与对应于门限幅度的而预定的最小合格宽度进行比较，由此，任何不超过这个预定的最小宽度的脉冲不能由这种剪辑方法通过。

13、权利要求1、2或7中任一项所提出的方法，其特征还在于利用库尔特原理产生上述脉冲的步骤。

14、一种“粒子产生的脉冲”的剪辑装置，上述装置的特征在于有判定各脉冲对称度用的脉冲对称度判定装置、规定脉冲对称度的预定界限用的对称度界限规定装置、对上述脉冲对称度判定装置和上述脉冲对称度界限规定装置起作用的比较装置，该比较装置用来至少将各脉冲的一部分根据脉冲对称度进行比较，产生表示此比较结果的输出信号，此输出信号对脉冲剪辑的判定是很有用的。

15、根据权利要求14所提出的装置，其特征在于上述脉冲对称度判定装置测量脉冲的二个不同部分的面积，并直接把此面积部分之一送到上述比较装置，上述对称度界限规定装置插在上述脉冲对称度判定装置与上述比较装置之间，用来接收另一个面积部分，还用于在由上述比较装置进行比较前，根据预定的对称度界限对另一个面积部分进行定标。

16、根据权利要求15所提出的装置，其特征在于上述脉冲对称度判定装置包括脉冲峰值检测装置，它规定出二个不同的脉冲部分，上述一个部分是脉冲峰点之后的部分，而上述的另一部分是脉冲峰点之前的部分。

17、根据权利要求15或16所提出的装置，其特征在于上述的对称度界限规定装置包括用Y＜A＜Z形式计算的定标装置，其中A是一个脉冲的一部分面积，Y约为0.5，Z约为1.4，由此，把另一部分面积的这种定标值与上述一个脉冲的部分面积A进行比较。

18、根据权利要求14、15或16中的任一项所提出的装置，其特征在于上述对称度界限规定装置包括预置装置，用来固定预定界限，以使这些界限不受被此装置正在处理的脉冲的影响。

19、根据权利要求14、15或16中的任一项所提出的装置，其特征在于上述“粒子产生的脉冲”是由粒子通过了根据库尔特原理工作的检测小孔装置时产生的。

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