CN108037060B - 粒子计数方法、实现所述方法的粒子计数装置和粒子分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粒子计数方法，该方法以获取到达微孔的相邻粒子之间的到达时间间隔绘制分布曲线，为第一分布曲线；对第一分布曲线进行三次多项式曲线拟合得到第二分布曲线；计算第一分布曲线和第二分布曲线下的面积，得到第一面积和第二面积；根据所述第一面积和所述第二面积之比对粒子的原始检测数目进行修正，得到粒子计数结果。本发明还涉及实施该计数方法的计数装置和粒子分析仪。本发明通过粒子计数方法的改进对重叠粒子进行了补偿，使得粒子计数结果更加接近真实的粒子数目；可应用于各类粒子数检测仪器，具有广泛的适用性。

Description

粒子计数方法、实现所述方法的粒子计数装置和粒子分析仪

【技术领域】

本发明涉及粒子计数技术领域，具体涉及一种粒子计数方法，以及实现所述方法的粒子计数装置和粒子分析仪。

【背景技术】

在化工、冶金、环保、医药卫生等行业，通常会遇到对微细颗粒物的检测、血细胞分析计数、注射液等药品的质量检验等问题，在检测悬液中颗粒的数量及大小方面，美国科学家华莱士·库尔特发明的利用电阻法对粒子数进行计数的方法(即库尔特原理)是目前较为有效的方法。利用电阻法对粒子数进行计数的基本原理是：在检测装置的检测小孔的两边各浸有一个电极，由于悬浮在电解质中的粒子和电解质之间在导电性能方面存在明显的差异，故当悬浮在电解质中的粒子通过该检测小孔时，检测小孔两边的电极之间将产生电压脉冲，该电压脉冲的个数便代表了粒子的数目，电压脉冲的振幅与粒子的体积成正比。

例如中国发明专利申请CN 201510369607.1公开的计数器及流式细胞分析仪，在使用该方法进行粒子数计数的过程中，当两个或者多个粒子以较近的距离连续通过检测装置的检测小孔时，只会产生一个脉冲信号，这样，在利用脉冲个数表示粒子数目时便只能被识别为一个粒子，这种现象被称为粒子重叠。粒子重叠现象的产生将会导致最终的粒子计数结果小于真实的粒子数目，因而需要对粒子计数结果进行修正。

【发明内容】

本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种计数结果更准确的粒子计数方法、基于计数方法的粒子计数装置和粒子分析仪，以实现粒子计数过程中重叠粒子数的补偿。

为此，本发明提供一种粒子计数方法，所述方法包括以下步骤：

(1)使粒子流通过微孔，获取到达微孔的相邻粒子之间的到达时间间隔；

(2)根据步骤(1)的到达时间间隔，绘制所述到达时间间隔的分布曲线，得到第一分布曲线；

(3)对所述第一分布曲线进行三次多项式曲线拟合，得到第二分布曲线；所述三次多项式曲线拟合的拟合方程是：

f(t)＝A*t³+B*t²+C*t+D，

其中，t为变量，代表步骤(1)的到达时间间隔，A、B、C和D为通过所述第一分布曲线的数据得到的拟合参数；

(4)分别计算所述第一分布曲线和所述第二分布曲线下的面积，得到第一面积和第二面积；

(5)根据所述第一面积和所述第二面积之比对粒子的原始检测数目进行修正，得到粒子计数结果，修正公式为：

其中，所述N为粒子计数结果，所述S₀为第一面积，所述S₁为第二面积，所述N₀为粒子的原始检测数目。

在上述计数方法的步骤(1)中，将粒子流中的粒子通过微孔时触发的电信号作为脉冲信号，获取相邻两个脉冲之间的时间间隔，作为到达微孔的相邻粒子之间的到达时间间隔。

步骤(5)中，粒子的原始检测数目的计数方法是获取粒子流中的粒子通过微孔时触发的电信号作为脉冲信号，所述脉冲信号的个数作为粒子的原始检测数目。

基于上述计数方法，本发明进一步提供了一种粒子计数装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取到达微孔的相邻粒子之间的到达时间间隔；

曲线绘制模块，用于绘制所述到达时间间隔的分布曲线，得到第一分布曲线；

曲线拟合模块，用于对所述第一分布曲线进行三次多项式曲线拟合，得到第二分布曲线；

所述三次多项式曲线拟合的拟合方程是：

f(t)＝A*t³+B*t²+C*t+D，

其中，t为变量，代表步骤(1)的到达时间间隔，A、B、C和D为通过所述第一分布曲线的数据得到的拟合参数；

计算模块，用于分别计算所述第一分布曲线和所述第二分布曲线下的面积，得到第一面积和第二面积；

修正模块，用于根据所述第一面积和所述第二面积之比对粒子的原始检测数目进行修正，得到粒子计数结果；

修正公式为：

其中，所述N为粒子计数结果，所述S₀为第一面积，所述S₁为第二面积，所述N₀为粒子的原始检测数目。

优选地，所述获取模块还用于获取粒子流中的粒子通过微孔时的脉冲信号，并根据脉冲信号的个数获取粒子的原始检测数目。

更优选地，以粒子流中的粒子通过微孔时触发的电信号作为脉冲信号，所述获取模块获取相邻两个所述脉冲信号间的时间间隔，作为所述到达时间间隔。

根据一种优选的实施方式，在对第一分布曲线进行三次多项式曲线拟合时，是对第一分布曲线的可信赖区域进行三次多项式曲线拟合，所述可信赖区域是两个相邻粒子的最小间距。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述粒子计数方法。

进一步地，本发明还提供一种粒子分析仪，所述粒子分析仪其包括：

检测池，所述检测池包括前池1、后池2以及将前池1和后池2分隔开的隔板3，所述隔板上具有连通前池和后池的微孔6；

一对电极4，所述电极4分别设置在前池1和后池中2，通电时在前池1和后池2中形成电场，并在有粒子通过微孔时输出脉冲信号；

数据处理器5，所述数据处理器5获取所述脉冲信号，并根据脉冲信号得到粒子的原始检测数目和到达微孔的相邻粒子之间的到达时间间隔，绘制所述到达时间间隔的分布曲线，得到第一分布曲线，并对所述第一分布曲线进行三次多项式曲线拟合，得到第二分布曲线，分别计算所述第一分布曲线和所述第二分布曲线下的面积，得到第一面积和第二面积，根据所述第一面积和所述第二面积之比对粒子的原始检测数目进行修正，得到粒子计数结果。

根据所述粒子分析仪的一种优选的实施方式，所述第一分布曲线进行三次多项式曲线拟合的拟合方程是：

f(t)＝A*t³+B*t²+C*t+D

其中，t为变量，代表到达时间间隔，A、B、C和D为通过所述第一分布曲线的数据得到的拟合参数。

更优选地，对粒子的原始检测数目进行修正的修正公式是：

其中，所述N为粒子计数结果，所述S₀为第一面积，所述S₁为第二面积，所述N₀为粒子的原始检测数目。

本发明通过粒子达到微孔时产生的脉冲信号获取到达微孔的相邻粒子之间的到达时间间隔并绘制为分布曲线，对粒子到达时间间隔的分布特性进行分析，拟合得到接近粒子数真实情况的分布曲线，进而可根据该分布曲线对直接根据粒子通过微孔时产生的脉冲信号获得的原始检测数目进行修正，将修正值作为粒子计数结果，从而获得更准确的粒子计数结果，所得计数结果更接近真实的粒子数目，具有广泛的适用性，特别适用于各类粒子计数装置，例如细胞分析仪。

【附图说明】

图1为粒子分析仪的结构示意图；

图2为本发明实施例的粒子计数装置的结构示意图；

图3为实施例1的粒子计数方法的流程图；

图4为实施例1的第一分布曲线和第二分布曲线的示意图；

图5为未进行粒子计数修正时获得的WBC结果同理论稀释比例之间的关系示意图；

图6为采用实施例1的粒子计数方法获得的WBC浓度同理论稀释比例之间的关系示意图。

【具体实施方式】

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

在粒子计数过程中，根据概率论，两个粒子通过检测微孔的时间间隔具有指数分布的特性，其分布的概率密度函数可表示为：

其中，代表了粒子通过检测微孔的平均时间间隔，则有

其中，ΔT为采样时间，N为通过检测小孔的实际粒子数。但在实际的粒子计数过程中，由于粒子流中的粒子在通过检错微孔时可能重叠，因此检测得到的粒子数将小于实际粒子数N，即无法得到真实的粒子数。

本发明利用该理论，同样借助粒子通过检测微孔时产生的脉冲信号为了原始数据，基于到达检测微孔的相邻粒子的到达时间间隔绘制分布曲线，拟合得到接近真实情况的分布曲线，以修正检测到的粒子数，克服了检测中的粒子重叠现象对检测准确性的影响。

在本发明中，对检测到的粒子到达时间间隔的分布特性进行分析，拟合出多项式分布曲线，对检测到的粒子数目进行修正，得到粒子计数结果。

基于该思路，本发明的粒子分析仪如图1所示，包括前池1、后池2、用于分隔前池与后池的隔板3、分别设置在前池与后池中的一对电极4和数据处理器5。隔板3上具有连通前池1和后池2的微孔6，该微孔6为计数孔，可供粒子流流过；前池1、后池2和隔板3共同构成了粒子分析仪的检测池。一对电极4分别从前池1和后池2中引出，在本实施例中，从前池1中引出的为阴极，从后池2中引出的为阳极，阴极和阳极之间施加有恒流源。

在计数过程中，包含有细胞粒子的样本流从样本液入口流进前池1中，在前池1中的前鞘液的包裹下经过隔板3上的微孔6流入后池2。在恒流源作用下，前池1与后池2中形成稳定的电场，即在阴极和阳极之间形成稳定的电压，在有细胞粒子通过微孔6时，阴极和阳极之间的电压差将会变大，且粒子越大时电压差变化越大，因此，当有细胞粒子通过微孔6时电场中会出现波动的电压差，从而产生脉冲信号。

数据处理器5用于获取该脉冲信号，并根据本领域的现有技术对该脉冲信号进行放大、去噪、识别、分类等处理，进而可通过处理后的脉冲信号得到粒子的大小和数量，并通过计量被测样本流的体积计算出被测粒子在样本流中的浓度。

本发明的数据处理器5包括粒子计数装置，粒子计数装置的结构示意图如图2所示，包括获取模块51、曲线绘制模块52、曲线拟合模块53、计算模块54和修正模块55。

获取模块51获取通过微孔的相邻粒子之间的到达时间间隔，具体地，获取模块51通过获取粒子分析仪相邻两个脉冲之间的时间间隔来获取到达微孔的相邻粒子之间的到达时间间隔。曲线绘制模块52用于绘制获取模块51获取到的到达时间间隔的分布曲线，得到第一分布曲线。曲线拟合模块53，用于对曲线绘制模块52得到的第一分布曲线进行三次多项式曲线拟合，得到第二分布曲线，其进行三次多项式曲线拟合时的拟合方程是以到达时间间隔为变量的三次多项式方程，具体为f(t)＝A*t³+B*t²+C*t+D，其中的拟合参数A、B、C和D是通过第一分布曲线的可信赖区域的数据得到的。计算模块54用于分别计算第一分布曲线和第二分布曲线下的面积，得到第一面积S₀和第二面积S₁。修正模块55用于根据计算模块54得到的第一面积S₀和第二面积S₁对粒子分析仪检测到的粒子的原始检测数目N₀按照公式进行修正，得到最终的粒子计数结果N。

基于上述粒子分析仪，本发明提供一种粒子计数方法，其流程图如图3所示，包括如下步骤：

步骤S1：获取检测到的粒子数目。

粒子在经过粒子分析仪的检测微孔时，会产生脉冲信号，粒子分析仪可以通过记录脉冲信号的个数以检测粒子数目，假设粒子分析仪通过识别脉冲信号得到的粒子数目为N₀，则粒子的原始检测数目为N₀。

步骤S2：获取到达时间间隔。

粒子分析仪产生的每一个脉冲信号代表一个粒子从微孔中通过，因此，相邻两个脉冲信号的时间间隔代表相邻粒子到达检测微孔的时间间隔。获取模块通过获取粒子计数器相邻两个脉冲信号之间的时间间隔以获得到达微孔的相邻粒子之间的到达时间间隔，并对该到达时间间隔进行记录。

步骤S3：绘制第一分布曲线。

在获取模块获得并记录相邻粒子之间的粒子到达时间间隔之后，曲线绘制模块以粒子到达时间间隔为自变量、以粒子数目百分比为因变量绘制出到达时间间隔的分布曲线，得到第一分布曲线。

步骤S4：曲线拟合得到第二分布曲线。

根据第一分布曲线，由曲线拟合模块对该第一分布曲线进行三次多项式曲线拟合，得到第二分布曲线。

具体地，曲线拟合模块对第一分布曲线进行三次多项式曲线拟合，其拟合方程为f(t)＝A*t³+B*t²+C*t+D，其中的t为变量，代表到达时间间隔，其中的A、B、C和D为拟合参数，可以通过第一分布曲线的可信赖区域的数据得到，即在第一分布曲线的可信赖区域内，将数个到达时间间隔和其对应的粒子数目百分比分别代入上述拟合方程中，得到多个以A、B、C和D为未知量的方程组，然后从该方程组中解出最优解，便可得到拟合参数A、B、C和D的值，从而得到上述拟合方程。通过多项式曲线拟合得到的第二分布曲线将为粒子到达时间间隔的真实分布情况。

实际应用中，在对第一分布曲线进行三次多项式曲线拟合时，可以是对第一分布曲线的可信赖区域进行三次多项式曲线拟合，该可信赖区域是粒子分析仪能够准确区分两个相邻细胞粒子的最小间距，其由粒子分析仪的信号处理系统决定。

图4示出了第一分布曲线和第二分布曲线的示意图，如图4所示，分布曲线图以粒子到达时间间隔为横坐标轴，以粒子数目百分比为纵坐标轴，绘制出的第一分布曲线(即图4中的曲线1)在粒子达到时间间隔达到第一时间间隔t1时，粒子数目百分比开始随着粒子达时间间隔的增大而增大，在达到第二时间间隔t2时，粒子数目百分比又会随着粒子达时间间隔的增大而逐渐减小，直到趋于0。对第一分布曲线进行拟合得到的第二分布曲线(即图4中的曲线2)呈现出指数分布的趋势。

步骤S5：计算第一分布曲线和第二分布曲线下的面积。

计算模块计算第一分布曲线与横坐标轴构成的区域的面积，得到第一面积，即图3中的面积S₀。同样的，计算模块计算第二分布曲线与横坐标轴构成的区域的面积，得到第二面积S₁，即图3中的S₀和ΔS两部分面积之和。

步骤S6：修正粒子数目。

在计算得到第一面积S₀和第二面积S₁之后，进一步根据第一面积S₀和第二面积S₁的比值对粒子的原始检测数目N₀进行修正，实际通过粒子分析仪检测微孔的粒子数目N将为即得到粒子计数结果，实现对重叠粒子的计数补偿，得到修正后的粒子数目。

以迈瑞的血液分析仪BC6800检测白细胞数量为例，说明本申请的方法对粒子计数校正的效果。

取一支高值白细胞质控品，白细胞含量大于500×10⁹个/L，将其定量稀释为原体积浓度的80％，60％，40％，20％，10％，5％，2.5％，1.25％，0.625％，各样品经本发明的计数方法和分析仪进行白细胞数量测定，并以BC6800测定的结果作为对照。

图5示出了未进行粒子计数修正时各浓度样品的WBC结果同理论稀释比例之间的关系，统计得到的线性回归相关性R²为0.981；图6示出了采用本发明的粒子计数方法的修正方法获得的WBC浓度同理论稀释比例之间的关系，统计得到的线性回归相关性R²为0.999。

由图5可看出，在不进行粒子计数修正，即不进行粒子补偿时，由于存在粒子重叠的影响，从稀释比40％开始，WBC样本检测出的粒子数目低于真实的粒子数目，且随着WBC浓度的增加，粒子数目偏低的现象越严重。而由图6可看出，当采用本发明的粒子计数的修正方法对检测到的粒子数目进行修正后，获得的WBC浓度和理论稀释比例呈现出较好的线性效果，即获得的粒子数目更接近真实的粒子数目。

实际应用中，上述粒子分析仪可以通过显示屏来显示粒子的原始检测数目和最终得到的粒子计数结果，同时可以显示数据处理器5对粒子的原始检测数目进行修正时的各类数据分布曲线，以方便用户查看。

实际应用中，计算第一分布曲线下的面积也可以在步骤S4之前进行。

本发明的粒子计数方法通过先获取粒子的原始检测数目和到达微孔的相邻粒子之间的到达时间间隔，以到达时间间隔为横坐标轴绘制到达时间间隔的分布曲线，得到第一分布曲线，再对该分布曲线进行三次多项式曲线拟合，得到第二分布曲线；然后计算第一分布曲线和第二分布曲线分别与横坐标轴围成的面积，得到第一面积S₀和第二面积S₁，最后根据S₀和S₁的比值对粒子的原始检测数目进行修正，得到粒子计数结果；由于根据粒子到达时间间隔的分布对重叠粒子进行了补偿，使得粒子计数结果更加接近真实的粒子数目；同时，在对重叠粒子进行补偿的过程中，仅需要获取粒子到达时间间隔的分布即可，不需要知道粒子分析仪的参数信息，可应用于任何采用电阻法计数粒子数的检测仪器上，具有广泛的适用性。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上实施例对本发明进行非限制性阐述，仅用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (9)

1.粒子计数方法，所述方法包括以下步骤：

(1)使粒子流通过微孔，获取到达微孔的相邻粒子之间的到达时间间隔；

(2)根据步骤(1)的到达时间间隔，绘制所述到达时间间隔的分布曲线，得到第一分布曲线；

(3)对所述第一分布曲线进行三次多项式曲线拟合，得到第二分布曲线；所述三次多项式曲线拟合的拟合方程是：

f(t)＝A*t³+B*t²+C*t+D，

其中，t为变量，代表步骤(1)的到达时间间隔，A、B、C和D为通过所述第一分布曲线的数据得到的拟合参数；

(4)分别计算所述第一分布曲线和所述第二分布曲线下的面积，得到第一面积和第二面积；

(5)根据所述第一面积和所述第二面积之比对粒子的原始检测数目进行修正，得到粒子计数结果，修正公式为：

其中，所述N为粒子计数结果，所述S₀为第一面积，所述S₁为第二面积，所述N₀为粒子的原始检测数目。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中，将粒子流中的粒子通过微孔时触发的电信号作为脉冲信号，获取相邻两个脉冲之间的时间间隔，作为到达微孔的相邻粒子之间的到达时间间隔。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中，在对第一分布曲线进行三次多项式曲线拟合时，是对第一分布曲线的可信赖区域进行三次多项式曲线拟合，所述可信赖区域是两个相邻粒子的最小间距。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(5)中，粒子的原始检测数目的计数方法是获取粒子流中的粒子通过微孔时触发的电信号作为脉冲信号，所述脉冲信号的个数作为粒子的原始检测数目。

5.一种粒子计数装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取到达微孔的相邻粒子之间的到达时间间隔；

曲线绘制模块，用于绘制所述到达时间间隔的分布曲线，得到第一分布曲线；

曲线拟合模块，用于对所述第一分布曲线进行三次多项式曲线拟合，得到第二分布曲线；

所述三次多项式曲线拟合的拟合方程是：

f(t)＝A*t³+B*t²+C*t+D，

其中，t为变量，代表步骤(1)的到达时间间隔，A、B、C和D为通过所述第一分布曲线的数据得到的拟合参数；

计算模块，用于分别计算所述第一分布曲线和所述第二分布曲线下的面积，得到第一面积和第二面积；

修正模块，用于根据所述第一面积和所述第二面积之比对粒子的原始检测数目进行修正，得到粒子计数结果；

修正公式为：

其中，所述N为粒子计数结果，所述S₀为第一面积，所述S₁为第二面积，所述N₀为粒子的原始检测数目。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于以粒子流中的粒子通过微孔时触发的电信号作为脉冲信号，所述获取模块获取相邻两个所述脉冲信号间的时间间隔，作为所述到达时间间隔。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述获取模块还用于获取粒子流中的粒子通过微孔时的脉冲信号，并根据脉冲信号的个数获取粒子的原始检测数目。

8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的方法。

9.一种粒子分析仪，所述粒子分析仪包括：

检测池，所述检测池包括前池(1)、后池(2)以及将前池(1)和后池(2)分隔开的隔板(3)，所述隔板上具有连通前池和后池的微孔(6)；

一对电极(4)，所述电极(4)分别设置在前池(1)和后池中(2)，通电时在前池(1)和后池(2)中形成电场，并在有粒子通过微孔时输出脉冲信号；

其特征在于所述粒子分析仪还包括数据处理器(5)，所述数据处理器(5)获取所述脉冲信号，并根据脉冲信号得到粒子的原始检测数目和到达微孔的相邻粒子之间的到达时间间隔，绘制所述到达时间间隔的分布曲线，得到第一分布曲线，并对所述第一分布曲线进行三次多项式曲线拟合，得到第二分布曲线，分别计算所述第一分布曲线和所述第二分布曲线下的面积，得到第一面积和第二面积，根据所述第一面积和所述第二面积之比对粒子的原始检测数目进行修正，得到粒子计数结果；

其中，对所述第一分布曲线进行三次多项式曲线拟合的拟合方程是：

f(t)＝A*t³+B*t²+C*t+D

其中，t为变量，代表到达时间间隔，A、B、C和D为通过所述第一分布曲线的数据得到的拟合参数；

对粒子的原始检测数目进行修正的修正公式是：

其中，所述N为粒子计数结果，所述S₀为第一面积，所述S₁为第二面积，所述N₀为粒子的原始检测数目。