DE2344528A1 - Verfahren und vorrichtung zur analyse unter verwendung von farb-algebra und von bild-verarbeitungsverfahren - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur analyse unter verwendung von farb-algebra und von bild-verarbeitungsverfahren

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Description

h. September 1973 3057
JAMES EDMOND GREEN
317 Rosemont Drive, S.E. Huntsville, Alabama,
V.St.A.
Verfahren und Vorrichtung zur Analyse unter Verwendung von Farb-Algebra und von Bild-Verarbeitungsverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Analysierverfahren und -systeme und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Teilchenanalyse unter Verwendung von Farb-Algebra und von BiId-Verarbeitungsverfahren.
Der Bedarf für ein genaues, schnelles und relativ kostengünstiges System zur Analyse eines teilchenförmigen Stoffes, der in einem Gas oder einer Flüssigkeit enthalten ist, besteht auf vielen Gebieten der gegenwärtigen Technologie. Seit kurzem unternommene Anstrengungen auf dem Gebiet der Untersuchung und Überwachung von Verunreinigungen haben das Bedürfnis nach einem Mittel zui· Teilchenidentifikation, -klassifikation und -morphologleanalyse betont. Ein ähn-
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licher Bedarf besteht auch auf dem Gebiet der meaizmischen Technologie zur Automatisierung von arbeitsintensiven, medizinischen Laborbestimmungen, wie z. B. von Blutanalysen.
Der kürzliche Anstieg der medizinischen Heilkosten hat die Hoffnung geweckt, diese Kosten senken zu können durch die Anwendung der Automatisierungstechnologie auf arbeitsintensive, medizinische Bestimmungen. Eine der grundlegendsten Untersuchungen, die in der grösstenteils kursorischen Untersuchung oder Behandlung eines Patienten durchgeführt werden, ist die Blutanalyse. Blut besteht aus drei Hauptkomponenten von Teilchen: rote Blutkörperchen (RBC), weisse Blutkörperchen (WBC) und Blutpiattchen, die in einem Fluid (Plasma) schweben. Eine Analyse der relativen und absoluten Mengen dieser Teilchen und zusätzliche Information bezüglich ihrer Morphologie (Form und Struktur) bieten bedeutende Einsicht in den Gesundheitszustand des Patienten.
Verschiedene Unternehmen haben gegenwärtig Instrumente zur automatisierten Blutanalyse erfolgreich entwickelt und in den Verkehr gebracht. Technions's SMA-Systeni zur Plasmauntersuchung und das Hemalog-System zur Blutkörperchenanalyse und Coulter Electronics' Model ß Blutkörperchenzähler sind allgemein bekannte Beispiele. Unter Verwendung verschiedlicher Technologien stellen das Hemalog- und Coulter S-System eine kostengünstige Möglichkeit für die Zählung der verschiedenen teilchenförmigen Bestandteile einer Blutprobe dar. Der beiden Technologien zugrundeliegende Gedanke besteht darin, eine dünne Säule verdünnten Blutes an einem Sensor vorbeiströmen zu lassen, der erkennt, ob ein Blutkörperchen in dem flüssigen Medium vorhanden ist. Dieses sogenannte "Durchfluss"-Prinzip ermöglicht eine Zählung der vorhandenen Teilchen, bieten Jedoch keine qualitative Information bezüglich der Teilchenart und der Morphologie der Teilchen.
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Es ist daher notwendig, die Probe vorher aufzuspalten, um festzulegen, ob das Instrument ein RBG oder ein VBC zählt. Diese beiden Arten von Blutkörperchen haben deutlich unterschiedliche chemische Eigenschaften, so dass sie relativ leicht getrennt werden können. Es ist jedoch nicht möglich, diese Blutkörperchen mit der augenblicklich zur Verfügung stehenden Technologie entsprechend ihren individuellen morphologischen Unterschieden darüberhinaus automatisch zu differenzieren.
Eine solche Differenzierung ist jedoch bei etwa 25 % aller Krankenhauspatienten ausserordentlich wichtig und bei etwa 50 % der Patienten sehr wünschenswert. Dies trifft vor allem auf die zahlreichen Typen von WBCs zu, deren realtive Konzentration und individuelle Morphologie äusserst wichtig sind. Von geringerer Bedeutung, aber immer noch wichtig, ist der Nachweis anormaler Morphologie der roten Blutkörperchen. Diese allgemein als "Differential"-Zählung oder Differentialblutbild bezeichneten Messungen werden gegenwärtig von Hand durchgeführt.
Es bestehen zwei grundsätzliche Methoden zum morphologischen Differenzieren eines einzelnen Blutkörperchens: Eine direkte oder Strukturerkennungs-Methode und eine indirekte Methode. Letztere beruht auf dem Vorhandensein indirekter Kenn" zeichen chemischer Unterschiede, die einen hohen Grad von Korrelation mit den direkten Kennzeichen morphologischer Unterschiede der Grundtypen von VBCs aufweisen. Technion's Hemalog-D, das einzige kommerziell bekannte System für Differential-Messungen j arbeitet nach dieser Methode unter Verwendung von Enzymfarbstoffen als chemisches Kennzeichen zur Trennung von fünf Grundtypen der VBCs.
Vie bei allen indirekten Messmethoden bestehen theoretische und praktische Fehlerquellen. Anormale Abweichungen innerhalb jeder der fünf VBC-Grundgruppen z. B. können nicht er-
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kannt werden. Bei hochgradigen Eisikopatienten können 10 bis 20 % der Patienten eine relativ normale Verteilung bezüglich der fünf chemischen Gruppen besitzen und dennoch morphologische Abnormitäten aufweisen, die eine Krankheit anzeigen. Die morphologisch-chemische Korrelation ist also unvollständig, was zu falschen Negativ-Befunden führt der schwersten Art von Fehlern. Ein Teil der gesunden Bevölkerung hat ausserdem ungewöhnlich niedrige Enzymwerte ohne begleitende morphologische Abnormitäten oder klinische Symptome, was zu unwirtschaftlichen, falschen Positiv-Befunden führt. Durch die indirekte Methode wird ausserdem die wichtige KBC-Morphologie nicht ermöglicht.
Bei der direkten Methode wird die Morphologie der Teilchen oder Zellen unmittelbar unter Verwendung von Computer-Verfahren für die Strukturerkennung geprüft. Die Herstellung eines Differential-Blutbildes unter Verwendung von Strukturerkennung sverfahren ist der Fachwelt bekannt. Bis jetzt bestand das Problem in der Wirtschaftlichkeit. Vor allem die bei der augenblicklichen Technologie verwendeten Instrumente erforderten eine Hochleistungs-Datenverarbeitungsanlage, die für diese in erster Linie kommerzielle Anwendung zu kostspielig war. Das gleiche allgemeine Problem besteht auf anderen technologischen Gebieten, bei denen Teilchen-Analysierverfahren angewandt werden.
Eine allgemeine Aufgabe der Erfindung besteht dementsprechend in einem verbesserten System zur Analyse eines Gegenstandes.
Eine besondere Aufgabe der Erfindung besteht in einem System zur Teilchenanalyse unter Verwendung von Färb-Algebra und in einer bevorzugten Ausführungsform - unter Verwendung der Farb-Algebra in Verbindung mit Bild-Verarbeitungsverfahren.
Eine weitere spezielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht als eine ihrer Ausführungsformen in einem gewerblich
verwendbaren System zur automatisierten Blut-Differential-Untersuchung.
Eine weitere spezielle Aufgabe der Erfindung besteht in einem. System zur automatisierten Blut-Differential-Untersuchung unter Verwendung von Strukturerkennungsverfahren in Verbindung mit chemisch/optischen Kennzeichen, um ein gewerblich verwendbares System zu erhalten.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Anwendung von Farb-Algebra-Verfahren, die die Verwendung eines vereinfachten Algorithmus ermöglichen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in einem System zur automatisierten Blut-Differential-Untersuchung unter Verwendung von Abtast- und Datenverarbeitungseinheiten, die in Verbindung mit den Farb-Algebra-Verfahren die Anforderung an die Leistungsfähigkeit des Computers und die Auswertungszeit bedeutend reduzieren.
Ein Vorteil der Erfindung besteht in der erhöhten Genauigkeit der Ausführungsform des Systems zur automatisierten Blut-Differential-Untersuchung gegenüber bestehenden Systemen infolge der'einer direkten Messmethode innewohnenden Überlegenheit über eine indirekte Hessmethode zusammen mit der zusätzlichen Fähigkeit der feineren Unterscheidung zv/ischen WBCs einer der fünf Grundtypen, der Fähigkeit, anormale im Gegensatz zu normaler Morphologie zu erkennen, und der Fähigkeit zu EBC-Messungen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Ausführungsform zur Blutanalyse besteht darin, dass zusammen mit den erfindungsgemässen Farb-Algebra-Verfahren herkömmliche Blut-Anfärbemethoden verwendet werden können.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
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der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten, zur Darstellung ausgewählten und in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsform. Es zeigen:
Fig. 1A ein funktionelles Blockschema der erfindungsgemässen Ausführungsform zur Blutanalyse,
Fig. 1B ein detaillierteres funktionelles Blockschema der Erfindung unter Darstellung des Datenflusses,
Fig. 2A bis 2G ein Beispiel eines Hämogramms einer Blutprobe und
Fig. J bis 9 zum Teil als Blockschaltbild und zum Teil in schematischer Form eine erfindungsgemässe Ausführungsform zur Blutanalyse.
Das erfindungsgemässe Analysensystem für teilchenförmige Stoffe kann zur Untersuchung vieler verschiedener Arten von teilchenförmigen Stoffen verwendet werden. Zum Zwecke der Darstellung und zur Erleichterung der Beschreibung befasst sich die folgende Erläuterung mit einer zur Blutuntersuchung dienenden Ausführungεform des Analysiersystems für teilchenförmige, Stoffe , wie sie in dem funktioneilen Blockschema von Fig. 1 gezeigt ist.
Die vorliegende Erfindung verwendet Methoden der Farb-Algebra zur Reduzierung der Anforderung an die Leistungsfähigkeit des Computers und der Auswertungszeit. Bevor mit der detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung fortgefahren wird, ist es sinnvoll, kurz einige Grundinformationen bezüglich "Farben" zu geben.
Die Farben-Wahrnehmung ist eine komplexe physiologische Erscheinung, die unter Ansprechen auf Änderungen der spektralen Komponenten des sichtbaren, auf die Netzhaut treffen-
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den Lichts auftritt. Die quantitative Beschreibung der Farbe wird durch den Umstand erschwert, dass die gleiche wahrgenommene Farbe durch zahlreiche Kombinationen unterschiedlicher Spektralkomponenten erzeugt werden kann.
Um die Beschreibung von Farben in der Wissenschaft zu standardisieren, ist von der C.I.E. (Commission Internationale de L'Eclairage) im Jahre 1931 ein. System von Farbton-Messungen entwickelt worden. Farbton-Messungen werden durch Faltung der spektralen Komponenten des Lichts mit drei spezifischen SpektralVerteilungen zur Erzeugung der Rot-, Grün- und Blau-Intensitäten erhalten. Der Anteil jeder dieser Intensitäten wird durch X-, Y- bzw. Z-Koordinaten ausgedrückt, wobei:
R + G + B
G R + G + B
B R + G + B
Die drei Spektralverteilungen wurden so eingerichtet, dass jede Vellenlängenkombination, die die gleiche subjektive Farbe erzeugt, auch die gleichen Farbton-Koordinaten erzeugt.
Die drei Komponenten X, Y und Z, die in allgemeiner Form dem Rot-, Grün- und Blau-Anteil des Lichts entsprechen, können in einem zweidimensionalen Kurvenbild aufgetragen werden. Die Farbton-Koordinaten sind in der Vergangenheit als eine oder mehrere Eigenschaften eines vieldimensionalen
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Eigenschaftenraums in einem System zur Strukturerkennung verwendet worden, um u.a. Blutkörperchen zu erkennen und zu klassifizieren.
Biologische Proben werden angefärbt, um den Kontrast von normalerweise durchsichtigen Geweben zu verbessern und verschiedene Strukturen leichter erkennen zu können. Blutzellen werden normalerweise mit einer Romanovsky-Farbe angefärbt, wie z. B, der Wright-Farbe, einem Zwei-Komponenten-Farbsystem, das eine rote und blaue Farbe enthält. Die blaue Farbkomponente färbt die Zellkerne an, das Zytoplasma der Lymphozyten und bestimmte Körnchen im Zytoplasma anderer Zellen, insbesondere die basophilen Granulozyten der basophilen Zellen. Die rote Färbstoffkomponente wird von den roten Blutkörperchen absorbiert, etwas von dem Zytoplasma der meisten weissen Blutkörperchen, von eosinophilen Granulozyten und zu einem gewissen Ausmass von den Zellkernen. Diese Anfärbungsmuster sind nicht absolut oder sich gegenseitig ausschliessend, da fast Jeder Zellteil beide Farbkomponenten etwas absorbiert. Gewöhnlich herrscht jedoch die eine oder andere Farbkomponente vor und dies bildet die Grundlage eines funktioneilen Analysiersystems unter Verwendung der Farbunterschiede. Das Zytoplasma der meisten Zellen mit Ausnahme der Lymphozyten, wird so hellviolett bis rot-organge gefärbt, das Zytoplasma der Lymphozyten wird blass-blau angefärbt, der Zellkern wird tief-purpurrot angefärbt, die eosinophilen Grenulozyten werden tief-rot bis orange angefärbt und die basophilen Granulozyten werden tief-blau angefärbt.
Für Blutkörperchen, die mit der Wright-Farbe angefärbt wurden, liegt die Rot-Absorptionsspitze der Eosin-Y-Farbkbmponente bei etwa 570 bis 500 nm, die Blau-Absorptionsspitze des Methylenblau und dessen Derivate liegt bei etwa 500 bis 530 nm und die natürliche Blau-Violett- Absorptions-
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spitze des Hämoglobins liegt bei etwa 400 bis 420 nm.
Die vorliegende Erfindung nützt diese Farbinformation dazu aus, eine Information bezüglich des Differential-Kontrastes zu erzeugen, der zwischen verschiedenen Punkten oder Bereichen in der Zelle besteht. Durch Beleuchten der Probe mit weissem Licht und anschliessende Filtration durch schmalbandige Filter wird die Farbinformation in eine Differentialkontrast-Information verwandelt. Eine andere Möglichkeit zum Erhalten der Differential-Kontrastinformation besteht im Beleuchten der Blutprobe mit Licht aus- * gewählter, schmaler Vellenlängenbänder.
Jeder Punkt oder Bereich in der Zelle verändert das Licht entsprechend seinen Absorptions-, transmissions- und Reflektionseigenschaften. Die Bezeichnung "Kontrast" bezieht sich auf einen wesentlichen Unterschied in der Änderung des Lichts durch zwei oder mehr Punkte oder Bereiche der Zelle bei einem Vellenlängenband. Die Bezeichnung "Differential-Kontrast" bezieht sich auf ein unterschiedliches Muster des Kontrastes bei zwei oder mehr WeHenlängenbändern.
Die geeigneten Wellenlängenbänder werden unter Berücksichtigung des spektralen Umfangs der Eigenschaften der Lichtabänderung durch den Farbstoff und/oder unter Berücksichtigung der Lichtabänderungseigenschaften des natürlichen Materials, wie z. B. des Hämoglobins, ausgewählt. Mit passend ausgewählten Wellenlängenbändern wird der gewünschte Differential-Kontrast der verschiedenen, zu erfassenden Zellenpunkte oder -bereiche durch deren sichtbar gemachte Dichte- und/oder Reflexions-Unterschiede erreicht. Wenn die Wellenlängenbänder in geeigneter Weise ausgewählt sind, ist ein bestimmter Zellenbereich, wie z. B. das WBC-Zytoplasma bei einem Wellcnlängenband sehr dicht und bei einem anderen relativ durchsichtig. Ein anderer. Bereich, wie z. B. das RBC-Zytoplasma zeigt bei den gleichen Wellenlängenbändern
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ein unterschiedliches Kontrastmuster. Der durch die Auswahl der verschiedenen Wellenlangenbänder eingestellte Differential-Kontrast der Zellenteile erlaubt die Identifikation und Klassifikation der Zellenteile oder -bereiche mittels einer nachstehend erläuterten Farb-Algebra.
Die Farb-Algebra kann durch Abtasten und Digitalisieren des Signals, das die durch die Probe abgeänderte Beleuchtung bei jedem der Wellenlangenbänder darstellt, um eine digitalisierte Datenfolge zu erzeugen, und ansc<thliessendes Aufzeichnen der digitalisierten Werte in Form eines Hämogramms, wie es in Fig; 2 gezeigt wird, durchgeführt werden. Die Hämogramme der Punkte in der abgetasteten Blutprobe zeigen in charakteristischer Weise zwei oder mehr Punktgruppen oder Spitzen bei unterschiedlichen Dichtewerten. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, können die Spitzen z. B. einer Gruppe von Hintergrundpunkten bei etwa der gleichen Dichte oder einer anderen Gruppe etwas dichterer Zell-Zytoplasmapunkte oder möglicherweise einer dritten Gruppe sehr dichter Zellkernpunkte entsprechen. Mehrere Typen von Zellkomponenten können in einer Spitze bei einer Wellenlänge vereinigt sein, v/erden Jedoch bei einer anderen Wellenlänge getrennt. In Fig. 2 sind z. B. die WBG- und BBC-Kerne, die basophilen Granulozyten und das Lymphozyten-Zytoplasma in der Spitze 3 des Hämogramms A vereinigt, werden jedoch in den Spitzen 5, 6 und 7 des Hämogramms B getrennt.
In der Praxis hat sich das Darstellen in einem Hämogramm als ein brauchbares Verfahren zum Festlegen von Schwellenwerten erwiesen. Dies soll jedoch so verstanden werden, dass die Farb-Algebra auch durch beliebiges Festlegen der Schwellenwerte ohne Abtasten, Digitalisieren oder Aufzeichnen in einem Hämogramm durchgeführt werden kann. Eine passende Farb-Algebra kann z. B. zum Nachweis von Probenbereichen von Blutkörperchen verwendet werden, die in einem flüssigen Strahl an einem Sensor vorbeiströmen. In diesem
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Fall findet kein Abtasten, Prüfen, Digitalisieren oder Aufzeichnen in einem H*inogramm statt,
Die Schwellenwerte werden zum Trennen der Spitzen des Hämogramms festgelegt. Die Schwellenwerte sind als T^, Tg und Tc dargestellt, wobei T'B die Verwendung mehrfacher Schwellenwerte erläutert. Jeder Funkt der digitalisierten Datenfolge kann dann als ein mit dem Schwellenwert verglichenes Signal in binärer Form charakterisiert werden, das die verschiedenen Schwellenwerte entweder übersteigt oder nicht übersteigt.
Die mit Schwellenwerten verglichenen Signale können kombiniert werden, um die folgende Farb-Algebra zu bilden:
A B1 B C
Hintergrund 0 0 0 0
RBC-Zytoplasma 0 0 1 1
RBC-Zellkerne 1 1 1 1
WBG-Zellkerne 1 1 1 0
Monozyten 0 0 1 • ο
Neutrophiles Zytoplasma 0 0 1 0
Eosinophile Granulozyten 0 1 1 0
Basophile Granulozyten 1 0 1 0
Lymphozyten-Zytoplasma 1 0 0 0
Diese Farb-Algebra kann für das oben genannte Beispiel einer Blutprobe, die mit einem Wright-Farbstoff angefärbt ist, und die oben genannten Wellenlängenbänder verwendet werden, Andere Arten der Farb-Algebra können zur Klassifizierung von Zellteilen verwendet werden, die mit einem anderen I'arbsystem angefärbt wurden oder bei Verwendung der charakteristischen Absorption anderer natürlicher Zellbestandteile, wobei die Wellenlängenbänder wieder in der Weise ausgewählt werden, dass sich zumindest zwischen zwei verschiedenen Bereichen der Probe ein Differentialkontrast einstellt.
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Aus der Tabelle kann man ersehen, dass durch die Farb-Algebra ein bestimmter Punkt oder Bereich in der Weise gekennzeichnet wird, dass er einer von mehreren Klassifikationen der Zellbestandteile angehört. Die Farb-Algebra ermöglicht ausserdem eine Unterscheidung zwischen den Zellkomponenten und dem Hintergrund in der Blutprobe. Die mit Schwellenwerten verglichenen Signale können auf diese Weise algebraisch kombiniert werden, um Signale zur Klassifizierung der Probenbereiche zu erzeugen.
Das obige Beispiel einer Farb-Algebra erläutert die Klassifizierung der Zellbestandteile und des Hintergrunds durch algebraische Kombination der mit Schwellenwerten verglichen Signale. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Signale algebraisch zu kombinieren und dann mit Schwellenwerten zu vergleichen unter weiterer oder ohne weitere algebraische Kombination, um Klassifizierungssignale für die Probenbereiche zu erzeugen.
Aus der vorausgehenden Beschreibung sieht man, dass die Verwendung der Färb-Algebra für die vorliegende Erfindung das Auftrennen eines Bildes in eine Anzahl von Kategorien der Zellbestandteile oder des Hintergrunds ermöglicht, ohne die herkömmlichen Rechenverfahren für die Farbton-Koordinaten und die anschliessende schwierige Strukturerkennungs-Datenverarbeitung zu erfordern. Man sieht auch, dass es nicht notwendig ist, für die Anwendung des Differentialkontrastes und der Merkmale der ITarb-Algebra entsprechend der vorliegenden Erfindung die Zellen anzufärben. Alternativ können auch die natürlichen Bestandteile der Zellen zur Erzeugung der notwendigen Kontrastmuster verwendet werden. Zusätzlich zur natürlichen Absorption des Hämoglobins bei 400 nm kann z. B. die Absorptionsspitze des DNA (findet sich normalerweise in den Zellkernen) bei 2^8 nm und die Absorptionsspitze der Proteine (sind normalerweise vor allem im ZeIl-Zytoplasma anzutreffen).bei 280 nm als die Wellenlängen-
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bänder verwendet werden. Wegen der teilweisen Überlappung der Absorptionskurven dieser beiden Zellbestandteile und dem Vorhandensein einiger anderer Bestandteile, die ebenfalls bei diesen Wellenlängen absorbieren, ist die sich ergebende Färb-Algebra etwas komplizierter als die sich bei Verwendung des Wright-Farbstoffes ergebende. Bei Verwendung dieser drei Wellenlängenbänder würde ausserdem die lange Erfahrung der medizinischen Fachwelt mit dem Wright-Blutfarbstoff verloren gehen. Aus diesem Grund wird das Wright-Farbensystem verwendet.
Das erfindungsgemässe Merkmal der Farb-Algebra ist ausserdem nicht auf drei Wellenlängenbänder wie bei der bevorzugten Ausführungsform beschränkt. Jeder Satz von zwei oder mehr Wellenlängenbändern, die einen Differentialkontrast zwischen wenigstens zwei Bereichen des Untersuchungsobjekts erzeugen, kann für eine geeignete Färb-Algebra verwendet werden.
Nach der Beschreibung der die vorliegende Erfindung betreffenden Prinzipien des Differentialkontrasts und der Farb-Algebra wird nun mit einer Beschreibung der grundsätzlichen Merkmale der bevorzugten Ausführungsform fortgefahren.
Die Fig. 1A und 1B, zu denen nun zurückgekehrt wird, zeigen in Blockform das Grundkonzept, das Arbeitsprinzip und den Datenfluss der zur Blutanalyse dienenden Ausführungsform.
Die Blutprobe wird in Fig. 1A für die Analyse vorbereitet, indem sie in einer dünnen Schicht auf einem Objektträger oder einer anderen geeigneten Oberfläche verteilt und mit einem geeigneten Blutfarbstoff angefärbt wird. Normalerweise wird der präparierte Objektträger durch ein optisches System (Mikroskop) vergrö'ssert und ein Teil des vergrösserten Bildes wird abgetastet und bei mehreren Wellenlängenbändern digitalisiert. Die Einzelheiten dieses Verfahrensschrittes werden in Fig. J dargestellt. Das vergrösserte Bild ist dann in zwei
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oder mehr Datenfolgen (den digitalisierten Serien von Datensignalen) enthalten, die die Transmission oder Dichte des Bildes über das Punktraster hin darstellen.
In dem Analysierverfahren des abgetasteten und digitalisierten Bildes bestehen drei Grundstufen: (1) die Zellen werden lokalisiert, (2) quantitative Merkmale, die die Zellen in der gewünschten Weise charakterisieren, werden aus den Bildern der lokalisierten Zellen gewonnen und (3) unter Verwendung dieser Merkmale werden die Zellen als normal, anormal, neutrophil, Lymphozyten usw. klassifiziert.
Das dem Stande der Technik entsprechende Verfahren zur Durchführung dieser Aufgaben bestand darin, die Folge von Daten, die die Dichte des Bildes an verschiedenen Punkten darstellt, in einem Computer zu speichern. Ein in dem Computer gespeicherter Algorhythmus lokalisierte dann die Zellen, leitete die Merkmale her und klassifizierte die Zellen. Da ein Bild eine grosse Anzahl von Punkten enthält, war ein grosser Speicher zur Speicherung notwendig. Da alle drei Analysenstufen durch den Computer durchgeführt wurden, musste er notwendigerweise schnell und leistungsfähig sein. Diese beiden Umstände erforderten die Verwendung eines derart teueren Computers, dass in der Praxis die Analyse von aufgetragenem Blut auf diese Weise zu teuer gekommen wäre.
Die bevorzugte Ausführungsform verwendet nicht das Speichern einer Folge digitalisierter Bildpunkte in einem Computer. Sie verwendet vielmehr eine Kombination von Farb-Algebra und einfacher Vorverarbeitungs-Schaltung, um die Anforderungen an den Computerspeicher so weit zu verringern, dass es genügt, wenn dieser nur die zusammengestellten Eigenschaften der Zellen in dem Bild speichert. Gleichzeitig wird die von dem Computer durchzuführende Aufgabe auf das Klassifizieren äer Zellen unter Verwendung der zusammengestellten Eigenschaften reduziert. Diese beiden Merkmale erlauben die Ver-
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wendung eines relativ einfachen und kostengünstigen Computers. Dadurch, dass dem Computer das langwierige Lokalisieren und das Herausarbeiten der Eigenschaften abgenommen wird, ist die vorliegende Ausführungsform sogar in der Lage, mit einem kleinen, billigen Computer wesentlich schneller zu arbeiten als ein dem Stand der Technik entsprechendes System, das einen grossen teueren Computer verwendet.
Diese Kombination aus Farb-Algebra und Vorverarbeitung der Folge von abgetasteten und digitalisierten Punkten wird in Fig. 1A und 1B in Blockform weiter erläutert. Die Punkte jeder Farbwiedergabe des digitalisierten Bildes (die digitalisierte Folge von Datensignalen) werden in Form eines Hämogramms aufgezeichnet und zu einer Erzeugung entsprechender Signale mit Schwellenwerten verglichen. Die Hintergrunddichte wird von der Bilddichte abgezogen, um ein Datensignal zu erzeugen. Unter Verwendung der Farb-Algebra wird jeder Bildpunkt dann entweder als Hintergrund, Zellkern, WBC-Zytoplasma oder RBC klassifiziert, um Klassifizierungssignale der Probenbereiche zu erzeugen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Zeilenverzögerung verwendet, um die vertikale Verbindung zweier benachbarter Bildpunkte' wieder herzustellen. Die Klassifizierungssignale für die Probenbereiche werden dann dazu verwendet, Steuersignale zur Identifizierung aller Abschnitte auf jeder Abtastzeile zu gewinnen und die Zelleneigenschaften jedes Zellensegments Zeile für Zeile zusammenzustellen. Die Einzelheiten dieser Steuersignale werden in Fig. 5 erläutert und ausgearbeitet.
Um die Eigenschaften jeder angetroffenen Zelle getrennt zu halten, wird jeder Zelle des Feldes eine Zellennummer oder "Erkennungsmarke" zugeteilt. Die Schaltung für die Zuteilung dieser Nummern und für das Korrigieren möglicherweise auftretender Fehler werden in den Fig. 6 und 7 erläutert und ausgearbeitet.
Die tatsächliche, Zeile für Zeile erfolgende Zusammenstellung
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der partiellen Eigenschaften jedes Zellensegments wird durch die in den Pig. 8 und 9 gezeigte Spezialschaltung durchgeführt. Unter Verwendung der Steuersignale von Fig. 5 wirkt diese Schaltung auf die Datensignale ein und erzeugt die geeigneten Messwerte für die Grosse, Form, Dichte und Farbe der einzelnen Zellen. Die vollständigen Zelleneigenschaften werden in einem Abschnitt des Datenspeichers, der für jede Zellennummer reserviert ist, gespeichert.
Am Ende der Bildabtastung hat der Datenvorverarbeiter die Zusammenstellung der vollständigen Zelleneigenschaften für jede auf dem Bild angetroffene Zelle vollendet und diese Merkmale werden unter den entsprechenden Zellennummern oder "Erkennungsmarken" in dem Hauptspeicher gespeichert. Zur Erzeugung der Datenausgabe der Differentialzählung muss der Computer nur noch die Zellen klassifizieren, dies geschieht gewöhnlich mittels der bekannten Analyse eines mehrdimensionalen Eigenschaftenraums. Die Befehle zur Durchführung dieser Klassifikation und zur überwachung des Gesamtsystems sind gemäss den Fig. 1A und 1B in einem getrennten Steuer-Speicher angeordnet. Die Systemüberwachung s-Funktionen schliessen das Überwachen des Hämogramms und der zusammengestellten Eigenschaften ein, um sicherzustellen, dass die Probe in geeigneter Weise angefärbt wurde und das System innerhalb vorgegebener Betriebsparameter arbeitet, das Mitführen der Personalien des Patienten, das Überwachen der Fokussteuerung, das Aufsummieren der Daten über eine grosse Anzahl von Zellen und das Mittelwert-Bilden und Ausgeben der aufsummierten Daten.
Aus der vorausgehenden und nachfolgenden Beschreibung erkennt man, dass die bevorzugte Ausführungsform ein spezielles Beispiel eines allgemeineren Verfahrens und einer allgemeineren Vorrichtung zur Analyse eines Untersuehungsobjekts ist, die sich kennzeichnet durch das Zusammenstellen der partiellen Zelleneigenschaften aus einem die Probe dar-
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stellenden Abtastsignal. Die bevorzugte Ausführungsform enthält ein hochentwickeltes Analysiersystem, das jede der vielen auf dem Bild vorhandenen Blutzellen isoliert und analysiert. Zur Durchführung dieser hochentwickelten Analyse eines komplexen Vorgangs wird eine Anzahl von Steuersignalen aus normalen und verzögexten Signalen erzeugt, werden die partiellen Eigenschaften der Zelle aus den identifizierten Zellenabschnitten jeder Abtastzeile zusammengesetzt und dann die vollständigen Eigenschaften der Zelle aus den partiellen Eigenschaften zusammengesetzt, wobei die Zellen-Erkennungsnummer verwendet wird, die jeder vorhandenen Zelle zugeteilt worden ist. Eine weniger komplizierte Version der Erfindung kann jedoch zur Analyse eines Bildes verwendet werden, das nur eine vollständige Zelle (oder eine Zelle einer bestimmten Art, wie z. B. ein WBC) enthält. Im diesem Fall wird ein einziger Typ von Steuersignalen aus unverzögerten Signalen abgeleitet und zum Zusammensetzen der partiellen und vollständigen Zellenmerkmale der einzigen Zelle ohne Verwendung von Zellen-Erkennungsnummern benützt.
Nachdem das Grundprinzip der Systeme und die allgemeinen Arbeitsprinzipien der bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurden, soll nun die spezielle Schaltung der Ausführungsform im einzelnen erläutert werden.
In Fig. 3 wird teilweise in schematischer '-Form und teilweise in einem Blockschaltbild eine optisch-elektrische Eingangsstufe des Analysiersystems für Blutzellen gezeigt, das allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Ein optischer Abtaster 12 tastet rasterartig ein Bildfeld 14 ab, das eine Blutzellenprobe 16 enthält. Die Probe 16 enthält eine dünne Blutschicht, die aus roten und weissen Blutkörperchen und Blutplättchen zusammengesetzt ist, die in einer monosellulären Schicht 18 auf einem gewöhnlichen Glasobjektträger 20 ausgebreitet sind.
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Die Blutschicht 18 ist mit einem geeigneten Farbstoff angefärbt, der die morphologischen Komponenten der Blutzellen hervorhebt. Ein typisches Beispiel für jsolch einen Farbstoff ist der oben erwähnte Wright-Farbstoff. Die angefärbte Blutschicht 18 wird innerhalb des Bildfeldes 14 mittels eines optischen Abtasters 12 abgetastet. Für die Darstellung wurde der Abstand zwischen den Abtastzeilen in Fig. 3 stark übertrieben und die Relativbewegung des Bildfeldes 14 über die Blutprobe 16 hin wird durch Pfeile 22 für die Eelativbewegung angezeigt. Der optische Teil innerhalb des Abtasters 12 ist ausserdem in allgemeiner Form dargestellt. Selbstverständlich können geeignete Vergrösserungsstufen und Fokus-Steuersysteme, wie z. B. ein Mikroskopeingang für den Abtaster 12 in der erfindungsgemässen Ausführungsform für die Blutanalyse verwendet werden und werden es normalerweise auch.
Die Blutprobe 16 wird durch Licht einer Quelle 11 beleuchtet. Die Probe kann direkt beleuchtet werden, um eine Änderung des Lichts durch die Blutprobe infolge Reflexion zu erhalten, oder von unten, um eine Änderung des Lichts infolge Transmission zu erhalten. Selbstverständlich kann ein Fluoreszenz-Farbstoff verwendet werden, um die gewünschte Änderung des Lichts zu erhalten.
Der Austrittsstrahl 24 des Abtasters 12 wird durch ein Strahlenteilungsprisma 26 geführt, das den Austrittsstrahl 24 in drei getrennte Strahle 28a, 28b und 28c teilt.Jeder Strahl 28 tritt durch oben erwähnte Farbfilter 50a, 30b und 30c hindurch und trifft auf Photoröhren 32a, 32b und 32c. Alternativ können dichroitische Schichten auf dem Strahlenteilungsprisma 26 für die gewünschte Farbentrennung verwendet werden. Das elektrische Signal der Photoröhre 32 auf den Ausgangsleitungen 3^a, 3^b und 3^c stellt in elektrischer Form die optische Transmission jedes Abschnitts des abgetasteten Bildfeldes 14 dar. Die optische Transmission (linear)
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wird mittels lop-Konverter 36a, 36b und 36c in die optische Dichte (logarithmisch) umgesetzt. Das analoge Ausgangssignal der log-Konverter 36 wird mittels A/D (Analog-Digital)-Konverter 38a, 38b und 38c in einem eigenen Prüfintenvall in eine Reihe digitalisierter Datensignale umgesetzt. Die Ausgangssignale der A/D-Konverter 38a, 38b und 38c sind in Fig. 1 als digitalisierte Seriendatensignale A1, B1 und C gezeichnet.
In Fig. 4 werden die drei Kanal daten A', B1 und C zum Eingang eines Hämogrammzeichners 40 und zu entsprechenden Signalwertkomparatoren 42a, 42b und 42c ge führt .Während des ersten Durchganges des Abtasters 12 durch das Bildfeld 14 sammelt der Hämogrammzeichner 40 die harnographisehe Information innerhalb des Feldes für jedes Signal, d. h. die Dichteverteilung der Punkte innerhalb des Bildfeldes 14. Die drei Hämogramme werden mit Schwellenwerten verglichen und während der nächsten Abtastung des Bildfeldes werden die Schwellenwertausgangssignale T^, T-g und Tq als zweite Eingangssignale der entsprechenden Komperatoren 42a, 42b und 42c auf die Ausgangsleitungen 44a, 44b und 44c gegeben. Die Grosse der Daten A1, B1 und C1 für die optische Dichte wird auf diese Weise mit den Schwellenwerten T^, Tß und Tq verglichen, um mit Schwellenwerten verglichene Signale zu erzeugen. Die Möglichkeit, ein Datensignal mehr als einmal mit einem Schwellenwert zu vergleichen, ist in Fig. 2 durch T'q und den Komparator 42c1 dargestellt.
• Das Ausgangssignal jedes der Komparatoren 42a, 42b und 42c ist eine Eins, wenn das entsprechende Eingangssignal gleich oder grosser ist als der vorgegebene Schwellenwert T. , TB oder Tq ("Über-Schwellenwert"-Signal) und ist eine Null, wenn es kleiner ist als der Schwellenwert ("Unter-Schwellenwert "-Signal). Das mit einem Schwellenwert verglichene Ausgangssignal jedes der drei Kanal-Komparatoren auf den Ausgangsleitungen 46a, 46b und 46c ist eine Ein-Bit-Date, die
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das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein eines Über-Schwellenwertsignals anzeigt.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit der Zeichnungen sind die Eingangs- und Ausgangsleitungen unterschiedlich stark ausgezogen, um die auf ihnen vorhandene Signalart kundzutun. In Fig. 4 ist eine mehrfache Bitzahl durch eine dicke Linie angezeigt, wie z. B. die Ausgangsleitungen 44 des Hämogrammzeiehners 44, währeiid eine Ein-Bit-Datenleitung durch eine relativ dünne Linie angezeigt wird, wie z. B. die Leitungen 46a, 46b und 46c.
Das mit einem Schwellenwert verglichene Signal auf der Komparator- Ausgangsleitung 46a wird zu einem 3 χ 3-Schieberegisterfeld 48a geführt.Ausgewählte Ausgangssignale des 3 x 3-Feldes werden den Zeilenverzögerungen 50a und 52a zugeführt. Me Zeilenverzögerungen können auf verschiedene Weise ausgeführt werden, einschliesslich Verzögerungsleitungen, Schieberegister usw. Die Ausgangssignale der Zeilenverzögerungen 50a und 52a werden auf das 3 x 3-Schieberegisterfeld 48 rückgekoppelt. Die getrennten Abschnitte innerhalb des 5 χ 3-Feldes werden durch den Buchstaben "A" mit geeigneten Indizes 1 bis 9 bezeichnet.Die Steuerung des 3*3-JFeldes und der Seilenverzögerungen 50a und 52a ist in der Weise konstruiert, dass sie eine Sesamtverzögerung von zwei Abtastzeilen des Bildfeldes 14 plus die Zeitverzögerung liefert, die durch das Verschieben eines Ein-Bit-Datensignals durch drei Blöcke des 3 χ 3-Feldes 48a dargestellt wird. Eine Ein-Zeilenverzögerung für das Bildfeld 14 entspricht so der Verzögerung, die durch Aq, Ag, Ar7 und die Zeilenverzögerung 50a verursacht wird.
Bei dieser Form der Verzögerung des 3 χ 3-Feldes 48a und der entsprechenden Zeilenverzögerungen 50a und 52a ergibt sich, dass das 3 χ 3-Peld 48a durch Verzögerung von zwei Zeilen die vertikale Verbindung von Punkten in drei anein-
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J4 234A528
ander grenzenden Zeilen innerhalb des abgetasteten Feldes wiederherstellt. Die Signale der Blöcke Ax. bis Aq des 3 x 3-Feldes werden auf entsprechende Eingangsleitungen gegeben, die zusammen mit der Bezugsziffer 54-a bezeichnet sind und zu einem Logikschaltkreis führen, der in Figi 4 in Blockform dargestellt ist und mit der Bezugsziffer 56a bezeichnet wird. Der Logikschaltkreis 56a vollführt eine räumliche FiIterungsfunktion bezüglich des mittleren Elements Ar in dem 3 x 3-^eId. Normalerweise ist das Ausgangssignal A des Logikschaltkreises 56a das gleiche wie das des mittleren Elementes A1- in dem 3 x 3-Feld 48a. Wenn jedoch das mittlere Element An- Null ist und alle oder die meisten der darum herum angeordneten Elemente A. bis A^ und Ag bis Aq Eins sind, ändert der Logikschaltkreis 56a das Ausgangssignal A in eine Eins. Wenn alle oder die meisten der ein mittleres Element mit dem Wert Eins umgebenden Elemente Null sind, dann wird umgekehrt der Wert der mittleren Elemente A^ für das Ausgangssignal A des Logikschal tkreises 56a in eine Null abgeändert. Die gleiche Filterung wird für die Signale auf den Eingangsleitungen 46b und 46c durchgeführt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden in Fig. 4 die gleichen Bezugsziffern verwendet, mit entsprechenden Indizes für die "B"- und "C"-Kanäle. Es folgt ein Beispiel für eine solche Filterung:
Anzahl der Um^ebun^s-Nullen
0 1 2 3 4 5 6 7 8
1 1 1 0 0 0 0 0 0
1 1 1 1 1 1 0 0 0
Wert des
Elements 5
Die Ausgangssignale A, B und C der entsprechenden Schaltkreise 56a, 56b und 56c sind gefilterte Versionen dar Daten in den Feldblöcken A1-, B,- und C1-.
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Die durch das 3 χ 3-Feld geschaffene räumliche Filterung, die entsprechenden Zeilenverzögerungen 50a und 52a und der Logikschaltkreis 56a sind bei der vorliegenden Erfindung wahlweise vorhanden. Wenn ein sehr sauberes Signal ohne Rauschen zur Verfugung steht, ist die Filterung nicht notwendig. Da die meisten verwendeten elektronischen Systeme jedoch ein Rauschen aufweisen, enthält die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die eben beschriebene Filterungsschaltung.
Gemäss Fig. 5 werden die mit Schwellenwerten verglichenen und räumlich gefilterten Signale A, B und C der drei in Fig. 4 gezeigten Logikschaltkreise als Eingangssignale zu den als Blockschaltbild in Fig. 5 gezeigten Farb-Logikschaltkreisen 58 geführt. Der Farb-Logikschaltkreis 58 verarbeitet die Signale A, B und C zur Erzeugung von Klassifizierungssignalen der Probenbereiche. In der bevorzugten Ausführungsförm stellen diese Signale Punkte in den Zellkernen, im Zytoplasma der weissen Blutkörperchen und in den roten Blutkörperchen des abgetasteten Bildes dar.
Die von dem Farb-Logikschaltkreis 58 ausgeführte Farb-Algebra ist nicht so kompliziert wie die vorausgehend beschriebene verallgemeinerte Farb-Algebra. Der Logikschaltkreis 58 führt folgende Farb-Algebra sus:
Zellenbestandteile ABC
Kern (N) 110
WBC-Zytoplasma (WC) 10 0
0 10
RBC-Zytoplasma (R) 0 0 1
0 = ohne Bedeutung
Der Farb-Logikschaltkreis 58 erzeugt drei Ausgangs- oder
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Klassifizierungssignale der Probenbereiche, die anzeigen, ob ein Punkt Teil eines Zellkerns, des Zytoplasmas eines weissen Blutkörperchens oder eines roten EIutkörperchens ist. Diese drei Auεgangssignale erscheinen auf den entsprechenden Ausgangsieitungen 60, 62 und 64 und sind die Eingangssignale der entsprechenden aus fünf Blöcken bestehenden Felder 66, 68 und 70. Jedes Feld ist mit einer Ein-Zeilenverzögerung 72 ausgerüstet. Die Aufgabe der Zeilenverzögerung besteht darin, das Signal zu verzögern und dadurch die vertikale Verbindung der Punkte innerhalb des Feldes wiederherzustellen. Es ist zu beachten, dass der Signaldurchgang in dem in Fig. 4 gezeigten 3 x 3-Feld 48a beim Fortschreiten des Signals vom Block Aq zu Block A1- eine Verzögerung von einer einzigen Zeile erzeugt.Die in Fig. 5 gezeigte Zeilenverzögerung 72 erzeugt dann eine weitere, einer einzigen Zeile entsprechende Verzögerung. Es wird auch darauf hingewiesen, dass der Punkt Ar in dem 3 χ 3-^eId der Fig. 4 und der Punkt Nr in dem aus fünf Blöcken bestehenden Feld der Fig. 5 dem gleichen Punkt des abgetasteten Bildfeldes 14 entsprechen.
Die Ausgangssignale der vier Feldblöcke N,. ,Np, I2, und Nrwerden als Eingangssignale zu einem Steuerungs-Logikschaltkreis 76 für die Kernperipherie gegeben, und zwar auf Leitungen, die zusammengefasst durch die Bezugsziffer 7^ bezeichnet sind.
Der Steuerungs-Logikschaltkreis 76 ist dazu konstruiert, Steuersignale für das System im Hinblick auf die Peripherie jedes erfassten Kerns zu liefern. Der Steuerschaltkreis erzeugt vier Steuersignale: gerade Peripherie, Kern (SPN); diagonale Peripherie, Kern (DPN); vorausgehende Zeile Peripherie, Kern (PEN); und Speichern vorausgehende Zeile, Kern (SPRN). Es folgt die Wertetabelle zur Erzeugung dieser vier Steuersignale:
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1I Eingangselemente der Schaltkreise 76, 82 und 8U (Feld 66 als Beispiel
N
2
Inhalte von fr Elementen eines 5-Block-Feldes 0 12
0 0
0 0
0 0
0 1
0 0
1 0
0 0
1 1
0 1
0 0
5 0 1 ( 0 1 7 0 1 8 1 0 9 1 0
0 1 1 0 1 0 0 0 1
1 0
1 0
11
12
13
1 1
0 1
14
1 1
1 1
Ausgangssignale der Schaltkreise 76, 82 u. 84:
O: O, l, 2, i», 8, 15, (6, ausser Schaltkreis 76) gerade Peripherie: 3, 5, 10
diagonale Peripherie: 7, 11, 13, 11, (6, 9, nur Schaltkreis 76)
Peripheriewechsel: 12
Speichern Peripheriewechsel: 8, (9, ausser Schaltkreis 76)
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Eine ähnliche Logik wird auch für die Ausgangssignale des aus fünf Blöcken bestehenden Feldes 68 für das Zytoplasma der weissen Blutkörperchen und das aus fünf Blöcken bestehende Feld 70 für die roten Blutkörperchen angewendet. Die entsprechenden Ausgangssignale dieser Felder werden über Eingangsleitungen 78 und 80 zu den entsprechenden Steuer-Logikschaltkreisen 82 und 84 geführt. Der Steuerungs-Logikschaltkreis 82 für das Zytoplasma der weissen Blutkörperchen erzeugt vier Ausgangssignale: gerade Peripherie, Zytoplasma der weissen Blutkörperchen (SIWC); diagonale Peripherie, Zyotplasma der weissen Blutkörperchen (DPWC); vorausgehende Zeile, Zytoplasma der weissen Blutkörperchen (PEWC); und Speichern vorausgehende Zeile, Zytoplasma der weissen Blutkörperchen (SPEWC). In ähnlicher Weise erzeugt der Steuerungs-Logikschaltkreis 84 für die roten Blutkörperchen vier Ausgangssignale, nämlich: gerade Peripherie, rotes Blutkörperchen'(SPE); diagonale Peripherie, rotes Blutkörperchen (DPE); vorausgehende Zeile, rotes Blutkörperchen (PEE); und Speichern vorausgehende Zeile, rotes Blutkörperchen (SOEE).
Ein zusätzlicher Steuer-Logikschaltkreis 86 entwickelt Steuerungssignale, die auf den Eingangssignalen aus den entsprechenden, aus fünf Blöcken bestehenden Feldern 66, 68 und 70 für den Kern, das Zytoplasma der weissen Blutkörperchen und die roten Blutkörperchen basieren. Die Eingangssignale des Logikfeldes 86 auf der Eingangsleitung 88 enthalten die Signale von den Blöcken B1^ und N1- des Kernfeldes 66, die Signale von den Blöcken WC^, und WC,- des · Feldes 68 für das Zytoplasma der weissen Blutkörperchen und schliesslich die Signale von den Blöcken E^ und E^ des Feldes 70 für die roten Blutkörperchen. Der Steuerungs-Logikschaltkreis 86 erzeugt entsprechend der folgenden Werttabelle sieben Ausgangssignale:
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Zwischen-Klassifizierung
Eingangssignal
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WBC-Kern (WN)
WBC-Zytoplasma (WC) RBC-Kern (RN)
RBC-Zytoplasma (RC)
1 0 1 0
0 0 1
Übergang von Zwischen-Klassifisierungen in den Elementen k und der Felder 66, 68 und 70
übergang 5 Zählen (CNT» wc R Speichern (ST-) R Verbinden
(LINK)
PIMH
H O N O O W O O O
0 WN O O
WN WC 1 1
WC RN
RN RC ■ 1 1
RC WN
0 WC 1 1
0 RN 1
0 RC 1 1
0 0
WN 0 1
WC 0 1
RN 0 1 1
RC RC 1
WC WC 1 1 1
RC WC 1 1
WN WN 1
WC RN 1 1 1
RC RC 1 1 1
RN WN 1
RC RC 1 1 1
WM V/N
RN RM 1
WN 1
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übergang 5 Zählen (CNT-) WC R Speichern (ST-) R Verbinden
(LINK)
PINH
U WC
RN
N 1 "W 1
RII
WC
1
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Das Ausgangssteuerungssignal "Zählen" (oder "Zusammenstellen partielle Merkmale") des Logiksteuerkreises 86 für die Kerne, das Zytoplasma und die roten Blutkörperchen werden in Fig. 5 durch entsprechende Abkürzungen "CNTN", "CNTG" und "CNTR" bezeichnet.
Zwei Steuersignale "Speichern" werden erzeugt, um das Speichern der Daten für die partiellen Merkmale der weissen Blutkörperchen (STW) und die Speicherung der Daten für die partiellen Merkmale der roten Blutkörperchen (STR) zu steuern. Die letzten beiden Ausgangssignale des Steuerungs-Logikschaltkreises 86 sind ein "Verbinden"-Signal (LINK) und ein Signal (PINH) zur Unterdrückung der Peripherie. Der Zweck dieser beiden Signale wird später erklärt. Das Signal zum Zählen der Kerne (CNTN) und das Signal zum Zählen des Zytoplasmas (CNTC) werden zu einem ODER-Glied 90 geführt, das für die Anzeige, dass partielle Eigenschaften der weissen Blutkörperchen zusammengestellt werden (CNTW), ein Ausgangssignal erzeugt.
Aus Fig. 5 kann man sehen, dass die Peripherie-Steuersignale der Logikschaltkreise 76, 82 und 84 u.a. von Signalen hergeleitet werden, die mittels Zeilenverzögerungen 72 verzögert werden. In einer einfacheren Ausführungsform der Erfindung können die Zeilenverzögerungen 72 jedoch weggelassen werden, wenn die Analysierung der Probe keine Information über die Peripherie und keine mitwirkende Verwendung von Steuerungssignalen für die Peripherie erfordert. In solch einer einfacheren Ausführungsform ist auch die Logik für die Zellen-Numerierung, die unten in Verbindung mit den Fig. 6 und 7 erläutert wird, nicht so kompliziert.
Die durch die in Fig. 5 gezeigten Logikschaltkreise erzeugten Steuersignale werden dazu verwendet, ein erfasstes Zellensegment zu identifizieren und das Zusammenstellen der partiellen und vollständigen Eigenschaften der verschiedenen
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Zellenkomponenten zu steuern. Die partiellen Zelleneigensehaften, wie die Grosse, die Dichte, die Form,die Peripherie, die Länge usw. werden Zeile für Zeile für jedes identifiziertes Zellensegment zusammengestellt. Jeder Zelle wird eine geeignete Nummer oder "Erkennungsmarke" zugeteilt, um das Zusammenstellen der vollständigen Eigenschaften aus den partiellen Eigenschaften für ein einzelnes Zellensegment in geeigneter Weise zu steuern. Die Identifizierungsnummer der Zelle oder die "Erkennungsmarke" werden von einer Zeile zur nächsten weitergegeben, wenn in einer Zelle vertikal verbundene Punkte vorhanden sind.
Die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Schaltung wird dazu verwendet, die geeignete Zellennummer zu erzeugen und der Zelle zuzuweisen. Funktionell betrachtet, muss die Schaltung der Zelle eine neue Zellennummer zuweisen, wenn bei der Abtastung des Bildfeldes 14 auf diese Zelle zuvor noch nicht gestossen wurde. Umgekehrt muss die Schaltung die entsprechende alte Zellennummer zuweisen, wenn auf die Zelle schon zuvor gestossen wurde. In einigen Fällen können die anfänglichen Daten anzeigen, dass auf ein Zellensegment einer neuen Zelle gestossen wurde, während das Zellensegment in Wirklichkeit Teil einer Zelle ist, auf die zuvor gestossen wurde und die bereits identifiziert wurde. Wenn diese Situation erkannt wird, muss die neue Zellennummer von dem Zellensegment entfernt werden und das Segment mit der geeigneten alten Zellennummer "markiert" werden.
•Die Schaltung, die die Zellennumerierung oder "-markierung" ausführt, ist zum Teil als Blockschaltbild und zum Teil als Schaltschema in Fig. 6 und als Blockschaltbild in Fig. 7 gezeigt. In Fig. 6 wird ein aus fünf Blöcken bestehendes Numerierungsfeld 92 und eine Zeilenverzögerung 94· gezeigt. Die fünf Blöcke des Numerierungsfeldes werden als T^ bis T,-bezeichnet. Diese Blöcke entsprechen dem gleichen Teil des abgetasteten Bildes wie A. bis Ar, B^ bis B^ und O^ bis C^
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in Fig. 4. Funktionell betrachtet besteht die Aufgabe des Numerierungsfeldes 92 und der zugeordneten Schaltung darin, festzustellen, ob in den abgetasteten Bild irgendein Punkt derselben Zellenart wie Punkt T1- vorhanden ist, dem zuvor eine Zellenzahl zugeteilt wurde und der den Punkt Tc- berührt. Wenn, dies der Fall ist, dann soll dem Punkt in T1- die gleiche Zellennummer zugeteilt werden.
Die Nummern oder "Erkennungsmarken" für die roten und weissen Blutkörperchen werden von entsprechenden Aufwärts-Abwärts-Zählern 95 und 97 für die weissen und roten Blutkörperchen erhalten. Das Arbeiten dieser Zähler wird unten erläutert.
In den Fig. 5 und 6 werden die Ausgangssignale von N^, WC, und B, der Felder 66, 68 und 70 als Eingangssignale zu einem Logikschaltkreis 96 geführt, der in Fig. 6 auch mit "SJ" bezeichnet ist. Die in S3 gezeigte Logikschaltung wird in den Logikkreisen 98» 100 und 102 wiederholt, die entsprechend als "S1", "S2" und "S4-" bezeichnet sind. Diese vier Logikkreise S1 bis S4 bestimmen, ob jeder der durch T. bis T. dargestellten Punkte von der gleichen Zellenart ist wie der durch Tr dargestellte Punkt. Die Eingangεsignale der Logikschaltkreise S1 bis S4 entsprechen den in gleicher Weise bezifferten Blöcken in den Feldern 66, 68 und 70 für den Kern, das Zytoplasraa der weissen Blutkörperchen und die roten Blutkörperchen in Fig. 5· Die Eingangssignale für den Logikschaltkreis S3 umfassen so die Signale von den Blöcken N,, WC, und E, der entsprechenden Felder und die Signale zum Zählen der roten Blutkörperchen (CNTR) und zum Zählen der weissen Blutkörperchen (CNTW). Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Eingangsleitungen für die Signale CNTR und CNTW bei S1, S2 und S4 weggelassen.
In jedem der Logikschaltkreise S1 bis S4 werden entsprechend der detaillierten Darstellung in S3 die Signale für die Kerne und das Zytoplasma der weissen Blutkörperchen durch ein
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ODER-Glied 104 zuεammengeODERt, um ein Ausgangssignal für ein weisses Blutkörperchen zu erzeugen. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 104 wird mit dem Signal CNlV von Fig. 5 durch ein UND-Glied 106 geUNDet, um anzuzeigen, dass T,- und T, Punkte weisser Blutkörperchen sind. R7 und Signal CNTR von Fig. 5 sind ebenfalls durch ein UND-Glied 108 geUNDet, um anzuzeigen, dass Tr und T, Punkte eines roten Blutkörperchens sind. Wenn entweder zwei Punkte entsprechend einem roten Blutkörperchen oder zwei Punkte entsprechend einem weissen Blutkörperchen angezeigt werden, erzeugt das ODER-Glied 110 ein hohes Ausgangssignal.
Die gleiche grundlegende Logik wird durch die Logikschaltkreise S1, S2 und S4 ausgeführt. Ein hohes Ausgangssignal irgendeines der Logikschaltkreise S1 bis S4 zeigt an, dass der entsprechende Punkt in dem Numerierungsfeld 92, d. h. die Punkte Tx. bis T^, von der gleichen Zellenart sind wie Tn-. Unter der Annahme, dass einer oder mehrere der Punkte T-1 bis T^ von der gleichen Art ist wie Tn-, muss die Rangordnung des oder der Punkte festgelegt werden. Eine Rangordnungsschaltung, die in Fig. 6 strichliert dargestellt ist und mit der Bezugsziffer 112 bezeichnet ist, bestimmt auf folgende Weise die Rangordnung der Punkte in dem Numerierungsfeld: T^ (von dem vorliegenden Zellensegment), Tx., Tp und T, (von dem vorausgehenden Zellensegment).
Die innerhalb des Blocks 112 gezeigte Rangordnungsschaltung wird dazu verwendet, die spezielle Situation zu handhaben, in der mehr als eines der Ausgangssignale der Logikschaltkreise S1 bis S4 einen hohen Wert hat. In diesem Fall ist es notwendig, festzulegen, welches in der Rangordnung vorgeht.
Das Ausgangεsignal der Vorrangs-Logikschaltung 112 auf der Ausgangsleitung 114 ist Eins (hoch), wenn kein Punkt in
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T^, Tx., T2 oder T^, vorhanden ist, der von der gleichen Zellenart ist wie Tc, und ist Null (niedrig), wenn ein Punkt vorhanden ist, der von der gleichen Art wie Tc ist. Venn T^ der erste Punkt ist, der von der gleichen Art ist wie T1-, erzeugt die Vorrangsschaltung 112 einEINS-Ausgangssignal auf der Ausgangsleitung 116, die ein entsprechendes Tor erregt. Bei Erregung des Tors 118 wird die einzelne Numerierung oder Zahl in T1, auf die Mehrfachleitung 120 und zurück in den Punkt T^ des Numerierungsfeldes geschaltet.
Wenn der einzelne Punkt von T^ nicht von der gleichen Art war wie Tc, prüft die Vorrangs-Logikschaltung 112 als nächstes die Zellenart des Punktes in T.. Ein entsprechender Schaltkreis ist für den Punkt T,. in dem Numerierungsfeld vorgesehen, wobei das Tor 122 durch das Ausgangssignal der Vorrangs-Schaltung 112 auf der Ausgangsleitung 124 erregt wird. Wenn so die Punkte T^ und T,- von der gleichen Art sind und T^ und T. nicht von der gleichen Art sind, wird auf diese Weise die Zellenzahl der betreffenden Numerierung in T. über das Tor 122 auf die Mehrfachleitung 120 und dann zu Tr geschaltet. Eine ähnliche Anordnung ist für den Punkt T^ des Numerierungsfeldes über eine Ausgangsleitung 126 und ein Tor 128 und für den Punkt T, des Numerierungsfeldes über eine Ausgangsleitung 13Ο und ein Tor 132 vorgesehen.
Wenn in dem Numerierungsfeld kein Punkt vorh-anden ist, der von der gleichen Art ist wie Tr, dann ist das Ausgangssignal auf der Leitung 114 der Vorrangs-ßchaltung hoch und dieses Ausgangssignal wird zu den UND-Gliedern 134 und I36 der Zähler für die roten und weissen Blutkörperchen geführt. Das zweite Eingangssignal für jedes UND-Glied ist das entsprechende CNTE oder CNTW-Signal, das von der in Fig. 5 gezeigten Schaltung erhalten wird. Wenn das GNTE-Signal anliegt, erzeugt das UND-Glied 134 auf der Leitung I38 ein EINS-Ausgangssignal, das zur Erhöhung des Zählers für die roten Blutkörperchen auf die nächste Zahl verwendet wird.
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Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 134 wird auch dazu verwendet, ein Tor 140 zu erregen, das diese nächste Nummer für die roten Blutkörperchen vom Zähler 97 auf die Mehrfachleitung 120 und so auf den Punkt Tr des Numerierungsfeldes schaltet. Eine ähnliche Anordnung ist über die Ausgangsleitung 142 des UND-rGliedes und das Tor 144 für den Zähler 95 der weissen Blutkörperchen vorgesehen,
Das Ausgangssignal der Vorrangs-ßchaltung 112 auf der Leitung 114 wird auch an die in Fig. 6 strichliert gezeichnete Schaltung 146 für neue Nummern gelegt. Die Schaltung 146 behält eine Aufzeichnung der Zuweisung einer neuen Nummer an eine Reihe von Punkten der augenblicklichen Zeile der Analyse. Die augenblickliche Zeile wird zum Teil innerhalb des Numerierungsfeldes durch die Punkte T,- und T^ dargestellt, während die vorausgehende Zeile zum Teil in den Punkten T.,, To und T- des Numerierungsfeldes erscheint.
Die Schaltung 146 wird dazu verwendet, zwischen zwei Fälle zu unterscheiden, in denen Punkten des gleichen Untersuchungsobjekts verschiedene Nummern zugewiesen wurden. Die beiden Fälle kann man sich allgemein als den Fall "schräge Zeile" und den Fall "U-förmig" vorstellen.
Im ersten Fall steigt ein Bereich des einzelnen Untersuehungsobjekts allmählich in Richtung der Abtastung an. Der Anstieg erfolgt so allmählich, dass drei oder mehr Punkte angetroffen werden, die nicht mit irgendeinem Punkt in der vorausgehenden Abtastungszeile in Berührung stehen. Da die Punkte der augenblicklichen Zeile (wenigstens drei oder mehr Punkte) nicht in Berührung mit den Punkten der vorausgehenden Zeile stehen, weisen die Vorrangs-Logik, das Numerierungsfeld und die betreffenden Zähler für die roten oder weissen Blutkörperchen den Punkten der augenblicklichen Zeile eine neue Nummer zu. Die Punkte der augenblicklichen Zeile sind jedoch ein Teil des gleichen Untersuchungsgegen-
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Standes wie die Punkte der vorausgehenden Zeile. Es liegt daher eine Situation vor, in der den Punkten der voraussehenden Zeile eine Nummer zugewiesen wurde, während den Punkten der augenblicklichen Zeile eine andere Nummer zugewiesen wurde, obwohl alle Punkte in Wirklichkeit Teil des gleichen Untersuchungsobjektes sind.
Im zweiten oder "XJ-förmigen" Fall wird dem ersten erfassten, geradlinig herausragenden Teil der U-förmigen Zelle oder des U-förmigen Untersuchnngsobjekts eine Nummer zugewiesen und dem zweiten erfassten, geradlinig herausragenden Teil des U-förniigen Untersuchungsobjektes eine andere Nummer zugewiesen. Bei der anschliessenden Abtastung erkennt das System, dass die beiden geradlinigen Schenkel, denen eigene Nummern zugewiesen wurden, in Wirklichkeit Teil eines bestimmten Untersuchungsobjektes sind.
Beide Fälle werden erkannt, wenn Punkte der gleichen Zellenart aber mit unterschiedlichen Nummern in den Punkten T5. und T1- des Numerierungsfeldes 92 auftauchen. Obwohl die Fälle "schräge Zeile" und "U-förmig" dem Numerierungsfeld 92 gleich erscheinen, müssen sie unterschieden und unterschiedlich behandelt werden. Im Fall eines "schräge-Zeile"-Objekts wird mittels der in Fig. 7 gezeigten Schaltung die "Erkennungsmarke" oder Nummer der augenblicklichen Zeile in die Nummer der vorausgehenden Zeile geändert und der entsprechende Zähler für die roten oder weissen Blutkörperchen wird erniedrigt. Im Falle des U-förmigen Objektes werden die beiden Zellen-.Nummern einander zugeordnet für die anschliessende Identifizierung und Verbindung der Eigenschaften, die unter jeder "Erkennungsmarke" oder Zellennummer gespeichert sind.
Diese beiden Fälle werden durch die Schaltung 146 unterschieden, die ODER-Glieder 148 und 150, UND-Glieder 152, 154 und 156 und ein Flip-Flop 158 enthält. Die Eingangssignale für die Schaltung 146 bestehen aus deni CNTR-Signal auf Leitung 160,
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dem CNTW-Signal auf der Eingangsleitung 162, dem Ausgangssignal der Vorrangs-Schaltung auf der Leitung 114, das ein Signal "Zuweisen-Neue-Numraer" darstellt, und schliesslich einen "Andern"-Signal (CHG) auf der Leitung 164. Das "Andern"-Signal wird aus der in Fig. 7 gezeigten Schaltung 166 entsprechend der folgenden Wertetabelle abgeleitet:
1 Gleiche Eingangssignale Flip- Ausgangssignale HJSH DCNT
Gleiche 1 Zahl Flop 158 CHG
Art 1 0 0 1 0
0 0 0 0 1 0
0 1 1 1 0 1
$ 1
Das Flip-Flop 158 wird gesetzt, immer wenn das Signal "Zuweisen-Neue-Nummer" auf der Ausgangsleitung 114 der Vorrangsschaltung 1 ist. Das Signal "Zuweisen-Neue-Nummer" wird als das eine Eingangssignal an das UND-Glied 152 geführt. Das zweite Eingangssignal des UND-Gliedes 152 ist das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 148. Dieses Eingangssignal ist Eins, immer wenn eine neue Nummer zugei\desen wird, da entweder das Signal für das Zählen der roten Blutkörperchen oder das Signal für das Zählen der weissen Blutkörperchen auf den Eingangsleitungen 160 und 162 des ODER-Gliedes 1 liegt. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 152 wird als das eine Eingangssignal an das ODER-Glied 150 gelegt. Wenn das Ausgangssignal des UND-Gliedes 152 Eins ist, ist auf diese Weise auch das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 150 Eins. Die Ausgangssignale des ODER-Gliedes 148 und 150 werden durch das UND-Glied 154- geUNDet, wodurch ein Ausgangssignal Eins auf der Leitung 168 erzeugt wird, das das Flip-Flop 158 setzt.
Das Flip-Flop 158 hält sich selbst in dem gesetzten Zustand so lange wie entweder.ein Signal zum Zählen der roten oder
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der weissen Blutkörperchen auf den Leitungen 160 und 162 anliegt. Wenn ein Objekt-Hintergrund-Übergang (oder Zellen-Hintergrund) auftritt, sind die Signale zum Zählen der roten und weissen Blutkörperchen auf den Eingangsleitungen 160 und 162 des ODER-Gliedes Null, wodurch das Rücksetzen des Flip-Flops 158 ermöglicht wird. Das Flip-Flop 158 kann auch durch ein CHG-Signal auf der leitung 164 rückgesetzt werden.
Fig. 7 ist ein Blockschaltbild einer zusätzlichen Schaltung, die in Verbindung mit dem Numerierungsfeld 92 und der Zeilenverzögerung 94- arbeitet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde diese Schaltung aus der Fig. 6 weggelassen und wird in Fig. 7 gezeigt. Es ist zu beachten, dass das Numerierungsfeld 92 und die Zeilenverzögerung 94 in Fig. 7 wiederholt wurden.
Für den Fall "schräge Zeile" führt die in Fig. 7 gezeigte Schaltung (einschl-iesslich der oben genannten Schaltung 166) folgende Operationen aus: (1) Abändern der in Tc vorhandenen Erkennungs- oder Zellennummer in die in T, vorhandene Erkennungs- oder Zellennummer, (2) Erniedrigen des betreffenden Zählers für die weissen oder roten Blutkörperchen und (3) Abändern der in T^ und in der Zeilenverzögerung 94- vorhandene Erkennungs- oder Zellennummer in die in T5. vorhandene Erkennungs- oder Zellennummer, wenn dies zweckmässig ist.
Im Fall einer U-förmigen Zelle oder eines U-förmigen Objektes erzeugt die Schaltung 166 ein Signal "Aufzeichnen der Nummer im Kellerspeicher", das in Fig. 7 mit "PUSH" bezeichnet ist, und ändert, wenn dies zweckmässig ist, die in Tr, T^ und der Zeilenverzögerung 94 vorhandene Zellennummer in die in T., vorhandene Zellennummer. Das HJSH-Signal veranlasst, dass die in T, und Tr vorhandene Zellennummer in einem nichtgezeigten Kellerspeicher des Hauptspeichers (Fig. 9) aufgezeichnet wird. Das GHG-Signal der Schaltung 166 auf der Leitung 170 schaltet die Zellennummer von T,, auf der Vielfachleitung 172 über ein Tor 176 zu Tr,. Die Zellennummer
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von T, auf der Vielfachleitüng 172 wird über ein Tor 178 auch zu T^ geschaltet. Die Arbeitsweise des Tors 178 wird durch eine Schaltung 180 gesteuert. Für die Schaltung 180 besteht folgende Wertetabelle:
Eingangssignale Ausgangssignal
h - T4 CHG 1
1 1 O
O 1 O
SSt O
Aus der Wertetabelle kann man sehen, dass bei T,- gleich T^ die auf der Vielfachleitung 172 vorhandene T^-Nummer über das Tor 178 zu T^ geschaltet wird. Eine ähnliche Schaltung 182 steuert ein weiteres Tor 184, das die auf der Vielfachleitung 172 vorhandene T,-Nummer in das erste Element der Zeilenverzögerung 94- schaltet. Da die Zeilenverzögerung 94 ein Schieberegister mit einer bestimmten Anzahl von Speicherelementen enthält, werden die Schaltung 182 und das Tor 184 für eine bestimmte Anzahl benachbarter Speicherelemente in dem Schieberegister 94 wiederholt. Diese zusätzliche Schaltung ist in Fig. 7 durch die drei Fortsetzungspunkte angedeutet. Der Zweck der der Schieberegister-Zeilenverzögerung 94 zugeordneten Logik besteht darin, die in T,-, T^ und der Zeilenverzögerung 94 vorhandenen, unzutreffend numerierten Punkte der augenblicklichen Zeile zu korrigieren. Es ist dabei zu beachten, dass diese augenblicklichen
Punkte in Wirklichkeit die gleiche Kummer haben sollen wie der in T, vorhandene Punkt der vorausgehenden Zeile.
Entsprechend der oben angegebenen Wertetabelle erzeugt die Schaltung 166 auch ein "Abwärts-Zählen"-Signal (DCNT). Das DCNT-Signal wird als der eine Eingang an die beiden UND-Glieder 186 und 188 von Fig. 6 geelgt. Das UND-Glied 186
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steuert den Zähler 97 der roten Blutkörperchen. Das zweite Eingangssignal des UND-Gliedes 186 besteht in dem CNTIt-Signal. Das UND-Glied 188 verringert auf ähnliche Weise den Zähler 95 für die weissen Blutkörperchen.
Es bleibt der spezielle FaIl übrig, wenn eine oder mehrere Zellen einen Rand des Bildfeldes berühren oder überlappen. Eine Zelle, die den Rand des Bildfeldes überlappt, ist unvollständig und folglich für die Analyse nicht geeignet. Dieser Fall wird in der Weise behandelt, dass die Abtast- und Digitalisier-Schaltung während der horizontalen und vertikalen Rücklaufintervalle veranlasst wird, schwarze Punkte auszugeben. Diese Punkte sind die ersten, die zu Beginn einer Abtastung des Feldes erfasst werden, und sehen wie ein Objekt aus, da sie schwarz sind. Diesen Punkten wird die Nummer 0 gegeben. Jede Zelle, die den Feldrand berührt, erscheint als Teil des gleichen Objekts und erhält folglich die Nummer O. Zur Vereinfachung der Datenbehandlung verhindert eine spezielle nicht gezeigte Schaltung die Speicherung jeder Date der Nummer 0 im Hauptspeicher. Auf diese Weise werden alle Objekte, die den Feldrand überlappen, nicht beachtet.
Nach der detaillierten Beschreibung der Arbeitsweise der Schaltung, die jedem identifizierten Zellensogment unter Ansprechen auf die Steuersignale und die Klassifizierungssignale der Probenbereiche gemäss den Fig. 6 und 7 eine Zellennuminer zuweist, soll nun die Verwertung dieser Identifizierungsnumaern im Hinblick auf die Daten des abgetasteten Bildes erläutert werden. Gemäss Fig. 4 werden die digitalisierten Serien-Datensignale A', B1 und C an entsprechende Speicher-Schieberegister 190a, 190b und 190c gelegt. Jedes Schieberegister besitzt eine entsprechende Zeilenverzögerung 192a, 192b und 192c. Das Ausgangssignal jeder Verzögerung wird auf das entsprechende Schieberegister rückgekoppelt. Die infolge
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des Durchgangs durch den unteren Teil - mit Bezug auf die Darstellung des Schieberegisters 190 und die Zeilenverzögerung 192 - hervorgerufene Verzögerung entspricht der Länge einer Zeile des abgetasteten Bildes 14. Diese Verzögerung dient zur Synchronisierung des Bild-Datensignals mit den vorausgehend erläuterten Steuersignalen.
Das Ausgangssignal jedes Schieberegisters auf den Leitungen 194a, 194b und 194c wird als das eine Eingangssignal an eine Hintergrundsubtrahierungs-Schaltung 196a, 196b und 196c gelegt. Das zweite Eingangssignal der Hintergrundsubstrahierungs-Schaltung ist das zugeordnete Hintergrunddichte-Ausgangssignal des Hämogramm-Zeichners 40. Das Ausgangssignal jeder Hintergrundsubstrahierungs-Schaltung 196 ist ein digitalisiertes 6-Bit-Signal, das die Daten des abgetasteten Bildes, von denen die Hintergrunddichte subtrahiert ist, darstellt. Diese Ausgangssignale werden mit DATA-A, DATA-B und DATA-G bezeichnet.
Gemäss Fig. 8 werden die partiellen Zelleneigenschaften für jedes der identifizierten und mit einer Erkennungsnummer versehenen Zellensegmente zusammengestellt. Die vollen Datensignale DATA-A, DATA-B und DATA-C bilden die Eingangssignale der Dichte-Summierungs-Schaltungen für die weissen und roten Blutkörperchen. Gemäss Fig. 8 ist ein eigener Akkumulator 198a, 198b und 198c für jeden Datenkanal zum Auf summieren der Dichten der Signale DATA-A, DATA-B und DATA-C hinsichtlich der Kerne der weissen Blutkörperchen vorgesehen. Entsprechende Akkumulatoren 200a, 200b und 200c sind für die Daten des Zytoplasmas der weissen Blutkörperchens vorgesehen. Für die Datenkanäle A und C ist eine Summierung der Dichte der roten Blutkörperchen mittels der Akkumulatoren 202a und 202c vorgesehen. Die Information der Signale DATA-A, DATA-B und DATA-C wird entsprechend den Tor-Steuersignalen "Zählen Kerne" (CKTN), "Zählen- Zytoplasma" (CNTC) und "Zählen rote Blutkörperchen" (CNTR) zu den entsprechenden
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Akkumulatoren geschaltet. Diese Signale werden aus der in Fig. 5 gezeigten Steuerschaltung 86 abgeleitet.
Die Steuersignale werden auch dazu verwendet, die passenden Erkennungsnummern des Blockes T1- des Numerierungsfeldes entweder in das Register 204- für die Zellennummer der weissen Blutkörperchen oder in das Register 206 für die Zellennummer der roten Blutkörperchen zu schalten. Diese Steuersignale werden auch zusätzlich dazu verwendet, die Zähler 208, 210 und 212 für die Grosse entweder der Kerne, des Zytoplasmas oder der roten Blutkörperchen zu erhöhen.
Im unteren Teil von Fig. 8 sind drei duale Peripheriezähler 214, 216 und 218 gezeigt für die Peripherie der Kerne der weissen Blutkörperchen, die Peripherie des Zytoplasmas der weissen Blutkörperchen und die Peripherie der roten Blutkörperchen. Jeder Zähler summiert die Anzahl der geraden und diagonalen Peripheriesignale bei Jeder Art von Zellenkomponenten auf. Der duale Zähler 214 für die Peripherie der Kerne der weissen Blutkörperchen wird durch das Steuersignal (STI1T) für die gerade Peripherie und durch das Steuersignal (DPB) für die diagonale Peripherie des Kerns erhöht, die von der in Fig. 5 gezeigten Steuerschaltung 76 erhalten werden.
Der Dualzähler 216 für die Zytoplasmaperipherxe wird durch das Ausgangssignal der beiden UND-Glieder 218 und 220 erhöht. Das Eingangssignal des UND-Gliedes 218 ist das Signal (STWO) für die gerade Peripherie des Zytoplasmas der weissen Blutkörperchen, wobei dieses Signal aus der in Fig. 5 gezeigten Steuerschaltung 82 abgeleitet wird und das invertierte Signal PINH zur Unterdrückung der Peripherie, das von der in Fig. 5 gezeigten Steuerschaltung 86 abgeleitet wird.
Aus der Wertetabelle für die Steuerschaltung 86 sieht man, dass das UND-Glied 218 ein Ausgangssignal erzeugt, das den Zählbereich für ein gerades Peripheriesegment des dualen
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Zählers 216 für die Zytoplasma-Peripherie erhöht, wenn das Signal PINH Null ist und das Signal für die gerade Peripherie des Zytoplasmas der weissen Blutkörperchen vorhanden ist. Das UND-Glied 220 verwendet ebenfalls das Signal PIlTH zusammen mit dem Signal DPWC für die diagonale Peripherie des Zytoplasmas der weissen Blutkörperchen, das aus der Steuerschaltung 82 von Fig. 5 abgeleitet wird. Über die UND-Glieder 222 und 224 wird eine ähnliche Schaltung auch für den dualen Zähler 218 für die Peripherie der roten Blutkörperchen verwendet. Die entsprechenden Steuersignale "gerade Peripherie der roten Blutkörperchen" (SPE) und "diagonale Peripherie der roten Blutkörperchen" (DPR) werden von der in Pig.. 5 gezeigten Schaltung 84 erhalten.
Wenn in den Blöcken T^ und T1- (Fig. 6 und 7) des Numerierungsfeldes keine Zellenpunkte angetroffen werden (einschliesslich einer Hintergrundsituation) und in den Blöcken T^ und Tp des Numerierungsfeldes Zellenpunkte vorhanden sind, so deutet diese Konfiguration auf das Vorhandensein eines Peripherieabschnittes einer vorausgehenden Zelle auf einer vorausgehenden Zeile hin, die von dem System nicht erkannt wurde. Diese Situation wird durch die in Fig. 8 ganz unten gezeigte Schaltung behandelt. Die Zellennummer des Blockes Tp des Numerierungsfeldes 92 wird in geeigneter Weise auf ein Register 226 zur Abänderung der Nummer des Kerns, ein Register 228 zur Abänderung der Nummer des Zytoplasmas oder ein Register 2JO zur Abänderung der Nummer der roten Blutkörperchen geschaltet. Die Schaltsignale für die Register und 228 zur Abänderung der Nummer des Kerns oder des Zytoplasmas enthalten die Steuersignale PRTT (vorausgehende Zeile Peripherie, Kern) und PEWC (vorausgehende Zeile, Zytoplasma eines weissen Blutkörperchens), die von den in Fig. 5 gezeigten Schaltungen 76 und 82 erhalten werden.
Das Register 2JO zur Abänderung der Zahl der roten Blutkörperchen wird durch die Steuersignale PRR (vorausgehende Zeile,
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rotes Blutkörperchen) gesteuert, das von der in Fig. 5 gezeigten Schaltung 84 abgeleitet wird. Diese Steuersignale werden auch dazu verwendet, die Zähler 232, 234 und 236 für einen Peripheriewechsel zu erhöhen.
In Fig. 9 sind die Zähler für den Kernanteil und das Zytoplasma der weissen Blutkörperchen, die Akkumulatoren und Register mit den gleichen Bezugsziffern, die zur Bezeichnung der gleichen Komponenten verwendet werden, wiederholt. Fig. zeigt die Ausgangssignale jeder dieser ßchaltkreiskomponenten. Es ist zu beachten, dass die in Fig. 8 gezeigten Eingangssignale in Fig. 9 weggelassen sind. Ausserdem wurde der ganze die roten Blutkörperchen betreffende Teil in Fig. 9 weggelassen. Für die Behandlung der Daten der roten Blutkörperchen wird jedoch selbstverständlich die gleiche Grundschaltung verwendet.
Fig. 9 zeigt die Verwendung der Zellennummer zum aufeinanderfolgenden Zusammenstellen der vollständigen Zelleneigenschaften aus den partiellen Zelleneigenschaften Jedes identifizierten Zellensegments mit gleichen Zellennummer. Die Ausgangssignale des Zählers 208 für die Kerngrösse der weissen Blutkörperchen, des Zählers 210 für die Grosse des Zytoplasmas, die Dichte-Akkumulatoren 198a bis 198c und 200a bis 200c und der Zähler 214 und 216 für die Peripherie der Kerne und des Zytoplasmas werden als Eeaktion auf das Signal STV/ (Speichern weisse Blutkörperchen) in einen Puffer-Speicher 238 geschoben. Gleichzeitig wird die entsprechende Zellennumner aus dem Register 204 für die weissen Blutkörperchen in den Puffer-Speicher geschoben. Die Inhalte des Puffer-Speichers werden in einen Hauptspeicher 240 gegeben, der eine Steuerung enthält, und zwar an Stellen, die durch die Zellennummer festgelegt sind. Auf diese Weise werden alle partiellen Eigenschaften mit der gleichen Zellennucraer an die gleichen Stellen gegeben, um die vollständigen Eigenschaften für die numerierte Zelle zusammenzustellen. Die
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Hauptspeicher-Steuerung steuert das Schalten der Daten des Puffer-Speichers in den Hauptspeicher und fügt den Inhalt des Puffer-Speichers zu dem vorausgehenden Inhalt des Hauptspeichers hinzu,. Nach einer kurzen Verzögerungszeit werden die W3C-Zähler und Akkumulatoren durch ein Signal "Clear", das von der Verzogerungsschaltung 242 erzeugt wird, gelöscht.
Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Information für die roten Blutkörperchen in der gleichen Weise durch einen nicht gezeigten Puffer-Speicher in den Hauptspeicher und die Steuerung 240 weitergegeben und verarbeitet wird.
Die Inhalte der Zähler 232 und 234 für einen Peripheriewechsel des Kernes und des Zytoplasmas werden in gleicher Weise in einen anderen Puffer-Speicher 244 geschoben. In ähnlicher Weise werden die in den Registern 226 und 228 für einen Nummernwechsel enthaltenen Zellennummern in einen Puffer-Speicher 244 geschoben. Als Reaktion auf das Signal SPRN (Speichern vorausgehende Zeile, Kern) und das Signal SRVC (Speichern vorausgehende Zeile, Zytoplasma eines weissen Blutkörperchens), die von den in Pig. 3 gezeigten Schaltungen 76 und 28 erhalten werden, v/erden die Daten für den Peripheriewechsel und den Nummernwechsel in den Puffer-Speicher 244 geschoben. Diese beiden Signale werden als das eine Eingangssignal an das UND-Glied 246 gelegt, dessen Ausgangssignal die Verschiebung der Daten den Peripheriewechsel und den Nummernwechsel in den Puffer-Speicher 244 steuert. Das zweite Eingangssignal für das UND-Glied 246 wird durch das Ausgangssignal eines ODER-Gliedes 248 gebildet, dessen Eingangssignale die Ausgangssignale des Registers 226 für den Nummernwechsel des Kerns und des Registers 228 für den Nummernwechsel des Zytoplasmas enthält.
Die Arbeitsweise der in Pig. 9 unten gezeigten Schaltung für einen Peripherieviechsei lässt sich am besten durch Be-
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opa<3
zugnahme auf die Fig. 5 und 6 verstehen. Es wird angenommen, dass die aus fünf Blöcken "bestehenden Verzögerungsfelder 66, 68 und 70 in Fig. 5 und das Numerierungsfeld 92 in Fig. 6 in den Blöcken 4 und 5, z. B. T^ und T1-, Punkte von Kernen enthalten, während die Blöcke 1, 2 und 3 keine Punkte von Kernen enthalten. Aus dieser Situation ergibt sich, dass ein Peripheriesegment angetroffen wurde. Es wird nun angenommen, dass alle fünf Blöcke Punkte von Kernen enthalten, die Punkte des abgetasteten Bildes unmittelbar unter den Punkten 4 und 5 jedoch Hintergrundpunkte enthalten (dies wird bei der Abtastung der nächsten Zeile erkannt). Das Peri pheriesegment wird erst erkannt, wenn die in Tr und T^ enthaltenen Punkte durch die Blöcke T,, T~ un^ T^. des Erken- · nungsfeldes hindurchgeschoben sind und die Hintergrundpunkte unmittelbar unterhalb der Punkte Tj- und T^ in die Blöcke T1- und T^ gelangt sind. Man erkennt sofort, dass es in diesem Zeitpunkt zu spät ist, um diesen speziellen Fall eines Peripheriesegments mittels der regulären Schaltung zu erkennen. Die zusätzliche in den Fig. 8 und 9 gezeigte Schaltung für den Peripheriewechsel wird dazu verwendet, die in dieser speziellen Situation entstehenden Peripherie-Zusatzsegmente zu bestimmen und zusammenzustellen.
In Fig. 9 werden die Inhalte der Puffer-Speicher unter Ansprechen auf die Hauptspeichersteuerung in den Hauptspeicher gegeben. Nach einer geeigneten, durch die Verzögerungsschaltung 25O hervorgerufenen Verzögerung werden die Zähler für den Peripheriewechsel durch ein Signal "clear A" gelöscht.
Es muss nun noch die Arbeitsweise des 1-Bit-Registers 2^2 "Verbinden" in Fig. 8 beschrieben werden. Das Signal "Verbinden" wird durch die Schaltung 86 in Fig. 5 gesetzt, wenn es auftritt, dass ein einen Kern bildendes rotes Blutkörperchen angetroffen wurde oder es nicht möglich ißt, auszusagen,
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ob ein einen Kern bildendes rotes Blutkörperchen oder ein weisses Blutkörperchen, das ein rotes Blutkörperchen berührt, angetroffen wurde. Einen Kern bildende rote Blutkörperchen haben die Eigenschaft, einen Kern und Hämoglobin in ihrem Zytoplasma zu enthalten. Teile der Zelle werden daher von dem RBC-Teil der in Fig. 8 gezeigten Hardware analysiert und Teile davon durch die WBC-Hardware. Wenn die Daten für diesen Zellentyp gespeichert werden, müssen die WBC- und RBC-Anteile der Daten gespeichert werden. Eine Eins in dem Verbindungsregister 252 erzeugt ein STW- und STIi-Signal, wenn eines von beiden vorhanden ist, wodurch die gewünschte duale Speicherung erreicht wird.
Am Ende der Feldabtastung sind im Hauptspeicher an Stellen, die den Zellen-Nummern entsprechen, die vollständigen Eigenschaften jeder Zelle des Feldes enthalten. Diese Zellen werden dann unter der Verwendung der zusammengesetzten Eigenschaften klassifiziert. Unter Verwendung von Befehlen des Steuerspeichers wird diese Klassifikation von dem Computer CHJ (Fig. 1) durchgeführt, während der Abtaster zu einem neuen Feld der Probe bewegt wird. Nach der Beendigung der Klassifikation wird der Bereich des Hauptspeichers, der für die vollständige Eigenschaften vorgesehen ist, gelöscht, um für die Eigenschaften der Zellen in dem nächsten untersuchten Feld bereit zu sein. Dieses Verfahren wird wiederholt, bis genügend Zellen untersucht worden sind, zu welchem Zeitpunkt dann eine Zusammenfassung der Daten auf einem Datenausgabegerät ausgegeben wird.
Aus der vorausgehenden Beschreibung ergibt sich, dass die bevorzugte Ausführungsform ein spezielles Beispiel eines allgemeineren Verfahrens und einer allgemeineren Vorrichtung zur Analyse eines Untersuchungsobjekts ist, gekennzeichnet durch das Zusammenstellen der partiellen Eigenschaften aus einem oder mehreren die Probe darstellenden Signalen. In der bevorzugten Ausführungsform werden die partiellen Eigen-
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schäften aus rasterartigen, die Probe darstellenden Abtastsignalen unter Verwendung von Steuersignalen, die mittels der oben erwähnten Farb-Algebra gewonnen wurden, zusammengestellt. Eine erfindungsgemässe Alternative kann jedoch verwendet werden, um die Eigenschaften der verschiedenen Bereiche der Probe aus einem Signal zusammenzustellen, das eine Probe darstellt, die in einem an einem feststehenden Sensor vorbeiströmenden Gas oder einer Flüssigkeit enthalten, wobei Steuersignale verwendet werden, die aus diesem Signal oder mittels der Farb-Algebra gewonnen wurden.
Die bevorzugte Ausführungsform enthält ausserdem das Zusammenstellen der vollständigen Eigenschaften aus den partiellen Eigenschaften, die die Grosse, die Peripherie und die Dichte der Zelle bei den verschiedenen Wellenlängenbändern darstellen. Aus diesen Messungen können Eigenschaften abgeleitet werden, die die mittlere Farbe und Form der verschiedenen Zellenbereiche darstellen. Diese Eigenschaften sind jedoch nur einige wenige von vielen Eigenschaften, die die Form, Farbe und Dichte darstellen, die erfindungsgemäss zusammengestellt werden können. Bei Bedarf können gemäss der vorliegenden Erfindung auch Eigenschaften, die andere Merkmale als die Grosse, Form, Peripherielänge, Dichte und Farbe darstellen, zusammengestellt v/erden. Der besondere, in Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform beschriebene Satz von Eigenschaften wurde für die Erläuterung gewählt und soll nicht als Einschränkung der Erfindung betrachtet werden.
Es wurde eine bevorzugte Ausführungsform im Detail beschrieben, wobei jedoch innerhalb der nachfolgenden Ansprüche zahlreiche Modifikationen bestehen, ohne vom Grundgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Claims (1)

  1. *·· September ISp. j-2
    Patentansprüche
    1. Ein Verfahren zum Analysieren eines beleuchteten Untersuchungsobjekt, dadurch gekennzeichnet, dass
    ein erstes Signal erzeugt wird, das ein erstes vorgegebenes Wellenlängenband des Lichtes darstellt, das in einem Bereich des Untersuchungsobjekts von dem Untersuchungsobjekt verändert wurde,
    ein zweites Signal erzeugt wird, das ein zweites vorgegebenes Wellenlängenband des Lichtes darstellt, das
    von dem Untersuchungsobjekt in diesem Bereich verändert wurde, wobei das erste und zweite Wellenlängenband
    so gewählt sind, dass wenigstens zwischen zwei verschiedenen Bereichen des Untersuchungsobjekts ein Differentialkontrast erzeugt wird und
    die ersten und zweiten Signale algebraisch kombiniert und mit Schwellenwerten verglichen werden, um den Bereich des Untersuchungsobjekts wenigstens in eine von einer vorgegebenen Anzahl von Kategorien zu klassifizieren.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Untersuchungsobjekt ein Teilchen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine
    ein Teilchen enthaltende Probe mit Licht beleuchtet
    wird, das durch das Teilchen verändert wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Teilchen eine
    Blutzelle ist.
    4. Verfahren nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, dass vor der Beleuchtung der Blutzellen enthaltenden Probe die Probe angefärbt wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
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    dass die ersten und zweiten Signale algebraisch kombiniert und mit Schwellenwerten verglichen werden, um den Bereich als Hintergrund, als rotes Blutkörperchen oder als weisses Blutkörperchen zu klassifizieren.
    6. Verfahren nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, dass
    jedes der ersten und zweiten Signale zur Erzeugung entsprechender Signale mit mindestens einem Schwellenwert verglichen tfird, und
    die ersten und zweiten mit Schwellenwerten verglichenen Signale algebraisch kombiniert werden, um den Bereich als einen Hintergrund, ein rotes Blutkörperchen oder ein weisses Blutkörperchen zu klassifizieren.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Blutzellen enthaltende Probe mit einem Eomanovsky-Farbstoff angefärbt wird,
    ein drittes Signal erzeugt wird, das ein drittes vorgegebenes Wellenlängenband des Lichtes darstellt, das durch den Bereich der Blutzellen enthaltenden Probe verändert wird, wobei das erste, zweite und dritte Wellenlängenband so gewählt sind, dass wenigstens zwischen zwei Bereichen der Blutzellen enthaltenden Probe ein Differentialkontrast hergestellt wird,
    jedes der ersten, zweiten und dritten Signale zur Erzeugung entsprechender Signale wenigstens mit einem Schwellenwert verglichen wird, und
    die ersten, zweiten und dritten mit Schwellenwerten verglichenen Signale algebraisch kombiniert v/erden, um den Bereich als einen Hintergrund, ein rotes Blutkörperchen oder ein weisses Blutkörperchen zu klassifizieren.
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    8. Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, dass das erste, zweite und dritte mit Schwellenwerten ver^ glichene Signal algebraisch kombiniert wird, um den Bereich als einen Hintergrund, ein rotes Blutkörperchen, einen Kern eines weissen Blutkörperchens oder ein Zytoplasma eines weissen Blutkörperchens zu klassifizieren.
    9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Blutzellen enthaltende Probe mit einer Romanovsky-Farbe angefärbt wird,
    das erste Wellenlängenband eine Wellenlänge von etwa 500 bis 550 nm besitzt,
    das zweite Wellenlängenband eine Wellenlänge von etwa 400 bis 420 nm besitzt,
    das erste und zweite Signal zur Erzeugung entsprechender erster und zweiter, binärer Signale mit Schwellenwerten verglichen wird, und
    die ersten und zweiten mit Schwellenwerten verglichenen Signale algebraisch kombiniert werden, um den Bereich als einen Hintergrund, ein rotes Blutkörperchen, oder ein weisses Blutkörperchen zu klassifizieren, wobei die mit Schwellenwerten verglichenen binären Signale in folgender Weise algebraisch kombiniert werden:
    Erstes Signal Zweites Signal
    Hintergrund 0 0
    EBC ■ 1 1
    WBC 1 0
    10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
    das erste Wellenlängenband eine Wellenlänge von etwa 570 bis 600 nm besitzt,
    - 46 -
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    das zweite Vellenlängenband eine Wellenlänge von etwa 500 bis 53O nm besitzt,
    das dritte Wellenlängenband eine Wellenlänge von etwa 400 bis 420 nm besitzt,
    jedes der ersten, zweiten und dritten Signale zur Erzeugung entsprechender binärer Signale mit wenigstens einem Schwellenwert verglichen wird, und
    die binären ersten, zweiten und dritten mit Schwellenwerten verglichenen Signale algebraisch kombiniert werden, um den Bereich als einen Hintergrund, ein rotes Blutkörperchen,^ippnKern eines weissen Blutkörperchens oder ein Zytoplasma eines wei^sen Blutkörperchens zu klassifizieren, wobei die binären, mit Schwellenwerten verglichenen Signale in folgender Weise algebraisch kombiniert werden:
    Erstes Zweites Drittes Signal Signal Signal
    Hintergrund EBC
    WBC-Kern WBC-Zytoplasma
    11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das erste Signal als Α-Signal, das zweite Signal als B-Signal und das dritte Signal als C-Signal bezeichnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Blutzellen enthaltende Probe mit einem Wright-Farbstoff angefärbt wird,
    das Α-Signal und das B-Signal zur Erzeugung entsprechender Signale mit einem Schwellenwert verglichen werden,
    dae B-Signale mit zwei verschiedenen Schwellenwerten
    - 47 -
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    0 0 0 0 1 1 1 1 0 O 1 0 1 0 0
    verglichen werden, um entsprechende, "binäre B- und B'-Signale zu erzeugen, und
    die mit Schwellenwerten verglichenen, binären A-, B-, B'- und C-Signale algebraisch kombiniert werden, um den Bereich in eine vorgegebene Kategorie zu klas-Bifizieren, wobei die binären, mit Schwellenwerten verglichenen Signale in folgender Weise algebraisch kombiniert werden:
    A B1 B C
    Hintergrund 0 0 0 0 BBC-Zytoplasma 0 0 1 1 EBC-Kern 1 1 1 1 VBC-Kern 1 1 1 0 Monozyten- Zytoplasma 0 0 1 0 Neutrophiles Eosinophile Granulozyten 0 1 1 0 Basophile Granulozyten 1 0 1 0 Lymphozyten Zytoplasma 1 0 0 0
    12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die binären, mit Schwellenwerten verglichenen ersten, zweiten und dritten Signale algebraisch kombiniert werden, um den Bereich als einen Hintergrund, einen Kern eines roten Blutkörperchens, ein Zytoplasma eines roten Blutkörperchens, einen Kern eines weissen Blutkörperchens oder ein Zytoplasma eines weissen Blutkörperchens zu klassifizieren, wobei die mit Schwellenwerten verglichenen, binären Signale in folgender Weise algebraisch kombiniert werden:
    - 48 /.09811/0975
    5* Zweites
    Signal
    2344528
    Erstes
    Signal
    0 Drittes
    Signal
    Hintergrund 0 1 0 RBC-Zytoplasma 0 1 1 EBC-Kern 1 1
    0
    1
    WBC-Zytoplasma 0
    1
    1 0
    0
    VBC-Kern 1 0
    13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Abtastsignal erzeugt wird, das das durch das Untersuchung sob je kt veränderte Licht darstellt,
    das Abtastsignal mit Schwellenwerten verglichen wird,, um ein Steuersignal zu erzeugen,
    das Steuersignal zur Identifizierung von Segmenten des Untersuchungsobjekts in dem Abtastsignal verwendet wird,
    das Steuersignal dazu verwendet wird, Zeile für Zeile für jedes identifizierte Segment des Untersuchungsobjekts partielle Eigenschaften des Untersuchungsobjekts aus dem Abtastsignal zusammenzustellen, und
    die vollständigen Eigenschaften des Untersuchungsobjekts aus den partiellen Eigenschaften zusammengestellt werden.
    14. Verfahren nach Anspruch 13j dadurch gekennzeichnet, dass für das Zusammenstellen der vollständigen Eigenschaften des Untersuchungsobjekts
    Objekt-Nummern erzeugt werden,
    jeden der identifizierten Segmente des Untersuehungsobjekts eine Objekt-Nummer zugewiesen wird, und
    jede Objekt-Nummer dazu verwendet wird, aus den partiellen Eigenschaften jedes identifizierten Segments
    - 49 -4 0 9 8 11/0975
    des Untersuchungsobjekts mit der gleichen Objekt-Nummer nacheinander die vollständigen Eigenschaften des Untersuchungsobjekts zusammenzustellen.
    15· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Untersuchungsobjekt mit Licht beleuchtet wird, das durch das Untersuchungsobjekt verändert wird, und
    das Steuersignal zur Wiederherstellung $Qr vertikalen Verbindung verzögert wird.
    16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass
    erste und zweite Abtastsignale erzeugt werden, die entsprechende erste und zweite vorgegebene Wellenlängenbänder des Lichts darstellen, das durch das Untersuchungsobjekt verändert wurde, wobei die ersten und zweiten Wellenlängenbänder so gewählt wurden, dass wenigstens zwischen zwei unterschiedlichen Regionen des Objekts ein Differentialkontrast hergestellt wird,
    die ersten und zweiten Abtastsignale algebraisch kombiniert und mit Schwellenwerten verglichen werden, um Klassifizierungsignale für Objekt-Bereiche zu erzeugen,
    die Klassifizierungssignale zur Identifizierung von Segmenten des Untersuchungsobjekts in den Abtast-Signalen verwendet werden,
    die Klassifizierungssignale dazu verwendet werden, für jedes identifizierte Segment des Untersuchungsobjekts aus den Abtast-Signalen die partiellen Eigenschaften des Untersuchungsobjekts zusammenzustellen, und
    die vollständigen Eigenschaften des Untersuchungsobjekts aus den partiellen Eigenschaften zusammengestellt werden.
    - 50 -409811/0975
    23U528
    17· Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtast-Signale durch rasterförmiges Abtasten erzeugt werden .
    18. Verfahren nach Anspruch 17> wobei das Untersuchungsobjekt eine Blutzellen enthaltende Probe ist, dadurch gekennzeichnet, dass
    die ersten und zweiten rasterartigen Abtastsignale zur Erzeugung entsprechender Signale mit Schwellenwerten verglichen werden,
    die ersten und zweiten mit Schwellenwerten verglichenen Signale zur Erzeugung von Klassifizierungsignalen der Probenbereiche algebraisch kombiniert werden, und
    die Klassifizierungssignale zur Erzeugung von Steuersignalen algebraisch kombiniert werden.
    19· Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass unter Ansprechen auf die Steuersignale und die Klassifizierungssignale jedem identifizierten Zellensegment eine Zellennummer zugewiesen wird.
    20. Verfahren nach Anspruch 19 5 dadurch gekennzeichnet, dass erste, zweite und dritte rasterartige Abtastsignale erzeugt werden, die entsprechende erste, zweite und dritte vorgegebene Wellenlängenbänder des Lichts darstellen, das durch die Probe verändert wird, wobei die ersten, zweiten und dritten Vellenlängenbänder so ausgewählt sind, dass wenigstens zwischen zwei unterschiedlichen Bereichen der Probe ein Differentialkontrast erzeugt wird,
    die ersten, zweiten und dritten rasterartigen Abtastsignale zur Erzeugung entsprechender Signale mit Schwellenwerten verglichen werden,
    die ersten, zweiten und dritten mit Schwellenwerten ver-
    - 51 -4 098 11/0975
    glichenen Signale zur Erzeugung von Klassifizierungssignalen für die Probenbereiche algebraisch kombiniert werden, und
    die Klassifizierungssignale zur Wiederherstellung ihrer vertikalen Verbindung verzögert werden.
    21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass
    die vertikal verbundenen Klassifizierungssignale zur Erzeugung zweiter Steuersignale algebraisch kombiniert werden, und
    unter Ansprechen auf die Steuersignale und die Klassifizierungssignale und abhängig von dem Vorhandensein einer zuvor zugewiesenen Zellennummer jedem identifizierten Zellensegment eine Zellennummer zugewiesen wird, wobei die zuvor zugewiesene Zellennummer zur Wiederherstellung ihrer vertikalen Verbindung mit dem identifizierten Zellensegment verzögert wird.
    22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Blutzellen enthaltende Probe angefärbt wird.
    23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass
    die ersten, zweiten und dritten rasterartigen Abtastsignale zur Erzeugung entsprechender Signale digitalisiert werden, und
    die ersten, zweiten und dritten digitalisierten Serien-Datensignale zur Erzeugung entsprechender Signale mit Schwellenwerten verglichen werden, und die ersten Steuersignale zur Identifizierung von Zellensegmenten in den digitalisierten Serien-Datensignalen verwendet werden, und
    - 52 -
    /,09811/0975
    die ersten und zweiten Steuersignale dazu verwendet werden, für Jedes identifizierte Zellensegment aus den digitalisierten Serien-Latensignale die partiellen Zellen-Eigenschaften zusammenzustellen.
    24-. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch .gekennzeichnet, dass
    die ersten, zweiten und dritten digitalisierten Serien-Datensignale in Form eines Hämogramms aufgezeichnet werden, um wenigstens einen Schwellenwert für jedes der digitalisierten Serien-Datensignale zu erzeugen, und
    die ersten, zweiten und dritten digitalisierten Serien-Datensignale zur Erzeugung entsprechender Signale mit diesen Schwellenwerten verglichen werden.
    25· Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Untersuchungsobjekt eine Probe ist, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Probe mit Licht beleuchtet wird, das durch die Probe verändert wird,
    die ersten und zweiten Signale zur Erzeugung von Klassifizierungssignalen für die Probenbereiche algebraisch kombiniert und mit Schwellenwerten verglichen werden,
    die Klassifizierungssignale dazu verwendet werden, für jeden identifizierten Prob enb'e reich aus den ersten und zweiten Signalen die partiellen Probeneigenschaften zusammenzustellen, und
    die vollständigen Eigenschaften der Probe aus den partiellen Eigenschaften zusammengestellt werden.
    26. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
    eine Einrichtung zur Erzeugung eines ersten Signals,
    -53-
    09811/0975
    das ein erstes vorgegebenes Wellenlängenband des Lichts darstellt, das in einem Bereich des Untersuchungsobjekts von diesem verändert wird,
    eine Einrichtung zur Erzeugung eines zweiten Signals, das ein zweites vorgegebenes Wellenlängenband des Lichts darstellt, das von dem Untersuchungsohjekt ir einem Bereich verändert wird, wobei das erste und zweite Wellenlängenband so ausgewählt ist, dass wenigstens zwei unterschiedlichen Bereichen des Untersuchungsobjekts ein Differentialkontrast erzeugt wird, und
    eine Einrichtung zum algebraischen Kombinieren der ersten und zweiten Signale und vergleichen dieser Signale mit Schwellenwerten, um den Bereich des Untersuchungsobjekts wenigstens in eine einer vorgegebenen Anzahl von Kategorien zu klassifizieren.
    27· Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Untersuchungsobjekt in einer Blutzellen enthaltenden Probe besteht, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Beleuchtung einer Blutzellen enthaltenden Probe mit Licht, das durch die Blutzellen enthaltende Probe verändert wird.
    28. Vorric htung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Blutprobe mit einem Romanovsky-Farbstoff angefärbt wird,
    das erste vorgegebene Wellenlängenband eine Wellenlänge von etwa 500 bis 530 nm besitzt,
    das zweite vorgegebene Wellenlängenband eine Wellenlänge von etwa 400 bis 420 nm besitzt,
    eine Einrichtung (40, 42) zum Vergleichender ersten und zweiten Signale mit Schwellenwerten vorhanden ist, um entsprechende Signale zu' erzeugen, und
    A0981 1 /0975
    sz 23U528
    eine Einrichtung (58) zum algebraischen Kombinieren der ersten und zweiten binären, mit Schwellenwerten verglichenen Signale vorhanden ist, um den Bereich als einen Hintergrund, ein rotes Blutkörperchen oder ein weisses Blutkörperchen zu klassifizieren, wobei die binären, mit Schwellenwerten verglichenen Signale in folgender Weise algebraisch kombiniert werden:
    Erstes Signal Zweites Signal
    Hintergrund 0 0
    RBC 1 1
    WBC 1 0
    29· Vorrichtung nach Anspruch 271 gekennzeichnet'durch
    eine Einrichtung zur Erzeugung eines dritten Signals, das ein drittes' vorgegebenes Wellenlängenband des Lichts darstellt, das in dem Bereich von der angefärbten Blutprobe verändert wird, wobei das erste, zweite und dritte Wellenlängenband in der V/eise ausgewählt ist, dass wenigstens zwischen zwei Bereichen der Blutprobe ein Differentialkontrast erzeugt wird,
    eine Einrichtung zum Vergleichen der ersten, zweiten und dritten Signale mit Schwellenwert, um entsprechende Signale zu erzeugen, und
    eine Einrichtung zum algebraischen Kombinieren der ersten, zweiten und dritten mit Schwellenwerten verglichenen Signale, um den Bereich als einen Hintergrund, ein rotes Blutkörperchen oder ein weisses Blutkörperchen zu klassifizieren.
    50. Vorrichtung nach Anspruch 29j dadurch gekennzeichnet, dass
    die Blutzellen enthaltende Probe mit einem Eomanovsky-Farbstoff angefärbt wird,
    - 55 40981 1 /0975
    das erste vorgegebene Wellenlängenband eine Wellenlänge von etwa 570 bis 600 nm besitzt,
    das zweite vorgegebene Wellenlängenband eine Wellenlänge von etwa 500 bis 550 nm besitzt,
    das dritte vorgegebene Wellenlängenband eine Wellenlänge von etwa 400 bis 420 nm besitzt,
    die ersten, zweiten und dritten Signale zur Erzeugung entsprechender Signale mit Schwellenwerten verglichen werden, und
    die binären mit Schwellenwerten verglichenen Signale in folgender Weise algebraisch kombiniert werden:
    Erstes Zweites Zweites Signal Signal Signal
    Hintergrund 0 0 0 RBC 0 1 Λ WBC-Kern 1 1 0 WBC-Zytoplasma 0 1 0 1 0 0
    51· Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass
    das zweite Signal mit zwei verschiedenen Schwellenwerten verglichen wird, um ein binäres zweites und ein binäres ursprüngliches zweites mit Schwellenwerten verglichenes Signal zu erzeugen, und
    die binären, mit Schwellenwerte verglichenen Signale in folgender Weise algebraisch kombiniert werden:
    409811/0975
    5057
    Erstes,
    binäres
    Signal
    Zweites,
    ursprüng
    liches
    binäres
    Signal
    Zweites,
    binäres
    Signal
    Drittes,
    binäres
    Signal
    Hintergrund 0 0 0 0 BBC-Zytoplasma Q 0 1 1 EBC-Kern 1 1 1 1 WBC-Kern 1 1 1 0 Μ ono zyti se he s
    Zytoplasma
    Neutrophiles
    0 O 1 O
    Eosinophile*
    Granu1ο zy t en
    0 1 1 0
    Basophile
    Granulozyten
    1 0 1 0
    Lympho zyt en-
    Zytoplasma
    1 0 O O
    32. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die binären mit Schwellenwerten verglichenen Signale in folgender Weise algebraisch kombiniert werden:
    Erstes Zweites Drittes Signal Signal Signal Hintergrund 0 0 0 EBC-Zytoplasma 0 1 1 RBC-Kern Λ 1 1 WBC-Zytoplasma 0 1 0 1 0 0 WBC-Kern 1 1 0
    33· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 13» gekennzeichnet durch
    eine Einrichtung (10) zur Erzeugung eines Abtastsignals, das das durch die Probe veränderte Licht darstellt,
    - 57 -40981 1 /097S
    eine Einrichtung (40, 42) zum Vergleichen der Abtastsignale mit Schwellenwerten, um Steuersignale zu erzeugen,
    eine Einrichtung (58)» die zur Identifizierung von Probensegmenten in dem Abtastsignal auf die Steuersignale anspricht,
    eine Einrichtung (Fig. 5)» die auf diese Steuersignale anspricht, um für jedes identifizierte Probensegment aus dem Abtastsignal Zeile für Zeile die partiellen Eigenschaften der Probe zusammenzustellen, und eine Einrichtung (Fig. 9) zum Zusammenstellen der vollständigen Eigenschaften der Probe aus den partiellen Eigenschaften.
    34. Vorrichtung nach Anspruch 33» dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Zusammenstellen der vollständigen Eigenschaften eine Einrichtung zur Erzeugung von Objektnummern, eine Einrichtung zum Zuweisen einer Objektnummer an jede der identifizierten Probensegmente und eine Einrichtung aufweist, die jede Objektnummer dazu verwendet, aus den partiellen Eigenschaften jedes identifizierten Probensegments mit der gleichen Objektnummer die vollständigen Eigenschaften der Probe zusammenzustellen.
    35· Vorrichtung nach Anspruch 33 oder 34, gekennzeichnet durch
    eine Einrichtung (11) zur Beleuchtung der Probe mit Licht, das durch die Probe verändert wird, eine Einrichtung (10) zur Erzeugung erster und zweiter Abtastsignale, die entsprechende erste und zweite vorgegebene Wellenlängenbänder des Lichts darstellen, das durch die Probe verändert wird, wobei die ersten und zweiten Wellenlängenbänder so gewählt sind, dass
    - 58 -4098 11/097S
    Cl
    wenigstens zwischen zwei Bereichen der Probe ein Di— ferentialkontrast erzeugt wird,
    eine Einrichtung (40, 42, 58) zum algebraischen Kombinieren der ersten und zweiten Abtastsignale und Vergleichen dieser Signale mit Schwellenwerten, um Klassifizierungssignale für die Probenbereiche zu erzeugen,
    eine Einrichtung (Fig. 5)» die zur Identifizierung der Probensegmente in den Abtastsignalen auf die Klassifizierungssignale anspricht,
    eine Einrichtung, die auf die Klassifizierungssignale anspricht, um für jedes identifizierte Probensegment Zeile für Zeile aus den Abtastsignalen die partiellen Eigenschaften der Probe zusammenstellt, und
    eine Einrichtung (Fig. 9) zum Zusammenstellen der vollständigen Eigenschaften der Probe aus den partiellen Eigenschaften.
    36. Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die Probe Blutzellen enthält, gekennzeichnet durch
    eine Einrichtung, die die ersten und zweiten Abtastsignale auf rasterartige Weise erzeugt,
    eine Einrichtung zum algebraischen Kombinieren der Klassifizierungssignale, um Steuersignale zu erzeugen,
    eine Einrichtung, die auf diese Steuersignale anspricht, um die Zellensegmente in den rasterartigen Abtastsignalen zu identifizieren,
    eine Einrichtung, die auf diese Steuersignale anspricht, für jedes identifizierte Zellensegment Zeile für Zeile aus den rasterartigen AbtastSignalen die partiellen Zelleneigenschaften zusammenzustellen,
    eine Einrichtung zur Erzeugung von Zellennumniern, eine Einrichtung, die unter Ansprechen auf die Steuer-
    - 59 -
    40981 1 /097S
    23U528
    ti'
    signale und die Klassifizierungsignale jedem identifizierten Zellensegment eine Zellnnummer zuweist, und
    eine Einrichtung, die jede Zellennummer dazu verwendet, aus den partiellen Eigenschaften jedes identifizierten Zellensegments mit der gleichen Zellennummer aufeinanderfolgend die vollständigen Eigenschaften der Zelle zusammenzustellen.
    37. Vorrichtung nach Anspruch 36, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (1O) zur Erzeugung eines ersten, zweiten und dritten rasterartigen Abtastsignals, die entsprechende erste, zweite und dritte vorgegebene Wellenlängenbänder des durch die Probe veränderten Lichts darstellen, wobei die ersten, zweiten und dritten WeI-lenlängenbänder so ausgewählt sind, dass wenigstens zwischen zwei unterschiedlichen Bereichen der Probe ein Differentialkontrast erzeugt wird,
    eine Einrichtung (40, 42) zum Vergleichen der ersten, zweiten und dritten rasterartigen Abtastsignale-mit Schwellenwerten, um entsprechende Signale zu erzeugen,
    eine Einrichtung (58) zum algebraischen Kombinieren der ersten, zweiten und dritten mit Schwellenwerten verglichenen Signale, um Klassifizierungssignale der Probenbereiche zu erzeugen,
    eine Einrichtung zum algebraischen Kombinieren der Klassifizierungssignale, um erste Steuerssignale zu erzeugen,
    eine Einrichtung (72) zum Verzögern der Klassifizierungssignale, um&ren vertikale Verbindung wieder herzustellen,
    eine Einrichtung (Fig. 5) zum algebraischen Kombinieren der vertikal verbundenen Klassifizierungssignale, um zweite Steuersignale zu erzeugen,
    - 60 /♦09811/0975
    CH
    eine Einrichtung (Fig. 5), die zur Identifizierung der Zellensegmente in den rasterartigen Abtastsignalen auf die ersten Steuersignale anspricht,
    eine Einrichtung, die auf die ersten und zweiten Steuersignale anspricht,. um für jedes identifizierte Zellenßegment Zeile für Zeile aus den rasterartigen Abtastsignalen die partiellen Eigenschaften der Zelle zusammenzustellen ,
    eine Einrichtung (Fig. 6, 7) zur Erzeugung von Zellennummern,
    eine Einrichtung, die unter Ansprechen auf die Steuersignale und die Klassifizierungssignale und entsprechend dem Vorhandensein einer vorausgehend zugewiesenen Zellennummer Jeden der identifizierten Zellensegmente eine Zellennummer zu v/eist, wobei die vorausgehend zugewiesene Zellennummer verzögert wird, um deren vertikale Verbindung mit dem identifizierten Zellensegment wieder herzustellen, und eine Einrichtung (Fig. 9)> die jede Zellennummer dazu verwendet, um aus den partiellen Eigenschaften jedes identifizierten Zellensegments mit der gleichen Zellennummer die vollständigen Eigenschaften der Zelle zusammenzustellen .
    J8. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Untersuchungsobjekt eine Probe ist gekennzeichnet durch eine Einrichtung (11) zur Beleuchtung der Probe mit Licht, das durch die Probe verändert wird, eine Einrichtung (58) zum algebraischen Kombinieren der mit Schwellenwerten verglichenen ersten und zweiten Signale, um Klassifizierungssignale für die Probenbereiche zu erzeugen,
    eine Einrichtung (Fig. 5)> die auf die Klassifizierungb-
    - 61 -
    40981 1 /097S
    signale anspricht, um für jeden identifizierten Probenbereich aus den ersten und zweiten Signalen die partiellen Eigenschaften der Probe zusammenzustellen, und
    eine Einrichtung (Fig. 9) zum Zusammenstellen der vollständigen Eigenschaften der Probe aus den partiellen Eigenschaften.
    - 62 -
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DE19732344528 1972-09-05 1973-09-04 Verfahren und vorrichtung zur analyse unter verwendung von farb-algebra und von bild-verarbeitungsverfahren Withdrawn DE2344528A1 (de)

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