DE2449701A1

DE2449701A1 - Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von informationen ueber die eigenschaften von teilchen

Info

Publication number: DE2449701A1
Application number: DE19742449701
Authority: DE
Inventors: Walter Robert Hogg
Original assignee: Coulter Electronics Inc
Current assignee: Coulter Electronics Inc
Priority date: 1973-10-19
Filing date: 1974-10-18
Publication date: 1975-05-07
Also published as: IT1021828B; FR2248500B1; JPS5833587B2; FR2248500A1; AU7440274A; NL7413631A; SE7413015L; JPS5068574A; DE2449701C2; CA1000359A; GB1485284A; US3924947A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Informationen über die Eigenschaften von Teilchen

Prioritäten: 19. Oktober 1973,. USA, Nr. 407 811 9. August 1974, USA, Nr. 496 178

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Informationen über die Eigenschaften von Teilehen bzw. zur Erhaltung und Identifizierung mittels Durchflußgeraten analysierter Teilchen.

Bisher wurden zwei allgemeine Verfahren zur automatischen Zellklassifizierung und Identifikationsverfahren und- geräte vorgeschlagen. Nach dem einen, im folgenden als "Mustererkennung" bezeichneten Verfahren werden unbekannte Zellen auf einem Substrat zur automatischen Prüfung unter einem Mikroskop mit hoher Auslösung ausgelegt. Das Substrat wird durch ein Vidicon abgetastet und es werden Bits gespeichert, die die opti-

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sehen Eigenschaften der abgetasteten Zellen wiedergeben. Ein ensprechend Algorithmen-, die eine Zellenerkennung oder- identifizierung ermöglichen, programmierter Rechner verarbeitet die erhaltenen Daten, wobei versucht wird, die Information mit der programmierten Information in Übereinstimmung zu bringen. Diese Zerlegung der Bilder weißer Zellen erfordert die Verarbeitung tausender von Informationsbits, so daß teure Einrichtungen erforderlich werden, unter anderem Rechner mit großen Speichern. Trotz dieses Verfahrens und der Kompliziertheit der verwendeten Einrichtungen ist die absolute Erkennung und Klassifizierung nicht unfehlbar. Derzeit sind keine automatischen Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die an die Stelle der absoluten mikroskopischen Prüfung der Zellen durch einen erfahrenen Cytologen, der in der visuellen Erkennung bestimmter Typen geübt ist, treten könnten.

Das zweite bei dem Versuch zur Automatisierung der Prüfung von Zellen verwendete Verfahren ist das sogenannte Durchflußsystem und -verfahren, bei dem ein Teilchenmeß- oder -erfassungsgerät verwendet wird. Bei diesem Verfahren werden sehr schnelle Messungen an jeder Zelle durchgeführt (bei ausreichender Verdünnung der Suspension der Zellen^um Koinzidenzen im wesentlichen zu vermeiden), wenn die Suspension durch eine Meß- oder Fühlzone fließt. Diese kann durch Licht der einen oder anderen Farbe und/oder durch ein elektrisches Feld erregt werden. Die nach diesem Verfahren meßbaren Hauptparameter sind das Zellenvolumen oder die Zellengröße, der DNA-Gehalt, der RNA-Gehalt, Farbe, Flureszenz, Lichtabsorption, usw. Die Suspension wird dann in Tröpfchen unterteilt, die eine einzige Zelle enthalten. Die Zellen werden identifiziert und-in Zellengruppen unterteilt, indem eine vorherbestimmte elektronische Ladung an jedes eine identifizierte Zelle enthaltendes Tröpfchen angelegt und die aufgeladenen Tröpfchen in einen geeigneten Sammler abgelenkt werden.

Die Durchflußverfahren ermöglichen gewisse Unterteilungen von Zellengruppen, insbesondere wenn die Vorrichtung die unter-

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schiedlichen Zellen auf der Basis ihrer unterschiedlichen Größen und Arten trennt. So können die Zellen in jeder Gruppe unabhängig geprüft werden. Es wird bisher jedoch als unmöglich betrachtet, die Messungen an bestimmten Zellen während der Durchflußanalyse mit Messungen an Zellen in Beziehung zu bringen, die nach den Mustererkennungsverfahren gemessen wurden. Insbesondere ist ein Nachteil des Durchflußverfahrens für die automatische Zellenanalyse im Vergleich zu den auf. der Mustererkennung basierenden Verfahren der, daß im Gegensatz zum letzteren, keine direkte Möglichkeit besteht, hierzu die Daten in Beziehung zu setzen, die durch die Beobachtungen eines geübten Cytologen gewonnen wurden.

Keines der erwähnten beiden Verfahren gibt eine völlig zuverlässige Analyse.

Pas erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von Informationen Über die Eigenschaften von in einer flüssigen Suspension suspendierten Teilchen zeichnet sich dadurch aus, daß ein Strom der Suspension auf ein Substrat in einem Muster in Abständen voneinander angeordneter. Teilchen aufgebracht wird, wodurch die Folge der zeitlichen Beziehungen zwischen einzelnen Teilchen des Stroms, ^'/enn sie aufgelegt werden, die Folge der räumlichen Beziehungen zwischen den einzelnen Teilchen im ausgelegten Muster bestimmt, daß die räumlichen Beziehungen der ausgelegten Teilchen zwischen einzelnen Teilchen für mehrere Teilchen gemessen werden, um eine erste Messungsfolge zu erhalten, daß wenigstens eine Eigenschaft dieses Teilches in dem Strom gemessen wird, bevor es das Substrat erreicht, sowie die zeitliche Beziehung dieses Teilchens zu wenigstens einem anderen einzelnen Teilchen, bevor die Teilchen abgelegt werden, und zwar für mehrere Teilchen, um eine zweite Messungsfolge einschließlich der auf die zeitlichen Beziehungen und der auf die Eigenschaften der einzelnen Teilchen bezogenen Messungen zu erhalten, und daß die erste Messungsfolge mit dem Teil der zeitlichen Beziehungen der ersten Messungsfolge in Beziehung gesetzt wird, um ein bestimmtes Teilchen im ausgeleg-

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ten Muster mit seiner gemessenen Eigenschaft zu identifizieren, der in der zweiten Messungsfolge enthalten ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von Informationen über die Eigenschaften von in flüssigen Suspensionen enthaltenen Teilchen enthält eine Teilchen-Abtasteinrichtung mit einem Behälter zur Aufnahme der Suspension, eine Meßzone, die auf den Durchtritt von Teilchen anspricht, um ein wenigstens eine physikalische Eigenschaft jedes Teilchens bei dessen Durchtritt wiedergebendes Signal zu erzeugen, und eine. Einrichtung zur Bewegung der Suspension in einem Strom durch die Meßzone, so daß die Teilchen ein zeitliches Muster erzeugen, und zur Bewegung der Teilchen aus der Teilchenabtasteinrichtung, wobei die Teilchen in dem Strom enthalten sind und längs dessen Länge' in einem räumlichen Muster in Abständen voneinander angeordnet sind. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Teilchenabtasteinrichtung zusammen mit einer Einrichtung arbeitet, die das zeitliche Muster und die Signale bei jedem im zeitlichen Muster identifizierten Signal beibehält oder aufrechterhält, wobei das Teilchen das Signal aufgrund seiner Stellung im zeitlichen Muster erzeugt, sowie ferner durch ein Substrat, daß den aus der Abtasteinrichtung austretenden Strom auffängt, durch eine Steuereinrichtung, die eine relative Bewegung zwischen dem Substrat und dem Strom entsprechend einem vorherbestimmten Gesetz erzeugt, so daß der Strom in einer Spur auf die Ober·?· fläche des Substrats abgelegt wird, so daß die Teilchen längs der Spur in Abständen angeordnet werden und das räumliche !■taster auf der SubstratOberfläche beibehalten wird, und durch eine Korrelationseinrichtung, durch die das zeitliche Muster mit dem räumlichen Muster unter Berücksichtigung des Gesetzes in Beziehung gesetzt wird, um jedes Teilchen der ausgelegten Spur mit den aufrechterhaltenen Signalen der entsprechenden Messungen an jedem Teilchen während der Erzeugung des zeitlichen Musters in Beziehung zu setzen.

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- if-

Anhand der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische, perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen ~ Vorrichtung;

Fig. 2 eine ähnliche Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer vollständig automatisch arbeitenden Vorrichtung zur Mustererkennung und Teilchenidentifikation;

Fig."*2A die schematische Teilansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung ähnlich dem der Fig. 2; und

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Der Begriff "Mustererkennung" bedeutet hier die Teilchenklassifikation' durch Identifikation der Form, der inneren physikalischen Eigenschaften und dergleichen.. Der Begriff "Abtastmuster bedeutet das Ergebnis des ordentlichen oder regelmäßigen Verfahrens, nach dem die die Zellen enthaltende Suspension auf ein Substrat abgelegt wird. Der Begriff "zeitliches Murster bedeutet die zeitliche Beziehung zwischen Teilchen, während sie durch die Meßzone des Durchflußsystems hindurchtreten.

Gemäß Fig. 1 sind die mechanischen und zur Leitung von Fluiden bestimmten Teile der insgesamt mit 10 bezeichneten Vorrichtung auf einer Basis oder Plattform 12 montiert. Eine Teilchen-Abtastvorrichtung 14 ist auf einem Arm 15 eines Ständers 16 befestigt, der längs des gekrümmten Pfeils drehbar ist. Ein Arm 17 trägt eine noch zu beschreibende Abtasteinrichtung 40. Die in ausgezogenen Linien gezeigten Stellungen der Arme 15 und 16 können mittels geeigneter, nichtgezeigter Klinken eingestellt werden.

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-Jg- _

•Ο.

Die zu untersuchenden Zellenteilchen werden in einem Elektrolyten suspendiert und in die Teilchenabtasteinrichtung 14
eingeleitet, die eine Einrichtung zur Erzeugung von Tröpfchen enthält. In der Teilchenmeßeinrichtung wird die Teilchensuspension durch eine Öffnung bewegt, durch die zusätzlich ein
elektrischer Strom fließt. Die effektive Impedanz der Öffnung wird durch die Gegenwart eines durch dieselbe hindurchtretenden Teilchens verändert, durch die wiederum ein Signal erzeugt wird, dessen Dauer im wesentlichen gleich der Zeit ist, die zum Durchtritt des Teilchens durch die Öffnung erforderlich ist. Die Amplitude des Signals ist im wesentlichen proportional der Größe des Teilchens.

Die Anzahl der Signale gibt die Anzahl der durch die Öffnung
hindurchtretenden Teilchen wieder, so daß unter Verwendung
einer elektronischen, mit sehr hoher Geschwindigkeit ansprechenden Zähleinrichturg eine Zählung durchgeführt werden kann. Die einzelnen Signale stellen die einzelnen, hindurchtretenden
Teilchen dar. Die Amplitude jedes Signals ist im wesentlichen proportional der Größe des das Signal erzeugenden Teilchens.
Die Signale können in der Reihenfolge ihrer Erzeugung gespeichert werden. Die Zeitabstände zwischen den Signalen können ebenfalls in einem geeigneten Speicher eines Rechners als In^- formation gespeichert werden. Jedes Teilchen hat für das Signal und die Intervallinformation eine zugehörige Adresse.

Andere Informationen bezüglich der Teilchen können durch eine Wandlereinrichtung erhalten werden, die auf den Durchtritt
der suspendierten Teilchen durch elektrische oder 'optische
Meßzonen anspricht. Die sogenannten physikalischen Haupteigenschaften der Teilchen können gemessen und als elektrische Analoggrößen gespeichert werden. Diese physikalischen Eigenschaften sind unter anderem das Ansprechverhalten auf in der
Öffnung fließende Ströme mehrfacher Frequenz, das Ansprechverhalten auf unterschiedliche Wellenlängen des Lichts, die Fluoreszenz, die elektrische Trübung und dergleichen.

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Λ.

Die Einrichtung zur Erzeugung von Tröpfchen enhält einen Ring 30 zur Aufladung der Tröpfchen, Ablenkplatten 32 und eine einen Strahl bildende Mündung (nicht gezeigt) oberhalb des Stroms27. Die Mündung erstreckt sich unterhalb der Öffnung, so daß die einzelnen suspendierten Teilchen durch die den Strahl "bildende Mündung hindurchtreten. Mit der Einrichtung zur Erzeugung der Tröpfchen ist eine Speiseeinrichtung für ein Verdünnungsmittel oder eine andere Flüssigkeit gekuppelt, und zwar durch Einrichtungen, durch die die Flüssigkeit so geleitet wird, daß sie die suspendierten Teilchen umgibt und so als Mantel für die Teilchen wirkt,, während sie durch die den Strahl bildende Öffnung hindurchtreten. Mit dem Tröpfchengenerator kann ein nichtgezeigter Oszillator gekuppelt werden, um ihnen eine gleichmäßige oszillatorische Bewegung zu erteilen. Durch diese Bewegung wird der aus der Mündung austretende Fluidstrom in den Strom 27 aus gleichmäßig großen Tröpfchen unterbrochen.

Nachdem der Strahl aus Teilchen 27 durch eine strahlbildende Hündung hindurchgetreten ist, die in diesem Fall auch die öffnung für die Teilchenabtasteinrichtung bildet, wird dieser Teilchenstrom durch den Aufladering 30 geleitet. Die elektrische Schaltung zur Betätigung der Texlchenmeßeinrichtung und der Teilchengenerator sind insgesamt mit 34 bezeichnet. Auch ist die Schaltung zum Betreiben eines Coulter-Teilchendetektors vorgesehen, die eine Stromquelle für die Öffnung und eine Schaltung zur Erfassung, Verstärkung und Formung der Signale enthält, die durch die durch die Meßzone hindurchtretenden Teilchen erzeugt werden.

Aus dem Tropfchenstrom 27 können mittels der Platten 32 nichtinteressierende Tröpfchen getrennt oder abgelenkt werden. Beispielsweise kann eine Suspension mit weißen und roten Zellen so getrennt werden, daß nur die weißen Zellen durch die Platten hindurch direkt auf ein Substrat 18 gelangen können, während die die roten Zellen enthaltenden Tröpfchen in ein Abfall-

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rohr 37 gelenkt werden. « ο .

Die von der Messung der durch die Meßzone hindurchtretenden Teilchen erhaltenen Informationen können auch mittels Diskriminatorschaltungen selektiert werden, so daß keine Information angenommen wird, die sich auf Teilchen von in das Abfallrohr 37 geleiteten Tröpfchen bezieht. . Dies kann beispielsweise auf der Basis der Amplitude der Signale geschehen, da ein leicht meßbarer Unterschied zwischen Signalen der einen und der anderen Teilchenkategorie besteht. Die Unterscheidung zwischen roten und weißen Blutzellen ist verhältnismäßig einfach, da sie sich hinsichtlich der Farbe und der Größe unterscheiden.

Die gewünschte Information, die als elektrisches Analogoder Digitalsignal vorliegen kann, wird von der elektronischen Schaltung 34 zu einem Rechner 36 geleitet, wo jedes Teilchen seine eigene Adresse hat, auf der die Informationen über die durchgeführten Messungen in der Meßzone und der Intervallzeit zum späteren Abruf gespeichert werden.

Die Teilchen in der in der Messung befindlichen Probe werden im Elektrolyten derart verdünnt, daß der Teilchengenerator der Teilchenmeßeinrichtung 14 nur äußerst selten mehr als einem Teilchen in jedem Tröpfchen abgibt, wenn die Tröpfchen geformt, ausgestoßen und auf die Oberfläche des Substrats 18 fallengelassen werden. Wird die Oberfläche mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, so ist der Abstand zwischen den Teilchen proportional den Zeitabständen zwischen den ausgestoßenen Teilchen. Diese Verschiebungen ermöglichen eine Kette von Messungen proportional den willkürlichen Intervallen der Teilchenimpulse, die erzeugt werden, wenn die Teilchen durch die Meßzone der Teilchenmeßeinrichtung 14 hindurchtreten.

Durch die Oberfläche des Substrats 18 werden die Tröpfchen gehalten, ohne daß sie sich nach ihrem Auftreffen bewegen können. Somit bleiben sie nach dem Auftreffen fest liegen. Das Substrat

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18 kann zu diesem Zweck eine mattgeschliffene Oberfläche haben. Auch kann das Substrat 18 aus einem absorbierenden Material bestehen, beispielsweise gepreßtem Papier, so daß das die Flüssigkeit der Tröpfchen bildende Verdünnungsmittel durch die Kapillarwirkung abgesaugt oder durch das Substrat 18 hindurchgesaugt wird. Auch kann eine Unterdruckleitung 38 vorgesehen sein, wobei das Material des Substrats gelocht ist.

Das Substrat 18, das beim Ausführungsbeipiels der Fig. 1 gleitend beweglich ist, ist auf einem Schlitten 20 befestigt. Dieser wird durch einen insgesamt mit 22 bezeichneten Antrieb relativ zum Strom der Tröpfchen 27 angetrieben. Der Schlitten 22 bewegt sich gegenüber dem Strom 27 vor- und rückwärts (Pfeil 24) und nach rechts und links (Pfeil 26). Hierdurch ergibt sich ein meander- oder serpentinenförmiger Verlauf der Tropfchenspur 28. Statt in diesem können die Tröpfchen auch in anderen Mustern ausgelegt werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel hat das Substrat 18 die Form eines schmalen Bandes, mit dem die abgelegten Zellen ohne Verschiebung derselben gehalten werden können. Auch ein synthetisches transparentes Harz ist brauchbar, z.B. Papier, durch das Flüssigkeit angesaugt werdenkann, damit sie.die jeweilige Zelle zum Abtasten freigibt.

Das Substrat 18 mit dem Muster aus Tröpfchen wird mittels einer Abtasteinrichtung 40 abgetastet, die ein am Arm 17 befestigtes Mikroskop 42 enthält. Das Substrat 18 wird nochmals längs eines Weges bewegt, der adentisch ist mit der serpentinenf örmigen Spur 28, längs der die Teilchen abgelegt wurden. Die Abstände zwischen den Teilchen in der Spur 28 werden mittels der Abtasteinrichtung 40 gemessen und im Rechner 36 gespeichert. Der Rechner 36 ist so programmiert, daß er die Abstände zwischen den Teilchen auf dem Substrat mit der entsprechenden Zeit zwischen den Teilchenimpulsen in Beziehung setzt, die während des Durchtritts der Teilchen durch den

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Tröpfchengenerator 14 gemessen werden.

Die Geschwindigkeit, mit der die Teilchen während der Abtastung abgetastet werden, braucht nicht konstant zu sein. Die Geschwindigkeit muß lediglich während der Bildung der Spur und der Prüfung identisch sein, so daß nichtlineare Geschwindigkeiten möglich sind, wenn beispielsweise eine spiralförmige Spur gebildet werden soll. Ein spiralförmige Spur kann in einem Ausführungsbeispiel angewendet werden, da die Bewegungen in x- und y-Richtung praktisch sinusförmig-sind und dabei die geringste Beschleunigung des Substrats auftritt, wodurch die Genauigkeit und Lebensdauer des Antriebsmechanismus erhöht werden kann.

Die Abtasteinrichtung, das heißt die Einrichtung 22 zum Antrieb des Schlittens 20 kann mit einer Einrichtung zur Richtungsumkehr der kosinusförmigen (gegenüber der sinusförmigen phasenverschoben) Bewegung am Ende jeder Breite und zur sinusförmigen Weiterschaltung von einer Linie zur nächsten Linie versehen sein, wodurch während der Richtungsumkehr und der Weiterschaltung zur nächsten Abtastlinie die Geschwindigkeit konstant gehalten wird. An der gegenüberliegenden Seite des Schlittens wird der Vorgang umgekehrt, daß heißt, die seitliche Bewegung wird kosinusförmig umgekehrt und die Längsbewegung wird sinusförmig, weitergeschaltet. Durch den kosinusförmigen und sinusförmigen Antrieb ergibt sich außer der Beibehaltung einer konstanten Geschwindigkeit in Richtung der Abtastung eine minimale Beschleunigung, wodurch die Dauerhaftigkeit des Mechanismus weiter verbessert und die Gefahr vermindert wird, daß die abgelegten Tröpfchen geschüttelt werden.

Wenn das Substrat 18 mit Teilchen bedeckt ist, wird es manuell oder automatisch vom Schlitten entnommen und kann durch ein Färbebad 44 geführt werden. Nach Beendigung der Färbung und während sich die Teilchen fest in ihrer Stellung auf dem Substrat 18 befinden, wird dieses wieder auf den beweglichen Träger 20 gelegt und das optische Mikroskop in Stellung

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gebracht. Das Mikroskop kann auf den Anfang des Musters oder der Spur auf dem Substrat 18 ausgerichtet werden, indem eines oder mehrere Tröpfchen auf das Substrat 18 aufgebracht und das Mikroskop genau auf ein einziges Tröpfchen ausgerichtet wird. Dieses einzige Tröpfchen kann sich an der oberen linken Ecke des Substrats befinden, so daß die Ausrichtung gewährleistet wird, wenn die Einrichtung 14 durch das Mikroskop 42 ersetzt wird. Hiernach ist lediglich noch die Zeit erforderlich, die die Tröpfchen benötigen, um vom Tröpfchengenerator der Einrichtung 14 auf das Substrat 18 zu fallen.

Während die Teilchen durch die Teilchenmeßeinrichtung 14 geleitet werden, werden die Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden Tröpfchen gemessen. Diese Zeitabstände werden als Teil der Information aufgezeichnet, die in der vorstehend beschriebenen ¥eise von jedem Teilchen erhalten wurde. Es wird der Zeitabstand vor oder nach einem Teilchen erfaßt. Nachdem die Teilchen auf dem Substrat abgelegt sind, entsprechen'die Zeitintervalle der Bewegungsgeschwindigkeit über das Abtastmuster, so daß ein proportionales räumliches Muster auf dem Substrat erzeugt wird. Das Mikroskop wird mit genau der gleichen Geschwindigkeit über das Abtastmuster bewegt, so daß das räumliche Muster in das ursprüngliche zeitliche Muster "zurückübersetzt" oder übertragen wird. Die räumlichen Muster zwischen den Teilchen auf dem Substrat 18 werden so gemessen lind dann mit dem zu-vor gemessenen zeitlichen Muster verglichen, als die interessierenden Teilchen durch die Teilchenmeßeinrichtüng des Tropfengenerators hindurchtraten.. Die beiden Muster werden durch den Rechner 36 aufgezeichnet und verglichen. Das erste Muster» das die zeitliche Beziehung zwischen den Teilchenimpulsen enthält , wird an das zweite Muster angepaßt, bzw. mit diesem verglichen, das den räumlichen Intervall zwischen den interessierenden Teilchen in serpentinenförmigen Muster 28 enthält, so daß ein einzelnes Teilchen auf dem Substrat 18 zur zugehörigen elektrischen Messung in Beziehung gebracht werden kann, die im ersten Muster enthalten ist. Z.B.

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sei angenommen, daß die zeitlichen Intervalle zwischen den Teilchen folgendermaßen liegen:

Reihe A: 10, 18, 45, 6, 11, 8, 20, 4, 13, 19,

7, 15, 27, 4, 32, 12, 27, 18........

Diese Reihe stellt die Intervalle in Mikrosekunden zwischen den Teilchen dar, wenn sie durch die Meßzone der Teilchenmeßeinrichtung 14 hindurchtreten. Wenn die Teilchen auf dem Substrat 18 abgelegt sind, erscheinen sie in der gleichen Reihenfolge. Es sei angenommen, daß das Substrat nach der Färbung und Fixierung geprüft und die Intervalle zwischen den Teilchen in folgender Reihenfolge liegen:

Reihe B: 12, 8, 24, 16, 10, 18, 45, 6, 11,

8, 20, 4, 13, 19, 7, 15, 27, 4......

Eine Betrachtung dieser beiden Reihen zeigt, daß die erste Zahl · 10 der Reihe A als fünfte Zahl in der zweiten Reihe B wiederkehrt. Danach sind beide Reihen identisch. Da die Teilchen an der Strahlbildungsöffnung 33 der Einrichtung 44 und am Substrat 18 nacheinander gleichermaßen eintreffen, muß das Teilchen, das nach dem Abstand von 10 Mikrosekunden und vor dem Abstand von 18 WSsrosäsanäaa. eintraf, das zweite gemessene Teildisi gewesen sein, das durch die Strahlbildungsmündung hindurchtrat. Das sechste Teilchen aus dem Substrat, das das Zehn-MikroSekunden-Intervall beendete und das Achtzehn-Mikrosekunden-Intervall einleitete war das gleiche identische Teilchen.

Die beiden Reihen können als Teile zweier unendlicher, zufälliger Reihen gedacht werden, die gegeneinander phasenverschoben sind. Bei praktisch ausgeführten Instrumenten kann es schwierig sein, am Beginn eines Laufs eine Zuordnung zwischen den beiden Reihen zu erreichen, insbesondere wegen der Startübergänge am Substrat-Abtastmechanismus und der Strahlbildungsmündung 33 des Tröpfchengenerators der Teilchenmeßeinrichtung 14. Es kann daher schwierig oder überhaupt unmöglich sein, die technischen Probleme zu lösen, um zu gewährleisten, daß das erste Teilchen, das den Tröpfchengenerator ver-

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läßt, das erste Teilchen auf dem Substrat ist. Es ist daher zweckmäßig, vor dem Versuch einer Zuordnung die ersten Teilchen .zu ignorieren und zu warten, bis das System im Gleichgewicht ist. Eine weitere Komplikation besteht darin, daß die Schwellen an den beiden Geräten auf unterschiedliche Parameter ansprechen, so daß das eine auf eine Zelle anspricht, das andere dagegen nicht. Die Prüfung des Intervallmusters zeigt jedoch eindeutig, was in einem solchen Fall geschah.

Stets wenn ein Teilchen durch die Meßzone in der Einrichtung 14 hindurchgetreten ist, wurden am Teilchen bereits Daten festgestellt, unter anderem die erwähnten Parameter. Diese Messungen werden in elektrischer Analogform im Rechner auf einer für jedes Teilchen reservierten Adresse gespeichert. Eine andere Datenart, die auf dieser Adresse gespeichert wird, ist das Intervall eines Teilchens von einem benachbarten Teilchen. Nachdem das Substrat hergestellt, gefärbt und fertig zur Analyse ist, werden die räumlichen Messungen vorgenommen und je auf einer dem jeweiligen Teilchen entsprechenden Adresse gespeichert. Das Intervall oder der Abstand, der jedes Teilchen vom benachbarten Teilchen trennt, wird ebenfalls im Speicher gespeichert.

Bei den oben beschriebenen Reihen A und B ist das zweite Teilchen der ersten Reihe das sechste Teilchen der zweiten Reihe. Somit können die Messungen an diesem Teilchen aus beiden Reihen kombiniert werden, wobei sicher ist, daß nur ein Teilchen betroffen ist. Der Rechner 36 dupliziert die Denkvorgänge des Lesers und wählt willkürlich eine Zahl in der ersten Reihe aus. Er sucht dann die Adressen hinsichtlich aer Intervalle in der zweiten Reihe ab, bis er eine Übereinstimmung findet. Im Oben beschriebenen Beispiel ist dies der Intervallwert 10. Der Rechner schreitet dann um eine Stellung in jeder Reihe fort und führt einen weiteren Vergleich durch. Im vorliegenden Fall stellt er fest, daß in beiden Reihen die Zahl 18 wiederkehrt. Er schreitet um einen Schritt weiter fort und findet in beiden

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Reihen die Zahl 45. An dieser Stelle ist es sehr wahrscheinlich, daß der Rechner die Folge gefunden hat, so daß jede Zelle sicher identifiziert werden kann.

Der Rechner kann diesen Vergleich für eine große Anzahl von Intervallen durchführen. Auf diese Weise geht die Wahrscheinlichkeit einer Fehlzuordnung gegen null. Es besteht die Möglichkeit, daß das gleiche Intervall mehr als einmal in der gleichen Reihe auftritt, beispielsweise das Intervall 4,- das im achten und vierzehnten Intervall der ersten Reihe auftritt. Der Rechner stoppt an diesem Intervall, scheidet es jedoch nach einen Versuch als unwahrscheinlich aus, wenn er weitergeschaltet und festgestellt hat, daß das folgende Intervall im einen Fall 32 und im anderen 13 beträgt. Bei der weiteren Abfrage stellt er fest, daß das nächste Intervall in der einen Reihe 12 und der anderen 19 beträgt. Der Rechner weist diese Werte zurück und versucht nochmals, bis er die richtige Übereinstimmung gefunden hat. Es ist verhältnismäßig einfach, den Rechner entsprechend zu programmieren. Wenn die Teilchenmeßeinr-ichtung wegen der kleinen Größe oder der geringen Phosphoreszenz der Teilchen oder aus einem anderen Grund nicht ausreichend auf die Teilchen der Reihe anspricht, verläuft die erste Reihe folgendermaßenϊ

10, 18, 45, 6, 11, 8, 20, 17, 19,

7, 15, 27, 4, 32, 12, 27, 18,

Wird das sich ergebende Substrat mit dem Mikroskop geprüft, so werden folgende Intervalle festgestellt:

12, 8, 24, 16, 10, 18, 45, 6,

11, 8, 20, 4, 13, 19, 7, 15, 27,

Auf das gemeinsame Intervall 10 folgt das gemeinsame Intervall 18 und darauf das gemeinsame Intervall 45. Darauf folgt in beiden Fällen 6, darauf 11, 8 und darauf 20. Beim nächsten Vergleich wird in der einen Reihe 4 und in der anderen 17 festgestellt. Nachdem der Rechner in diesem Fall so viele Überein-

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Stimmungen festgestellt hat, stoppt er, läuft in eine andere Schleife und vergleicht einige angrenzende Intervalle mit einem der anderen. Dabei stellt er fest, daß die Summe aus 4 und 13 in der zweiten Reihe gleich der 17 in der ersten Reihe ist. Er stellt somit fest, daß die Intervalle 4 und 13 in der zweiten Reihe gegenüber der ersten Reihe fehlerhaft sind. Diese Tatsache wird signalisiert und das Programm läuft weiter. Darauf stimmt die 19 mit der 19 überein, die 7 mit der 7, die 15 mit der 15 usw., mit der Ausnahme, daß statt der fünften Zahl in der zweiten Reihe, die mit der ersten Zahl in der ersten Reihe übereinstimmt, die vierzehnte Zahl in der zweiten Reihe mit der neunten Zahl in der ersten Reihe übereinstimmt. Dies kann in der einen oder anderen Weise verlaufen, das automatische Abtastmikroskop kann jedoch eine Zelle verfehlen, während die Teilchenmeßeinrichtung im Tröpfchengenerator 14 das Teilchen erfaßt. In jedem Fall kann mit Hilfe des Rechnerprogramms festgestellt werden, was geschah, die unvollständigen Daten können angezeigt werden und das Programm weiterlaufen.

Eine dritte Schwierigkeit bei dem obigen System ist, daß die Teilchen oder Zellen leicht unterschiedliche Verzögerungszeiten zwischen ihrem Austritt aus dem Tröpfchengenerator der Teilchenmeßeinrichtung 14 und ihrem Auftreffen auf dem Substrat haben können, und zwar wegen der Besonderheiten der Strömung im Strahl vor der Bildung der Tröpfchen. Diese Erscheinung wird als Flimmern bezeichnet. Die unterschiedlichen Verzögerungszeiten werden mittels "Fenstern" beseitigt, so daß eine kleine Änderung des Intervalls die numerischen Größen des Intervalls nicht beeinflußt, wenn nicht- gerade ein Teilchen an einer der Grenzen eines Fensters auftrat, so daß ein Intervall scheinbar in der nächst größeren oder kleineren Kategorie lag, als in der, in der es tatsächlich liegen sollte, Dies kann durch die folgenden Reihen illustriert werden: Die erste Reihe ist die gleiche wie die obige Reihe A-

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10, 18, 45, 6, 11,· 8,' 20, 4, 13, 18, 7, 15, 27, 4, 32, 12, 27, 18,

Die zweite Reihe kann folgendermaßen lauten:

12, 8, 24, 16, 10, 18, 45, 5, 12, 8, 20, 4, 13, 19, 7, 15, 27, 4,

Die achte und neunte Zahl 5 bzw. 12 in der zweiten Reihe unterscheiden sich von der ursprünglichen Reihe dadurch-, daß die erste kleiner und die zweite größer ist. Dieser Effekt wird durch ein Teilchen bewirkt, das am Substrat um den Bruchteil einer Sekunde früher als im Mittel eintrifft, so daß der vorherige Intervall verkürzt und der folgende verlängert wird. Eine Möglichkeit, nach der der Rechner erkennen kann, daß dieser Effekt eintrat, besteht darin, daß aufeinander folgend Paare oder Dreiergruppen von Intervallen addiert werden. Werden aufeinander folgende Paare addiert, so ergibt sich folgende Reihe:

28, 63, 51, 17, 19, 28, 24, 17,

32, 26, 22, 42, 31, 36, 44, 39 und 45.

Die zweite, durch Addition aufeinander folgender Paare von Intervallen gebildete Reihe lautet folgendermaßen:

20, 32, 40, 26, 28, 63, 50, 17,

20, 28, 24, 17, 32, 26, 22, 42 und 31.

In dieser zweiten Reihe enspricht die fünfte Zahl der ersten Zahl der ersten Reihe und die sechste Zahl der zweiten Zahl der ersten Reihe. Jedoch unterscheidet sich die siebte Zahl der zweiten Reihe um eins von der dritten Zahl der ersten Reihe. Die achte Zahl der zweiten Reihe ist die : gleiche wie die vierte Zahl der ersten Reihe und die neunte Zahl der zweiten Reihe unterscheidet sich um eins von der fünften Zahl der ersten Reihe. Durch Addition aufeinander folgender Paare unterscheiden sich die achte und neunte Zahl der zweiten Reihe von der vierten und fünften Zahl der ersten Reihe. Da die durch Addition der aufeinander folgenden Paare gebildete

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-W-

achte Zahl der zweiten Reihe die gleiche ist wie die vierte Zahl der ersten Reihe, kann ein Programm für ein Reihenpaar aufgestellt werden, bei dem, wenn sich zwei aufeinanderfolgende Zahlen in beiden Reihen unterscheiden, die Summe dieser · anomalen Zahlen von der Summe der entsprechenden Intervalle der ersten Reihe geprüft wird. Sind die Summen gleich, so kann die durch diesen Unterschied der Verzögerungszeiten hervorgerufene Schwierigkeit vernachlässigt werden. In diesem Fall ist das- Teilchen, das das vierte Intervall beendet und das fünfte Intervall der ersten Reihe einleitet, das gleiche Teilchen, das das achte Intervall der zweiten Reihe beendete und das neunte Intervall einleitete.

Auf andere Weise kann die richtige Phase erkannt werden, wenn eine zweite Dreiergruppe der ersten Reihe addiert wird. Die Zahlen, die den Homologen in der Gegenreihe entsprechen, sind weiter entfernt von der Zahl, die das der Zeitverzögerung unterworfene Teilchen darstellt. Einfach ausgedrückt, die zueinander passenden Intervalle können unverändert bleiben und der Rechner kann versuchsweise Additionen bei den Intervallen durchführen, die nicht passen, bis eine Summe zu einem Intervall einer Reihe paßt, oder bis zwei Summen passen. Er kann dann weiterlaufen, wenn diese Übereinstimmung festgestellt ist.

Auf andere Weise kann die richtige Phase gefunden werden, wenn die Intervalle in der einen Reihe von den Intervallen in der anderen für etwa 12 Intervalle subtrahiert werden. Die Reihen der Differenzen werden addiert. Die Phase wird wiederholt stufenweise fortgeschaltet. Wenn die richtige Phase gefunden ist, wird die Summe der Absolutwerte der Differenzen plötzlich sehr klein. Die 12 geprüften Intervalle können dann durchgeschaltet werden, bis ein von O unterschiedlicher Wert ein verlorenes Teilchen oder ein Flimmern anzeigt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 können der Schlittenantrieb 22 und damit der Scnlitten oder das Substrat 18 in

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ihre ursprüngliche Stellung und in den Ausgangspunkt zurückgebracht werden, wobei das Mikroskop 42 auf der Säule 16 in eine Stellung über dem Substrat 18 gedreht ist. Das Substrat 18 kann dann mit der gleichen Geschwindigkeit wie bei der Bildung der Tropfen längs eines identischen Zyklus geführt werden. Jedesmal wenn das Mikroskop 42 eines der Teilchen feststellt, das durch die Tröpfchenbildungseinrichtung 33 abgelegt wurde, mißt es das Intervall, das es vom vorausgehenden Teilchen trennt. Diese Information wird an einem anderen Platz des Rechners gespeichert. Die Information wird später in der oben beschriebenen Weise gebraucht, um die einzelnen Teilchen zu identifizieren. Nachdem die Reihe der Intervalle zwischen den Teilchen auf dem Substrat gemessen ist und die Teilchen sämtlich identifiziert sind, führt der Antriebsmechanismus 22 das Substrat 18 wiederum in die Ausgangsstellung zurück und es wird gleichzeitig jeweils ein Teilchen abgetastet, wobei an jedem Teilchen so lange angehalten wird, bis ein Beobachter oder ein geeignetes Gerät eine andere Art der Teilchenerkennung durchgeführt hat, die je nach der Art der Teilchen in der ursprünglichen Probe erforderlich sein kann. Die aus der Teilchenerkennung oder -untersuchung gewonnenen Daten können im Speicher des Rechners auf der Adresse des Teilchens gespeichert werden. Das Rechnerprogramm speichert, wie beschrieben, diese zusäizliche Information mit der entsprechenden Information, die während der Tröpfchenbildung erhalten wurde. Durch das oben beschriebene Vorgehen wird die Informationsmenge beträchtlich erhöht, die zur Untersuchung jedes Teilchens erhältlich ist.

Eine andere Möglichkeit des Vorgehens besteht 'darin, daß der Antriebsmechanismus 22 an jeder interessierenden Zelle angehalten wird, während eine Mustererkennungs-Abtastung durchgeführt wird, damit die Daten hinsichtlich der verschiedenen Eigenschaften der Zelle im Rechnerspeicher gespeichert werden können. Gleichzeitig wird der Intervallmeßtakt unterbrochen. Wenn die Bewegung des Antriebs 22 wieder aufgenommen

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wird, wird der Taktoszillator in der .Intervallmeßeinrichtung erregt und die Zählung wieder aufgenommen. Hierbei können sämtliche Daten in einem Lauf über das abzutastende Muster festgestellt werden.

Fig. 2 zeigt eine insgesamt mit 46 bezeichnete Vorrichtung, mit der eine vollautomatische Mustererkennung und Teilchenidentifizierung gemäß der Erfindung möglich ist. In Fig. 2 sind gleiche oder ähnliche Teile mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. 1.

Das Substrat besteht in diesem Fall aus einem langen Band oder Streifen 48 aus geeignetem absorbierendem oder porösem Material, beispielsweise aus festem Papier oder Harz mit einem gelochten Körper, das die darauf abgelegten Teilchen festhalten kann. Die Flüssigkeit der die Teilchen umhüllenden Tröpfchen wird durch das Substrat 48 mittels einer Unterdruckeinrichtung 66 abgesaugt. Das Substrat befindet sich auf der linken Seite auf einer Vorratsrolle 50 und läuft über eine Platte 22^f, über eine Antriebsrolle 52, nach unten in eine automatische Färbeeinrichtung 56 und aus dieser zurück über eine Antriebsrolle 54, nach unten durch eine Reihe von Klemmrollen 55» 57 > 59 und 62, die einen gesteuerten Antrieb unter dem. Mikroskop 42 bilden, und von dort auf eine Aufnahmerolle 64. Die Klemmrollen und Antriebsrollen können mit der gleichen Drehzahl laufen, oder es kann in der Färbeeinrichtung 56 eine Einrichtung zur Aufnahme oder zum Ausgleich der Geschwindigkeitsunterschiede vorgesehen sein.

Als Teilchenmeßeinrichtung 14 kann ein sogenannter Coulter-Zähler verwendet werden. Andere bekannte Durchfluß-Meßzonen können verwendet werden, wenn ein Strom 27 aus Probensuspension vorhanden ist, der aus der Proben-Abgabeeinrichtung 33 ejiziert wird, und der auf das Substrat 48 trifft. Die in der oder in den Meßzonen erzeugten Signale werden in üblicher Weise durch die elektronischen Einrichtungen 34 verarbeitet

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und dem Rechner 36 zugeführt.*

Die Einrichtung 56 ist eine automatische Substrat-Färbeeinrichtung. Das Substrat 48 bewegt sich mit seiner Spur durch diese Einrichtung und in das beschriebene Antriebsrollensytem. Die Klemmrollen 57 und 59 sind auf einem Schlitten 80 befestigt, der quer zur Längsrichtung des Bandes 48 hin- und herbewegt werden kann (Pfeil 82). Die elektrische Verbindung 84 zwischen dem Antriebsmechanismus 58 und dem-Rechner 36 dient zur Anzeige, daß die Bewegung des Schlittens 80 der seitlichen Auswanderung des Stroms 27 folgt, so daß das Objektiv des Mikroskops 42 genau der Spur 28 der Teilchen folgen kann.Die Linie der Proben ist daher stets genau unter dem Objektiv des Mikroskops zentriert. Die Einrichtung 40 kann eine beliebige bekannte Führungseinrichtung enthalten, um zu gewährleisten, daß die seitliche Stellung des Substrats 48 die richtige Abtaststellung am Schlitten 80 ergibt, um Parallelitätsfehler zwischen dem linearen Abtastmuster und dem Substratband 48 oder Ungenauigkeiten der Antriebsrollen zu kompensieren. Die zeitliche Steuerung längs der Spur ist unwesentlich, da die von der Teilchenmeßeinrichtung 14 erhaltenen Informationen bereits an der richtigen Adresse gespeichert sind und die vom Mikroskop 42 erhaltene Information richtig zugeordnet und für identische Teilchen vom Rechner zur gleichen Adresse geleitet wird.

Die Einrichtung 40 ist in diesem Fall eine in geschlossener Schleife arbeitende Fernseh-Abtasteinrichtung, die mit dem Mikroskop 42 zusammenarbeitet und die empfangene Information dem Rechner zuleitet.

Die Bandschleifen zwischen den Rollen, 55» 57, 59 und 62 erlauben aus den oben angegebenen Gründen eine seitliche Bewegung des Schlittens 80. Ferner erlauben sie ein Anhalten des Bandes während der Mustererkennung an den durch die Fernsehkamara-Rechner-Kombination festgestellten Teilchen. Solange die Bewegung dem richtigen Gesetz zwischen den Teilchen

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folgt (in diesem Fall ist sie konstant), wird die Messung der Intervalle nicht beeinflußt. Die restlichen Bestandteile der Vorrichtung sind aus der Darstellung verständlich. Statt zweier Rollen zur Abgabe und Aufnahme des Bandes können vier Rollen vorgesehen sein, so daß die Ablegung der Probe auf das Band und die Mustererkennung an unterschiedlichen Vorrichtungen und/oder zu unterschiedlichen Zeiten und an unterschiedlichen Stellen durchgeführt werden können.

In beiden beschriebenen Fällen können die Informationen auf Scheiben oder Bändern gespeichert werden, die zusammen mit dem Rechner arbeiten. Auf diese Weise können die von der Teilchenmeßeinrichtung 14 gewonnenen Informationen in jedem Fall, wenn das Teilchen durch die Meßzone hindurchtritt, in einer solchen Speichereinrichtung gesammelt und in einen Rechnerspeicher zurückgegeben werden, wenn der Vergleich mit den Daten der Mustererkennung des Rechners durchgeführt wird.

Fig. 3 zeigt ein-.Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei getrennten Abtaststufen. Die Teilchenabtasteinrichtung 14 mit ihrer Strahl- und Tröpfchenbildungseinrichtung 31 erzeugt den Tröpfchenstrahl 27, der durch den Ladering 30 hindurch-und an den Ablenkplatten 32 vorbeitritt und schließlich auf das Substrat 18 trifft. Das Substrat 18 ist auf einem Schlitten 20 befestigt, der ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 durch den Antriebsmechanismus 22 angetrieben wird, so daß eine Spur 28 aus Teilchen auf der Oberfläche des Substrats 18 entsteht. Das Abfallrohr 37 empfängt die abgelenkten Tröpfchen, die keine Teilchen oder nichtinteressierende Teilchen enthalten. Der Block 34 besteht aus einer Probenspeiseeinrichtung und einer elektronischen Schaltung. Diese Unterteilung zeigt, daß Einrichtungen erforderlich sind, um die verschiedenen mechanischen und elektrischen Funktionen durchzuführen und sie miteinander in Beziehung zu bringen. Die Teilchenabtasteinrichtung 14 und Tröpfchenbildungseinrichtung 33 können Anordnungen enthalten, die eine Probenfluidspeisung, Steuereinrichtungen, Fluidven-

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tile und -leitungen, eine Erregungsschaltung zur Bildung der Tröpfchen, Filter, Detektoren, Verstärker, logische Analyseschaltungen, Ladeschaltungen, Diskriminatoren , elektronische Ablenkschaltungen, Netzspeisungen, Zwischen- oder Übergabeschaltungen beim Computer und den Antrieb usw. erfordern. Alle diese Bestandteile sind durch den Block 34 angedeutet. Ferner sind verschiedene Verbindungen mit den Bauteilen gezeigt.

Vom Block 34 verläuft eine Leitung zum Rechner 36, der aus zwei Teilen aufgebaut ist, von denen sich der eine auf die Fließfunktionen und Messungen bezieht und der andere auf die Videomessungen und die Daten. Prinzipiell werden die Messungen, die bei der Abtastung der Teilchen in der Meßzone · durchgeführt werden, zusammen mit ihrem zeitlichen Muster dem Fließteil des Rechners 36 zugeführt und dort gespeichert. Auf diese Weise ergibt sich ein Speicher für die gemessenen Parameter und ein Speicher für die Impuls-Eintreffzeit oder Trennintervalle.

Nach Herstellung eines Substrats 18 kann es vom Schlitten abgenommen und in eine Färbe-¹ und Fixiereinrichtung 44 gegeben werden. Darauf wird das Substrat 18 auf den Schlitten 90 gelegt, der auf einer zweiten Abtaststufe 92 gelagert ist. Diese zweite Stufe 92 kann identisch mit der ersten Stufe sein, oder sie kann von Hand mittels einer Feineinstelleinrichtung beweglich sein. Beispielsweise ist eine x-Steuereinrichtung inform eines Drehknopfes 94 mit dem Schlitten 90 sowie ein sichtbarer Zähler 96 auf der rechten Seite und eine y-Steuereinrichtung 98 mit dem Zähler 100 auf 'der linken Seite der Stufe 92 angeordnet, wobei hiermit der Schlitten 90 unter einem rechten Winkel zu der durch den Knopf 94 bewirkten Bewegung angetrieben wird. Das Mikroskop 42 kann also genau über federn' beliebigen Teilchen positioniert werden. Bei dem Mikroskop kann es sich um ein normales Mikroskop handeln, oder es kann mit diesem eine Fernseh-Abtasteinrich-

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tung 40 verbunden sein, die die Information zu einem anderen, als Videospeicher bezeichneten Speicher des Rechners leitet. Die Stellung des Substrats 18 wird durch die beiden Zähler oder Register 96 und 100 angezeigt. Diese zeigen eine Zahl an, die proportional ist dem Abstand von einem Ausgangspunkt, die durch die Rückstellknöpfe 102 und 104 angezeigt wird.

Im Betrieb wird das Mikroskop 42 auf ein Bezugsteilchen auf der Spur 28 geführt und die Zähler 96 und 100 werden auf 0 gestellt. Danach wird der Drehknopf 98 betätigt, bis ein Teilchen unter dem Mikroskop 42 erscheint, vorzugsweise in der Mitte seines Feldes. Die am Zähler 100 erscheinende Zahl wird als y-0rdinate aufgezeichnet. 1st dieses Teilchen notiert, so wird der Drehknopf 98 wieder gedreht, bis das nächste Teilchen in das Feld gelangt. Der relative Abstand zwischen den ersten beiden Teilchen wird als Differenz zwischen den beiden Ablesungen am Zähler 100 notiert. Alternativ kann durch Drücken des Rückstellknopfes 104 der Zähler 100 auf 0 rückgestellt werden, nachdem . jedes Teilchen in die richtige Stellung gebracht ist, so daß die am Zähler erscheinende Zahl proportional ist dem Abstand zwischen dem Teilchen.

Ist das Ende einer Linie erreicht, so wird der Drehknopf betätigt und das Substrat 18 zur nächsten y-0rdinatenlinie verschoben und der Vorgang umgekehrt. Die Bewegung kann im Zähler 96 abgelesen werden. Auf diese Weise können die Stellungen sämtlicher Teilchen der Spur 28 gemessen und die Abstände manuell in den Videospeicher und/oder den Raummusterteil des Rechners 36 eingegeben werden. Jedesmal, wenn das Mikroskop 42 auf einem Teilchen angehalten wurde ., konnte ein Schalter unabhängig oder synchron zu den Zählern 96, 100 geschlossen werden, um die gewünschten Messungen in den Videospeicher des Rechners 36 einzugeben. Wenn beispielsweise jedes aufeinander folgende Teilchen in dem Mikroskop 42 zentriert ist, werden seine Koordinaten in den Rechner

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eingegeben, indem der Eingabeknopf 103 gedrückt wird, wobei die Information über einen Kanal 105 übertragen.wird. Mittels einer geeigneten Schaltung können die x- und y-Koordinaten in Informationen hinsichtlich des räumlichen Musters gleicher Art wie die Information hinsichtlich des zeitlichen Musters umgewandelt werden, die von der Teilchenmeßeinrichtung 14 erzeugt wurden, damit der gewünschte Anpaßvorgang ablaufen kann.

Alternativ kann der Videoabtaster 40 durch ein Okular ersetzt werden, wobei die Bedienungsperson manuell ihre Identifikation des Teilchens aufzeichnen kann, wodurch die von der Teilchenmeßeinrichtung für dieses Teilchen gewonnene Informationsmenge vergrößert wird. Die Anpassung des räumlichen an das zeitliche Muster kann mit Hilfe des Rechners oder durch Vergleich der Ordinaten mit der Auslesung des Rechners durchgeführt werden.

Der durch die Erfindung erzielbare wesentliche Fortschritt basiert auf der Verbindung der Information, die aus der Abtastung der Teilchen mit hoher Geschwindigkeit erhalten wird, wobei die einzelnen Teilchen nicht erkannt und klassifiziert werden können, mit der Information aus der Erkennung und Klassifikation der einzelnen Teilchen, mit der die durch die schnelle Abtastung der Teilchen erhältlichen Informationen nicht erhalten werden können. Die physikalischen Haupteigenschaften können so mit den Daten aus der Muster- oder Bilderkennung kombiniert werden, so daß für jedes einzelne Teilchen eine bisher nicht erhältliche Informationsmenge gewonnen werden kann. In der Medizin und Biologie können hierdurch die Zellen-Identifikation und -Klassifikation beträchtlich verbessert werden.

Die Verbindung wird dadurch erreicht, daß das zeitliche Muster der Abtastung mit hoher Geschwindigkeit mit dem räumlichen Muster der Teilchen in Übereinstimmung gebracht wird, die direkt nach ihrem Austritt aus der Meßzone auf ein Substrat abgelegt werden. Durch die gegenseitige Anpassung wird jedes

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ausgestoßene Teilchen mit einem Teilchen identifiziert, das in der Meßzone abgetastet wurde, so daß zwei gewonnene Informationsarten miteinander kombiniert werden. Die gegenseitige Anpassung oder Abstimmung kann auf vielerlei Weise geschehen: von Hand, elektronisch oder durch eine Kombination hiervon. Die beschriebenen Verfahren und Geräte sollen in keiner Weise einschränkend sein.

Unter anderem können optische statt elektronischer Teilchenmeßgeräte verwendet werden. Der Strom 27 kann auch kontinuierlich statt tropfenförmig sein. Beispielsweise kann der aus dem Teilchenmeßgerät austretende Strom in flüssiger Form kontinuierlich aus der Teilchenmeßzone in einem Rohr oder einem Stift austreten und direkt auf ein bewegliches Substrat fließen. Dies ist in Fig. 2A gezeigt, wo die Teilchenabtasteinrichtung I4^tf einen Strom in einen Stift 33^ri abgibt, in dem die Meßzone angeordnet sein kann. Der Stift 33" legt eine Suspensionslinie 28'' auf das auf der Auflage 22^lf liegende Band 48'', wobei die Flüssigkeit durch das Band hindurch abgesaugt werden kann. In ..diesem Fall ist der Flüssigkeitsstrom sehr kurz. Er verläuft nur zwischen dem freien axialen Ende des Stiftes 33'' und der Oberfläche des Substrats 48". Der Abstand kann in der Größenordnung von Kapillarabmessungen oder darunter liegen, wobei der Stift tatsächlich auf dem Band läuft. Im letzteren Fall kann der Strom als der Strom im Innern des Stiftes zwischen der Meßzone und der Bandoberfläche betrachtet werden.

Die von einem solchen Strom erzeugte Linie ist durchgehend, wobei jedoch die Teilchen längs der Linie in Abständen vonein*- ander, angeordnet v/erden können, und zwar so, daß eine räumliche Messung und Teilchenerkennung möglich ist. Durch das Absaugen der Flüssigkeit durch das Substrat verbleibt auf diesem eine Spur aus Teilchen, die sich nicht wesentlich von der durch einen Tropfenstrahl erzeugten Spur unterscheidet. Der Begriff "Flüssigkeitsstrom" bedeutet daher einen ständigen,

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ununterbrochenen Flüssigkeitsstrom, einzelne Tröpfchen oder eine Kombination beider Arten.

Patentansprüche

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Gewinnung von Informationen über die Eigenschaften von in einer Flüssigkeit suspendierten Teilchen, dadurch gekennzeichnet , daß ein Strom der Suspension auf einem Substrat in einem Muster abgelegt wird, bei dem die Teilchen in Abständen voneinander angeordnet sind, so daß die Folge der zeitlichen Beziehungen zwischen den einzelnen Teilchen des Stroms, wie sie auf dem Substrat abgelegt werden, die Folge der räumlichen Beziehungen zwischen den einzelnen Teilchen im ausgelegten Muster bestimmt, daß die räumlichen Beziehungen der ausgelegten Teilchen zwischen einzelnen Teilchen für mehrere Teilchen gemessen werden, um eine erste Reihe von Messungen zu erhalten, daß wenigstens eine Eigenschaft jedes Teilchens in dem Strom gemessen wird, bevor es das Substrat erreicht, wobei die zeitliche Beziehung dieses Teilchens gegenüber wenigstens einem anderen einzelnen Teilchen vor dem Auflegen der Teilchen für mehrere Teilchen gemessen wird, um eine zweite Reihe von Messungen einschließlich derjenigen Messungen zu gewinnen, die sich auf die zeitlichen Beziehungen und die Eigenschaften der einzelnen Teilchen beziehen, und daß die erste Reihe von Messungen mit dem Teil der zeitlichen Beziehungen der zweiten Reihe von Messungen in Beziehung gebracht wird, um ein bestimmtes Teilchen in dem ausgelegten Muster mit seiner wenigstens einen geeigneten Eigenschaft za identifi-

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-Vt ·

zieren, der in der zweiten Meßreihe enthalten ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine weitere Eigenschaft des Teilchens der ausgelegten Teilchen unabhängig von der Messung der ersten Eigenschaft zusätzlich zur Messung der räumlichen Beziehungen als Teil der ersten Meßreihe gemessen wird, so daß die Identifikation jedes Teilchens durch die . Korrelation der ersten und zweiten Meßreihe eine Kombination aus unabhängig erhaltenen Eigenschaften ergibt, die das zuletzt erwähnte Teilchen beschreiben.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelation und die Messung der wenigstens einen weiteren Eigenschaft kontinuierlich durchgeführt werden, während der Strom auf dem Substrat abgelegt wird.
4» Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Strom die Form von Tropfen hat, die die Teilchen enthalten.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdünnungsverhältnis der Teilchen durch die Flüssigkeit so gewählt ist, daß praktisch kein Tröpfchen mehr als ein Teilchen enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit des Stroms im wesentlichen da-

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durch entfernt wird, daß keine Teilchen enthaltende Tröpfchen in den Abfall abgelenkt werden.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat und der Strom relativ zueinander bewegt werden, so daß auf dem Substrat eine Spur entsteht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß die Spur im wesentlichen geradlinig ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß die Spur nichtgeradlinig ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7 .oder 9» dadurch gekennzeichnet , daß die Spur serpentinenförmig ist.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Korrelation auf kontinuierlicher Basis durchgeführt wird, wie der Strom auf dem Substrat abgelegt wird.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Strom vor dem Auslegen in Tröpfchen unterbrochen wird, daß die Verdünnung so gewählt ist, daß praktisch kein Tröpfchen mehr als ein Teilchen enthält, daß in jedes Tröpfchen nach seiner Bildung eine elektrische Ladung induziert wird, und daß die

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Tröpfchen durch ein elektrisches Feld geleitet werden, bevor sie auf das Substrat auftreffen, so daß eine relative Bewegung zwischen dem Substrat und dem Strom entsteht .

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der auf das Substrat auftreffende Flüssigkeitsstrom von diesem unmittelbar nach dem Auftreffen oder gleichzeitig hierzu entfernt wird, so daß auf dem Substrat im wesentlichen flüssigkeitsfreie Teilchen zurückbleiben.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeit durch Kapillarwirkung entfernt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Flüssigkeit durch an das Substrat angelegten Unterdruck entfernt wird, wobei das Substrat porös bzw. gelocht ist.

16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Korrelation durch Abtastung des Substrats längs einer Betrachtungsachse erfolgt, und daß die Betrachtungsachse-and das Substrat mit einer Relativbewegung zueinander bewegt werden, die in einem bekannten Verhältnis steht zur Relativbewegung des Substrats und des Stroms, während der Strom auf dem

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Substrat abgelegt wird. «^/f·

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die bekannte Beziehung identisch ist.

18. Verfahren nach einem der vorstehednen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die eine Eigenschaft die Größe ist.

19* Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Teilchen biologischer Natur sind und die eine Eigenschaft die Farbe ist.

20. Vorrichtung zur Gewinnung von Informationen über die Eigenschaften von in einer flüssigen Suspension suspendierten Teilchen, enthaltend eine Teilchenabtasteinrichtung • mit einem Behälter für die Suspension, eine. Meßzone, die auf den Durchtritt von Teilchen anspricht und ein Signal erzeugt, das wenigstens eine physikalische Eigenschaft Qedes dnrchtretenden Teilchens darstellt, eine. Einrichtung zur Bewegung der Suspension in einem Strom durch die Meßzone, so daß die Teilchen ein zeitliches Muster erzeugen, und aus der Teilchenabtasteinrichtung heraus, mit den im Strom enthaltenen Teilchen, die . längs der Länge desselben in einem räumlichen Muster angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchenmeßeinrichtung (14) zusammen mit einer AufbewahrungS-. oder Speichereinrichtung (34, 36) arbei-

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tet, die das zeitliche Mustsr und die Signale mit jedem identifizierten Signal im zeitlichen Muster mit dem dasselbe aufgrund seiner Stellung im zeitlichen Muster erzeugenden Teilchen gespeichert werden, sowie ferner durch ein Substrat (13) zur Aufnahme des aus der Abtasteinrichtung austretenden Stroms, durch eine Steuereinrichtung (20, 22) zur relativen Bewegung zwischen dem Substrat und dem Strom entsprechend einem vorherbestimmten Gesetz, wodurch der Strom in einer Spur (28) auf einer Oberfläche des Substrats abgelegt wird, so daß die Teilchen längs der Spur in Abständen voneinander angeordnet sind und das räumliche Muster auf der Substratoberfläche beibehalten oder gespeichert wird, und durch eine Korrelationseinrichtung (40, 36, 42, 27; 40,42, 36, 58; 40, 42, 36, 90, 92), die so aufgebaut und angeordnet ist, daß das zeitliche Muster mit dem räumlichen Muster unter Berücksichtigung des Gesetzes in Beziehung gesetzt wird, so daß Jedes Teilchen der abgelegten Spur mit den aufbewahrten oder gespeicherten Signalen der jeweiligen Partnermessung an jedem Teilchen während der Erzeugung des zeitlichen Musters in Beziehung gebracht wird.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (22, 36, 40) zur Messung wenigstens einer zweiten physikalischen Eigenschaft jedes Teilchens auf der Spur (28), und zur Kombination jeder letzteren Messung mit der vorhergehenden Messung der ersten Eigenschaft jedes Teilchens vorgesehen

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ist, so daß eine erhöhte Informationsmenge bezüglich jedes Teilchens gewonnen.. wird.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet , daß die Speichereinrichtung einen Speicher (3d) zur Speicherung des zeitlichen Musters Und der Signale enthält.

23· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Bewegung der Suspension einen Deflektor (32) enthält, der mit der Steuereinrichtung (20, 22) gekuppelt ist und Zur Ablenkung des Stroms derart dient, daß das Substrat den Strom aufnimmt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet , daß der Deflektor mehrere Platten (32) enthält, an die ein elektrisches Feld angelegt ist, um den Strom in einer ersten Richtung abzulenken, und daß die Steuereinrichtung einen Substratträger (20, 22^f) zur Erzeugung der relativen Bewegung des Substrats enthält, die beide nach einem vorherbestimmten Gesetz betätigbar sind.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet , daß der Deflektor eine Abfalleinrichtung (37) zur Aufnahme unerwünschter Teile des Stroms enthält. /

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26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, gekennzeichnet durch eine Probenvorbereitungseinrichtung (44; 56) zur Vorbereitung des Substrats und des räumlichen Musters nach der Ausbildung der Spur (28).

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet , daß die Korrelationseinrichtung ein Mikroskop (42) zur Betrachtung jedes ein-' zelnen Teilchens auf der Spur enthält, sowie ferner eine Abtasteinrichtung (40), die mit dem Mikroskop gekuppelt ist und elektrische Signale erzeugt, die das vom Mikroskop erfaßte räumliche Muster darstellen,und einen mit der Speichereinrichtung und der Abtasteinrichtung gekuppelten Rechner (36), zur Korrellation des zeitlichen Musters mit dem räumlichen Muster.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , daß der Rechner (36) eine Einrichtung zur Anwendung der Mustererkennung zur Anpassung oder Korrellation jedes Teilchens mit der wenigstens einen gemessenen Eigenschaft enthält, die sich aus dem Durchtritt durch die Teilchenabtasteinrichtung ergibt.

29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet , daß der Korrelator eine Führung (20, 22, 17; 58, 80; 90, 92) zur Führung des Mikroskops gegenüber dem Substrat entsprechend dem vorherbestimmten

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Gesetz enthält, so daß jedes Teilchen in wenigstens einem Teil der Spur unter dem Mikroskop hindurchtritt.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 Ms 29, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung eine Führung (20) zur Bewegung des Substrats gegenüber dem Strom enthält, so daß der Strom auf dem Substrat in der Spur abgelegt wird.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet , daß das Substrat (18) durchlöchert ist.

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