DE2449701C2

DE2449701C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Informationen über die Eigenschaften von in einer Flüssigkeit suspendierten Teilchen

Info

Publication number: DE2449701C2
Application number: DE2449701A
Authority: DE
Inventors: Walter Robert Miami Lakes Fla. Hogg
Original assignee: Coulter Electronics Inc
Current assignee: Coulter Electronics Inc
Priority date: 1973-10-19
Filing date: 1974-10-18
Publication date: 1984-06-14
Also published as: IT1021828B; GB1485284A; JPS5833587B2; US3924947A; FR2248500A1; SE7413015L; CA1000359A; AU7440274A; DE2449701A1; NL7413631A; FR2248500B1; JPS5068574A

Description

Die Erfinduufe bezieht sich aut ein Verfahren sowie „, eine Vorrichtung zur Gewinnung von Informationen über die Eigenschaften von in einer Flüssigkeit suspendierten Teilchen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 7.

Bisher wurden zwei allgemeine Verfahren zur automa- , tischen 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 Auflösung ausgelegt. Das Substrat wird durch ein Vidicon abgetastet, und es werden Bits gespeichert, die die optischen Eigenschaften der abgetasteten Zellen wiedergeben. Ein mit entsprechenden 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 Int'ormationsbits, so daH 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 Durchflußverfahren, bei dem ein Teilchenmeßoder -erfassungsgerät verwendet wird. Bei diesem Verfahren werden sehr schnelle Messungen an jeder Zelle durchgeführt (bei ausreichender Verdünnung der Suspension der Zellen, um Koinzidienzen im wesentlichen zu vermeiden), wenn die SusDension durch eine Meßoder 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, Fluoreszenz, 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 identilzierte Zelle enthaltendes Tröpfchen angelegt und die aufgeladenen Tröpfchen in einen geeigneten Sammler abgelenkt werden. Eine derartige Vorgehensweise ist aus der gattungsgemäßen US-PS 33 80 584 bekannt, wobei das Sammeln bzw. Ablegen der Teilchen entsprechend ihrer Ladung in zehn einzelne, nebeneinander angeordnete Sammler erfolgt.

Ferner ist aus der US-PS 37 10 933 ein Multisensor-Teilchensortierer bekannt, der nach dem sogenannten Durchflußverfahren arbeitet. Die hierbei meßbaren Hauptparameter sind die Teilchengröße, die Lichtstreuune und die Fluoreszenz. Eine Mustererkennung wird jedoch nicht vorgenommen.

Außerdem ist aus der US-PS 35 60 754 ein fotoelektrischer Teilchenabscheider bekannt, der unter Verwendung einer Zeitverzögerung eine Trennung von krebsartigen und normalen Zellen durch eine Absorptionsmessung vornimmt.

Die Durchflußverfahren ermöglichen im allgemeinen eine gewisse Unterteilung von Zellengruppcn, insbesondere, wenn die Vorrichtung die unterschiedlichen Zellen auf der Basis ihrer unterschiedlichen Größen und Arten trennt. So können die Zellen bzw. Teilchen in jeder Gruppe unabhängig geprüft werden. Es wird bisher jedoch als unmöglich betrachtet, die Messungen an bestimmten Zellen während der Durchfiußanalyse mit Messungen an Zellen in Beziehung zu bringen, die nach dem Mustererkennungsverfahren gemessen wurden. Insbesondere ist ein Nachteil desDurchflußverfahrens 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.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Informationen über die Eigenschaften von in einer Flüssigkeit suspendierten Teilchen vorzuschlagen, die eine äußerst zuverlässige Analyse ermöglichen, indem Messungen an bestimmten Zellen bzw. Teilchen während der Durchflußanalyse mit Messungen an Zellen nach dem Mustererkennungsverfahren in Beziehung gesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen Merkmale sowie vorrichtungsgemäß durch die im Patentanspruch 7 beschriebenen Merkmale gelöst.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erf'indungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 6 bzw. 8 bis 13.

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

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

Fig. 2 eine ähnliche Darstellung eines zweiten Ausf'ührungsbeispiels 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 Teilchenklassif'ikation durch Identifikation der Form, der inneren physikalischen Eigenschaften und dergleichen. Der Begriff »Abtastmuster« bedeutet das Ergebnis des ordentlichen oder regelmäßigen Verfahrens, nach dem die dir Zellen enthaltende Suspension auf ein Substrat abgelegt wird. Der Begriff »zeitliches Muster« 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 Pi'eils 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.

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 ,₅ 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 Zähleinrichtung 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 Information 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.

Die Einrichtung zur Erzeugung von Tröpfchen enthält einen Ring 30 zur Aufladung der Tröpfchen, Ablenkplatten 32 und eine einen Strahl bildende Mündung (nicht gezeigt) oberhalb des Stroms 27. 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 Mündung hindurchgetreten ist, die in diesem Fall auch die Öffnung für die Teilchenabtasteinrichtung bildet, wird dieser Tellchenslrom durch den Autladering 30 geleitet. Die elektrische Schaltung zur Betätigung der Teilchenmeßeinrichtung 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 Tröpfenstrom 27 können mittels der Platten 32 nichtlnteressierende 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 Abfallrohr 37 gelenkt werden.

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 Analog- oder 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 fallen gelassen 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 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 dia 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 Ausführungsbeispiels 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

7 8

rechts und links (Pfeil 26). Hierdurch ergibt sich ein durch das Mikroskop 42 ersetzt wird. Hiernach ist ledig-

meander- oder serpentinenförmiger Verlauf der Tropf- Hch noch die Zeit erforderlich, die die Tröpfchen benöti-

chenspur 28. Statt In diesem können die Tröpfchen auch gen, um vom Tröpfchengenerator der Einrichtung 14 auf

in anderen Mustern ausgelegt werden. Bei einem anderen das Substrat 18 zu fallen.

Ausführungsbeispiel hat das Substrat 18 die Form eines 5 Während die Teilchen durch die Teilchenmeßeinrich-

schmalen Bandes, mit dem die abgelegten Zellen ohne tung 14 geleitet werden, werden die Zeitintervalle zwl-

Verschiebung derselben gehalten werden können. Auch sehen aufeinanderfolgenden Tröpfchen gemessen. Diese

ein synthetisches transparentes Harz Ist brauchbar, z. B. Zeitabstünde werden als Teil der Information aulgezeich-

Papier, durch das Flüssigkeit angesaugt werden kann, net, die in der vorstehend beschriebenen Weise von

damit sie die jeweilige Zelle zum Abtasten freigibt. 10 jedem Teilchen erhalten wurde. Es wird der Zeitabstand

Das Substrat 18 mit dem Muster aus Tröpfchen wird vor oder nach einem Teilchen erfaßt. Nachdem die Teilmittels einer Abtasteinrichtung 40 abgetastet, die ein am chen auf dem Substrat abgelegt sind, entsprechen die gjji Arm 17 befestigtes Mikroskop 42 enthält. Das Substrat Zeitintervalle der Bewegungsgeschwindigkeit über das *" 18 wird nochmals längs eines Weges bewegt, der iden- Abtastmuster, so daß ein proportionales räumliches tisch 1st mit der serpentinenförmigen Spur 28, längs der ₁₅ Muster auf dem Substrat erzeugt wird. Das Mikroskop die Teilchen abgelegt wurden. Die Abstände zwischen wird mit genau der gleichen Geschwindigkeit über das den Teilchen in der Spur 28 werden mittels der Abtast- Abtastmuster bewegt, so daß das räumliche Muster in einrichtung 40 gemessen und im Rechner 36 gespeichert. das ursprüngliche zeitliche Muster »zurückübersetzt« Der Rechner 36 ist so programmiert, daß er die Abstände oder übertragen wird. Die räumlichen Muster zwischen zwischen den Teilchen auf dem Substrat mit der entspre- 20 den Teilchen auf dem Substrat 18 werden so gemessen chenden Zeit zwischen den Teilchenimpulsen In Bezie- und dann mit dem zuvor gemessenen zeitlichen Muster hung setzt, die während des Durchtritts der Teilchen verglichen, als die interessierenden Teilchen durch die durch den Tröpfchengenerator 14 gemessen werden. Teilchenmeßeinrichtung des Tropfengenerators hin-

Die Geschwindigkeit, mit der die Teilchen während durchtraten. Die beiden Muster werden durch den Rech-

der Abtastung abgetastet werden, braucht nicht konstant 25 ner 36 aufgezeichnet und verglichen. Das erste Muster,

zu sein. Die Geschwindigkeit muß lediglich während der das die zeitliche Beziehung zwischen den Teilchenimpul-

Bildung der Spur und der Prüfung identisch sein, so daß sen enthält, wird an das zweite Muster angepaßt, bzw.

nichtlineare Geschwindigkeiten möglich sind, wenn bei- mit diesem verglichen, das den räumlichen Intervall zwi-

spielsweise eine spiralförmige Spur gebildet werden soll. sehen den interessierenden Teilchen in serpentinenförmi-

Eine spiralförmige Spur kann in einem Ausführungsbei- 30 gern Muster 28 enthält, so daß ein einzelnes Teilchen auf

spiel angewendet werden, da die Bewegungen in x- und dem Substrat 18 zur zugehörigen elektrischen Messung

y-Richtung praktisch sinusförmig sind und dabei die in Beziehung gebracht werden kann, die im ersten

geringste Beschleunigung des Substrats auftritt, wodurch Muster enthalten ist. Z. B. sei angenommen, daß die

die Genauigkeit und Lebensdauer des Antriebsmechanis- zeitlichen Intervalle zwischen den Teilchen folgenderma-

mus erhöht werden kann. 35 ßen liegen:

Die Abtasteinrichtung, das heißt die Einrichtung 22 _R ., . .„ .„ .<- , .. „ ,„ . ., .„

zum Antrieb des Schlittens 20 kann mit einer Einrich- 7 15 27 4 32 12 27 18

tung zur Richtungsumkehr der kosinusförmigen (gegen- ' '

über der sinusförmigen phasenverschoben) Bewegung am Diese Reihe stellt die Intervalle in MikroSekunden zwi-

Ende jeder Breite und zur sinusförmigen Weiterschal- 40 sehen den Teilchen dar, wenn sie durch die Meßzone der

tung von einer Linie zur nächsten Linie versehen sein, Teilchenmeßeinrichtung 14 hindurchtreten. Wenn die

wodurch während der Richtungsumkehr und der Weiter- Teilchen auf dem Substrat 18 abgelegt sind, erscheinen

schaltung zur nächsten Abtastlinie die Geschwindigkeit sie in der gleichen Reihenfolge. Es sei angenommen, daß

konstant gehalten wird. An der gegenüberliegenden Seite das Substrat nach der Färbung und Fixierung geprüft und

des Schlittens wird der Vorgang umgekehrt, daß heißt, 45 die Intervalle zwischen den Teilchen in folgender Rei-

die seitliche Bewegung wird kosinusförmig umgekehrt henfolge liegen:

und die Längsbewegung wird sinusförmig weitergeschal- D_ff,u„_R. η β -,λ ιλ in is λ^ ή η
tet. Durch den kosinusförmigen und sinusförmigen Mil I 7 Π74
Antrieb ergibt sich außer der Beibehaltung einer konstanten Geschwindigkeit in Richtung der Abtastung eine so Eine Betrachtung dieser beiden Reihen zeigt, daß die minimale Beschleunigung, wodurch die Dauerhaftigkeit erste Zahl 10 der Reihe A als fünfte Zahl in der zweiten des Mechanismus weiter verbessert und die Gefahr ver- Reihe B wiederkehrt. Danach sind beide Reihen idenmindert wird, daß die abgelegten Tröpfchen geschüttelt tisch. Da die Teilchen an der Strahlbildungsöffnung 33 werden. der Einrichtung 44 und am Substrat 18 nacheinander

Wenn das Substrat 18 mit Teilchen bedeckt ist, wird es 55 gleichermaßen eintreffen, muß das Teilchen, das nach manuell oder automatisch vom Schlitten entnommen dem Abstand von 10 Mikrosekunden und vor dem und kann durch ein Färbebad 44 geführt werden. Nach Abstand von 18 Mikrosekunden eintraf, das zweite Beendigung der Färbung und während sich die Teilchen gemessene Teilchen gewesen sein, das durch die Strahlfest in ihrer Stellung auf dem Substrat 18 befinden, wird bildungsmündung hindurchtrat. Das sechste Teilchen dieses wieder auf den beweglichen Träger 20 gelegt und 60 aus dem Substrat, das das Zehn-Mikrosekunden-Intervall das optische Mikroskop in Stellung gebracht. Das Mikro- beendete und das Achtzehn-Mikrosekunden-lntervall skop kann auf den Anfang des Musters oder der Spur auf einleitete, war das gleiche identische Teilchen,
dem Substrat 18 ausgerichtet werden, indem eines oder Die beiden Reihen können als Teile zweier unendllmehrere Tröpfchen auf das Substrat 18 aufgebracht und eher, zufälliger Reihen gedacht werden, die gegeneinandas Mikroskop genau auf ein einziges Tröpfchen ausge- ⁶⁵ der phasenverschoben sind. Bei praktisch ausgeführten richtet wird. Dieses einzige Tröpfchen kann sich an der Instrumenten kann es schwierig sein, am Beginn eines oberen Unken Ecke des Substrats befinden, so daß die Laufs eine Zuordnung zwischen den beiden Reihen zu Ausrichtung gewährleistet wird, wenn die Einrichtung 14 erreichen, Insbesondere wegen der Startübergänge am

ίο

to

Substrat-Abtastmechanismus und der Strahlbildungsmündung 33 des Tröpfchengenerators der Tellchenmeßeinrlchtung 14. Es kann daher schwierig oder überhaupt unmöglich sein, die technischen Probleme zu lösen, um zu gewährleisten, daß das erste Teilchen, das den Tröplchengenerator verläßt, 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

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 Übereinstimmungen festgestellt hat, stoppt er, läuft in eine andere Schleife und vergleicht einige angrenzende Intervalle mit einem de; 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

Analyse ist, werden die räumlichen Messungen vorge- 25 der ersten Zahl in der ersten Reihe übereinstimmt, die nommen und je auf einer dem jeweiligen Teilchen ent- 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 Rechner,programms festgestellt werden, was geschah, die unvollständigen Daten können angezeigt werden und das Programm weiterlaufen.

sprechenden 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 30
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, di<ß nur ein Teilchen betroffen ist. Der Rechner 36 dupliziert die Denkvorgänge des Lesers und wählt 35 Eine dritte Schwierigkeit bei dem obigen System ist, willkürlich eine Zahl in der ersten Reihe aus. Er sucht daß die Teilchen oder Zellen leicht unterschiedliche Verdann die Adressen hinsichtlich der Intervalle in der zwei- zögerungszeiten zwischen ihrem Austritt aus dem Tropften Reihe ab, bis er eine Übereinstimmung findet. Im chengenerator der Teilchenmeßeinrichtung 14 und ihrem oben beschriebenen Beispiel ist dies der Intervallwert 10. Auftreffen auf dem Substrat haben können, und zwar Der Rechner schreitet dann um eine Stellung in jeder 40 wegen der Besonderheiten der Strömung im Strahl vor Reihe fort und führt einen weiteren Vergleich durch. Im 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

vorliegenden Fall stellt er fest, daß in beiden Reihen die Zahl 18 wiederkehrt. Er schreitet um einen Schritt weiter fort und findet in beiden 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 50 Rejhen illustriert werden:

Uie erste Reihe ist die gleiche wie die obige Reihe A.

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

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 55
einem 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 60 Reihe unterscheiden sich von der ursprünglichen Reihe Rechner weist diese Werte zurück und versucht noch- dadurch, daß die erste kleiner und die zweite größer ist. mais, bis er die richtige Überstimmung gefunden hat. Es Dieser Effekt wird durch ein Teilchen bewirkt, das am ist verhältnismäßig einfach, den Rechner entsprechend Substrat um den Bruchteil einer Sekunde früher als im zu programmieren. Wenn die Teilchenmeßeinrichtung Mittel eintrifft, so daß der vorherige Intervall verkürzt wegen der kleinen Größe oder der geringen Phosphores- b5 und der folgende verlängert wird. Eine Möglichkeit, nach zenz der Teilchen oder aus einem änderen Grund nicht der der Rechner erkennen kann, daß dieser Effekt einausreichend auf die Teilchen der Reihe anspricht, ver- trat, besteht darin, daß aufeinanderfolgend Paare oder läuft die erste Reihe folgendermaßen: Dreiergruppen von Intervallen addiert werden. Werden

aufeinanderfolgende 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 aufeinanderfolgender Paare von Intervallen gebildete Reihe lautet folgendermaßen:

20,32,40,26,28,63,50, 17,
70,28,24, 17, 32, 26, 22, 42 und 31.

In dieser zweiten Reihe entspricht 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 gehenden 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,

ίο 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 -untersu-

Zahl der ersten Reihe. Die achte Zahl der zweiten Reihe 15 chung gewonnenen Daten können im Speicher des Rech

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 aufeinanderfolgender 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 aufeinanderfolgenden Paare gebildete achte Zahl der zweiten Reihe die gleiche ist wie die vierte Zahl der ersten Reihe, kann ein Programm für ein Reihenpaar aufners auf der Adresse des Teilchens gespeichert werden. Das Rechnerprogramm speichert, wie beschrieben, diese zusätzliche 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 interessieren

gestellt werden, bei dem, wenn sich zwei aufeinanderfol- 25 den Zelle angehalten wird, während eine Mustererken-

nungs-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 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

gende 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 ⁴^ 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. « 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', über

Er kann dann weiterlaufen, wenn diese Übereinstimmung festgestellt 1st.

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 subtra- 50 eine Antriebsrolle 52, nach unten in eine automatische hiert werden. Die Reihen der Differenzen werden addiert. Färbeeinrichtung 56 und aus dieser zurück über eine 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 55 auf eine Aufnahmerolle 64. Die Klemmrollen und werden, bis ein von 0 unterschiedlicher Wert ein verlöre- Antriebsrollen können mit der gleichen Drehzahl laufen, nes Teilchen oder ein Flimmern anzeigt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 können der Schlittenantrieb 22 und damit der Schlitten oder das Substrat 18 in ihre ursprüngliche Stellung und in den Aus- 60 gangspunkt 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. 65 der auf das Substrat 48 trifft. Die in der oder in den Meß-Jedesmal wenn das Mikroskop 42 eines der Teilchen fest- zonen erzeugten Signale werden in üblicher Weise durch stellt, das durch die Tröpfchenbildungseinrichtung 33 abeeleet wurde, mißt es das Intervall, das es vom voraus-

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

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

die elektronische Einrichtungen 34 verarbeitet und dem Rechner 36 zugeführt.

Die Einrichtung 56 ist eine automatische Substrat-Färbeeinrichtung. Das Substrat 48 bewegt sich mit setner Spur durch diese Einrichtung und in das beschriebene Antriebsrollensystem. Die Klemmrollen 57 und 59 sind auf einem Schlitten 80 befestigt, der quer zur Längsrichlung 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 seitliehe 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 unwesentlieh, 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 Fernsehkamera-Rechner-Kombination festgestellten Teilchen. Solange die Bewegung dem riehtigen Gesetz zwischen den Teilchen 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 RoI-len vorgesehen sein, so daß die Ablegung der Probe auf das Band und die Mustererkennung an unterschiedlichen Vorrichtungen und/oder zu unterschiedlichen Zelten 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 Wsise 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 nlchtlnteressierende Teilchen enthalten. Der Block 43 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 Ii und Tröpfchenbildungseinrichtung 33 können Anordnungen enthalten, die eine Probenfluldspelsung, Steuereinrichtungen, Fluidventlle 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 20 abgenommen und in eine Färbe- und Fixlereinrichtung 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 22 sein, oder sie kann von Hand mittels einer Feineinstelleinrichtung beweglich sein. Beispielswelse ist eine x-Steuereinrichtung in Form eines Drehknopfes 94 mit dem Schlitten 90 sowie ein sichtbarer Zähler 96 auf der rechten Seite und eine y-Steuereinrlchtung 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 jedem beliebigen Teilchen positioniert werden. Bei dem Mikroskop kann es sich um ein normales Mikroskop handeln, oder es kann mit diesem eine Fernseh-Abtasteinrichtung 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 Bezugsteil· chen auf der Spur 28 geführt und die Zähler 96 und 10« werden auf 0 gestellt. Danach wird der Drehknopf 9f betätigt, bis ein Teilchen unter dem Mikroskop 42 erscheint, vorzugsweise in der Mitte seines Feldes. Dl< am Zähler 100 erscheinende Zahl wird asl y-Ordlnate auf gezeichnet. 1st dieses Teilchen notiert, so wird der Dreh knopf 98 wieder gedreht, bis das nächste Teilchen in da: Feld gelangt. Der gelative Abstand zwischen den erstei beiden Teilchen wird als Differenz zwischen den beidei Ablesungen am Zähler 100 notiert. Alternativ kam durch Drücken des Rückstellknopfes 104 der Zähler 1Oi auf 0 rückgestellt werden, nachdem jedes Teilchen in dl richtige Stellung gebracht ist, so daß die am Zähle erscheinende Zahl proportional ist dem Abstand zwl sehen dem Teilchen.

15

1st das Ende einer Linie erreicht, so wird der Dreh- Meßzone angeordnet sein kann. Der Stift 33" legt eine knopf 94 betätigt und das Substrat 18 zur nächsten y- Suspensionslinie 28" auf das auf der Auflage 22" liegende Ordinattnliste verschoben und der Vorgang umgekehrt. Band 48", wobei die Flüssigkeit durch das Band hin-Die Bewegung kann im Zähler 96 abgelesen werden. Auf durch abgesaugt werden kann. In diesem Fall ist der diese Weise können die Stellungen sämtlicher Teilchen 5 Flüssigkeitsstrom sehr kurz. Er verläuft nur zwischen der Spur 28 gemessen und die Abstände manuell in den dem freien axialen Ende des Stiftes 33" und der Oberflä-Videospeicher und/oder den Raummusterteil des Rech- ehe des Substrats 48". Dei Abstand kann in der Größenners 36 eingegeben werden. Jedesmal, wenn das Mikro- Ordnung von Kapillarabmessungen oder darunter liegen, skop 42 auf einem Teilchen angehalten wurde, konnte wobei der Stift tatsächlich auf dem Band läuft. Im letzteein Schalter unabhängig oder synchron zu den Zählern 10 ren Fall kann der Strom als der Strom im Innern des StIf- 96, 100 geschlossen werden, um die gewünschten Mes- tes zwischen der Meßzone und der Bandobertläche sungen in den Videospeicher des Rechners 36 betrachtet werden.

einzugeben. Wenn beispielsweise jedes aufeinander fol- Die von einem solchen Strom erzeugte Linie ist durch-

gende Teilchen in dem Mikroskop 42 zentriert ist, wer- gehend, wobei jedoch die Teilchen längs der Linie in den seine Koordinaten in den Rechner 36 eingegeben, 15 Abständen voneinander angeordnet werden können, und indem der Eingangsknopf 103 gedrückt wird, wobei die zwar so, daß eine räumliche Messung und Teilchener-Information über einen Kanal 105 übertragen wird. Mit- kennung möglich ist. Durch das Absaugen der Flüssigtels einer geeigneten Schaltung können die x- und y- keit durch das Substrat verbleibt auf diesem eine Spur Koordinaten in Informationen hinsichtliche des räumli- aus Teilchen, die sich nicht wesentlich von der durch chen Musters gleicher Art wie die Information hinsieht- 20 einen Tropfenstrahi erzeugten Spur unterscheidet. Der lieh des zeitlichen Musters umgewandelt werden, die von Begriff »Flüssigkeitsstrom« bedeutet daher einen ständider Teilchenmeßeinrichtung 14 erzeugt wurden, damit gen, ununterbrochenen Flüssigkeitsstrom, einzelne der gewünschte Anpaßvorgang ablaufen kann. Tröpfchen oder eine Kombination beider Arten.

Alternativ kann der Videoabtaster 40 durch ein Okular

ersetzt werden, wobei die Bedienungsperson manuell ihre 25 Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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 Auslegung 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 erhallen to 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 Überein-Stimmung gebracht wird, die direkt nach ihrem Austritt aus der Meßzone auf ein Substrat abgelegt werden. Durch die gegenseitige Anpassung wird jedes 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.

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 austre- *>5 ten und direkt auf ein bewegliches Substrat Hießen. Dies ist In Flg. 2A gezeigt, wo die Teilchenablasteinrichtiing 14" einen Strom in einen Stift 33" abgibt, in dem die

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Informationen über die Eigenschaften von in einer Flüssigkeit suspendierten Teilchen, bei dem ein Strom der Suspension auf einem Substrat abgelegt wird und wenigstens eine Eigenschaft jedes Teilchens in dem Strom gemessen wird, bevor es das Substrat erreicht, dadurch gekennzeichnet,

- daß die zeitlichen Beziehungen der Teilchen zueinander in dem Strom der Suspension vor dem Ablegen der Teilchen gemessen und gespeichert werden,

- daß die Teilchen auf dem Substrat in einem Muster abgelegt werden, _]5

- daß die säumlichen Beziehungen der abgelegten Teilchen zueinander gemessen und gespeichert werden und

- daß diese Messungen zueinander in Beziehung gebracht werden

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Messung der räumlichen Beziehungen der abgelegten Teilchen zueinander wenigstens eine weitere Eigenschaften jedes abgelegten Teilchens unabhängig von der Messung der ersten Eigenschaft gemessen wird, so daß die Identifikation jedes Teilchens durch die Korrelation der Meßdaten der ersten und zweiten Eigenschaft eine Kombination aus unabhängig erhaltenen Eigenschaften eines jeden Teilchens ergibt.

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 Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom vor dem Ablegen 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 Tröpfchen durch ein elektrisches Feld geleitet werden, ehe sie auf das Substrat auftreffen, so daß eine relative Bewegung zwischen dem Substrat und dem Strom entsteht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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 tlüssigkeitsfrele Teilchen zurückbleiben.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdaten der abgelegten Teilchen durch Abtasten des Substrats längs einer Betrachtungsachse erhalten werden, und daß die Betrachtungsachse und das Substrat mit einer Relativbewegung zueinander bewegt werden, die in einem bekannten Verhältnis zur Relativbewegung des Substrats und des Stroms steht, während der Strom auf dem Substrat abgelegt wird.

7. Vorrichtung zur Gewinnung von Informationen über die Eigenschaften von in einer flüssigen Suspension suspendierten Teilchen, umlassend eine TeIlchenmeßrichtung mit einem Behälter zur Aufnahme der Suspension, einer Meßzone, die auf den Durchtritt von Teilchen anspricht und ein Signal erzeugt, das wenigstens eine physikalische Eigenschaft jedes durchtretenden Teilchens darstellt, und einer Einrichtung zur Bewegung der Suspension in einem Strom durch die Meßzone und zur Bewegung der Teilchen aus der Teilchenmeßeinrichtung heraus, sowie ein Substrat zur Aufnahme des aus der Teilchenmeßeinrichtung austretenden Stroms, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) eine der Teilchenmeßeinrichtung (14) zugeordnete Speichereinrichtung (34, 36), die die gemessenen Eigenschaften der Teilchen und ihre zeitlichen Beziehungen zueinander in dem Strom der Suspension speichert,

b) eine Steuereinrichtung (20, 22) zur relativen Bewegung zwischen dem Substrat und dem Strom der Suspension entsprechend einer vorherbestimmten Gesetzmäßigkeit derart, daß der Strom in einer Spur (28) auf einer Oberfläche des Substrats abgelegt wird, und die Teilchen längs der Spur in Abständen voneinander angeordnet sind,

c) eine Einrichtung zum Messen der räumlichen Beziehungen der auf dem Substrat abgelegten Teilchen zueinander und

d) eine Korrelationseinrichtung (40, 36, 42, 27; 40, 42, 36, 58; 40, 42,36, 90,92), die das gespeicherte zeitliche Muster mit dem gemessenen räumlichen Muster derart in Beziehung setzt, daß jedes Teilchen der abgelegten Spur jedem Teilchen des Suspensionsstroms richtig zugeordnet werden kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung (42, 36, 40) zur Messung wenigstens einer zweiten physikalischen Eigenschaft jedes Teilchens nach dem Ablegen in der Spur (28) vorgesehen ist und daß die Korrelationseinrichtung die letztere Messung mit der vorherigen Messung der Eigenschaften jedes Teilchens kombiniert.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bewegung der Suspension einen Deflektor (32) enthält, der mit der Steuereinrichtung (20, 22) gekuppelt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, 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') zur Erzeugung der relativen Bewegung des Substrats enthält, die beide nach einer vorherbestimmten Gesetzmäßigkeit betätigbar sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Probenbehandlungseinrichtung (44; 56) zur Behandlung der auf dem Substrat abgelagerten Teilchenspur (28) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Messen der räumlichen Beziehungen der auf dem Substrat abgelegten Teilchen zueinander ein Mikroskop (42) zur Betrachtung jedes einzelnen Teilchens auf der Spur (28) 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 daß die Korrelationseinrichtung einen mit der Speichereinrichtung (34) und der Abtasteinrichtung (40) gekuppelten Rechner (36) umfaßt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (36) eine Einrichtung zur Mustererkennung aus den beim Durchtritt der Teilchen durch die Teilchenmeßeinrichtung gewonnenen, eine physikalische Eigenschaft der Teilchen repräsentierenden elektrischen Signale umfaßt.