DE3209510A1

DE3209510A1 - Teilchengroessenverteilungsanalysator

Info

Publication number: DE3209510A1
Application number: DE19823209510
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Kobe Hayashi; Tokuhiro Kakogawa Hyogo Okada
Original assignee: Sysmex Corp
Current assignee: Sysmex Corp
Priority date: 1981-04-30
Filing date: 1982-03-16
Publication date: 1982-11-18
Also published as: JPS57179728A; US4491926A; JPH023134B2; DE3209510C2

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Teilchengrößenverteilungsanalysator, der zum Beobachten des Gesundheitszustands von mikroskopischen Teilchen, wie z. B. Blutzellen, geeignet ist. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Teilchengroßenverteilungsana1ysator, der zur Verwendung für die Untersuchung eines möglichen Abnormalitäts- oder Krankheitszustands von Teilchen geeignet ist, und zwar durch elektrische oder optische Unterschiede zwischen den Teilchen und einem Medium, wie beispielsweise physilogische Salzlösung, in der die Teilchen dispergiert sind, wobei das Dispersionsmedium durch eine Detektionspore hindurchgehen gelassen wird. Die Analyse wird durch Untersuchung der Impulsintervalle und der Impulsbreiten, die in Ansprechung auf die durch die Detektionspore hindurchgehenden Teilchen erhalten werden, ausgeführt.

Es ist an sich bekannt, daß mikroskopische Teilchen (die nachstehend lediglich als Teilchen bezeichnet werden), mittels ihrer elektrischen oder optischen Unterschiede gegenüber dem Dispersionmedium detektiert werden, wenn das Medium durch eine Pore in dem Detektor hindurchgehen gelassen wird. In solchen analytischen Verfahren ist es wichtig, die Teilchen einzeln zu detektieren, wenn sie durch die Pore hindurchgehen. In den bekannten Verfahren kommt es jedoch oft vor, daß zwei oder mehr Teilchen gleichzeitig hindurchgehen oder daß mehrere Teilchen in verbundenen Zuständen hindurchgehen. Es kommt auch vor, daß die Teilchen an Stellen in dem Dispersionsmedium zusammengeballt werden. Aufgrund dieser Erscheinungen werden die Impulserzeugungsintervalle unregelmäßig, was irreführende Daten zur Folge hat. Demgemäß ist, um diese Situation zu korrigieren, zusätzlich ein Spezialverfahren erfor-

derlich. Die allgemeine Praxis besteht darin, nach Wahl einen Teil der Signale abzutasten bzw. als Probe zu nehmen und sie in einem digitalen Hochgeschwindigkeitsaufzeichnungsgerät aufzuzeichnen. Dann wird jedes aufgezeichnete Signal abgerufen und als eine bewegungslose Wellenform auf einem Oszilloskop wiedergegeben, und aus diesen Wellenformen werden Daten mittels der Verwendung einer Skala aus- bzw. abgelesen. Alternativ wird ein Rechner, der eine Rechenoperation mit hoher Geschwindigkeit ausführen kann, zum direkten Analysieren der Signale verwendet.

Jedoch sind diese Korrektionsverfahren nachteilig; in dem ersteren Verfahren ist der Bereich, in dem Daten erhalten werden, beträchtlich beschränkt, und infolgedessen können die erhaltenen Daten in den Tatsachen mangelhaft sein oder nicht der Wahrheit entsprechen bzw. die wirklichen Verhältnisse nicht wiedergeben. Darüber hinaus ist eine solche Nachbehandlung zeit- und arbeitsaufwendig. In dem letzteren Verfahren bewegen sich die Impulsintervalle im Bereich von wenigen Mikrosekunden bis zu einigen 1000 Mikrosekunden, so daß der Rechner für die Rechenoperation dazu geeignet sein muß, diese in einem weiten Bereich in wenigen Mikrosekunden auszuführen. Ein Nachteil besteht darin, daß viel Zeit beim Warten von Anpassung zu Anpassung vergeudet wird, und daß sie nach all dem im Mittel nur wenige 100 Mikrosekunden ab- bzw. überdeckt.

Mit der vorliegenden Erfindung sollen die vorstehend aufgezeigten Schwierigkeiten bezüglich der bekannten Analysierverfahren überwunden werden, und es soll mit der Erfindung ein verbesserter Teilchengrößenverteilungsanalysator zur Verfügung gestellt werden, der in der Lage ist, den Gesundheitszustand oder irgendwelche anderen Symptome von einzelnen Teilchen, wie z. B. von Blutzellen bzw.

-körperchen, zu untersuchen, ohne daß ein teurer Hochgeschwindigkeitsrechner verwendet werden muß.

Weiterhin soll mit der Erfindung ein verbesserter Teilchengrößenverteilungsanalysator von wirtschaftlicher, kompakter Abmessung zur Verfügung gestellt werden, der leicht bedienbar ist und vorteilhaft arbeitet.

Außerdem soll mit der Erfindung ein verbesserter Teilchengrößenverteilungsanalysator zur Verfugung gestellt werden, der leicht in einen Blutanalysator eingefügt bzw. einbezogen werden kann, so daß er diesem eine Vielseitigkeit und Prüffähigkeit verleiht, wodurch er es ermöglicht, daß der Blutanalysator in weitem Umfang anwendbar ist. 15

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung zu entnehmen, worin eine Ausführungsform des Teilchengrößenverteilungsanalysators zum Zwecke der Erläuterung gezeigt ist.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung weist der Teilchengrößenverteilungsanalysator einen Detektor auf, der Teilchen durch elektrische oder optische Unterschiede gegenüber einem Medium detektieren kann, das die Teilchen in Dispersion enthält, und der Signale proportional zu den Größen der detektierten Teilchen erzeugt, sowie eine Schwellwertschaltung, welche Rauschen oder fragmentarische Signale von den Detektionssignalen abtrennt, so daß Impulsbreiten an bzw. in einer konstanten Position gehalten werden, außerdem eine Torschaltung, welche den Durchgang oder Nichtdurchgang der den Teilchen entsprechenden Signale durch die Torschaltung bestimmt,eine Zählschaltung, welche die Anzahl der Teilchen aus den von der Torschaltung zugeführten Signalen zählt, einen Speicher, der

° ^β β»«·

mit der Zählschaltung verbunden ist, eine Rechenschaltung, die mit dem Speicher und dem Detektor verbünden ist, eine Steuerschaltung, die mit der Torschaltung, dem Speicher und der Zählschaltung verbunden ist, sowie eine Einrichtung zur Sichtwiedergabe und/oder Aufzeichnung der in dem Speicher gespeicherten Daten.

Die Erfindung sei nunmehr unter Bezugnahme auf die Fig. bis 6 anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Beispiels einer Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zur Erläuterung dienende Kurvendarstellungen, die verschiedene Wellenformen der erhaltenen Impulse zeigen;

Fig. 3 ein Beispiel von Kurven für die Sichtwiedergabe und/oder die Aufzeichnung; und

Fig. 4 bis 6 Kurven, die in einer gedruckten Form dargestellt sind.

In der Anordnung nach Fig. 1, auf die zunächst Bezug genommen sei, erzeugt ein Detektor 1 Signale, die im Verhältnis zu den Größen von Teilchen stehen, welche mittels elektrischer oder optischer Unterschiede gegenüber einem Dispersionsmeddum, in dem die Teilchen dispergiert sind, detektiert werden, wobei das Medium durch eine Pore hindurchgeht, während es die Teilchen enthält. Der Detektor 1 ist über einen Verstärker 10 mit einer Schwellwertschaltung 2 verbunden, die fragmentarische Signale oder Rauschen aus den von dem Detektor 1 erzeugten Signalen ausscheidet, so daß man Impulsbreiten in einer konstanten

Position erhält. Eine Torschaltung 3 legt fest, ob Teilchensignale durch die Schwellwertschaltung 2 hindurchgehen oder nicht hindurchgehen können. Eine Zähl schaltung zählt die Anzahl der Teilchen aufgrund der Teilchensigna-Ie, die ihr von der Torschaltung 3 zugeführt werden- Mit der Zählschaltung 4 ist ein Speicher 5 verbunden. Der Detektor 1 ist zusätzlich mit einer Arithmetikschaltung 6 verbunden, mit welcher der Speicher 5 verbunden ist. Mit 7 ist eine Steuerschaltung bezeichnet, die mit der Torschaltung 3, der Zählschaltung 4 und dem Speicher 5 verbunden ist. Die Rechen- bzw. Arithmetikschaltung 6 ist mit einer Sichtwiedergabeeinrichtung 8 und/oder einer Aufzeichnungseinrichtung 9 verbunden. Mit 11 und 12 ist ein Spannungserzeuger bzw. ein Bezugsimpulsgenerator bezeichnet.

Das Ausgangssignal vom Detektor 1 wird mittels des Verstärkers 10 verstärkt. Die detektierten Signale sind in der Kurvendarstellung der Fig. 2 ganz oben dargestellt, und von diesen Signalen werden Unnötige Komponenten, wie beispielsweise fragmentarische Signale oder Rauschen, durch die Schwellwertschaltung 2 ausgeschieden, über welche die Bezugsspannung mittels des Bezugsspannungserzeugers 11 eingeprägt bzw. wirksam gemacht wird. Aufgrund dieser Verhältnisse wird ein Signal A (Fig. 2) erhalten. Durch Betätigung einer Flip-Flop-Schaltung an den Anstiegsflanken der Impulse wird das Signal B erhalten. Das Signal C wird dadurch erhalten, daß die Elemente, die beiden Signalen A und B gemeinsam (UND) sind, genommen werden.

Die Signale B und C werden als Torsignale an der Torschaltung 3 erzeugt, wobei das Signal B die Detektionsinterval-Ie von Teilchen repräsentiert, während das Signal C die Breite der Detektionsimpulse repräsentiert. Der Torschaltung 3 wird da.·; Bnzuyr. impul fiai gnal D vom Tinpul r,bezutjsqpncrator 12 zugeführt, und diese Torschaltung überträgt wäh-

W · · β

rend einer vorbestimmten Zeitdauer eine Reihe von Signalen zur Zählschaltung 4. In Fig. 2 repräsentiert das Signal E die Impulsintervalle bzw. die während der Impulse des Signals B auftretenden Bezugsimpulssignale, während das Signal F die Impulsbreiten bzw. die während der Dauer der Impulse des Signals C auftretenden Bezugsimpulse repräsentiert. Die Signale E und F werden gesondert mittels der Zählschaltung 4 gezählt. Jeder der Zählwerte wird dazu benutzt, die Steuerschaltung 7 an den Anstiegsstellen bzw. -flanken der Signale B und C zu betätigen, und jeder dieser Zählwerte wird direkt im Speicher 5 gespeichert, worin die Rechen- bzw. Arithmetikschaltung 6 nicht zur Anwendung kommt. Genauer gesagt werden die Zahlen, welche an der dem Zählwert in der Zählschaltung 4 entsprechenden Αά-Ι 5 resse gespeichert sind, ausgelesen, und zu der Zahl wird 1 addiert; dann wird sie erneut bei der gleichen Adresse gespeichert. Jeder der Zählwerte für die Signale E und F wird auf diese Weise behandelt. Nötigenfalls wird die Zählschaltung 4 auf Null zurückgestellt, nachdem eine genügende Zeit zum Einschreiben in den Speicher 5 gehalten wurde bzw. verstrichen ist. Der vorerwähnte Vorgang wird allgemein als Direktspeicherzugang (DMA) bezeichnet, der durch die NichtVerwendung der Rechen- bzw. Arithmetikschaltung 6 gekennzeichnet ist. Dieser Vorgang hat den Vorteil, daß die erforderliche Zeit auf wenige Mikrosekunden oder weniger verkürzt werden kann.

Wenn die Menge an zu detektierenden Teilchen vorherbestimmt ist, wird eine Steuerschaltung im Detektor 1 dazu verwendet, Signale zum Einleiten einer arithmetischen Operation bzw. einer Rechenoperation zu erzeugen, und ein in der Rechen- bzw. Arithmetikschaltung 6 enthaltener Zeitgeber wird dazu benutzt, Signale zum Stoppen der Detektion zu erzeugen, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer vergangen ist. Die ersteren Signale leiten auch die nachfolgende

Operation der Rechen- bzw. Arithmetikschaltung 6 ein, und das letztere Signal wird außerdem dazu verwendet, das Einführen des Mediums in die Pore zu stoppen wie auch die Arithmetik- bzw. Rechenoperation, einzuleiten. In Fig. 2 zeigen die Signale B und C, daß die Messung an jedem weiteren Teilchen ausgeführt worden ist, jedoch ist die Ausführungsform nicht auf dieses Verfahren beschränkt. Durch Hinzufügen von weiteren Einheiten der Torschaltung 3 und der Zählschaltung 4, so daß eine abwechselnde Zählung möglieh ist, wird eine kontinuierliche Messung ermöglicht, wodurch in vorteilhafter Weise der Betrag an Information verdoppelt wird. Genauer gesagt wird ein umgekehrtes Signal B¹ von dem Signal B abgeleitet, und die Teile, die den Signalen A und B¹ gemeinsam (UND) sind, werden, wie oben erwähnt, zur Bildung des Signals C genommen. Durch Torsteuerung der Torschaltung 3 mit diesen Signalen B' und C werden Signale E¹ und F¹ erzeugt, um die Intervalle zwischen den Signalen E und F zu ergänzen bzw. auszunutzen.

Die Rechenschaltung 6 liest die an den einzelnen Adressen im Speicher 5 direkt gespeicherten Zahlen aus, und die ausgelesenen Daten werden für die Aufzeichnung oder die Sichtwiedergabe bei 8 oder 9 in einer Kurve dargestellt.

Ein Beispiel der erhaltenen Kurven ist in Fig. 3 gezeigt. Und gleichzeitig werden außerdem die folgenden Größen berechnet, die ausgedruckt werden:

1. Spitzenwert

2. Minimum

3. Maximum

4. Breite

5. Mittel

X-Achsenwert X-Achsenwert X-Achsenwert 3 bis 2

X-Achsenwert, welcher die Hälfte der Fläche oberhalb des Analysenniveaus beträgt

- 10 -

6. Höhe Y-Achsenwert, welcher dem

Spitzenwert entspricht

7. Zählwert Zählzahl auf dem Zählniveau

Die Fig. 4 und 5 zeigen aktuelle Beispiele der Darstellung in einer gedruckten Form, wobei die Probe Blut war. Fig. 4 zeigt eine Kurve für Teilchenintervalle und Daten, die von der Rechenoperation erhalten worden ist. Der Mittelwert der Teilchenintervalle ist 153 με. Die Fig. 5 zeigt eine Kurve für die Impulsbreiten, bezogen auf Blut von einer unterschiedlichen Person, und aus dieser Kurve ist ersichtlich, daß der Mittelwert 26,2 με beträgt, während der Spitzenwert 24,9 με ist. Es sei darauf hingewiesen, daß es, wie aus den Fig. 4 und 5 ohne weiteres ersichtlich ist, wesentlich ist, das Dispersionsmedium mit einer konstanten Geschwindigkeit durch die Pore hindurchgehen zu lassen. Wenn irgendein Verstopfen oder eine Veränderung im Verlauf des Durchgehens des Mediums auftritt, ergibt sich bei der erhaltenen Kurve keine Spitze und auch nicht wenigstens eine deutlich zugeschnittene Spitze, und die Ergebnisse der Rechenoperation werden instabil. Wenn der Analysator nach der Erfindung verwendet wird, dann lassen sich diese fehlerhaften Ergebnisse, sofern sie auftreten, leicht beobachten und gelangen zur Kenntnis des Überwachers bzw. Benutzers. Daher kann der Analysator als eine Prüfeinrichtung für solche Situationen verwendet werden. Z, B. wird er dazu verwendet, die Genauigkeit eines Blutkörperchenzählers und eines Blutplättchenzählers, wie sie derzeit bei der klinischen Überwachung in weitem Umfange benutzt werden, zu untersuchen. Er ermöglicht es, vorher nicht nur die tägliche Rate der Variationen zu erfahren, sondern auch ein mögliches Auftreten von Rauschen, mögliche Variationen von Impulsbreiten aufgrund der sich ändernden Ansprechfähigkeit der Einrichtung, oder irgendwelche andere Variationen in den Meßbedingungen.

Durch die Verwendung des Analysators nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Charakteristik eines Dispersionsmediums, welches Teilchen von unterschiedlichen Größen - groß und klein - enthält, zu untersuchen.

Die Fig. 6 zeigt die Ergebnisse, die in einer Situation erhalten worden sind, in der das Medium eine gleiche Menge an großen Teilchen und kleinen Teilchen enthielt. Die erhaltene Kurve zeichnet sich durch zwei Spitzen aus, bei denen das Analyseniveau durch den Boden des Tals zwischen den beiden Spitzen verläuft. Durch Berechnung der Flächen jedes Bergs über dem Analyseniveau ist es möglich, die Teilchengrößenverhältnisse und/oder die Anzahl von Teilchen pro Volumeneinheit zu untersuchen. Um die Anzahl der Erythrozyten und der Blutplättchen in einem Blut gleichzeitig zu zählen, ist es allgemeine Praxis, jede Zahl von unterschiedlichen Höhen der detektierten Impulse herzuleiten, aber dieses Meßverfahren geht von der Vorausannahme einer einzigen Information aus, die zum Erzielen von vollständigen Daten jedoch nicht ausreicht. Infolgedessen sind gewisse statistische Korrektionsoperationen erforderlich. Im Gegensatz hierzu wird die Messung bei der vorliegenden Erfindung auf der Basis der Zeit ausgeführt, während der das Dispersionsmedium durch die Detektionspore hindurchgeht, was einen ziemlich unterschiedlichen Parameter darstellt'. Wenn die von den Impulshöhen in bekannter Weise erhaltenen Werte durch diejenigen kompensiert werden, die mit der vorliegenden Erfindung erhalten werden, wird die Messung genauer und zuverlässiger gemacht.

Es kommt häufig vor, daß die in dem Medium dispergierten Teilchen aus dem einen oder anderen Grund zusammengeballt werden, so daß Agglomerationen von Teilchen auftreten. Dadurch worden die Impulsintervalle vergrößert. Andererseits werden die Teilchen auch beim Umgebungsdruck einer Verminderung unterworfen, und ihre Verbindung wird

- 12 -

lose gemacht. Unter derartigen Umständen haben die Teilchen die Tendenz, unmittelbar bevor die Detektionsimpulse erzeugt werden, sich zu verbreiten bzw. zu zerstreuen, was zu ungleichmäßigen Impulsintervallen führt. Die erhaltene Kurve für die Impulsintervalle wird horizontal langgestreckt bzw. gedehnt, und sie hat wahrscheinlich zwei Spitzen. In einer solchen Situation kann mit dem Analysator nach der Erfindung die Analyse ausgeführt werden, ohne daß der Analysator seine Wirksamkeit bzw. Leistungsfähigkeit verliert.

In klinischen Untersuchungen kommt es oft vor, daß die untersuchten Erythrozyten aufgrund der niedrigen Temperatur agglomeriert werden. Solche Agglomerationen lassen sich gut bei 0.⁰C bis 5⁰C beobachten, aber sie verschwinden bei 20⁰C bis 30⁰C. Bei 37⁰C oder mehr werden sie nicht mehr beobachtet. Gemäß der Erfindung wird die Verminderung der Impulsintervalle aufgrund des Zunehmens der Temperatur gut beobachtet bzw. festgestellt und analysiert.

, <ί3.

Leerseite

Claims

KRAUS-Sl WEISERT"

PATENTANWÄLTE

UND ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

DR. WALTER KRAUS D I PLO M C H EM I KER · D R.-l N Q. AN N EKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMSARDSTRASSE 1t> · D-BOOüMÜNCHEN 71 · TELEFON 0BQ/7B7O77-71I7O7B · TELEX OB-S121DO kpBt d

TELEGRAMM KRAUSPATENT 3235 JS/BR

TOA MEDICAL ELECTRONICS CO., LTD. Kobe, Japan

Teilchengrößenverteilungsanalysator

PATENTANSPRUCH

Teilchengrößenverteilungsanalysator zum Beobachten der Gesundheitszustände von Teilchen, wie beispielsweise von Blutzellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysator folgendes umfaßt: einen Detektor (1) zum Detektieren von Teilchen mittels elektrischer oder optischer Unterschiede gegenüber einem Medium, das die Teilchen in Dispersion enthält, und zum Erzeugen von Signalen proportional zu den Größen der detektierten Teilchen; eine Schwellwertschaltung (2) zum Ausscheiden von Rauschen oder fragmentarischen Signa]en aus den detektierten Signalen, so daß Impulsbreiten bei bzw. in einer konstanten Position erhalten werden; eine Torschaltung (3) zum Entscheiden bzw. Bewirken des Durchgangs oder Nichtdurchgangs der den Teilchen entsprechenden Signale durch die Schwellwertschaltung (2); eine Zählschaltung (4) zum Zählen der Anzahl der den einzelnen Teilchen entspre-

chenden Signale, die von der Torschaltung (3) zugeführt worden sind; einen Speicher, der mit der Zählschaltung (4) verbunden ist; eine Rechenschaltung (6), die mit dem Speicher (5) und dem Detektor (1) verbunden ist; eine Steuerschaltung (7), die mit der Torschaltung (3), dem Speicher (5) und der Zählschaltung (4) verbunden ist; und eine Einrichtung (8, 9) zur Sichtwiedergabe und/oder Aufzeichnung der in dem Speicher (5) gespeicherten Daten.