DE3644968C2

DE3644968C2 - Verfahren zum Anzeigen eines Elektrophoretogramms

Info

Publication number: DE3644968C2
Application number: DE3644968A
Authority: DE
Inventors: Nobutaka Kaneko
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1985-08-17
Filing date: 1986-08-14
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2006-08-15
Also published as: DE3644970C2; DE3644971C2; DE3644969C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anzeigen eines Elektrophoretogramms, das durch fotoelektrisches Abtasten des elektrophoretischen Bildes einer Testprobe erhalten wurde.

Die Analyse bzw. Bestimmung von in einer Serumprobe enthaltenen Proteinen ist bisher auf elektrophoretischem Wege vorgenommen worden, weil durch die Elektrophorese eine Vielzahl von für die Diagnose verschiedener Krankheiten nützlichen Daten gewonnen werden kann. Deshalb wird die Elektrophorese von Serumproben heute im allgemeinen als eine der ersten Untersuchungsmaßnahmen durchgeführt. Die Elektrophorese einer Seriumprobe ist automati siert worden und ist zu einem Haupttest bei der Bestimmung der in einer Serumprobe enthaltenen verschiedenen Proteinarten ge worden.

Bei einer automatischen Vorrichtung zur Durchführung der Elektrophorese werden Serumproben mittels einer Auftragsein richtung auf ein Substrat, z. B. einen Zelluloseazetat-Film, aufgetragen und in einer Elektrophoresekammer dem Elektro phoreseprozeß während einer bestimmten Zeitdauer unterworfen. Sodann wird das Substrat nacheinander gefärbt, entfärbt und ge trocknet und in ein Dekalin enthaltendes Densitometer einge führt, in dem elektrophoretische Bilder von Serumproben sicht bar gemacht werden. Letztere werden mit einem Lichtstrahl foto elektrisch abgetastet, um elektrophoretische Bildsignale zu er halten. Als nächstes werden die prozentualen Anteile von Albumin (Alb), α₁-Globulin (α₁), α₂-Globulin (α₂), β-Globulin (β) und γ-Globulin (γ), das A/G-Verhältnis des anteilmäßigen Prozentsatzes von Albumin zum Gesamtprozentsatz der α₁-, α₂, β- und γ-Globuline sowie absolute Konzentrationswerte dieser Proteine berechnet und zusammen mit einem Elektrophoretogramm, also einem Densitogramm, in einem Untersuchungsbericht ausge druckt. Diese Ergebnisse werden auch in einer Anzeigevorrich tung, z. B. einer Kathodenstrahlröhre, dargestellt.

Bei der bekannten Elektrophorese-Vorrichtung wird für das Elektrophoretogramm eine automatische Bereichskontrolle vorge nommen, derart, daß eine Spitze der Albumin-Fraktion, die ge wöhnlich den höchsten Wert aufweist, stets ein bestimmtes konstantes Niveau annimmt. In diesem Falle können Veränderungen der Absolutwerte für die jeweiligen Stoffe nicht festgestellt werden. Ferner ist es bei dem bekannten Verfahren zum Auswerten und Verarbeiten des elektrophoretischen Bildes schwierig, wichtige Daten oder Informationen, z. B. das Vorhandensein von monoklonalem Protein (M-Protein), Unterschiede oder Schwankun gen in der elektrophoretischen Beweglichkeit, und das Vorhanden sein spezifischer Wellen- bzw. Kurvenformen, z. B. γ-Unter drückung, β-γ-Überbrückung und asymmetrische Verbreiterung (leading), zu ermitteln. Zur Diagnose verschiedener Krankheiten mit Hilfe des bekannten Elektrophoretogramms ist daher fachmän nische Erfahrung in beträchtlichem Umfange erforderlich. Ver änderungen bei den Absolutwerten für die Proteine können anhand des Elektrophoretogramms festgestellt werden, wenn auf das Substrat stets eine bleiche Menge des zu untersuchenden Probe serums aufgetragen wird. Dies ist jedoch in der Praxis sehr schwierig, weil die aufzutragenden Probenmengen sehr klein sind. Ferner ändert sich die Substratlänge, über die sich das elektrophoretische Bild erstreckt, in hohem Maße in Abhängig keit von verschiedenen Faktoren der Elektrophorese.

Um aus dem dargestellten Elektrophoretogramm und den aus den prozentualen Fraktionsanteilen errechneten Werten Krankheiten diagnostizieren zu können, ist beträchtliche Erfahrung und Übung erforderlich, die nicht bei jeder der mit solchen Unter suchungen beauftragten Personen gleich sind.

Es sind verschiedene Wege zur Diagnose von Krankheiten anhand von durch Elektrophorese gewonnenen Untersuchungsergebnissen vorgeschlagen worden. So zeigt das in Fig. 1 dargestellte Fluß diagramm verschiedene Schritte, mit denen sich aus der Gesamt menge an Proteinen und den aus der Proteingesamtmenge und den jeweiligen prozentualen Fraktionsanteilen errechneten Mengen der einzelnen Proteine Krankheiten voneinander unterscheiden lassen. Bei diesem Prozeß müssen spezifische Wellen- bzw. Kurvenformen oder Konfigurationen des Elektrophoretogramms, z. B. M-Protein, γ-Unterdrückung und β-γ-Überbrückung aus dem Elektrophoretogramm ermittelt werden. Weil jedoch bei dem bekannten Verfahren für das Elektrophoretogramm die automa tische Bereichskontrolle vorgenommen wird, derart, daß der Spitzenpunkt des Albumin-Fraktions-Bildes, welches den höchsten Wert hat, ein bestimmtes konstantes Niveau annimmt, ist es selbst für erfahrene und geübte Mediziner sehr schwierig, die erwähnten spezifischen Kurvenformen festzustellen.

In der US 42 95 949 ist ein Verfahren zum Anzeigen von elektro phoretischen Bildern beschrieben, bei dem die Stellung des elektrophoretischen Bildes in der Weise normiert ist, daß die Spitze der Albumin-Fraktion zunächst ermittelt und das gesamte elektrophoretische Bild entlang der X-Achse soweit verschoben wird, bis die ermittelte Spitze genau im Ursprung des Koordi natensystems liegt. Wird deshalb die Expansionslänge des elektrophoretischen Bildes geändert, was aufgrund vielfältiger Einflüsse bei der Elektrophorese häufig auftreten kann, so entspricht die Expansionslänge nicht mehr derjenigen einer Standardprobe. Die elektrophoretischen Bilder der Testprobe und der Normalprobe werden übereinander dargestellt. Dabei weisen sie nur eine gemeinsame Y-Achse auf.

Aus der DE 33 26 150 ist eine Auftragung von Fraktionswerten bekannt, die angenommene Ausgangswerte für die prozentualen Fraktionsanteile eines Patienten sind. Weiterhin ist ange nommen, daß der Fraktionsanteil von Albumin um einen bestimmten Fehler angenommen hat während die prozentualen Fraktionsanteile der α₁, α₂, β- und γ-Globuline zugenommen haben.

Die DE 33 26 150 beschäftigt sich überhaupt nicht mit der Frage der Anzeige unterschiedlich gewonnener Elektrophoretogramme, insbesondere nicht mit der Frage der Aufzeichnung eines Stan dard-Elektrophoretogramms und eines Elektrophoretogramms einer Testprobe.

Das Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Anzeigen eines Elektrophoretogramms zu schaffen, nach dem Konzentrationsände rungen der in Proben enthaltenen jeweiligen Stoffe bequem und exakt beurteilt und somit Krankheiten genau diagnostiziert wer den können, auch dann, wenn die auf Substrate aufgetragenen Probemengen und elektrophoretische Wanderungslängen, über welche sich auf den Substraten Fraktionsbilder der Probenstoffe erstrecken, verschieden sind.

Ein diese Aufgabe lösendes Anzeigeverfahren ist mit vorteil haften Ausgestaltungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Flußdiagramm für ein bekanntes Verfahren zum Ableiten von Untersuchungsergebnissen aus einem Elektrophoretogramm,

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung eines Densitometers zum Abtasten eines auf einem Substrat erzeugten elektrophoretischen Bildes,

Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung einer Vorgehensweise beim Abtasten des elektrophoretischen Bildes,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Vor richtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Ver fahrens,

Fig. 5 ein Flußdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Normierung des Elektrophoretogramms,

Fig. 6 ein Elektrophoretogramm zur Erläuterung eines Ver fahrens zum Ermitteln von zwei Bezugspunkten,

Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Darstellung eines erfindungsge mäßen Verfahrens zum Anzeigen normierter Elektro phoretogramme,

Fig. 8, 9, 10 und 11 Beispiele von Elektrophoretogrammen, die zusammen mit einem Standard-Elektrophoretogramm oder einem Normalbereich angezeigt werden,

Fig. 12 Beispiele von Elektrophoretogrammen mit spezifischen Musterkonfigurationen,

Fig. 13 ein Flußdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln des M-Proteins,

Fig. 14, 15 und 16 Teile von Elektrophoretogrammen mit spezi fischen Konfigurationen,

Fig. 17 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln einer β-γ-Überbrückung,

Fig. 18 ein Elektrophoretogramm mit einer asymmetrischen Ver breiterung,

Fig. 19 ein Flußdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln der asymmetrischen Verbreiterung,

Fig. 20 und 21 Teile von Elektrophoretogrammen zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln der Symmetrie,

Fig. 22 und 23 Beispiele von Mustern, die zusammen mit Elektro phoretogrammen ausgedruckt werden, und

Fig. 24 weitere Beispiele von in einem Untersuchungsbericht ausgedruckten Mustern.

Bei dem in Fig. 2 mit seinem grundsätzlichen Aufbau dargestell ten Densitometer eine Elektrophorese-Vorrichtung zum fotoelek trischen Abtasten eines elektropheretischen Bildes wird ein zuvor eingefärbtes, entfärbtes und getrocknetes Substrat 1 mittels Transportrollen 2 in eine Lichtmeßstation 4 transpor tiert, die Dekalin 3 zum Transparentmachen des Substrates 1 enthält. Das Substrat 1 wird mit einer Lichtmeßvorrichtung 5 ausgemessen und mittels Austragsrollen 6 ausgetragen. Die Lichtmeßvorrichtung 5 umfaßt eine Lichtquelle 5a zum Aussenden eines Lichtstrahls und einen Lichtempfänger 5b zum Empfangen eines vom Substrat 1 durchgelassenen Lichtstrahls. Die Licht meßvorrichtung 5 wird mit einer konstanten Geschwindigkeit von z. B. 8 mm/s in einer Abtastrichtung b rechtwinkelig zur Trans portrichtung a des Substrates 1 bewegt (sh. Fig. 3). Auf diese Weise werden auf dem Substrat 1 ausgebildete elektrophoretische Bilder 7 der verschiedenen Komponenten fotoelektrisch abgetas tet, um ein elektrophoretisches Bildsignal zu erzeugen.

Dieses elektrophoretische Bildsignal wird in einer zweckdien lichen Abtastperiode abgetastet, um eine Reihe von digitalen Datenproben abzuleiten. Verschiedene Meßwerte der Prüfgegen stände, z. B. prozentuale Fraktionsanteile, werden aus diesen Datenproben errechnet und mit einem Drucker in einem Unter suchungsbericht ausgedruckt. Auf den Untersuchungsbericht wird auch ein Elektrophoretogramm aufgezeichnet. Ein auf dem Unter suchungsbericht aufgezeichnetes Elektrophoretogramm für eine menschliche Blutserumprobe enthält Anteile von Präalbumin (Eiweiß-Vorläufer), Albumin, α₁-Globulin, α₂-Globulin, β-Globulin und γ-Globulin; diese Anteile bzw. Fraktionen werden in der angegebenen Reihenfolge nacheinander aufgezeichnet.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild für eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es sind verschiedene Arten von Proteinen zu analysieren, die in Serumproben von Menschen enthalten sind. Auf einem Substrat 1 werden ein oder mehrere Satz elektrophoretische Bilder einer oder mehrerer Serumproben erzeugt und mit einem Densitometer, das eine Lichtquelle 5a und einen Lichtempfänger 5b umfaßt, fotoelektrisch abgetastet. Das Densitometer selbst ist von gleichem Aufbau wie das bekannte Densitometer. Die Lichtquelle 5a und der Lichtempfänger 5b werden in bezug auf das Substrat 1 in einer Abtastrichtung mit einer konstanten Geschwindigkeit von z. B. 8 mm/s bewegt. Ein fotoelektrisch umgewandeltes Aus gangssignal des Lichtempfängers 5b wird in einem logarithmis chen Verstärker 12 verstärkt und in ein Signal umgewandelt, das eine optische Absorption der elektrophoretischen Bilder, das sind die Fraktionsbilder der verschiedenen Proteinarten, dar stellt. Deshalb wird dieses Signal auch als elektrophoretisches Bildsignal bezeichnet. Das umgewandelte elektrophoretische Bildsignal wird dann abgetastet und von einem Analog-Digital- Wandler 13 in digitale Datenproben umgewandelt. Dies geschieht synchron mit Taktimpulsen mit einem Impulsabstand, der einer Abtastperiode entspricht, die entsprechend den Untersuchungsbe dingungen, z. B. Dauer der Elektrophorese, bestimmt werden kann. Beim gezeigten Beispiel ist die Abtastperiode auf 12 m·s, die Elektrophorese-Dauer dagegen auf 40 Minuten eingestellt. Die erhaltenen digitalen Datenproben werden mit Steuerung durch eine Zentraleinheit 14 in einen Speicher 15 eingelesen und darin gespeichert. Die Vorrichtung umfaßt ferner eine Tastatur 16 und eine Kathodenstrahlröhre 17 für die Eingabe und Überwa chung verschiedener Befehle, Daten und Bilder, sowie eine Diskette 18 und einen Drucker 19.

Nachdem die im Speicher 15 gespeicherten Daten geglättet und die automatische Nullinieneinstellung durchgeführt worden ist, um Veränderungen der Grundlinie aufgrund von Schwankungen in der Lichtintensität auszuschließen, werden die Datenproben einem Normierungsprozeß unterworfen. Sodann werden die prozen tualen Fraktionsanteile und ein A/G-Verhältnis errechnet und auf der Kathodenstrahlröhre 17 zusammen mit einem Densitogramm angezeigt. Diese Ergebnisse werden mittels des Druckers 19 in einem Untersuchungsbericht 20 aufgezeichnet. Die Information - wird auch auf der Diskette 18 gespeichert.

Das Flußdiagramm der Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform des Normierungsverfahrens gemäß der Erfindung. Dabei ist ein Elektrophoretogramm von einer bestimmten elektrophoretischen Wanderungslänge durch 350 Datenproben bzw. Meßpunkte dargestellt, der Scheitelpunkt einer Albumin-Fraktion fällt mit dem Meßpunkt 100 zusammen, und der Scheitelpunkt der β-Globu lin-Fraktion ist auf den Meßpunkt 200 angelegt. Die Albumin- Fraktion hat eine große Spitze, und die β-Globulin-Fraktion hat eine stabile Spitze, so daß diese Scheitel- bzw. Spitzenpunkte vorzugsweise als die Bezugspunkte für die Normierung gewählt werden können. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß durch A/F-Umwandeln des elektrophoretischen Bildsignals mehr als 350 Datenproben erhalten werden.

Beim Normieren werden zuerst aus den im Speicher 15 gespei cherten Datenproben die Bezugspunkte, d. h. die Spitzenpunkte der Albumin- und β-Globulin-Fraktionen ermittelt. Es werden nun mehrere Verfahren zum Ermitteln der Bezugspunkte beschrieben.

Erstes Verfahren zur Bezugspunktermittlung

Die Datenproben werden mit einem Schwellenpegel verglichen, um eine Reihe von Datenproben auszuwählen, welche den Schwellenpegel übersteigen (s. Fig. 6). Dieser Schwellen pegel ist so festgelegt worden, daß beide Endpunkte der aus gewählten bzw. ausgelesenen Reihe von Datenproben mit den Endpunkten der elektrophoretischen Wanderungslänge bzw. -strecke zusammenfallen. Sodann werden in Bereichen l₁ und l₂ Spitzen ermittelt, wobei diese Bereiche durch die linken und rechten Endpunkte der ausgewählten Reihe von Datenproben vorbestimmt sind. Ein im Bereich l₁ die höchste Konzentra tion aufweisender Peak bzw. Spitze wird dann als die Spitze der Albumin-Fraktion angenommen, und eine im Bereich l₂ er mittelte Spitze wird zur Spitze der β-Globulin-Fraktion be stimmt. Auf diese Weise können die Bezugspunkte im Elektro phoretogramm ermittelt werden.

Zweites Verfahren zur Bezugspunktermittlung

Bei einer Reihe von Datenproben werden letztere von beiden Endpunkten der Reihe her nacheinander kumuliert, und wenn die kumulierten Werte zugehörige vorbestimmte Werte errei chen, werden zugehörige Meßstellen zu Endpunkten des Densi togramms bestimmt. Sodann werden auf dieselbe Weise wie beim ersten Verfahren die Spitzen der Albumin- und β-Globulin- Fraktionen in den Bereichen l₁ und l₂ ermittelt. Beispiels weise, wenn ein kumulierter Wert von Datenproben vom linken Ende, d. h. auf der der positiven Polarität entsprechenden Seite der Albumin-Fraktion her gleich wird zwei Prozent eines Gesamtkumulationswertes, und wenn ein kumulierter Wert vom rechten Ende, d. h. auf der der negativen Polarität ent sprechenden Seite des γ-Globulin-Bildes her gleich wird ein Prozent des Gesamtkumulationswertes, wird es möglich, Daten proben auszuwählen, die das elektrophoretische Bild darstel len, welches im wesentlichen der durch Prüfen mit dem unbe waffneten Auge erhaltenen elektrophoretischen Wanderungs länge entspricht.

Drittes Verfahren zur Bezugspunktermittlung

Auf das Substrat wird auch eine Normal- oder Standard-Serum probe aufgetragen, um von ihr ein elektrophoretisches Stan dardbild zu erzeugen. Dieses wird dann abgetastet, um eine Reihe von Standard-Datenproben abzuleiten. Sodann wird die Position der Spitze von der Albumin-Fraktion der Standard probe ermittelt und danach die Position der Spitze vom β-Globulin als dritte Spitze bei Zählung von der Albumin-Spit ze zu der der negativen Polarität entsprechenden Seite hin. Sodann wird ein Spitzenpunkt der Albumin-Fraktion einer Testprobe ermittelt, wonach ein Spitzenpunkt der β-Globulin- Fraktion in der Weise ermittelt wird, daß eine Spitze in der Nähe einer Position ermittelt wird, die zu der der negativen Polarität entsprechenden Seite hin um eine Strecke verlagert ist, welche dem Abstand zwischen der Albumin-Spitze und der β-Globulin-Spitze der Standardprobe gleich ist. Bei diesem Verfahren kann der Spitzenpunkt der Albumin-Fraktion durch Vergleichen der Datenproben mit einem Schwellenpegel von re lativ großer Amplitude ermittelt werden, weil die Albumin- Spitze von beträchtlicher Höhe ist. Ferner kann die Spitze der Albumin-Fraktion nach dem in der prioritätsgleichen US- Patentanmeldung 826,991 vom 7. Februar 1986 beschriebenen Verfahren ermittelt werden, bei dem zuerst unter allen Datenproben der größte Spitzenwert D_M ermittelt wird. Sodann wird als die Albumin-Spitze diejenige Spitze ermittelt, die von der der positiven Polarität entsprechenden Seite her als erste einen Schwellenpegel, der ein Sechzehntel des Spitzen wertes D_M beträgt, übersteigt. Der Schwellenpegel D_M/16 wird empirisch so festgelegt, daß die Spitze einer Präalbumin bzw. Eiweiß-Vorläufer-Fraktion sicher unberücksichtigt bleibt, und selbst wenn D_M nicht die Albumin-Spitze ist, kann die Albumin-Spitze zuverlässig ermittelt werden. Es ist auch möglich, einen Schwellenpegel zu benutzen, der nicht gleich D_M/16 ist.

In der vorstehend erläuterten Weise ist es möglich, die Po sition der Albumin-Fraktions-Spitze, die gewöhnlich einen bemerkenswert hohen Wert hat, und die Position der β-Globu lin-Fraktions-Spitze zu ermitteln, deren Lage im Elektro phoretogramm sehr stabil ist.

Normalisierung in bezug auf die X-Achse

Im folgenden Schritt II werden die Datenproben in bezug auf die X-Achse normalisiert, derart, daß die Albumin- und β-Globulin-Spitzen mit vorbestimmten Punkten im Elektrophore togramm, d. h. mit dem Meßpunkt 100 bzw. 200 zusammenfallen. Beispielsweise, wenn die für Albumin und β-Globulin der Se rumprobe ermittelten Spitzen auf dem Meßpunkt 120 bzw. 230 liegen, ist der Abstand zwischen diesen Punkten 230-120 = 110. Sodann werden die Datenproben entlang der X-Achse ent sprechend dem Verhältnis dieses Abstandes 110 zu einem Stan dardabstand 100 (= 200-100) verschoben und die Albumin- und β-Globulin-Spitzen zur Koinzidenz mit dem Meßpunkt 100 bzw. 200 gebracht. Kommen in den ermittelten Datenproben der Testprobe eine oder mehrere Datenproben, die Meßstellen auf der X-Achse entsprechen, nicht vor, müssen Datenproben durch Interpolieren gebildet werden.

Auf diese Weise wird die Normalisierung in bezug auf die X-Achse durchgeführt. Sodann wird die Zahl der Datenproben gleich gemacht mit dem Standardwert 350, und die Albumin- und β-Globulin-Spitzen werden auf die vorbestimmten Positio nen bei den Meßstellen 100 und 200 gelegt.

Normalisierung in bezug auf die Y-Achse

Im Verfahrensschritt III wird die Normalisierung in bezug auf die Y-Achse entsprechend dem Verhältnis der Anzahl Datenproben der Testprobe zwischen den beiden Bezugspunkten zur Anzahl Proben zwischen den beiden vorbestimmten Punkten auf der X-Achse durchgeführt. Beim obengenannten Beispiel ist dieses Verhältnis 110 : 100. D.h. die Werte von 350 Daten proben werden mit der Verhältniszahl 110/100 multipliziert. Sodann wird ein Kumulationswert der 350 normalisierten Pro ben im wesentlichen gleich gemacht einem kumulierten Wert der nicht normalisierten Proben der Testprobe zwischen ent sprechenden Spitzenpunkten. Mit anderen Worten, beim gezeig ten Beispiel wird jede der 350 Datenproben zur Normalisie rung in bezug auf die Y-Achse mit 110/100 multipliziert.

Die vorstehend beschriebenen Vorgänge werden ausgeführt durch Auslesen der Datenproben aus dem Speicher 15 unter der Kontrolle der Zentraleinheit 14; die normalisierten Daten proben werden auf der Diskette 18 gespeichert.

Normalisierung der Konzentration

Im Verfahrensschritt IV wird eine Normalisierung der Konzen tration durchgeführt. Hierbei werden Kumulationswerte zuge höriger Fraktionsbilder zu absoluten Konzentrationswerten der jeweiligen Proteine in der Testprobe in Beziehung ge setzt. Zu diesem Zweck wird die Gesamtmenge der Proteine oder die Albumin-Menge mit einem von der Elektrophorese-Vor richtung getrennten chemischen Analysiergerät gemessen. Die Eintragung dieses Meßwertes erfolgt über die Tastatur 16, direkt vom Analysiergerät aus oder über ein mit dem Analy siergerät gekoppeltes Kontrollrechnersystem in direkter oder indirekter Verarbeitung. Die auf diese Weise eingelesene In formation wird auf der Diskette 18 gespeichert. Zur gleichen Zeit wird auf der Diskette 18 auch ein Bezugskumulationswert für eine Einheitsdichte (1 g/dl) des gemessenen absoluten Konzentrationswertes gespeichert. Beispielsweise wird beim Einlesen des Konzentrationswertes von Albumin der Bezugs kumulationswert für die Einheitskonzentration (1 g/dl) von Albumin auf z. B. 15 000 (A/D-umgewandelter Wert) gesetzt. Wenn dann die Albumin-Konzentration mit 4 g/dl eingegeben wird, wird zuerst ein Kumulationswert der Albumin-Fraktion in Übereinstimmung mit den normalisierten Datenproben er rechnet; sodann wird das Verhältnis zwischen diesem errech neten Wert und dem der Albumin-Konzentration entsprechenden Bezugskumulationswert abgeleitet. Z.B., wenn der Kumula tionswert der normalisierten Albumin-Fraktion nach A/D-Um wandlung 80 000 beträgt, wird der Bezugskumulationswert zu 4 (g/dl) · 15 000 = 60 000. Danach wird das Verhältnis 60 000 : 80 000 = 0,75 ausgerechnet. Zur Normalisierung der Konzentra tion werden dann die zugehörigen Werte der Datenproben mit dieser Verhältniszahl 0,75 multipliziert.

Beim Normalisieren der Konzentration ist es auch möglich, Farbveränderungen zwischen den Fraktionsbildern zu korrigie ren. Ferner kann bei der Eingabe der Gesamtproteinmenge das Verhältnis in ähnlicher Weise abgeleitet werden, indem der der eingegebenen Gesamtmenge entsprechende Bezugskumula tionswert durch den Kumulationswert aller Fraktionen geteilt wird.

In der vorstehend erläuterten Weise werden nacheinander die Normalisierungen in bezug auf X- und Y-Achse und die Norma lisierung der Konzentration ausgeführt. Die normalisierten Datenproben werden auf der Diskette 18 gespeichert.

Beim gezeigten Beispiel werden die Datenproben des Elektro phoretogramms von der Testprobe in bezug auf X- und Y-Achse sowie in bezug auf Konzentration ausgehend von der eingege benen Menge eines einzelnen Proteins oder der eingegebenen Gesamtmenge der Proteine normalisiert. Selbst wenn die Men gen der auf Substrate aufgetragenen Testproben voneinander verschieden sind, und die elektrophoretischen Wanderungs längen der Elektrophoretogramme von Testproben unterschied lich sind, haben die von den normalisierten Datenproben ge bildeten Elektrophoretogramme die gleiche elektrophoretische Wanderungslänge, und die prozentualen Fraktionsanteile der verschiedenen Proteine stellen exakt absolute Konzentratio nen der Proteine dar. Es ist daher möglich, ein normalisier tes Elektrophoretogramm zu erhalten, welches genau die Kon zentrationen der jeweiligen Fraktionsbilder darstellt, so daß Unterschiede in der elektrophoretischen Mobilität bzw. Beweglichkeit, das Vorhandensein von M-Protein und das Auf treten spezifischer Kurvenformen oder Konfigurationen exakt ermittelt werden und für eine genaue Diagnose von Krankhei ten wertvolle Informationen liefern können. Weil ferner für die Elektrophoretogramme von zugehörigen Testproben gleiche Bezugspunkte festgelegt sind, ist es möglich, einen genauen Vergleich zwischen den Elektrophoretogrammen bequem vor zu nehmen.

Es ist ausreichend, nur die Normalisierung in bezug auf die X-Achse oder in bezug auf X- und Y-Achse vorzunehmen. Ferner kann die Normalisierung der Konzentration vor der Normali sierung in bezug auf die X-Achse durchgeführt werden. Auch können die Bezugspunkte auf andere Stellen als die Spitzen punkte der Albumin- und β-Globulin-Fraktionen gelegt werden. Beispielsweise können als Bezugspunkte Spitzenpunkte anderer Protein-Substanzen oder Endpunkte des elektrophoretischen Bildes gewählt werden.

Für die Analyse bzw. Auswertung von Elektrophoretogrammen mit dem Ziel, für die exakte Diagnose von Krankheiten nütz liche Informationen zu gewinnen, ist es von Vorteil, das Elektrophoretogramm von entsprechenden Testproben mit einem Standard-Elektrophoretogramm einer Normalprobe zu verglei chen. Beim gezeigten Beispiel wird das Standard-Elektro phoretogramm im gleichen Anzeigebereich oder in der gleichen Druckzone wie das Elektrophoretogramm der Testprobe ange zeigt oder ausgedruckt.

Das Flußdiagramm der Fig. 7 zeigt ein allgemeines Verfahren zum Anzeigen der Elektrophoretogramme der Testprobe und der Normalprobe in überlagerter Darstellung. Zuerst wird wenig stens eine Normalprobe zusammen mit den Testproben auf ein Substrat aufgetragen, an dem dann eine Elektrophorese durch geführt wird, um ein elektrophoretisches Standardbild der Normalprobe und elektrophoretische Muster der Testproben zu erhalten. Diese elektrophoretischen Bilder werden dann zur Ableitung von Datenproben fotoelektrisch abgetastet. Danach werden die Datenproben der Normalprobe normalisiert, um eine Reihe normalisierter Datenproben abzuleiten, die sich auf ein Standard-Elektrophoretogramm beziehen. Zur gleichen Zeit werden die Datenproben der Testprobe normalisiert, um eine Reihe normalisierter Datenproben zu erhalten, die sich auf ein normalisiertes Elektrophoretogramm der Testprobe bezie hen. Sodann werden diese Elektrophoretogramme im gleichen Anzeigebereich der Kathodenstrahlröhre 17 in überlagerter Darstellung angezeigt. Zur gleichen Zeit werden diese Elek trophoretogramme der Normal- und der Testprobe mittels des Druckers 19 in der gleichen Druckzone des Untersuchungs berichtes 20 in überlagerter Darstellung ausgedruckt.

Es werden nun mehrere Ausführungsformen des Verfahrens zum Anzeigen der Elektrophoretogramme in überlagerter Darstel lung erläutert.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8A ist ein Standard-Elek trophoretogramm I einer Normalprobe mit einer gestrichelten Linie, ein Elektrophoretogramm II der Testprobe mit einer durchgezogenen Linie gezeichnet. Bei der Ausführungsform ge mäß Fig. 8B ist das Standard-Elektrophoretogramm I mit einer dünnen durchgezogenen Linie, das Elektrophoretogramm II der Testprobe dagegen mit einer dicken durchgezogenen Linie ge zeichnet. Diese Elektrophoretogramme I und II können mit Li nien verschiedener Farbe, Dichte oder Helligkeit angezeigt werden. Ferner wird aus den Datenproben des Standard-Elek trophoretogramms der Normalprobe ein Normalbereich errech net, mit dem dann die Datenproben des Elektrophoretogramms der Testprobe verglichen werden. Dann kann derjenige Teil des Elektrophoretogramms der Testprobe, der außerhalb des Normalbereiches liegt, mit einer Schraffierung angezeigt werden (s. Fig. 9). In diesem Falle kann die Schraffierung mit einer oder mehreren, von den Elektrophoretogrammen ver schiedenen Farben dargestellt werden. Dieser außerhalb des Normalbereiches liegende Teil des Elektrophoretogramms kann auch mit einer anderen Farbe, Dicke oder Helligkeit als das Elektrophoretogramm angezeigt werden.

Gemäß Fig. 10 werden statt des Standard-Elektrophoretogramms der Normalprobe Muster I_max und I_min angezeigt, die Ober- und Untergrenzen des Normalbereiches darstellen. In diesem Falle können Bereiche des Elektrophoretogramms der Testpro be, welche über der Obergrenze und unter der Untergrenze liegen, durch verschiedene Färbung oder Schraffierung gegen über dem Normalbereich deutlich unterschieden werden. Ferner können aus dem Vergleich mit dem Standard-Elektrophoreto gramm besonders zu untersuchende oder kritische Bereiche ab geleitet und in der Anzeige durch Schraffierung oder ver schiedene Farben deutlich gemacht werden.

Bei diesem Beispiel wird das Standard-Elektrophoretogramm der Normalprobe und/oder der vom Standard-Elektrophoreto gramm abgeleitete Normalbereich an der Kathodenstrahlröhre 17 angezeigt und im Untersuchungsbericht 20 ausgedruckt.

Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, Untersuchungs berichte zu benutzen, auf denen Muster, die auf das Stan dard-Elektrophoretogramm der Normalprobe bezogen sind, vor gedruckt sind. Mehrere Ausführungsformen solcher Untersu chungsberichte sind in Fig. 11A bis 11C dargestellt. Bei dem Beispiel gemäß Fig. 11A ist auf einem Untersuchungsbericht 21 ein Standard-Elektrophoretogramm III mit einer gestri chelten Linie vorgedruckt. Bei dem Beispiel gemäß Fig. 11B ist das Standard-Elektrophoretogramm III mit einer durchge zogenen Linie vorgedruckt, und bei dem Beispiel gemäß Fig. 11C sind auf dem Untersuchungsbericht 21 Ober- und Unter grenze darstellende Muster III_max und III_min vorgedruckt. Die Länge dieser Muster muß gleich sein der elektrophoretischen Wanderungslänge normalisierter Elektrophoretogramme von Testproben. Bei Benutzung dieser vorgedruckten Untersu chungsberichte 21 ist es nicht immer notwendig, das Stan dard-Elektrophoretogramm der Normalprobe abzuleiten. Es ist dennoch vorteilhaft, so zu verfahren, weil in diesem Falle das Standard-Elektrophoretogramm mit Vorteil zur Normali sierung und zur Beurteilung von Krankheiten benutzt werden kann.

Nach einem anderen Lösungsgedanken der Erfindung ist es mög lich, durch Auswerten des Elektrophoretogramms Medizinern für die Untersuchung von Patienten nützliche Daten oder In formationen zur Verfügung zu stellen. Zu diesem Zweck ist es notwendig, spezifische Wellen- bzw. Kurvenformen oder Konfi gurationen des normalisierten Elektrophoretogramms zu ermit teln. Hierzu werden nachfolgend mehrere Verfahren beschrie ben.

Eine der wichtigsten spezifischen Konfigurationen im Elek trophoretogramm ist eine M-Protein-Spitze. Diese kann an einer beliebigen Stelle des Elektrophoretogramms auftreten, erscheint jedoch gewöhnlich zwischen der β- und der γ-Globu lin-Fraktion. Die M-Protein-Spitze wird durch monoklonale Proteine, die in der Serumtestprobe enthalten sind, hervor gerufen. Somit erscheint die M-Protein-Spitze als monoklo nale Zacke von geringer Breite. Das M-Protein läßt sich in benignes und malignes M-Protein einteilen. Das benigne M-Protein erscheint als Zacke, die einem gewöhnlichen Elek trophoretogramm überlagert ist, wogegen bei malignem M-Pro tein eine oder mehrere Protein-Substanzen im Elektrophoreto gramm spezifisch unterdrückt werden.

Dank dieser speziellen Eigenschaften des M-Proteins ist die Ermittlung der M-Protein-Spitze dadurch möglich, daß man prüft, ob zwischen der β- und der γ-Globulin-Fraktion eine ausgeprägte Spitze vorhanden ist. Wenn wie bei dem Beispiel gemäß Fig. 12A diese M-Protein-Spitze fehlt, liegen glatte bzw. gleichförmige Täler und Berge vor. Enthält eine Test probe benignes M-Protein, ist, wie in Fig. 12B dargestellt, zwischen der β- und der γ-Globulin-Fraktion eine zusätzliche Spitze festzustellen, so daß der Verlauf bzw. die Konfigu ration des Elektrophoretogramms eher kompliziert ist. Ent hält eine Testprobe malignes M-Protein, tritt eine ausge prägte Spitze auf (s. Fig. 12C). In diesem Falle ist weiter hin die γ-Fraktion beiderseits der M-Protein-Zacke unter drückt.

Zur Ermittlung lediglich der M-Protein-Spitze genügt es festzustellen, ob zwischen der β- und der γ-Fraktion, also zwischen den Meßpunkten 200 und 300, eine Zacke vorhanden ist. Mit Hilfe dieses Ermittlungsverfahrens läßt sich aber nicht beurteilen, ob die festgestellte M-Protein-Spitze auf benignes oder malignes M-Protein hinweist. Es ist daher not wendig festzustellen, ob die γ-Fraktion in der Nähe der festgestellten M-Protein-Spitze unterdrückt ist.

Unter Bezugnahme auf das in Fig. 13 dargestellte Flußdia gramm wird nun das Verfahren zum Ermitteln und Verarbeiten des M-Proteins zwischen den β- und γ-Fraktionen beschrieben. Nachdem die Datenproben des Elektrophoretogramms der Test probe in der vorstehend beschriebenen Weise normalisiert worden sind, wird in einem ersten Schritt I eine nachfolgend als Spitzenwert bezeichnete Größe einer Spitze innerhalb eines vorbestimmten, dem Abstand zwischen der β- und der γ-Fraktion entsprechenden Bereich ermittelt. Es werden nun mehrere Verfahren zum Berechnen des Spitzenwertes beschrie ben.

Erstes Verfahren zur Berechnung des Spitzenwertes

Es wird zuerst ein Erfassungsbereich mit der Breite 2k bei derseits eines Meßpunktes i festgelegt (s. Fig. 14). Es sei angenommen, daß die Daten- bzw. Meßwerte an den Stellen i-k, i und i+k den Betrag D_i-k, D_i bzw. D_i+k haben. Sodann wird die Fläche S des Abschnitts berechnet, der vom Elektrophore togramm und einer die Meßwerte D_i-k und D_i+k verbindenden Geraden eingeschlossen ist. Bei Anwendung der Trapezintegra tion läßt sich die Fläche S mittels der nachstehenden Glei chung berechnen:

S = (1/2D_i-k+D_i-(k-1) . . . +D_i-1+D_i+D_i+1+ . . . +D_i+(k-1)+1/2D_i+k)-(D_i-k+D_i+k)/2·2k .

Selbstverständlich kann die Fläche S nach anderen Methoden als der Trapezintegration berechnet werden. Beispielsweise kommt hierfür die Simpson′sche Regel in Frage.

Durch Versuche wurde bestätigt, daß es vorteilhaft ist, für k einen Wert zwischen 3 und 6 zu wählen. Wenn k kleiner als 3 gewählt wird, ist zwar eine feine Veränderung feststell bar, jedoch unterliegt die Fläche S geringen Störeinflüssen. Wenn dagegen k größer als 6 gewählt wird, können zwar die Störeinflüsse wegen des Glätteffektes gemildert werden, aber eine feine Veränderung kann nicht festgestellt werden. Der Wert k wird ebenfalls in anderen, nachstehend erläuterten Verfahren, angewandt.

Bei der Beurteilung der auf diese Weise berechneten Fläche S ist es möglich, nicht nur eine deutliche bzw. unabhängige, sondern auch, wie in Fig. 15 dargestellt, eine kleine M-Protein-Spitze festzustellen.

Zweites Verfahren zum Berechnen einer M-Protein-Spitze

Zuerst wird die Fläche S in der vorstehend angegebenen Weise berechnet. Sodann wird der Wert S/2k berechnet, der eine Durchschnittshöhe innerhalb des Bereiches von der Breite 2k darstellt. Die Abhängigkeit von S/2k von der Erfassungs breite 2k wird daher kleiner als die von S. Mit anderen Worten, bei einer Änderung der Erfassungsbreite 2k ändert sich die Fläche S entsprechend, aber das Verhältnis S/2k erfährt nur eine geringfügige Veränderung. Das Verhältnis S/2k stellt daher das Maß, in dem die M-Protein-Spitze vorspringt, sehr viel getreuer dar.

Drittes Verfahren zum Berechnen einer M-Protein-Spitze

Bei diesem Verfahren wird das Maß des Vorspringens der M-Protein-Spitze durch S/(2k)² dargestellt. Dieser Wert ist das Verhältnis von S/2k zur Erfassungsbreite 2k und stellt somit das Maß des Vorspringens für eine Einheitserfassungs breite dar. Liegen daher Vorsprünge analoger Konfigurationen vor, erhält man für S/(2k)² gleiche Werte. In diesem Falle ist die Erfassungsbreite 2k für den Grad der Glättung maß gebend.

Viertes Verfahren zum Berechnen einer M-Protein-Spitze

Bei diesem Beispiel wird das Maß des Vorspringens über die zweite Ableitung berechnet. Hierbei ist es notwendig, das Elektrophoretogramm durch eine geeignete Funktion auszu drücken. Dies kann beispielsweise nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate geschehen. Von der so erhaltenen Nähe rungsfunktion wird dann ein zweites Differential berechnet, um den Spitzenwert abzuleiten.

Nachstehend werden mehrere Beispiele zweiter Ableitungen f′′(i) für verschiedene Erfassungsbreiten mit 5, 7 bzw. 9 Meßstellen angegeben. Bei diesen Beispielen wird das Elek trophoretogramm durch eine Näherungsfunktion einer Parabel gleichung - y = ax²+bx+c - dargestellt.

Mit 5 Meßpunkten (2k=4):
f′′(i) = (2D_i-2-D_i-1-2D_i-D_i+1+2D_i+2)/7.

Mit 7 Meßpunkten (2k=6):
f′′(i) = (5D_i-3-3D_i-1-4D_i-3D_i+1+5D_i+3)/42.

Mit 9 Meßpunkten (2k=8):
f′′(i) = (28_i-4+7D_i-3-8D_i-2-17D_i-1-20D_i-17D_i+1-8D_i+2+7D_i+3 +28D_i+4)/462.

Der so errechnete Spitzenwert ist von der Erfassungsbreite 2k nicht inhärent abhängig. Die Erfassungsbreite 2k ist da her lediglich für Glättung maßgebend.

Nachdem der das Maß des Vorspringens darstellende Spitzen wert nach einem der vorstehend angegebenen Verfahren berech net worden ist, wird in einem zweiten Schritt II entschie den, ob der Spitzenwert größer als ein vorbestimmter Schwel lenwert SL₁ ist. Bei Gleichheit oder kleinerem Spitzenwert wird auf Nichtvorhandensein einer M-Protein-Spitze geschlos sen. Ist dagegen der Spitzenwert größer als SL₁, wird in einem nächsten Schritt III die halbe Breite der ermittelten Spitze berechnet und mit Ober- und Untergrenzen SL₂ bzw. SL₃ verglichen. Liegt die halbe Breite außerhalb des von SL₂ und SL₃ begrenzten Bereiches, wird auf Nichtvorhandensein einer M-Protein-Spitze geschlossen. Liegt die halbe Breite inner halb dieses Bereiches, wird in einem nächsten Schritt IV der Spitzenwert mit einem anderen Schwellenwert SL₄ verglichen, der größer als SL₁ ist. Ergibt sich der Spitzenwert als gleich oder kleiner als SL₄, besteht die Möglichkeit, daß das betreffende Elektrophoretogramm eine M-Protein-Spitze enthält. Ist der Spitzenwert größer als SL₄, wird auf das Vorhandensein einer deutlichen bzw. unabhängigen M-Protein- Spitze geschlossen. Im letzteren Falle wird in einem näch sten Schritt V eine Daten- bzw. Meßposition der Spitze er mittelt.

Es wurden verschiedene Versuche durchgeführt, bei denen die Elektrophoretogramme so normalisiert wurden, daß der Kumula tionswert bei einer Gesamtproteinmenge von 7 g/dl gleich 100 000 war. Sodann wurden die Spitzenwerte nach dem an zweiter Stelle genannten Verfahren berechnet, wobei der Wert k auf 3 bis 6 und 10 bis 30 geändert wurde. Dabei wurde be stätigt, daß bei k=3-6 und einem Spitzenwert von S/2k größer als 30 im wesentlichen unabhängige M-Protein-Spitzen ermit telt wurden. Bei k=10-30 wurden sehr kleine M-Protein-Spit zen ohne deutliche Ausprägung festgestellt. Bei einer Ein stellung der halben Breite auf einen Bereich von 10-20 Meß punkten war es möglich, M-Protein-Spitzen zuverlässig von β_1C- oder Fibrinogen-Spitzen zu trennen (bei Blutplasma ist die halbe Breite kleiner als 10 Meßpunkte), die in der Nähe des Tals zwischen der β- und der γ-Fraktion auftreten.

Nachdem der Meßpunkt für die M-Protein-Spitze ermittelt wur de, werden in einem Schritt VI Probenwerte von Meßpunkten in der Nähe des festgestellten Spitzenpunktes mit dem aus dem Standard-Elektrophoretogramm errechneten Normalbereich ver glichen, um zu bestimmen, ob die Datenproben kleiner als der Normalbereich sind. Ergibt dieser Vergleich, daß eine oder mehrere Proben unter dem Normalbereich liegen, wird daraus auf eine γ-Unterdrückung geschlossen. Es kann dann angenom men werden, daß die festgestellte M-Protein-Spitze zu malig nem M-Protein (Myelom) gehört. Liegen dagegen die Datenpro ben innerhalb des Normalbereiches, wird das M-Protein als benigne beurteilt. Der Normalbereich kann auf ±25% der Da tenproben des Standard-Elektrophoretogramms eingestellt sein. Die Datenproben zum Darstellen des Normalbereiches können zuvor im Speicher 15 oder auf der Diskette 18 gespei chert und dann im erforderlichen Umfang daraus ausgelesen werden.

Es wird nun ein Verfahren zum Verarbeiten der β-γ-Über brückung oder -Verkettung beschrieben. Bei Bestehen einer γ-Überbrückung kann die β-Fraktion nicht deutlich von der γ-Fraktion getrennt werden, weil das Tal zwischen beiden Fraktionen mit einer erhöhten Menge an polyklonaler γ-Frak tion (IgG, IgM, IgA) aufgefüllt ist. Bei sehr deutlicher β-γ-Überbrückung sind die Spitzen der β- und γ-Fraktionen durch eine stetig verlaufende Linie miteinander verbunden, und zwischen diesen Fraktionen ist eine deutliche Fraktions- bzw. Trennstelle nicht festzustellen. Wenn bei dem bekannten Elektrophoretogramm die β-Fraktion abnimmt, tritt eine Pseudo-β-γ-Überbrückung auf, obwohl die γ-Fraktion normal ist. Um daher eine Pseudo-β-γ-Überbrückung von einer echten β-γ-Überbrückung unterscheiden zu können, ist eine Überprü fung der Konzentrationen der Fraktionen (g/dl) notwendig.

Beim gezeigten Beispiel ist diese Unterscheidung mittels eines in Fig. 17 dargestellten Verfahrens möglich. Zuerst wird eine Reihe von Datenproben normalisiert, um eine Reihe von normalisierten Datenproben, die sich auf ein normali siertes Elektrophoretogramm beziehen, abzuleiten. Sodann werden in einem Schritt I Spitzenpunkte der β- und γ-Frak tionen des normalisierten Elektrophoretogramms der Serumnor malprobe ermittelt. Danach wird in einem Schritt II ein Teil der normalisierten Datenproben der Testprobe in Übereinstim mung mit den ermittelten Spitzenpunkten für die β- und γ-Fraktionen der Normalprobe ausgelesen. Die zugehörigen Werte werden dann mit den den Normalbereich darstellenden entsprechenden Werten verglichen. Bei Nichtbenutzung einer Normalprobe werden Spitzenpunkte der β- und γ-Fraktionen der normalisierten Testprobe ermittelt, sodann wird ein Teil der zwischen den Spitzenpunkten gelegenen normalisierten Daten proben ausgewählt, die dann mit den den Normalbereich dar stellenden Werten verglichen werden.

Wenn keine der ausgewählten Datenproben den Normalbereich übersteigt, wird auf Nichtvorhandensein einer β-γ-Überbrüc kung geschlossen. Wenn dagegen eine oder mehrere der ausge wählten Datenproben den Normalbereich überschreiten, wird in einem nächsten Schritt III entschieden, ob die Breite eines den Normalbereich übersteigenden Teils der Datenproben, also die Anzahl der Probeentnahme- bzw. Abtastpunkte der den Nor malbereich übersteigenden Datenproben, mit einer Bezugsbrei te verglichen wird. Dies geht darauf zurück, daß, weil die β-γ-Überbrückung auf eine polyklonale Zunahme hinweist, die Breite eines den Normalbereich übersteigenden Teils der Da tenproben groß ist. Im Falle von β_1C oder Fibrinogen, die gewöhnlich in der Nähe des Tals zwischen der β- und der γ-Fraktion auftreten, ist die Breite eines den Normalbereich übersteigenden Teils der Datenproben sehr viel kleiner als die Breite der β-γ-Überbrückung. Durch Vergleichen der Brei te dieses den Normalbereich übersteigenden Teils der Daten proben mit der Bezugsbreite, beispielsweise mit 60% der Breite zwischen den β- und γ-Spitzenpunkten, kann eine β-γ-Überbrückung von β_1C und Fibrinogen zuverlässig unter schieden werden. Ist die ermittelte Breite gleich oder kleiner als die Bezugsbreite, wird auf Nichtvorhandensein einer β-γ-Überbrückung geschlossen. Ist die ermittelte Breite größer als die Bezugsbreite, wird in einem weiteren Schritt IV bestätigt, ob die M-Protein-Zacke innerhalb des den Normalbereich übersteigenden Teils der Daten- bzw. Meß werte liegt, wobei die Schritte I und II oder die Schritte I bis IV des in Fig. 13 dargestellten Verfahrens angewandt werden. Bei Feststellung einer M-Protein-Zacke wird angenom men, daß die entsprechende Zunahme durch das M-Protein be dingt ist, und es wird entschieden, daß keine β-γ-Überbrüc kung vorliegt. Wird dagegen die M-Protein-Zacke nicht fest gestellt, wird angenommen, daß die entsprechende Zunahme durch die polyklonale Zunahme bedingt ist, und es wird entschieden, daß tatsächlich eine β-γ-Überbrückung besteht.

Wenn, wie im Flußdiagramm der Fig. 1 dargestellt, zuerst die M-Protein-Zacke und dann das Bestehen einer β-γ-Überbrückung ermittelt wird, kann der Schritt IV in Fig. 17 wegfallen.

Auf die vorstehend beschriebene Weise ist es möglich, die auf die polyklonale Zunahme zurückgehende β-γ-Überbrückung exakt zu ermitteln.

Es wird nun unter bezug auf die Albumin-Fraktion beschrie ben, wie eine asymmetrische Verbreiterung festgestellt wird.

Gewöhnlich wird die Albumin-Fraktion von einer einzigen Pro teinart gebildet, und das zugehörige Fraktionsmuster ist zum Spitzen- bzw. Scheitelpunkt symmetrisch. Ferner ist die elektrophoretische Beweglichkeit von Albumin sehr stabil, und seine Konzentration hoch. Wegen dieser Merkmale ist die Albumin-Fraktion im Elektrophoretogramm das auffälligste Muster. Handelt es sich jedoch um ein hyperikterisches oder hyperlipides Serum, oder nach Injektion von Antibiotika, ist Albumin an Bilirubin, freie Fettsäure und Arzneimittel bzw. ihre Wirkstoffe gebunden, so daß die elektrophoretische Be weglichkeit verändert ist. Dies führt dazu, daß die Albumin- Fraktion eine asymmetrische Verbreiterung zu der positiver Polarität entsprechenden Seite des Elektrophoretogramms hin zeigt und die in Fig. 18 dargestellte asymmetrische Konfi guration annimmt.

Beim gezeigten Beispiel wird die eben beschriebene asymme trische Verbreiterung mit einem in Fig. 19 dargestellten Verfahren ermittelt. Zuerst wird in einem Schritt I geprüft, ob ein oder mehrere Proben- bzw. Meßwerte der normalisierten Daten, die auf der der positiven Polarität entsprechenden Seite des Albumin-Spitzenpunktes liegen, den Normalbereich übersteigen. Trifft dies für keinen dieser Meßwerte zu, wird entschieden, daß keine asymmetrische Verbreiterung vorliegt. Wenn dagegen ein oder mehrere Meßwerte den Normalbereich übersteigen, wird in einem nächsten Schritt II ein Entschei dungswert errechnet, der ein Maß für die Symmetrie der Albu min-Fraktion darstellt, damit entschieden werden kann, ob eine Zunahme auf eine allgemeine Zunahme des Albumins oder auf eine asymmetrische Verbreiterung zurückgeht. Es werden nun mehrere Beispiele von Verfahren zum Errechnen des Ent scheidungswertes beschrieben.

Erstes Berechnungsverfahren

Gemäß Fig. 20A wird ein Kumulationswert ΣI von Proben- bzw. Meßwerten, die auf der linken, der positiven Polarität ent sprechenden Seite der Albumin-Spitze gelegen sind, und ein Kumulationswert ΣII von Proben- bzw. Meßwerten, die auf der rechten, der negativen Polarität entsprechendem Seite der Albumin-Spitze gelegen sind, berechnet, und es wird dann das Verhältnis dieser Kumulationswerte ΣI/ΣII als Entschei dungswert abgeleitet.

Zweites Berechnungsverfahren

Gemäß Fig. 20B wird ein zentraler Momentenpunkt G (central moment point) der Albumin-Fraktion berechnet und dann die zugehörige Position i_g abgeleitet. Diese Position i_g kann im allgemeinen als eine Mittelwertposition gerechnet werden. Sodann wird die Differenz zwischen der Position i_g und der Spitzenposition i_p des Albumin-Fraktionsbildes (i_p-i_g) als Entscheidungswert abgeleitet.

Drittes Berechnungsverfahren

Bei diesem Verfahren wird zuerst ein zweckdienlicher Schwel lenpegel SL gesetzt (s. Fig. 20C). Dieser kann ein bestimm ter Teil des Spitzenwertes der Albumin-Fraktion sein. Die Proben- bzw. Meßwerte der Albumin-Fraktion werden mit dem Schwellenpegel SL verglichen, und es wird derjenige Teil der Meßwerte ermittelt, die den Schwellenpegel SL übersteigen. Sodann wird die Breite L₁ zwischen dem linken Ende des er mittelten Teils und der Spitzenposition i_p und die Breite L₂ zwischen dem rechten Ende des ermittelten Teils und der Spitzenposition i_p ermittelt. Schließlich wird das Verhält nis L₁/L₂ als Entscheidungswert abgeleitet.

Nachdem der Entscheidungswert nach einem der vorstehend be schriebenen Verfahren berechnet worden ist, wird er in einem nächsten Schritt III (s. Fig. 19) mit Entscheidungswerten ei nes Normalbereiches verglichen, der von den normalisierten Datenproben der Normalprobe ausgehend errechnet wird. Über steigt der Entscheidungswert der Testprobe den Normalbereich nicht, wird auf Nichtvorhandensein einer asymmetrischen Ver breiterung geschlossen. Übersteigt dagegen der Entschei dungswert den Normalbereich, wird auf Vorhandensein der asymmetrischen Verbreiterung auf der der positiven Polarität entsprechenden Seite der Albumin-Fraktion entschieden.

Die verschiedenen Beurteilungsergebnisse wie M-Protein, β-γ-Überbrückung und asymmetrische Verbreiterung beim Albumin werden auf der Kathodenstrahlröhre 17 angezeigt und zur gleichen Zeit zusammen mit prozentualen Fraktionsanteilen, dem A/G-Verhältnis, Fraktionskonzentrationen und dem norma lisierten Elektrophoretogramm auf den Untersuchungsbericht 20 ausgedruckt.

Beim gezeigten Beispiel wird die asymmetrische Verbreiterung auf der der positiven Polarität entsprechenden Seite, bezo gen auf die Spitze der Albumin-Fraktion, festgestellt. Es ist auch möglich, mit einem ähnlichen Verfahren eine asym metrische Verbreiterung auf der der negativen Polarität ent sprechenden Seite der Albumin-Fraktion festzustellen. Dies kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, daß auf der der positiven Polarität entsprechenden Seite ein Teil von Datenwerten ermittelt wird, die niedriger sind als der Nor malbereich, und daß überprüft wird, ob ein die Symmetrie darstellender Entscheidungswert einen Normalbereich über steigt. Ferner kann auch für andere Fraktionen als die Albumin-Fraktion ermittelt werden, ob eine asymmetrische Verbreiterung besteht. In einem solchen Fall kann ein den Grad der Symmetrie angebender Entscheidungswert nicht nur nach den vor stehend beschriebenen drei Verfahren berechnet werden, sondern auch durch Ermitteln einer Abweichung zwi schen dem Spitzenpunkt i_p und einem Mittelpunkt i_c zwischen benachbarten Fraktionstrennstellen (s. Fig. 21A). Der Ent scheidungswert kann auch auf die Weise abgeleitet werden, daß eine Abweichung zwischen dem Spitzenpunkt i_p und der Position i_g des zentralen Momentenpunktes G ermittelt wird (s. Fig. 21B). Ferner kann der Entscheidungswert berechnet werden, indem von Daten- bzw. Meßwerten D_i(c-k) und D_i(c+k) an Stellen, die vom Mittelpunkt i_c des Fraktionsmusters den gleichen Abstand k haben, oder von Meßwerten D_i(p-k) und D_i(p+k) an Stellen, die vom Spitzenpunkt i_p den gleichen Abstand k haben, die Differenz abgeleitet wird (s. Fig. 21C). Ferner kann als Entscheidungswert das Quadrat dieser Differenz oder eine Kumulierung von Quadraten, oder auch eine zweckdienliche Korrelationsfunktion benutzt werden. Das zum Erfassen und Beurteilen des zwischen den β- und γ-Frak tionen auftretenden M-Proteins, der Unterdrückung der γ-Fraktion aufgrund des Vorhandenseins von malignem M-Pro tein und der β-γ-Überbrückung verwendete Verfahren ist gleichermaßen auf das Erfassen von mengenmäßigen Veränderun gen der Proteine und von kleineren Spitzen anderer Proteine, z. B. Albumin bzw. Eiweiß-Vorläufer, α₁- und α₂-Proteine, anwendbar. Ferner ist es nicht immer notwendig, den Normal bereich starr auf ±25% der Normalprobe festzulegen; der Nor malbereich kann je nach den entsprechenden Proteinen oder asymmetrisch festgelegt werden.

Gemäß einem Lösungsgedanken der Erfindung wird das normali sierte Elektrophoretogramm der Testprobe in überlagerter Darstellung zusammen mit dem normalisierten Standard-Elek trophoretogramm der Normalprobe angezeigt und ausgedruckt, und zur gleichen Zeit wird außer den Elektrophoretogrammen auch ein Muster angezeigt und ausgedruckt, das aus einem Vergleich der zwei Elektrophoretogramme miteinander gewonnen wird, derart, daß entsprechende Meßpunkte des Musters exakt den zugehörigen Meßpunkten der Elektrophoretogramme entspre chen. Es werden nun einige Beispiele eines solchen Musters beschrieben:

1) Unterschiede zwischen den Elektrophoretogrammen der Testprobe und der Normalprobe (DELTA_i),
2) ein Verhältnis des Elektrophoretogramms der Testprobe zu dem der Normalprobe (RATIO_i),
3) ein Verhältnis der Unterschiede DELTA_i gemäß (1) zu einem vorbestimmten Normalbereich (NRATIO_i).

Zum Zwecke der Anzeige dieser drei Muster werden die fol genden Berechnungen ausgeführt, für welche normalisierte Konzentrationswerte der Testprobe an entsprechenden Meß stellen i (i = 1 bis 350) als D_i, ähnliche Meßwerte der Normalprobe als DS_i und Werte, welche den Normalbereich an entsprechenden Meßstellen darstellen, als NR_i bezeichnet sind. Die errechneten Werte werden im Speicher 15 oder auf der Diskette 18 gespeichert.

1) DELTA_i = D_i-DS_i
2) RATIO_i = D_i : DS_i
3) NRATIO_i = DELTA_i : NR_i. . .

Beim gezeigten Beispiel ist der Normalbereich NR_i durch Ver arbeiten einer Vielzahl von Elektrophoretogrammen nach Re geln der Statistik abgeleitet und auf der Diskette 18 oder im Festspeicher-Bereich des Speichers 15 gespeichert worden.

Sodann werden zwei Elektrophoretogramme mittels des Druckers 19 in überlagerter Darstellung in einer vorbestimmten Zone des Untersuchungsberichtes 20 in Übereinstimmung mit den normalisierten Daten D_i und DS_i der Testprobe bzw. der Nor malprobe ausgedruckt. Sodann wird der Untersuchungsbericht 20 um einen bestimmten Betrag weitertransportiert und es wird ab derselben Ausgangsposition im gleichen Maßstab wie die Elektrophoretogramme ein DELTA_i-Muster ausgedruckt. Dann werden bei intermittierendem Weitertransport des Untersu chungsberichtes 20 um bestimmte Strecken in derselben Weise RATIO_i- und NRATIO_i-Muster ausgedruckt. Beim Aufzeichnen der RATIO_i- und NRATIO_i-Muster entspricht ein Konzentrations- Einheitsmaßstab dem Konzentrationswert 1000, wenn der Be zugskumulationswert für 1 g/dl des Gesamtkonzentrationswer tes im Normalisierungsprozeß auf 15 000 gesetzt worden ist. Daher entsprechen die Meßpunkte dieser Muster denjenigen der Elektrophoretogramme.

In Fig. 22 und 23 sind zwei Beispiele der ausgedruckten Mu ster dargestellt. Eine mit dickem Strich gezeichnete Kurve stellt das Elektrophoretogramm D_i der Testprobe, eine mit dünnem Strich gezeichnete Kurve das Elektrophoretogramm DS_i der Normalprobe dar.

Bei dem Beispiel gemäß Fig. 22 ist die an der γ-Globulin- Fraktion auftretende M-Protein-Zacke als auffälliger Vor sprung im DELTA_i-Muster und als große Spitze im RATIO_i-Mu ster ausgedrückt. Die M-Protein-Zacke kann daher in diesen Mustern deutlich und bequem festgestellt werden. Weil alle Abszissen-Achsen in gleichem Maßstab dargestellt sind, kön nen die Muster bequem und genau ausgewertet und verglichen werden. Ferner kann anhand des DELTA_i-Musters eine Abnahme der Albumin-Menge als im wesentlichen gleich mit einem Abso lutwert der M-Protein-Zacke beurteilt werden. Das RATIO_i- Muster läßt erkennen, daß das Verhältnis relativ klein ist, weil die Albumin-Konzentration hoch ist und die Änderung der Albumin-Konzentration nicht so steil ist wie die M-Protein- Zacke. Weil im NRATIO_i-Muster die Ober- und Untergrenzen des Normalbereiches mit gestrichelten Linien bei +1 bzw. -1 be zeichnet sind, läßt sich die Abweichung von der Normalprobe mit derselben Gewichtung deutlich ausdrücken. Aus dem NRATIO_i-Muster lassen sich die Zunahmen bei α₁- und α₂-Glo bulin, die Vergrößerung der M-Protein-Zacke und ein Maß, um das Daten- bzw. Meßwerte den Normalbereich übersteigen, ohne Schwierigkeiten abschätzen. Ferner läßt sich ohne weiteres bestätigen, daß die mengenmäßige Abnahme von Albumin sehr klein ist (DELTA_i).

Bei den Musterbeispielen gemäß Fig. 23 erscheint eine für die β-γ-Überbrückung spezifische Zunahme der IgA-Konzentra tion als spezifische Spitzen oder Zacken in der Nähe der Trennstelle zwischen β- und γ-Globulin in den Mustern RATIO_i und NRATIO_i. Ferner erscheint in den Mustern RATIO_i und NRATIO_i rechts von der β-γ-Überbrückung die asymmetrische Verbreiterung auf der der negativen Polarität entsprechenden Seite der γ-Fraktion bedingt durch die polyklonale Zunahme des γ-Globulins. Auf diese Weise läßt sich in den Mustern RATIO_i und NRATIO_i die β-γ-Überbrückung bequem beurteilen oder ermitteln. In allen Mustern - DELTA_i, RATIO_i und NRATIO_i - erscheinen auf der der positiven Polarität ent sprechenden Seite der Albumin-Fraktion auffällige Zacken. Diese Zacken erlauben den Rückschluß, daß wegen vermehrtem Bilirubin aufgrund einer Hepatitis-Erkrankung die elektro phoretische Beweglichkeit des Albumins zu der der positiven Polarität entsprechenden Seite hin verlagert ist und die asymmetrische Verbreiterung erzeugt. Aus dem DELTA_i-Muster läßt sich bequem eine Zunahme des Absolutwertes bei α₁-, α₂- und γ-Globulin bestimmen. Anhand der Muster RATIO_i und NRATIO_i läßt sich sofort bestimmen, daß diese Zunahmen ziem lich anomal sind.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 24A und 24B sind die Normalbereiche für DELTA_i und RATIO_i als Vor druck auf dem Untersuchungsbericht vorhanden. In diesem Fal le werden die tatsächlich errechneten Muster in den Normal bereichen überlagerter Darstellung gedruckt. Die Normalbe reiche können zusammen mit den DELTA_i- und RATIO_i-Mustern gedruckt werden. Ferner können Abschnitte der DELTA_i- und RATIO_i-Muster, die über die Normalbereiche hinausgehen, mit von den übrigen Teilen verschiedener Farbe oder mit einer zusätzlichen speziellen Markierung ausgedruckt werden.

Unter der in der vorstehenden Beschreibung genannten Beweg lichkeit oder Mobilität der Serumbestandteile wird deren Verhalten auf dem Substrat im Spannungsfeld während der Elektrophorese verstanden.

Claims

1. Verfahren zum Anzeigen eines Elektrophoretogramms mit folgenden Schritten:

- Gleichzeitiges Erzeugen elektrophoretischer Muster einer Normalprobe und einer Testprobe auf einem Substrat;
- Feststellen von Wanderungslängen der Normalprobe auf der Testprobe;
- Normieren der Wanderungslänge der Testprobe auf die Wande rungslänge der Normalprobe; und
- überlagertes Darstellen der Elektrophoretogramme der Nor malprobe und der Testprobe.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrophoretogramm der Normalprobe mit einer anderen Linienart angezeigt wird als das Elektrophoretogramm der Testprobe.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Normalbereich in bezug auf das Elektrophoretogramm der Normalprobe definiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß daß der Normalbereich vom Elektrophoretogramm der Normalprobe abgeleitet wird.