Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Untersuchen von Teil
chenmustern, bei dem eine Probe und ein Reagenz in einem Reak
tionsgefäß gemischt werden, um eine immunologische Agglutina
tionsreaktion (im Gefäß) zu bewirken, wobei sich am Boden des
Reaktionsgefäßes ein Teilchenmuster ausbildet, welches mit
optischen Mitteln vermessen wird, um automatisch zu bestimmen,
ob das Teilchenmuster einer Agglutination entspricht oder nicht
und wobei auch andere Eigenschaften des Musters für medizinische
Zwecke untersucht werden können.
In der japanischen Patent-Offenlegungschrift 58-1 05 065 wird ein
Verfahren zum Beurteilen von Teilchenmustern beschrieben, bei
dem ein sich am Boden eines Reaktionsgefäßes durch eine Aggluti
nationsreaktion bildendes Teilchenmuster optisch vermessen wird
und bei dem ein Verhältnis der Helligkeiten eines zentralen Ab
schnittes des Reaktionsgefäßes und eines Umfangsabschnittes ge
bildet wird, um zu ermitteln, ob dem Teilchenmuster eine Agglu
tination zugrundeliegt oder nicht. Eine solche Technik zum
Untersuchen von Teilchenmustern ist auch in der US-PS 47 27 033
beschrieben, bei der Lichtintensitäten von zentralen und peri
pheren Abschnitten des geneigten Bodens des Reaktionsgefäßes ge
trennt voneinander gemessen werden unter Verwendung von zwei
lichtempfangenden Elementen und bei dem die Beurteilung hin
sichtlich der Bildung eines Teilchenmusters auf dem Boden dahin
gehend, ob eine Agglutination vorliegt oder nicht, aufgrund des
Verhältnisses zwischen den Ausgangssignalen der lichtempfangen
den Elemente getroffen wird. Daß heißt, wenn das Teilchenmuster
agglutiniert ist, sind die Teilchen gleichförmig auf der Boden
fläche des Reaktionsgefäßes abgelagert, so daß die Differenz der
Lichtintensitäten der genannten lichtempfangenden Elemente ge
ring ist, während im Gegensatz hierzu dann, wenn die Teilchen
nicht agglutiniert sind, dieselben auf den geneigten Boden nach
unten rutschen und sich im mittleren Abschnitt des Gefäßes sam
meln, so daß die Differenz zwischen den Lichtintensitäten
relativ groß ist. Bei einem solchen herkömmlichen Verfahren zum
Untersuchen von Teilchenmustern wird das so erhaltene Verhältnis
verglichen mit vorgegebenen oberen und unteren Grenzwerten. Ist
das Verhältnis größer als der obere Grenzwert, wird das Teil
chenmuster als agglutiniert erkannt, während dann, wenn das Ver
hältnis kleiner ist als der untere Grenzwert, das Teilchenmuster
als nicht-agglutiniert beurteilt wird. Ist das Verhältnis zwi
schen dem oberen und dem unteren Grenzwert, so wird das Teil
chenmuster als nicht eindeutig identifizierbar beurteilt und es
ist deshalb unmöglich, dieses Muster automatisch zu untersuchen.
In den japanischen Patentveröffentlichungen 61-2 15 948,
62-1 05 031, 63-58 237 und 63-2 56 839 werden andere Verfahren zum
Untersuchen von Teilchenmustern beschrieben, bei denen Aggluti
nationsreaktionen durchgeführt werden in einer Anzahl von Ver
tiefungen, die in einer Mikroplatte ausgebildet sind und bei
denen ein optisches Bild der Vertiefungen mittels einer TV-Kame
ra aufgenommen wird. Die Bilddaten jeder Vertiefung werden mit
tels eines Rechners verarbeitet, um eine Fläche zu ermitteln, wo
die Teilchen jeder Vertiefung auf der Bodenfläche abgelagert
sind und die Teilchenstruktur wird hinsichtlich der Frage, ob
eine Agglutination vorliegt oder nicht, auf der Grundlage der so
gewonnen Fläche ermittelt.
Nach einem aus der japanischen Patentveröffentlichung 63-58 237
bekannten Verfahren wird ein Bild der Bodenfläche jeder Vertie
fung in der Mikroplatte mittels einer TV-Kamera aufgenommen, um
entsprechende Bildsignale zu gewinnen, die Daten eines Mittel
punktes der Vertiefung werden gewonnen durch Verarbeitung der
erhaltenen Bildsignale, eine Kontur des in der Vertiefung ge
bildeten Teilchenmusters wird gewonnen durch Ermittlung des
Unterschiedes der Helligkeiten der Bildsignale innerhalb eines
Kreises, der um den Mittelpunkt gelegt ist und der Bildsignale
außerhalb dieses Kreises, die Fläche innerhalb der so gewonnenen
Kontur wird ermittelt und sodann wird die so gewonnene Fläche
mit einem vorgegebenen Standardwert verglichen. Ist die Fläche
größer als der Standardwert, so wird das Teilchenmuster als
agglutiniert eingestuft und dann, wenn die Fläche geringer ist
als der Standardwert, wird das Teilchenmuster als nicht-agglu
tiniert bewertet. Daß heißt, bei diesem herkömmlichen Verfahren
wird das Teilchenmuster vermessen mittels einer Vielzahl von
Bildpunkten, die den im zentralen Bereich der Vertiefung gesam
melten Teilchen entsprechen.
In der japanischen Patentveröffentlichung 63-2 56 839 wird ein
anderes Verfahren beschrieben, bei dem der Mittelpunkt der Ver
tiefung in ähnlicher Weise wie oben gewonnen wird, während die
Beurteilung derart erfolgt, daß eine Relativbeziehung zwischen
der Abmessung des mittleren Abschnittes, wo die Teilchen auf der
Bodenfläche des Reaktionsgefäßes abgelagert sind, und einer
Standard-Abweichung des Differentialkoeffizienten der Teilchen
struktur verwendet wird.
Bei den vorstehend erwähnten herkömmlichen Verfahren besteht
aber der Nachteil, daß es nicht möglichst ist, mit hinreichender
Genauigkeit zu beurteilen, ob dem Teilchenmuster eine Agglutina
tion zugrundeliegt oder nicht. Falls die Agglutinationskräfte
der zu untersuchenden Teilchen so schwach sind, daß eine große
Wahrscheinlichkeit besteht, daß eine Agglutinationstruktur
(Muster) fast die gleiche Form hat als eine nicht-agglutinierte
Struktur auf der Bodenfläche des Reaktionsgefäßes ist es sehr
schwierig, automatisch festzustellen, welchen Charakter das
Teilchenmuster hat. Deshalb ist bei den herkömmlichen Verfahren
die Zuverlässigkeit der Beurteilung so gering, daß eine Bedie
nungsperson die Muster visuell zu untersuchen und das mit einer
automatischen Vorrichtung gewonnene Ergebnis zu korrigieren hat.
Dies erfordert beträchtliche zusätzliche Arbeit. Bei den in der
JP 58-1 05 065 und der US-PS 42 72 033 beschriebenen Verfahren be
steht das Problem, daß die Anzahl der Proben, welche nur als
zweifelhaft vermeßbar sind, sehr groß wird, weil die Agglutina
tionsreaktion im allgemeinen sehr empfindlich ist, so daß in
einer Vielzahl von Fällen zweifelhafte Teilchenmuster gebildet
werden. Deshalb ist die Effektivität bei der Vermessung derarti
ger Proben sehr gering und auch menschliche Fehler auf seiten
der Bedienungsperson treten häufig auf. Die Meßgenauigkeit und
auch die Zuverlässigkeit der Messung leidet.
Bei einem Verfahren gemäß der japanischen Patentveröffentlichung
63-50 237 ist es möglich, den Mittelpunkt der Teilchenstruktur
exakt zu bestimmen, jedoch hängt die Abmessung des Abschnittes,
in dem sich die Teilchen auf der Bodenfläche des Gefäßes abla
gern, nicht nur davon ab, ob die Teilchen agglutiniert sind oder
nicht sondern auch davon, wie groß die Menge der Probe oder des
Reagenzes ist. Auch hier ist es sehr schwer, genaue Messungen
durchzuführen.
Bei dem aus der japanischen Patentveröffentlichung 63-2 56 839 be
kannten Verfahren ist das Meßergebnis durch Bläschen beeinfluß
bar, die in der Testflüssigkeit enthalten sind und auch durch
den Umstand, daß das Muster außer Form gerät oder sogar verzerrt
wird, was ebenfalls die genaue Messung beeinträchtigt.
Die vorliegende Erfindung hat deshalb zum Ziel, die vorstehend
erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und
ein Verfahren zum Vermessen von Teilchenmustern anzugeben, mit
dem es möglich ist, auch dann exakt zu beurteilen, ob ein Teil
chenmuster agglutiniet ist oder nicht, wenn die Agglutinations
kräfte der Teilchen sehr schwach sind, und bei dem es weiterhin
möglich ist, eine genaue Messung ohne Beeinflussung durch Bläs
chen durchzuführen und bei dem auch eine Verfälschung der
Struktur durch Verzerrung des Musters ausgeschlossen ist. Wei
terhin soll bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Anzahl der
Proben, bei denen eine Nachprüfung durch eine Bedienungsperson
mit visuellen Mitteln erforderlich ist, stark reduziert werden,
so daß die Messung mit hohem Wirkungsgrad und hoher Genauigkeit
durchführbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Vermessen von Teilchenmustern
weist die folgenden Schritte auf:
Messen des Teilchenmusters, das auf der Bodenfläche eines Reak
tionsgefäßes durch eine immunologische Agglutinationsreaktion
entstanden ist, mit optischen Mitteln, um erste Meßdaten des
Teilchenmusters zu gewinnen,
Gewinnen von zweiten Meßdaten bezüglich einer Grenze des Teil
chenmusters aus den ersten Meßdaten des Teilchenmusters, um ein
Veränderungsverhältnis der zweiten Meßdaten der Grenze zu ge
winnen, und
Entscheiden, ob das im Reaktionsgefäß gebildete Teilchenmuster
agglutiniert ist oder nicht auf der Basis des so gewonnenen Ver
änderungsverhältnisses der zweiten Meßdaten der Grenze des Teil
chenmusters.
Wenn eine Testflüssigkeit mit zu untersuchenden Teilchen in ein
Reaktionsgefäß eingegeben wird, das eine konische Bodenfläche
aufweist, zeigen sich bisweilen nicht-agglutinierte Teilchen
muster, die fast die gleiche Form haben wie ein agglutiniertes
Teilchenmuster, weil die Agglutinationskräfte der Testflüssig
keit sehr schwach sind. Fig. 1A zeigt ein Beispiel für ein der
artiges, nicht-agglutinierte Teilchenmuster und Fig. 1B zeigt
ein agglutiniertes Teilchenmuster. Es hat sich aber gezeigt, daß
dabei die Grenze der agglutinierten Struktur gemäß Fig. 1B im
Vergleich mit der Grenze der nicht-agglutinierten Struktur gemäß
Fig. 1A weniger eindeutig (scharf) ist. Nach dem erfindungsge
mäßen Verfahren ist es möglich, solche nicht-agglutinierten
Teilchenmuster, die fast die gleiche Form haben wie ein agglu
tiniertes Teilchenmuster, dadurch zu unterscheiden, daß die vor
stehend erwähnte Grenz-Eigenschaft untersucht wird.
Die Fig. 2A und 2B zeigen die Variation der durch das Reaktions
gefäß und die darin enthaltene Testflüssigkeit durchgelassenen
Lichtmenge auf geraden Linien A und B, welche durch die Mittel
punkte der Reaktionsgefäße 1 gemäß den Fig. 1A und 1B gehen.
Werden die Grenzen der Teilchenmuster näher betrachtet, was in
den Figuren durch den Pfeil "D" angedeutet ist, dann ergibt
sich, daß das Veränderungsverhältnis bezüglich der an der Grenze
des Teilchenmusters durchgelassenen Lichtmenge in Fig. 2B klei
ner ist als bei dem nicht-agglutinierten Teilchenmuster gemäß
Fig. 2A. Deshalb ist es möglich durch Gewinnung von Meßdaten
bezüglich der Extinktion an den Grenzen bei Messung der Licht
mengen auf geraden Linien A und B und durch Bestimmung des Ver
änderungsverhältnisses der Meßdaten an der Grenze agglutinierte
Teilchenmuster und nicht-agglutinierte Teilchenmuster zu unter
scheiden, auch wenn die Agglutinationskräfte schwach sind.
Es ist möglich, das Veränderungsverhältnis der Lichtmenge auf
der Grenze dadurch zu gewinnen, daß Bilddaten an der Grenze auf
einer geraden Linie gewonnen werden, die den Mittelpunkt der auf
der Bodenfläche gebildeten Teilchenstruktur schneidet und zwar
des Teilchenmusters als ganzes, oder durch Extraktion von Bild
daten eines Teils oder der ganzen Grenze aus den Bilddaten der
Bodenfläche und anschließende Verarbeitung der extrahierten
Bilddaten in einem Rechner. Weiterhin kann die Grenze des Teil
chenmusters auch dadurch ermittelt werden, daß eine mittlere
Helligkeit gezählt wird auf Basis der Helligkeit des Mittelab
schnittes der Bodenfläche des Gefäßes und eines Umfangsabschnit
tes derselben sowie eines Abschnittes, der eine solche mittlere
Helligkeit aufweist und damit als Grenze ermittelbar ist. In
diesem Falle kann durch Vermessung des Variationsverhältnisses
derjenigen Daten, welche den Abschnitt mit mittlerer Helligkeit
betreffen, festgestellt werden, ob ein agglutiniertes Teilchen
muster vorliegt oder ein nicht-agglutiniertes.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens sind folgende Schritte vorgesehen:
Aufnehmen eines zweidimensionalen Bildes eines Teilchenmusters,
das auf der Bodenfläche eines Reaktionsgefäßes mittels einer
immunologischen Agglutinationsreaktion ausgebildet ist, um eine
Bild-Information dieses Teilchenmusters zu gewinnen,
Differenzieren der genannten Bild-Information, um differenzierte
Werte der Bild-Information zu erhalten, und
Ermitteln, ob das Teilchenmuster agglutiniert ist oder nicht
mittels der Verteilung der differenzierten Werte der Bild-In
formation.
Mit dem erfindunsgemäßen Verfahren können Teilchenmuster auch
dann exakt vermessen werden, wenn Bläschen im Teilchenmuster
enthalten sind oder wenn das Muster außer Form gerät oder ver
zerrt ist. Wenn nämlich Bläschen im Muster enthalten sind, dann
ist die Bilddichte des Kontur-Abschnittes der Bläschen relativ
hoch und dann, wenn die Bilddichte eines gestörten Abschnittes
oder eines verzerrten Abschnittes des Musters groß wird, ist die
Bilddichte des unteren Abschnittes des gestörten Abschnittes
oder des verzerrten Abschnittes gering. Deshalb ist es möglich,
auch solche ungewöhnlichen Muster zu vermessen mittels der
Verteilung der differenzierten Werte des zweidimensionalen
Bildsignales des Musters. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es deshalb möglich, das Teilchenmuster exakt zu vermessen,
ohne daß Meßfehler aufgrund von Bläschen oder aufgrund von Ver
zerrungen des Musters auftreten können. Auch kann die Anzahl der
Proben, welche visuell nachgeprüft werden müssen, verringert
werden, so daß der Analysen-Durchsatz erhöht werden kann. Im
Vergleich mit herkömmlichen Meßverfahren kann der Meßfehler,
welcher dadurch verursacht ist, daß unterschiedliche Mengen von
Proben oder Reagenz abgegeben werden, verringert werden, weil
beim erfindunsgemäßen Verfahren die Beurteilung darüber, ob das
Muster agglutiniert ist oder nicht nur abhängt von einer Infor
mation derjenigen Fläche des Abschnittes, wo die Teilchen abge
lagert sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläu
tert. Es zeigt, bzw. zeigen:
Fig. 1A und 1B schematische Ansichten von Teilchenmustern,
die in einem Reaktionsgefäß gebildet sind;
Fig. 2A und 2B schematische Ansichten von Lichtmengen, die
auf geraden Linien A und B gemessen werden,
welche die Mittelpunkte der Reaktionsgefäße
gemäß den Fig. 1A und 1B schneiden, wobei die
se Figuren die Erfindung illustrieren;
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispieles
einer Vorrichtung zum automatischen Vermessen
von Teilchenmustern, mit dem ein erstes Aus
führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ver
fahrens ausführbar ist;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Mikroplat
te, welche zusammen mit einer Vorrichtung
gemäß Fig. 3 verwendet wird;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer einzigen
aus einer Vielzahl von in der Mikroplatte aus
geformten Vertiefungen, wobei vorab Flächen
angezeigt sind zum Gewinnen eines Mittelwertes
des Veränderungsverhältnisses der Lichtmenge;
Fig. 6 ein Blockdiagramm eines anderen Ausführungs
beispieles einer Vorrichtung zum automatischen
Vermessen von Teilchenmustern, wobei mit
dieser Vorrichtung ein zweites erfindungsge
mäßes Verfahren durchführbar ist;
Fig. 7A und 7B schematische Darstellungen eines Teilchen
musters, das in einer Vertiefung in einer
Mikroplatte gebildet wird sowie einer Verände
rung der auf einer geraden Linie C durchgelas
senen Lichtmenge, wobei diese Figuren das
zweite Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 illu
strieren;
Fig. 8 ein Blockdiagramm einer weiteren Vorrichtung
zum automatischen Vermessen von Teilchen
mustern, wobei mit dieser Vorrichtung ein
drittes erfindungsgemäßes Verfahren durchführ
bar ist;
Fig. 9 und 19 schematische Ansichten eines Differenzierungs
operators zum Ermitteln von Veränderungen der
Lichtintensitäten in horizontalen und vertika
len Richtungen des Teilchenmusters;
Fig. 11 eine schematische Ansicht einer Bildpunkt-Kom
position zum Differenzieren der Bildsignale
und
Fig. 12 ein Flußdiagramm zur Illustration des dritten
erfindungsgemäßen Meßverfahrens.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum automatischen
Vermessen von Teilchenmustern, mit der ein erstes Ausführungs
beispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchführbar ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Mikroplatte 11, in der
eine Vielzahl von Vertiefungen 11a matrixförmig ausgebildet sind
(Fig. 4), verwendet, wobei die Vertiefungen als Reaktionsgefäße
dienen. Die Mikroplatte 11 besteht aus transparentem Material,
wie einem Acryl-Kunstharz. Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, wird die
Mikroplatte 11 durch eine Fluoreszenz-Lampe 13 auf der Untersei
te beleuchtet. Die Fluoreszenz-Lampe 13 ist mit einer Fluores
zenz-Stromversorgung 12 verbunden. Jede Vertiefung 11a der
Mikroplatte 11 hat eine konische Bodenfläche. Testflüssigkeit
einschließlich zu untersuchender Teilchen ist in den Vertiefun
gen 11a enthalten. Nachdem eine Probe und ein Reagenz jeweils in
den Vertiefungen 11a gemischt sind, bildet sich ein Teilchen
muster auf der Bodenfläche der Vertiefung 11a, wobei die Mikro
platte ortsfest gehalten ist. Mittels einer Videokamera 15 wird
von jeder Vertiefung 11a ein Bild der Bodenfläche aufgenommen,
wobei die Vertiefungen mittels der Fluoreszenz-Lampe 13 beleuch
tet sind. Die Kamera ist oberhalb der Mikroplatte 11 angeordnet
und die Bilder werden sukzessive gewonnen. Die derart gewonnenen
Daten werden einem Bild-Verarbeitungsschaltkreis 16 zugeführt.
Im Bild-Verarbeitungsschaltkreis 16 wird ein Mittelwert des Ver
änderungsverhältnisses der Lichtintensität an der Grenze der
Teilchenmuster auf Basis der Bilddaten der Vertiefung 11a ge
wonnen, d.h. einer Grenze zwischen einem Abschnitt, wo die Teil
chen abgelagert sind, und einem Abschnitt, wo die Teilchen nicht
abgelagert sind. Die Bilddaten bezüglich der Bodenfläche einer
Vertiefung 11a werden sukzessive aufgenommen mittels der Video
kamera 15, indem die Mikroplatte 11 und die Videokamera 15 rela
tiv zueinander zweidimensional bewegt werden.
Nachfolgend wird die Datenverarbeitung im Bild-Verarbeitungs
kreis 16 näher erläutert.
In dem Bild-Verarbeitungskreis 16 werden zunächst die Bilddaten
der Bodenfläche der Vertiefung 11a in Digitaldaten umgewandelt.
Diese Umwandlung wird derart ausgeführt, daß ein heller Bildwert
in eine große digitale Zahl und ein dunkler Bildwert in eine
kleine digitale Zahl umgewandelt wird. Sodann werden eine gege
bene Menge von digitalen Daten entsprechend einem vorgegebenen
zentralen Abschnitt 17 der Bodenfläche der Vertiefung 11a und
eine gegebene Menge der digitalen Daten entsprechend einem Um
fangsabschnitt 18 herausgegriffen. Fig. 5 zeigt den vorgegebenen
zentralen Abschnitt und den vorgegebenen Umfangsabschnitt der
Bodenfläche der Vertiefung 11a. Dann wird ein Mittelwert C der
digitalen Daten des zentralen Abschnittes 17 und ein Mittelwert
P der digitalen Daten eines peripheren Abschnittes 18 gewonnen.
Danach wird ein vorgegebener positiver Wert zum Mittelwert C ad
diert, um einen Wert c zu gewinnen, und ein vorgegebener positi
ver Wert wird vom Mittelwert P abgezogen, um einen Wert p zu ge
winnen. Weiterhin werden Daten x von den digitalen Daten des
Mittelabschnittes 17 der Vertiefung 11a extrahiert, die der Be
dingung p < x < c genügen, um Daten bezüglich der Grenze des
Teilchenmuster zu erhalten. Diese Daten bezüglich der Grenze des
Teilchenmusters sind in den Fig. 2A und 2B durch das Bezugszei
chen D markiert. Weiterhin werden die extrahierten Daten zwei
oder eindimensional differenziert, um ein Veränderungsverhältnis
der transmittierten Lichtmenge an der Grenze zu gewinnen und es
wird ein Mittelwert X davon gebildet.
Der so erhaltene Mittelwert X des Veränderungsverhältnisses der
transmittierten Lichtmenge an der Grenze wird in einen Daten-
Prozessor 19 eingegeben. Im Daten-Prozessor 19 wird der Mittel
wert X verglichen mit einem gegebenen Standardwert, um festzu
stellen, ob das in der Vertiefung 11a gebildete Teilchenmuster
agglutiniert ist oder nicht. Das Ergebnis dieser Ermittlung wird
in einer Anzeigeeinrichtung 21 gemäß Befehlen angezeigt, die
über eine Eingabeeinrichtung 20, wie eine Tastatur, eingegeben
werden.
Auf diese Weise werden Bilddaten an der Grenze des Teilchen
musters extrahiert aus den Bilddaten der Bodenfläche der Vertie
fung 11a, um das Veränderungsverhältnis der Bilddaten zu erhal
ten. Das Teilchenmuster wird vermessen und beurteilt entspre
chend dem Veränderungsverhältnis. Wird deshalb das Teilchen
muster agglutiniert durch eine schwache Agglutinationskraft, ist
es trotzdem möglich, das Muster automatisch und mit großer Si
cherheit als agglutiniert zu erkennen. Eine zusätzliche Nachprü
fung durch eine Bedienungsperson ist nicht erforderlich.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden zur Gewinnung von
Bilddaten der Bodenfläche jeder Vertiefung 11a die Mikroplatte
11 und die Videokamera 15 relativ in zweidimensionaler Weise zu
einander verschoben. Es ist auch möglich, die Anordnung so
durchzuführen, daß zunächst Bilddaten der Mikroplatte 11 als
ganzes gewonnen werden und daß sodann Bilddaten jeder einzelnen
Vertiefung 11a aus den gesamten Bilddaten der Mikroplatte 11
extrahiert werden, um anschließend die Bilddaten des Musters in
der oben genannten Weise zu verarbeiten.
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm einer anderen Anordnung zum automa
tischen Vermessen von Teilchenmustern gemäß einem zweiten Aus
führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei diesem
Ausführungsbeispiel wird die Mikroplatte 11 von ihrer Unterseite
her durch einen Lichtpunkt (Fleck) beleuchtet, und zwar mittels
einer Lichtquelle 32 und einer Linsengruppe 33. Der durch die
Mikroplatte 11 und die darin enthaltene Testflüssigkeit durchge
lassene Lichtfleck wird in einer Licht-Empfangseinrichtung 34
empfangen. Ein Ausgangssignal des Licht-Empfangselementes 34
wird in einer Datenverarbeitungseinrichtung 35 in ein digitales
Signal umgewandelt und das digitale Signal wird in einen Daten-
Prozessor 36 eingegeben. Die Mikroplatte 11 ist so angeordnet,
daß sie in einer horizontalen Ebene mittels einer Mikroplatten-
Bewegungseinrichtung 37 unter Steuerung durch den Datenprozessor
36 bewegbar ist. Durch diese Bewegung der Mikroplatte 11 wird
eine Vertiefung 11a in Richtung des Durchmessers d gemäß Fig. 7A
abgetastet. Fig. 7B zeigt die transmittierte Lichtmenge entlang
des Durchmessers d. Die Analog/Digital-Umwandlung in der Daten
verarbeitungseinrichtung 35 wird so durchgeführt, daß die hellen
Daten in eine große digitale Einheit und die dunklen Daten in
eine kleine digitale Einheit umgewandelt werden.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel werden auf diese Weise die in
Fig. 7B gezeigten Lichtmengen-Daten gewonnen und ein Mittelwert
des Veränderungsverhältnisses an der Grenze des Teilchenmusters
zwischen einem zentralen Abschnitt, wo die Teilchen abgelagert
sind, und einem Umfangsabschnitt, wo die Teilchen nicht abgela
gert sind, wird im Daten-Prozessor 36 entsprechend den Licht-
Transmissionsdaten gewonnen.
Nachfolgend wird die Datenverarbeitung im Prozessor 36 näher er
läutert. Im Daten-Prozessor 36 wird zunächst der Mittelwert C
des vorgegebenen zentralen Abschnittes auf dem Durchmesser d be
züglich jeder Vertiefung 11a der Mikroplatte 11 gewonnen und es
wird überdies ein Mittelwert P des vorgegebenen Umfangsabschnit
tes auf dem Durchmesser D der Vertiefung 11a gewonnen. Sodann
wird der Mittelwert C mit einem vorgegebenen positiven Wert mul
tipliziert, wobei der vorgegebene Wert größer als 1 ist, um
einen Wert c zu gewinnen, und der Mittelwert P wird mit einem
vorgegebenen Wert multipliziert, der kleiner ist als 1, um einen
Wert p zu erhalten, wobei die gegebenen Werte c und p der Bedin
gung p < c genügen. Sodann werden die Daten, welche der Bedingung
p < x < c genügen, aus den Daten des Durchmessers D bezüglich der
betroffenen Vertiefung 11a extrahiert, um Daten bezüglich der
Grenze zwischen dem zentralen Abschnitt und dem Umfangsabschnitt
auf den Durchmesser D zu gewinnen. Durch Differenzierung der
extrahierten Daten wird das Veränderungsverhältnis der durchge
lassenen Lichtmengen auf der Grenze gewonnen und es wird ein
Mittelwert X des Veränderungsverhältnisses erhalten.
Danach wird der Mittelwert X mit einem gegebenen Standardwert
verglichen, um zu ermitteln, ob das Muster in der betroffenen
Vertiefung 11a agglutiniert ist oder nicht.
Nachdem das Teilchenmuster auf diese Weise im Daten-Prozessor 36
untersucht ist, wird das Untersuchungsergebnis auf einer Anzei
geeinrichtung 39 entsprechend Befehlen angezeigt, die über eine
Eingabeeinrichtung 38, wie eine Tastatur, eingegeben sind.
Da, wie oben festgestellt, das Veränderungsverhältnis der an der
Grenze des Teilchenmusters auf dem Durchmesser D durchgelassenen
Lichtmenge aus den Daten gewonnen wird, welche die auf dem
Durchmesser D der Vertiefung 11a durchgelassenen Lichtmengenver
teilung repräsentieren, ist es möglich, zu beurteilen, ob das
Teilchenmuster agglutiniert ist oder nicht aufgrund des Verände
rungsverhältnisses der durchgelassenen Lichtmenge.
Fig. 8 zeigt eine Vorrichtung zum automatischen Vermessen von
Teilchenmustern gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des er
findungsgemäßen Verfahrens. Bei diesem dritten Ausführungsbei
spiel wird die Mikroplatte 11 auf einem angetriebenen Tisch
(nicht gezeigt) positioniert und der angetriebene Tisch ist so
ausgelegt, daß er in bezug auf eine optische Achse der Bild-Auf
nahmeeinrichtung 43 bewegbar ist. Unter der Mikroplatte 11 ist
eine Lichtquelle 42 angeordnet und oberhalb der Mikroplatte 11
ist eine Bild-Aufnahmeeinrichtung 43 vorgesehen, um ein zweidi
mensionales Bild des Teilchenmusters aufzunehmen, das auf der
Bodenfläche jeder Vertiefung 11a der Mikroplatte 11 ausgebildet
ist. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel wird eine CCD-TV-Kamera
als Bild-Aufnahmeeinrichtung 43 verwendet. Eine zweidimensionale
Bildinformation des Teilchenmusters, welche mittels der Bild-
Aufnahmeeinrichtung 43 erzeugt wird, wird in eine Signal-Verar
beitungsschaltung 44 eingegeben, um verstärkt und in ein digita
les Signal umgewandelt zu werden. Das digitale Signal wird in
einen Speicher 45 eingegeben, um dort abgespeichert zu werden.
Die im Speicher 45 abgespeicherte Bildinformation wird ausge
lesen und in einen Monitor 46 eingegeben, um die auf der Boden
fläche der Vertiefung 11a der Mikroplatte 11 gebildete Teilchen
struktur auf dem Bildschirm des Monitors 46 anzuzeigen. Bei dem
dritten Ausführungsbeispiel wird die aus dem Speicher 45 ausge
lesene zweidimensionale Bildinformation in einen Differenzier
kreis 47 eingegeben, um einen differenzierten Wert der Bildin
formation zu erhalten. Die Differenzierung wird mittels Diffe
renzierungsoperatoren durchgefügt, die in den Fig. 9 und 10
erläutert sind. Ein erster Operator gemäß Fig. 9 ist vorgesehen,
um eine Veränderung der Lichtintensität des Bildes in horizon
taler Richtung zu ermitteln und ein zweiter Operator gemäß Fig.
10 ist vorgesehen, um eine Veränderung der Lichtintensität des
Bildes in vertikaler Richtung zu ermitteln. Gemäß Fig. 11 sind
neun Bildelemente, die in bezug zueinander ausgerichtet sind und
die jeweils eine Bildpunkt-Fläche bilden, aus den Bildinforma
tionen des Teilchenmusters nacheinander extrahiert. Der Licht-
Intensitätswert jedes Bildelementes (Pixel), das aus der Pixel-
Fläche besteht, wird multipliziert durch entsprechende Koeffi
zienten des ersten und zweiten Differenzier-Operators und die so
gewonnenen multiplizierten Werte der Lichtintensität werden zu
einander addiert, um die Summen Y1 und Y2 entsprechend den nach
folgenden Formeln zu erhalten. Weiterhin wird ein Mittelwert
dieser Summen Y1 und Y2 ermittelt, um einen differenzierten Wert
Y der Bildpunkt-Fläche zu gewinnen.
Y1 = (-1 × A) + (0 × B) + (1 × C)
+ (-2 × D) + (0 × E) + (2 × F)
+ (-1 × G) + (0 × H) + (1 × I)
Y2 = (-1 × A) + (-2 × B) + (-1 × C)
+ (0 × D) + (0 × E) + (0 × F)
+ (1 × G) + (2 × H) + (1 × I)
Y = (|Y1| + |Y2|)/2
Nacheinander werden die Bildpunkt-Flächen bezüglich aller Bild
informationen des Musters durchgerechnet entsprechend den vor
stehenden Formeln, um differenzierte Werte der Bildpunkt-Flächen
zu erhalten, welche das gesamte Bild einer Vertiefung 11a ab
decken. Die so gewonnenen differenzierten Werte des zweidimen
sionalen Bildes des Teilchenmusters werden in einen Beurtei
lungsschaltkreis 48 eingegeben und nacheinander in einem Spei
cher abgespeichert, der im Kreis 48 vorgesehen ist. Bei diesem
dritten Ausführungsbeispiel wird das in der Vertiefung 11a ge
bildete Teilchenmuster im Beurteilungskreis 48 auf Basis der
Verteilung der so gewonnenen differenzierten Werte des zwei
dimensionalen Bildes des Musters durchgeführt. Ein Beispiel
dieser Beurteilung soll nachfolgend mit Hilfe des Flußdiagramms
gemäß Fig. 12 erläutert werden. Dieses Beispiel dient dazu,
differenzierte Werte bezüglich des Teilchenmusters zu gewinnen,
das auf der Bodenfläche einer Vertiefung ausgeformt ist, um zu
ermitteln, ob das Teilchenmuster agglutiniert ist oder nicht,
wobei die Beurteilung erfolgt aufgrund einer Verteilung der so
gewonnenen differenzierten Werte des Musters.
(1) Gestörtes Teilchenmuster
Werden mehr als zweitausendfünfhundert Bildpunkte (Pixel) gefun
den mit differenzierten Werten von mehr als 20 aber weniger als
40, so wird festgelegt, daß dieses Teilchenmuster außer Form
geraten ist. Das heißt, wenn ein Teilchenmuster in diesem Sinne
als "außer Form geraten" anzusehen ist, dann erscheint im Teil
chenmuster eine große Anzahl von Zwischenwerten der Veränderung
der Konzentration. Mit anderen Worten, wenn die Anzahl der Bild
flächen mit differenzierten Werten zwischen 20 und 40 gezählt
wird und wenn diese Anzahl den Wert 2500 überschreitet, dann
kann dieses Teilchenmuster als "außer Form geraten" angesehen
werden.
Da eine solche Verzerrung des Musters nur in einem agglutinierten
Teilchenmuster auftritt, wird das Muster als agglutiniert er
kannt.
(2) Bläschen
Werden zehn oder mehr Bildpunkte mit differenzierten Werten
größer als 200 gefunden, so wird dies dahingehend verwertet, daß
festgelegt wird, daß das Teilchenmuster Bläschen enthält. Das
heißt, falls das Teilchenmuster Bläschen enthält, dann wird die
Differenz zwischen Licht und Schatten des Musters sehr groß, so
daß sehr viele große differenzierte Werte erhalten werden.
Daraus kann man auf die Existenz von Bläschen im Teilchenmuster
schließen und der entsprechende Schluß erfolgt mittels der An
zahl von Bildelementen, die große differenzierte Werte aufwei
sen.
(3) Agglutiniertes Teilchenmuster (positiv)
Wenn ein Verhältnis, das gewonnen wird durch Division der Anzahl
von Bildpunkten A, deren differenzierte Werte größer sind als 20
aber kleiner als 50, durch eine Anzahl von Bildpunkten B, deren
differenzierte Werte größer sind als 100 aber kleiner als 200,
kleiner ist als 22, dann wird daraus geschlossen, daß das Teil
chenmuster agglutiniert ist.
(4) Nicht-agglutiniertes Teilchenmuster (negativ)
Beträgt das vorstehend definierte Verhältnis mehr als 40, dann
wird daraus geschlossen, daß das Teilchenmuster nicht-aggluti
niert ist.
(5) Unmöglichkeit der Beurteilung
Eine Probe, deren Verhältnis größer ist als 22 aber kleiner als
40, wird als nicht-beurteilbar eingestuft. Solche Proben müssen
von der Bedienungsperson visuell untersucht werden.
Wenn ein Teilchenmuster dahingehend beurteilt wird, daß es
Bläschen enthält, wird ein Verhältnis G, welches erhalten wird
als G = E/F verglichen mit dem oben definierten Verhältnis R,
wobei der Wert E erhalten wird durch Multiplikation der Anzahl
von Bildpunkten mit differenzierten Werten größer als 20 aber
kleiner als 50 mit dem Faktor 1, 2 und wobei der Wert F erhalten
wird durch Multiplikation der Anzahl von Bildpunkten mit diffe
renzierten Werten oberhalb von 100 aber unterhalb von 200 mit
0,5. Durch Multiplikation der Anzahl von Bildpunkten mit diffe
renzierten Werten größer als 20 aber kleiner als 50 mit 1,2 und
Multiplikation der Anzahl von Bildpunkten mit differenzierten
Werten größer als 100 aber kleiner als 200 mit 0,5, wird eine
kleine Verändernug von Licht und Schatten des Musters stark
gewichtet, während eine starke Veränderung dieser Größen gerin
ger gewichtet wird, so daß es möglich ist, das Teilchenmuster zu
vermessen ohne durch darin eingeschlossene Bläschen beeinflußt
zu sein.
Das so gewonnene Meßergebnis wird in eine Anzeigeeinrichtung 49
eingegeben, um auf einen Bildschirm dargestellt zu werden.
In den nachfolgenden Tabellen sind Verteilungen von differen
zierten Werten von Bildsignalen enthalten, die gewonnen sind
durch Aufnehmen von zweidimensionalen Bildern von Teilchen
mustern bei unterschiedlichen Arten von Proben.
In diesen Tabellen sind nicht nur die Anzahlen der Bildpunkte,
die den einzelnen differenzierten Werten gemäß den oben stehen
den Beurteilungsgrundsätzen zuzuordnen sind, sondern auch die
Anzahlen der Bildpunkte angegeben, deren differenzierte Werte
größer sind als 200, größer als 100 aber kleiner als 200, größer
als 20 aber kleiner als 40, größer als 20 aber kleiner als 50,
sowie das Verhältnis R, das kleiner ist als 225, Werte von E und
F, das korrigierte Verhältnis G und das Meßergebnis.
Die Proben 1, 6, 7 und 8 sind typische negative Muster. Die Pro
ben 13 bis 18 sind typische positive Muster und die Proben 9 bis
12 sind nicht zu beurteilen.
Die Proben 3 und 4 werden beurteilt als Bläschen enthaltend, wo
bei die Probe 3 negativ und die Probe 4 positiv beurteilt werden
mittels des korrigierten Verhältnisses G. Die Probe 5 wird zu
nächst dahingehend beurteilt, daß das Muster außer Form ist, je
doch schließlich als positiv eingeordnet. Wie sich aus der Ta
belle und den obigen Erläuterungen ergibt, ist es gemäß dem
dritten erfindungsgemäßen Verfahren auch dann möglich, eine
genaue Beurteilung dahingehend, ob das Muster agglutiniert ist
oder nicht, abzugeben, wenn Bläschen in der Probe enthalten sind
oder wenn das Muster gestört ist. Deshalb ist es möglich, die
Anzahl von Proben, die visuell nachgeprüft werden müssen, stark
einzuschränken. Insbesondere dann, wenn Bläschen im Teilchen
muster enthalten sind, kann das Muster durch Verwendung der kor
rigierten differenzierten Werte beurteilt werden. Die Anzahl
derjenigen Proben, die als nicht-beurteilbar eingestuft werden,
kann erheblich gesenkt werden.