專利名稱:粒子產(chǎn)生的電脈沖的剪輯方法與裝置的制作方法
本發(fā)明涉及到利用“排除方法”來剪輯電脈沖，更具體地說，本發(fā)明涉及到要在粒子分析器產(chǎn)生的作為粒子分析結(jié)果的大量電脈沖中排除某些電脈沖。正如遍布世界的第2，656，508號美國專利和幾個序號順序連接的改進專利中所揭示的那樣，這類裝置中的一種通用型的裝置采用庫爾特(Coulter)檢測原理。采用庫爾特檢測原理的產(chǎn)品已由許多公司制造和銷售，主要的一家公司是庫爾特電子公司(Coulter Electronics Inc)，這些產(chǎn)品用商標COULTER COUNTER
和COULTER
來鑒別。
按照庫爾特檢測原理，當懸浮于電解液中的微觀粒子通過與此粒子大小相近的電場微區(qū)時，在此電場周圍的電解液的阻抗就會產(chǎn)生瞬變。此阻抗的變化把一些激勵的能轉(zhuǎn)移到相連的電路中去，同時產(chǎn)生一個電信號。在大量的生物學(xué)和工業(yè)的應(yīng)用中，把這種信號作為粒子體積的一種合情合理的準確的表示法已經(jīng)得到承認。實施第2，656，508號美國專利的裝置已在生物流質(zhì)、工業(yè)的粉塵和泥漿等方面用來計量粒子數(shù)和測量粒子的大小。
在商品化的庫爾特(COULTER)粒子分析器中微小電場都是通過微小又很準確的園柱體通道或微孔，在二部分液體之間形成的，正如眾所周知的那樣，所研究的粒子懸浮于二部分液體之間。應(yīng)用分別置于二部分液體內(nèi)的兩個電極將電激勵能送到這兩部分液體中來，小孔是在兩部分液體間的絕緣壁上。懸浮是因攜帶著流動性粒子流過小孔而引起的，并且當粒子通過小孔時，由于它們各自引起的阻抗的瞬變就產(chǎn)生了許多電信號。電場集中在小孔處，通常隨懸浮體的實際流動形成了流過小孔的電流。
通過計量所產(chǎn)生的信號個數(shù)可以計量通過小孔的粒子數(shù)。通過鑒別各種不同的脈沖的幅度，就能研究粒子的大小。
檢測小孔通常是很短的，其長度等于或小于其直徑。如果脈沖幅度峰值是由電場中處在孔長一半處的粒子(粒子是沿孔的軸線路徑流動)產(chǎn)生的，則根據(jù)脈沖幅度的峰值可以得出最佳的粒子大小-體積的信息。當電場中的粒子處在孔長一半處時，脈沖峰值為最佳峰值的原因是這個位置離小孔進出口的距離最遠、電場最均勻、對通過小孔的所有其它路徑而言其電流分布也最均勻。在小孔的進出口，孔邊處的電流密度較大，而相應(yīng)地在孔軸上的電流密度較小。這一點可以解釋為除了軸向路徑以外的其它電流路徑都是在孔內(nèi)軸線以外的地方，并且筆直向前。由于進出口處軸線上的電流密度較小，所以導(dǎo)致軸線上的粒子所產(chǎn)生的瞬時信號要比粒子在其它路徑進入和離開小孔時產(chǎn)生的瞬時信號小。換句話說，在小孔邊角處的電流密度要大于軸線上的電流密度。
在軸線上通過的粒子產(chǎn)生最佳脈沖的另一個原因是當液體通過小孔軸心時，它不需改變方向，所以在軸線路徑上電解液流動的速度也是粒子的速度，它稍大于靠近孔邊路徑或離開中心位置的路徑上的流動速度。由于軸線被具有相同速度、運動著的液膜所包圍，所以軸線上流動的阻力最小。這樣，粒子流過小孔通道的持續(xù)時間可以說明粒子是否沿著原來的軸線路徑。如果脈沖持續(xù)時間用作鑒別的基礎(chǔ)，用接收到的是在軸線路徑上通過的，還是在靠近軸線路徑上通過的“粒子產(chǎn)生的電脈沖”就能建立起判據(jù)。根據(jù)這種分析，就可將所有其它路徑上的脈沖都排除掉。這種排除方法稱為“剪輯”。在美國專利第3，700，867、3，701，029、3，710，263、3，710，264和3，783，390號中已設(shè)計和示范出幾種這樣的剪輯電路。使用這種剪輯方法的商用COULTER COUNTER分析器已出售了多年，并且具有明顯的優(yōu)點，勝過那些缺乏剪輯特性的類似分析器。
第3，668，531號和第3，863，160號美國專利中討論了“粒子產(chǎn)生的脈沖”的中心脈沖幅度的定位問題并提出了解決問題的辦法。在第3，863，159號美國專利中提出了當粒子通過孔徑中非均勻電場部分時，“粒子產(chǎn)生的脈沖”的幅度修正問題。
盡管上述先有技術(shù)具有一些優(yōu)點，但在它們的實施和設(shè)計構(gòu)思中還需進行某些折衷。一些商品化的脈持剪輯電路利用脈沖序列的前幾個脈沖的持續(xù)時間作為建立標稱合格脈沖的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，如果這前幾個脈沖主要是由遠離孔軸的路徑通過小孔的粒子所產(chǎn)生，那么它們的持續(xù)時間就會過長。還有，如果粒子的密度低，則持續(xù)時間太長，不是得不出統(tǒng)計上有效的剪輯判據(jù)，就是判據(jù)無法從充分的數(shù)據(jù)為基準。上述的這些電路和這種設(shè)計準則的其它電路就會丟掉實際上是有用的脈沖而接受過多不合格的脈沖。當粒子大小的范圍很窄(例如紅血球或白血球細胞)時，這種情況的發(fā)生可能是極少的，但是當粒子大小的范圍很寬(象在工業(yè)上的粒子分析中的那些粒子)時，就會存在更大的問題。
還考慮到那些先有技術(shù)剪輯電路的成本，并留心保留每臺分析器電路的和不同顧客所需的各項參數(shù)。在先有技術(shù)中的剪輯電路包括一些延遲電路和脈持存儲電路，這些電路使剪輯電路的成本提高、體積加大。最普遍使用的剪輯電路還在每個脈沖的幾個不同比率處對脈沖持續(xù)時間進行比較，而這種電路又增加總的成本。
本發(fā)明提出“粒子產(chǎn)生的電脈沖”的剪輯方法和裝置，這些粒子要通過粒子分析器的檢測孔。本發(fā)明尋求消除先有技術(shù)剪輯電路和找中心電路所存在的問題，特別是對那些有相當寬的大小-體積范圍的粒子流給出合適的剪輯結(jié)果。這種剪輯的判據(jù)是基于比較其第一個脈沖幅度前、后部分的面積，比較后認為合適的脈沖就計數(shù)和/或測量大小，以作為測量粒子的當量值，從而判斷出粒子的種類，比較后認為不合適的脈沖就剪輯掉(即被除掉)，這樣與此脈沖相應(yīng)的粒子就不計數(shù)或測量。
為此，本發(fā)明提出一個剪輯“粒子產(chǎn)生電脈沖”的方法，上述方法包括如下步驟判斷各脈沖的對稱度，將其對稱度與所規(guī)定的合格容許范圍進行比較，剪輯掉對稱度不合格的脈沖。
本發(fā)明還提出一種剪輯“粒子產(chǎn)生脈沖”的裝置，它包括判定各脈沖對稱度用的脈沖對稱度判定裝置、規(guī)定脈沖對稱度的預(yù)定界限用的對稱度界限規(guī)定裝置、對脈沖對稱度判定裝置和對稱度界限規(guī)定裝置起作用的比較裝置。比較裝置至少將各脈沖的一部分根據(jù)脈沖的對稱度進行比較，產(chǎn)生一個表示比較結(jié)果的輸出信號，此輸出信號對脈沖剪輯的判定是很有用的。
作為實例，現(xiàn)在參閱以下附圖來說明本發(fā)明的一個有說服力的實施例。
圖1給出說明本發(fā)明工作的三種典型脈沖波形。
圖2是本發(fā)明的電路最佳實施例的方框圖。
參閱圖1，這里給出三種脈沖10、12和14。脈沖10是一個理想脈沖的例子，它是由沿孔軸路徑通過的粒子產(chǎn)生的。很容易定出其峰點16，它把脈沖面積分成兩部分，即峰點前為B和峰點后為A。過峰點16的虛垂直線18劃分出B面積和A面積，使B略大于A。脈沖10及接近此形狀的脈沖都是合格的，不應(yīng)該被本發(fā)明的方法和裝置剪輯掉。遺憾的是，只有占百分比很少的粒子是沿著或非?？拷移叫杏诳纵S路徑通過的。所引用的幾個專利的先有技術(shù)說明了各種更典型的粒子路徑及其所產(chǎn)生的各種脈沖波形。例如，如果粒子在平行于孔軸、但沿著逐漸遠離孔軸的路徑通過小孔，則它所產(chǎn)生的脈沖具有越來越寬的平頂峰和較寬的脈基，由于B和A兩部分的持續(xù)時間典型地移動，峰值后的A面積要小于峰值前的B面積的1/2。實驗研究、流動模型和數(shù)字推導(dǎo)已經(jīng)確認當粒子的軌跡偏離孔軸的距離大于小孔半徑的60%時，它產(chǎn)生的脈沖需要剪輯掉。
脈沖12和它相象的脈沖代表合格的粒子脈沖的一種重要百分比。其峰點20略高于脈沖10的峰點16，并且由垂直線22可以看出它不象峰點16那樣靠近脈沖持續(xù)時間的中點，由于此時粒子12偏離軸線，此后當它通過小孔路徑再前進時卻更靠近和更平行于軸線，所以峰點20比峰點16高。峰點之后的面積A大于峰點之前的面積B，但大得不多，此脈沖不需要剪輯掉。
脈沖14與它相象的脈沖也代表典型的“粒子產(chǎn)生脈沖”的一種重要百分比，可是，因為其幅度26靠近其持續(xù)時間的中點，即中心線24所表示的那樣，不足以近似地代表此粒子的體積，所以這些脈沖是不合格的，應(yīng)該被剪輯掉。由峰點28及通過此點所作的虛垂線30劃定的脈沖14的面積B和A明顯不等，面積B比面積A大1.4倍，因此脈沖14太不對稱了。與此相反，雖然脈沖10和12也不對稱，但是它們是在合格的界限以內(nèi)。因為脈沖10和12的時間中心線以及此時的峰點非常靠近垂線18和22以及峰點16和20，所以圖中未畫出它們。實際上，對于脈沖12，它們是重合的。
根據(jù)以上對脈沖10、12、14及其各自的面積B和A的討論論，現(xiàn)在我們應(yīng)該懂得，在利用庫爾特原理的粒子分析器的檢測孔內(nèi)及其周圍，流體動力學(xué)及其電場可以確定脈沖的對稱度及脈沖面積B和A，并且應(yīng)該懂得由此得出的剪輯判據(jù)。實事上，這一切是正確的，是本發(fā)明的基礎(chǔ)。概括性的表達式Y(jié)＜A＜Z表示出面積A相對于面積B的面積范圍。再贅述如下如果面積B大于面積A乘以系數(shù)Y，但不大于A面積乘以系數(shù)Z，則此粒子脈沖就是合格的。在這些面積A的合格界限以外的脈沖都應(yīng)該被剪輯掉，也就是說被排除掉或去掉。當使用以COULTER COUNTER商標出售的粒子分析器時，實驗數(shù)據(jù)得出Y和Z范圍設(shè)定值分別為0.5和1.4，因此表達式0.5＜A＜1.4表示了脈沖的面積B和A的關(guān)系，Y和Z有±10%變化的那些數(shù)值都認為是合格的。
應(yīng)該細心地注意到，由于采用庫特爾原理的粒子分析器并非全是由庫爾特電子公司(Coulter Electronics Inc)或它的子公司制造的，因此電源與參數(shù)、流體動力學(xué)和小孔路徑的直徑與長度比并非都與COULTER COUNTER分析器一致。因此，如果分析器質(zhì)量控制不是高標準的，則Y和Z的值會因不同的制造廠家和不同的儀器而各不相同。這樣，就需要測定一臺粒子分析器，以便確定其Y和Z的值。另外，某些顧客的獨特要求和粒子的密度可能使Y和Z值需要調(diào)整。這種檢查、測定和調(diào)整是本技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)熟練的技術(shù)人員所熟悉的。事實上，基于本發(fā)明的一種剪輯電路的設(shè)計現(xiàn)在也應(yīng)該屬于本技術(shù)的技巧范圍。
圖2說明為實施本發(fā)明的一個最佳實施例的電路方框圖。每個電路方框都是基本的、已有的設(shè)計。為此，這種電路的功能和工作原理只說明到使讀者較好地了解本發(fā)明所需的程度。
從檢測小孔和它的電極得到的粒子脈沖送到輸入緩沖器34的輸入端32。輸入緩沖器再把此脈沖送到峰值檢測器36、峰值檢測起動器38、開關(guān)單元40和“脈沖有效”電路塊42去。“脈沖有效”電路塊42可以是一種典型的門限電路，它只允許超過最低的合格門限值(例如30毫伏)的那部分脈沖通過。峰值檢測器可以是一種典型的取樣保持電路，它“跟蹤著”脈沖直到檢測出“真實的”可分辨出的峰點為止。可分辨的峰點其幅度大于此峰點前和后的幅度，例如圖1中的峰點16、20和28。相反，不可分辨的峰點(如脈沖12和14中的44和46)將不被檢測。依靠圖2中的計時和復(fù)位部件任何第二個真實的峰點都不被分析或不能存在。在峰點前的面積B被峰值檢測器36跟蹤的那段時間內(nèi)，B脈沖部分由輸入緩沖器34送到開關(guān)單元40，并由這里再把它送到第一半脈沖積分器48。當檢測到第一個真實的峰值時，峰值檢測器36就通知開關(guān)邏輯部件50，然后開關(guān)邏輯部件50把它的輸出切換到開關(guān)單元40，以使來自傳送峰點后的A脈沖部分的緩沖器34的輸出信號再傳送到第二半脈沖積分器52。面積A已積分的信號被送到定標電路，它為面積A提供定標系數(shù)Y＝×0.5和Z＝×1.4，以便在比較器56中與已積分的面積B進行比較。如果0.5＜A＜1.4判據(jù)得到滿足，則“好對稱度”比較信號被送到剪輯控制與輸出鎖定電路58。如果比較結(jié)果不合格，則比較器56給剪輯控制電路58發(fā)出一個剪輯(或排除)信號。可以說峰值檢測器、開關(guān)單元和積分器組成了脈沖對稱度判定裝置，定標電路是對稱度限制范圍規(guī)定裝置，它包括調(diào)整預(yù)定界限范圍用的預(yù)置裝置。
雖然面積A對面積B的“好對稱度”的比較是本發(fā)明的主要特點，但是由于考慮到其它實用上的需要，因此“好對稱度”的比較本身和單獨是不能使剪輯控制與輸出鎖定電路58輸出一個好的脈沖。必須有另外三個輸入信號給電路58，這樣就滿意了?；氐健懊}沖有效”電路塊42，其輸出信號送到復(fù)位部件60(為峰值檢測器36服務(wù))、“剪輯復(fù)位”電路塊62(經(jīng)它再送到剪輯控制電路58)、“脈沖完成”單元64(經(jīng)它再送到基準門限寬度檢測器66)。還直接送入基準門限寬度檢測器66。假定一個粒子脈沖它不是小的，低電壓脈沖發(fā)生的情況，肯定會有“脈沖有效”輸出信號，并能夠由基準門限寬度檢測器66測出脈沖寬度。這種脈寬處于由“脈沖有效”電路所預(yù)置的最小門限值(例如30毫伏)上。寬度檢測66產(chǎn)生一個單一的寬度標準，在本例中是小于或大于15微秒，這是COULTER COUNTER分析器的標稱值。此值是根據(jù)制造者的經(jīng)驗而預(yù)置的。我們不打算讓此值是象先有技術(shù)中那樣是一個主要的可變系數(shù)，既無動態(tài)范圍、也不根據(jù)脈沖持續(xù)時間的最近歷程。如果在輸入端的系統(tǒng)輸入信號是一個粒子脈沖而不是噪聲尖峰信號或類似的信號，則此脈寬的持續(xù)時間應(yīng)是合乎要求的(即大于15微秒)，假定“脈沖有效”電路和比較器的信號也是好的，則脈沖通過電路58的輸出鎖定電路被批準輸出。
對于信號、極性等在上文中一直沒采用“正的、負的、真的、假的”，也沒用“前沿觸發(fā)”或“后沿響應(yīng)”，更沒用“高”或“低”這類措辭，因為在圖2的實施例中，為了放大或邏輯控制，信號在級內(nèi)或級間的轉(zhuǎn)換往往使這些術(shù)語混淆或受到限制。事實上，如圖2右下方所示，在商品化設(shè)計的剪輯系統(tǒng)中的輸出信號是反相的，因此不要剪輯的(或希望輸出的)粒子脈沖就被識別為“剪輯非”;而要排除的或剪輯掉的輸出脈沖被注示為“好脈沖非”。
圖2的多種電路方框的內(nèi)容和功能應(yīng)該被本技術(shù)領(lǐng)域：
中的那些技術(shù)人員所理解。人們應(yīng)該看到，通過給輸入端32輸入一個固定高度的鐘形脈沖，然后在一個積分器(例如52)輸入端調(diào)節(jié)可變電阻，直到積分器48和52的輸出信號在±1%范圍內(nèi)，則兩積分器能夠匹配。
到此，已討論和說明了本發(fā)明的基本概念-對脈沖的鑒別是根據(jù)各單個脈沖本身的脈沖對稱度而不是根據(jù)平均值，更不是根據(jù)脈沖持續(xù)時間的最近歷程，不用延遲線和導(dǎo)致變量與流速變化的獨立電路。低密度的粒子可以被分析出來，甚至在大量有機物殘渣和細胞組織存在的情況下也能進行分析。脈沖的面積可分為二部分-第一峰點前的部分為B，第一峰點后的部分為A。如果這二部分的面積之比落入Y＜A＜Z的限制范圍內(nèi)，則粒子脈沖的對稱度就是合格的。
權(quán)利要求
1.一種“粒子產(chǎn)生電脈沖”的剪輯方法，上述方法的特征在于以下步驟判定每個脈沖的對稱度，將此對稱度與其合格的界限進行比較，剪輯掉對稱度不合格的脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所提出的方法，其特征在于上述判定對稱度的步驟是通過測定脈沖的不同部分的面積來實現(xiàn)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所提出的方法，其特征在于上述面積是指處于脈沖峰值幅度兩側(cè)的二個不同的脈沖部分的面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所提出的方法，其特征在于上述峰值幅度是脈沖的第一個峰點的幅度。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1、2或3中的任一項所提出的方法，其特征在于按照如下方式來制定上述合格的界限的步驟，即不是根據(jù)用本剪輯方法來處理的任何一個脈沖的方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2、3或4中任一項所提出的方法，其特征在于上述比較步驟將脈沖不同部分的面積與上述合格的界限進行比較。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所提出的方法，其特征在于上述合格的界限是由概括性的表達式Y(jié)＜A＜Z確定的，其中A是脈沖的一部分面積，Y和Z是等于脈沖的另一部分面積B乘以不同的常數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所提出的方法，其特征在于Y約為0.5乘以脈沖的另一部分面積B，Z約為1.4乘以脈沖的另一部分面積B。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7所提出的方法，其特征在于面積A處于脈沖峰值幅度的一側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求
7、8或9中任一項所提出的方法，其特征在于面積A是脈沖的第一個峰點之后得出的面積。
11.根據(jù)權(quán)利要求
7、8或9中任一項所提出的方法，其特征在于B是脈沖的另一部分面積，它是脈沖的第一個峰點之前得出的面積，用來與面積A進行比較。
12.根據(jù)權(quán)利要求
1、2或7中的任一項所提出的方法，其特征在于有一個附加步驟即把每個脈沖與對應(yīng)于門限幅度的而預(yù)定的最小合格寬度進行比較，由此，任何不超過這個預(yù)定的最小寬度的脈沖不能由這種剪輯方法通過。
13.權(quán)利要求
1、2或7中任一項所提出的方法，其特征還在于利用庫爾特原理產(chǎn)生上述脈沖的步驟。
14.一種“粒子產(chǎn)生的脈沖”的剪輯裝置，上述裝置的特征在于有判定各脈沖對稱度用的脈沖對稱度判定裝置、規(guī)定脈沖對稱度的預(yù)定界限用的對稱度界限規(guī)定裝置，對上述脈沖對稱度判定裝置和上述脈沖對稱度界限規(guī)定裝置起作用的比較裝置，該比較裝置用來至少將各脈沖的一部分根據(jù)脈沖對稱度進行比較，產(chǎn)生表示此比較結(jié)果的輸出信號，此輸出信號對脈沖剪輯的判定是很有用的。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14所提出的裝置，其特征在于上述脈沖對稱度判定裝置測量脈沖的二個不同部分的面積，并直接把此面積部分之一送到上述比較裝置，上述對稱度界限規(guī)定裝置插在上述脈沖對稱度判定裝置與上述比較裝置之間，用來接收另一個面積部分，還用于在由上述比較裝置進行比較前，根據(jù)預(yù)定的對稱度界限對另一個面積部分進行定標。
16.根據(jù)權(quán)利要求
15所提出的裝置，其特征在于上述脈沖對稱度判定裝置包括脈沖峰值檢測裝置，它規(guī)定出二個不同的脈沖部分，上述一個部分是脈沖峰點前的部分，而上述的另一部分是脈沖峰點后的部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求
15或16所提出的裝置，其特征在于上述的對稱度界限規(guī)定裝置包括用Y＜A＜Z形式計算的定標裝置，其中A是一個脈沖的另一部分面積，Y約為0.5，Z約為1.4，由此，把面積A的這種定標值與上述一個脈沖的部分面積B進行比較。
18.根據(jù)權(quán)利要求
14、15或16中的任一項所提出的裝置，其特征在于上述對稱度界限規(guī)定裝置包括預(yù)置裝置，用來固定預(yù)定界限，以使這些界限不受被此裝置正在處理的脈沖的影響。
19.根據(jù)權(quán)利要求
14、15或16中的任一項所提出的裝置，其特征在于上述“粒子產(chǎn)生的脈沖”是由粒子通過了根據(jù)庫爾特原理工作的檢測小孔裝置時產(chǎn)生的。
專利摘要
以波形對稱度為特定基礎(chǔ)來鑒定“粒子產(chǎn)生的脈沖”，使嚴重不對稱的脈沖要成為剪輯(也就是排除)的對象。通過測量第一個脈沖幅度的峰點前、后的脈沖面積，然后將這些脈沖面積與預(yù)定的界限進行比較，從而確定脈沖的對稱度。這些預(yù)定的界限不是根據(jù)當時被鑒定的脈沖而定的。
文檔編號G01N15/12GK86103646SQ86103646
公開日1986年11月26日 申請日期1986年5月28日
發(fā)明者哈維夫·J·當斯坦, 約翰·G·哈費爾德, 保羅·克奈特, 哈維·J·波德格尼 申請人:科特電子有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan