测量粒子电阻和电抗的粒子分析器的制作方法

专利名称:测量粒子电阻和电抗的粒子分析器的制作方法
本发明涉及一种改进了的粒子分析器，尤其是涉及一种适用于为了确定粒子的不透电性(electricalopacify)而测量某种粒子(例如血细胞)的电阻和电抗的粒子分析器。
在先有技术中众所周知，血细胞的不透电性定义为细胞的交流阻抗对它的直流电阻之比。在WallaceH.Coulter和WalterR.Hogg地名为“粒子分类和分析的在一被调制的电流通路中，使电阻性与电抗性产生变化并对其变化检测的信号调制装置”的美国专利3，502，974中，第一次提出可以对细胞的不透电性提供测量数据的装置。在分析血细胞时，可以多种不同的方式利用这个不透性参数以得到某些结果。在MichaelR.Groves等的名为“粒子形状测定”的美国专利4，298，836和MichaelR.Groves的名为“细胞分裂”(cellbreakdown)的美国专利4，525，666，以及MichaelR.Groves等的名为“细胞的渗透应力的高低频率分析”的美国专利4，535，284中都叙述了利用不透性的例子。上述各个美国专利都转让给了本发明的受让人。此外，在PCT公布的申请W085/05684所叙述的不透性的使用方法也转让给了本发明的受让人，以及在题为“细胞阻抗特性的流动系统测量”〔R.A.Hoffman和W.B.Briff，TheJournalofHistrochemisfryandCytochemisfry，Volume27，Number1，页次234-240(1979)〕与“BSA漂浮密度分离人体红血球的二维阻抗研究”“TwoDimensionalImpedanceStudiesofBSABuoyantDensitySeparatedHumanErythroytesy”〔R.C.Leif等，Cytometry，Volume6，Pages13-21(1985)〕等文中也对此进行了叙述。
对血细胞计数并测定血细胞大小的唯一装置与原理是由WallaceH.Coulter发明并在美国专利2，656，508中阐明的。按照Coulter原理，某种包含粒子(例如血细胞)的电解液通过一个小孔从一个小室流到另一个小室。在每个小室中放置一个电极，将一直流电流或低频电流加到电极上，且通过该小孔，从而在粒子中产生电场，小孔中的电阻发生变化。通过测量电极间的电压可以测量这个电阻，因此在小孔中出现一个粒子就在电极电压中产生一个脉冲。
在低频电流信号或直流电流信号通过小孔的同时，附加地让一个高频电流也通过该小孔，使在上述美国专利2，656，508中首次阐述了的Coulte原理得到了扩展。采用适当的滤波技术，可以检测到通过小孔的细胞的低频阻抗和高频阻抗。在上述论文与美国专利中详细地叙述了这个检测方法，作为用来获得测定不透性的数据的原理。此外，只利用高频电流便能检测到细胞，此时，根据脉冲幅值随通过小孔的电流的频率改变这个事实，可以得到另外的信息。
先有技术中的问题之一是用来在小孔中产生交流场和直流场的两个独立电流源之间产生的干扰。先有技术说明将低频或直流电流源与高频电流源耦合的一个方法是二者相互并联且与检测小孔中粒子的电极并联。然而，这种耦合形式导致在两个电源之间产生干扰。当使用多路高频振荡器时，如在3，502，974号专利中所述的那样，尤其如此。两个高频调谐电路在小孔两侧耦合之处，任何细小的条件变化能使这两个频率的任何一个或二者都失调。例如液体温度或压力的飘移，或者在小孔中的一个气泡，都能在上述电路中产生问题。在P.W.Helleman与C.J.Benjamin的题为“Toa微细胞计算器”(TheToaMicroCellCounter)(ScandJ.Haemat(1969)6，Pages69-76)中所述的那类机器中说明了这个问题，在那里振荡器调谐电路与检测器调谐电路分别并联耦合在电路中。由于这种不稳定性，虽然先有技术装置为人所知至少已有十五年了，它们仍未能取得商用效果。为了使得对足以提供不透性或血细胞粒子的高频响应的数据进行检测的原理实用化，对振荡器电路，以及将振荡器电路与传统的Coulter型传感器的其余部分相连的方法二者都需改进。
根据本发明的一个方面，提供了一种包含检测器装置的粒子分析器，一列粒子是通过该检测器装置的。该检测器装置具有某一确定的电阻和电抗，当一个粒子通过它时，至少其中之一是变化的。此外，该分析器还包含高频振荡器装置，该装置包括一个有源器件与一个谐振电路。该谐振电路与检测器装置耦合，从而将检测器装置的电阻与电抗包含在谐振电路中而作为它的一部分。最后，该粒子分析器还包含对振派器输出信号中，由于粒子通过检测器装置时所产生的变化进行检测的装置。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于测定溶液中是否存在粒子以及粒子的某些参数的粒子分析器，它包括溶液在其中通过的检测器装置，该检测器装置具有确定的电阻与电抗，且当粒子通过该装置时，至少它们其中之一是产生变化的。进而，本发明包含一组振荡器装置，每个提供一个不同频率的信号，还包含用来将每个振荡器装置与检测器装置作并联耦合的耦合装置。该耦合装置含有与各振荡器装置相关的电抗装置，电抗装置作一定的安排并具有一定的数值，使得由每个振荡器装置提供的信号通过一个低阻抗通路与检测器装置耦合，而通过一个高阻抗通路与其它振荡器装置耦合。最后，本发明包含用来当某个粒子通过检测器时对各频率及其某些参数骤行显示的装置。
下面参照附图阐述本发明的一个最佳实施例，各附图为
图1是改进了的粒子分析器的框图;
图2是图1所示粒子分析器的电路图，其中部分地用框图表示;
图3是有助于理解图2所示电路的一个波形图;
图4示出了一个使两个高频振荡器与粒子检测器以并联方式相耦合的耦合电路;
图5示出了一个使任意多个振荡器与粒子检测器并联耦合的耦合电路。
现在参阅图1，这里示出了改进了的粒子分析器10的框图，分析器10的核心部分包含一个在先有技术中众所周知的coulter传感器12。简略地说，传感器12包括一个存储室14、一个小孔16、一个接收室18、以及每个室中一个电极15。含有待测粒子的某种液体被置于存储室14中。液体是这样地通过小孔16的，即同时只能有一个粒子(如血细胞20)通过小孔16。含有粒子的液体然后就存在接收室18中。
为了检测通过小孔16的血细胞20，连接了一个低频电流源22。以供给通过小孔的电流。这可以用一个电池与一个电阻器串接而成，以此在Coulter传感器12的存储室14与接收室18的电极15之间供给直流电流源。同时，通过检测两个电极15之间的电压，监视小孔16两侧之间的电压。每当一个血细胞20通过小孔16时，由于该细胞使电阻增加，导致电极间的电压增加，从而所测得的电压信号中就产生一个脉冲。
为了获得血细胞20的不透电性，需要在小孔16两侧跨接一个高频振荡器/解调器24。高频振荡器/解调器24可以是一个常规的高Q值振荡器，它包含一个有源器件和一个谐振电路。振荡器/解调器24是这样地与电极15相连的，即小孔16是与电路24的振荡器部分的谐振电路部分并联的。这些将在下面参照图2更详细地描述。
为了防止来自振荡器/解调器24的高频信号与来自电流源22的低频信号相互干扰，必须将这两个信号预先通过一个耦合电路26才与电极15相连。耦合电路26也将这两个输出信号相互隔离。耦合电路26的细节将在下面参照图2予以说明。
现在参照图2，说明在图1中以框图形式表示的粒子分析器的详细的电路图。图2中在虚线内的是图1框图中的四个主要的部件，并用相同的数字标出。低频电流源22可以仅由一个直流电压源28串接一个电阻器30组成。从而，由低频电流源22提供一个恒定的直流电流。
振荡器/解调器24包含一个有源器件部分32与一个谐振电路部分34。这两部分组成一个在先有技术中众所周知的常规的振荡器电路，例如哈脱莱(Hartley)振荡器。选择振荡器/解调器24的那样使电路失调。相反，对频率会产生细微的影响，但是当采用图2所示电路测量不透性时，这个变化量所产生的影响是可以忽略不计的。
虽然电容52在数值上的变化对图2所示电路只会产生极小的作用，而电阻50的数值由于进入小孔16的一个血细胞的作用而产生的变化，将影响抽头46处产生的信号的幅值。实际上，增加电阻50的数值，振荡器/解调器24的振荡器部分的Q值就增加。这又使抽头46处的信号幅值增加。当真空管36作C类放大器运行是尤其如此。在管子36的板极处的信号幅值亦有相同的增加。
参照图3，图中所示为抽头46处输出信号的波形，每当在小孔16中出现一个血细胞20时，其幅值便增加。这是由于细胞20使电阻增加以及振荡器/解调器24的Q值相应地增加而导致的。这个信号确定了包络线57，它可以从抽头46通过电容器58输出并由运算放大器60放大。简而言之，真孔管36的板极信号是被由于一个通过小孔16的血细胞20而引起的电阻的增加值幅值调制的。包络线信号57的最大幅值可以用来确定细胞20的交流阻抗。
另一种方法是，幅值调制信号57可以通过将在真空管36的板极上所加的信号通过一个耦合电容器62、一个常规的交流解调器64和一个输出电容器66得到。在从抽头46取包络线信号57时，必须使电容器44具有较大的数值，例如0.5微法，以便在粒子的过渡时间中使三极管36的栅偏压保持恒定。当采用解调器64时，可以采用一个较小的电容器，例如20微微法，以允许三极管36的偏压在粒子过渡时间中进行变化。
对于作为对通过传感器12的细胞的直流响应而产生的脉冲的有无及其幅值，可以将电流源22的输出通过一个耦合电容器68和一个运算放大器70，以熟知的方式进行检测。该直流脉冲的幅值与细胞20的直流电阻成比例。将所测得的直流脉冲和交流脉冲二者都加到合适的输出装置(未画出)上，就可以熟知的方法测定不透度。如在WallaceH.Coulter等人的美国专利3，509，973所述的那样。
这样，可见将传感器12的电阻50和电容52与谐振电路34并联耦合，传感器电阻和电容中的短时的漂移作用不会对电路的工作情况产生有害的影响，并能由于传感器电阻的变化，以及因此的电路Q值的变化，而提供调幅输出信号。该调幅信号能直接地被测出，以提供与通过小孔16的血细胞的电抗有关的读数。
现在参照图4，这里示出了一个耦合电路74，它可用来将一对RF振荡器/检测器76和78与用电阻器50和电容52表示的传感器12进行并联耦合。振荡器76和78各自接到图4所示电路的一条支路77和79上，77和79每条支路是与传感器12并联耦合的。在图4中，对于以前在图1和图2中说明过的相同的元件标以相同的数字。此外，振荡器76和78可以与图1和图2所示的振荡器24相似，只是它们提供不同的频率F1和F2。此外，图2中所示的电容器56在各条支路中表示为电容器56-1和56-2。其余的元件将在下面细述，它们构成了用来将电路中的振荡器76和78与传感器12耦合的
电路74。
传感器12的电抗与电阻成为各射荡器76与78的一部分，所以由每个振荡器提供的RF1脉冲信号和RF2脉冲信号，各自以特定的频率F1和F2对通过小孔16的细胞产生响应而改变信号的大小。然后检测出信号大小的变化量，并可确定血细胞的其它参数。为了获得可靠的数据，重要的是两个振荡器76和78的信号相互之间不产生干扰。从而，将振荡器76和78与传感器12作并联耦合的耦合电路74必须具备两个功能。首先它必须将另一个振荡器的频率隔离，其次，它必须将振荡器电路与传感器12进行耦合。为了实现这个结果，调谐在频率F1的振荡器76具有一个陷波电路，它包括与一个电容器82串联的一个电感线圈80，这二者与相互串联的振荡器76和电容器56-1并联。这些元件连接后通过一个由电容器84和电感线圈86并联而成的谐振电路与传感器12耦合。调谐在频率F2的振荡器78与电容器56-2串联，这两个部件与一个由相互串联的电容器88和电感线圈90组成的一个陷波电路并联。这些元件连接后，通过一个由电容器92和电感线圈94并联组成的谐振电路，与传感器12耦合。
为防止在支路77、79外的振荡器76和78之间产生干扰和拍频讯号，选择谐振电路和陷波电路的元件以阻止振荡器的频率从包含这些元件的支路77、79滤除。这样，在支路77中，选择电感线圈80和电容器82的数值以削弱所有具有F2频率的信号。相似地，选择电容器84和电感线圈86的数值以阻止具有F2频率的信号，即对它们产生一个高阻抗。在另一条支路79中，选择电容器88和电感线圈90以削弱F1频率，并选择电容器92和电感线圈94的数值以阻止F1频率，即对该频率产生一个高阻抗。
除了上面讨论的选择电感线圈和电容器的数值使能削弱或阻止特定的频率外，选择电容器56-1和56-2的数值，使得在传感器12的电阻50和电容52与每个独立的振荡器76和78中的电路之间产生紧耦合。换言之，对于频率F1的信号，电容器56-1的数值应使振荡器76与传感器之间有一条低阻抗通路。相似地，电容器56-2的数值应选择得使传感器12和振荡器78之间对于频率为F2的信号存在一条低阻抗通路。
这样，利用耦合电路74，振荡器76和78中的每一个是与它们中的另一个无关地并与之隔离地耦合在传感器12的两端的。此外，振荡器76和78分别提供一个输出信号，RF1脉冲和RF2脉冲，该信号与图2中振荡器24中的放大器60所提供的并示在图3中的信号相似。当然，利用耦合电路74，可以采用任何类型的、提供一个对通过传感器12的血细胞或其它种类的粒子产生响应的信号的振荡器。
现在参照图5，这里图示说明了图4所示的耦合电路74的更一般的形式。图5中，提供了N个不同的振荡器96、98、100、……102，每个均通过一个适当的耦合电路与传感器12并联。在每个耦合电路中，有N-1个耦合器电路104、106…108、110、112…114、116、118…120、以及122、124…126，每个耦合器电路由调谐在位于那条支路外的振荡器的频率的一个串接的陷波电路128和一个并接的谐振电路130组成。这样，在与产生F1频率信号的振荡器96相关的支路中，不同的耦合滤波器104、106和108用符号T2、T3…TN表示，各自被调谐在频率F2、F3…FN上，以防止其它的振荡器98、100…102对振荡器96产生干扰。其它的支路也相似，其中耦合电路110、112…114，116、118、120，以及122、124…126各个被调谐在位于那条支路外的振荡器96、98、100…102的频率上。又，在各种情况下，电容器56-1、56-2、56-3…56-N的数值是如此选择的，即对于具有在该支路中的振荡器的频率的信号提供一条低阻抗通道。
于是，利用图5中所示的耦合方法，振荡器96、98、100和102中的每一个提供一个表明通过传感器12的细胞对那条支路上的特定的频率产生响应的信号。这个信号直接来自振荡器，如上参照图3所述。然而，在图5中，可以获得多个不同频率的响应，这样便能确定特定粒子的不同的响应参数，以此可以获得关于粒子的更好的信息。
权利要求
1、具有一个在其中通过一串粒子的检测器(12)的一个粒子分析器，所说的检测器(12)具有一定的电阻(50)和电抗(52)，当一个粒子(20)通过它时，该电阻和电抗中至少有一个产生变化，该分析器的特征是具有包含一个有源元件(32)和一个谐振电路(34)以提供一个输出信号的振荡器装置(24)，所说的谐振电路(34)与所说的检测器(12)联接，于是所说的电阻(50)和电抗(52)被包含在所说的谐振电路(34)中而作为它的一部分；还具有用来对所说振荡器装置的输出信号因一个粒子(20)通过所说检测器(12)时所产生的任何变化量进行测量的传感装置(58、60、62、64、66)。
2、按照权利要求
1的分析器，它包含一个用来提供一个通过所说的检测器(12)的稳态电流的稳态电流源(22)，其特征是具有将所说的稳态电流源(22)和所说的振荡装置(24)隔离的隔离装置(26)。
3、按照权利要求
2的分析器，其特征是，所说的隔离装置(26)包含一个串联在所说的稳态电流源(22)和所说的检测器(12)之间的电感线圈(54)，还包含一个串联在所说谐振电路(34)和所说检测器(12)中间的电容器(56)。
4、按照权利要求
1或2的分析器，其特征是，所说传感装置(62，64，66)是联接在所说有源元件(32)和所说谐振电路(34)之间的。
5、按照权利要求
1或2的分析器，其特征是，所说电阻(50)和电抗(52)是与所说谐振电路(34)并联的。
6、按照权利要求
1或2的分析器，其特征是，所说振荡装置(24)至少包含两个用来提供两个不同频率(F1，F2)信号的振荡器(76，78)，每一个具有一个谐振电路(34)，所说振荡器(76，78)中的每一个是与所说检测器(12)相耦合的，所以所说检测器(12)的电阻(50)和电抗(52)包含在每个振荡器(76，78)的谐振电路(34)中，而作为该电路的一部分。
7、按照权利要求
6的分析器，其特征是，所说振荡器(76、78)中的每一个通过对具有由所说振荡器(76，78)中的另一个所提供的信号的频率(F1;F2)的信号进行滤波的滤波器装置(77，79)与所说检测器(12)相耦合。
8、按照权利要求
7的分析器，其特征是，所说滤波装置(77，79)中的每一个包含一个与所说检测器(12)和所说振荡器(76，78)中的一个相串联的振荡器回路(84，86;92，94)，该滤波器装置(77，79)是与该振荡器(76，78)相联的。
9、按照权利要求
8的分析器，其特征是，所说振荡电路(84，86;92，94)是调谐在所说振荡器(78，76)中的另一个的频率(F2;F1)的。
10、按照权利要求
7或8的分析器，其特征是，所说滤波装置(77，79)中的每一个包含一个与所说振荡器(76，78)中的与该滤波装置(77，79)相联的一个并联的陷波电路(80，82;88，90)。
11、按照权利要求
10的分析器，其特征是所说陷波电路(80，82;88，90)调谐在所说振荡器(78，76)中的另一个的频率(F2;F1)上。
12、按照权利要求
1-11中任何一条的分析器，其特征是，所说振荡器装置(76，78)中的每一个是与所说检测器(12)相耦合的，以提供一个高频电流通过所说检测器(12)。
13、按照权利要求
1-11中任何一条的分析器，其特征是，传感装置(58，60)是与所说振荡器(76，78)中的每一个的谐振电路(34)相联的。
14、按照权利要求
1-11中的任何一条的分析器，其特征是，振荡器(24)的谐振电路(34)包含一对某种类型的互相串联的电抗器(42)，后者与一个相反类型的电抗器(40)并联，所说输出信号的包络线是从所说某种类型的互相串联的电抗器(42)之间输出的。
15、用来确定在一种溶液中是否存在粒子(20)及粒子的某些参数的一个粒子分析器，它包含一个在其中通过所说溶液的检测器(12)，所说检测器具有一定的电阻(50)和电抗(54)，当一个粒子(20)通过它时，电阻和电抗这二者中至少有一个是产生变化的，该粒子分析器的特征是具有一组振荡器装置(F1，F2，……FN)，各提供一个互相不同的频率的信号，还具有一组用来将各个所说的振荡器装置(F1，F2…FN)与所说的检测器(12)并联耦合的耦合装置(T1…TN，56-1…56-N)，所说的耦合装置(T1…TN，56-1…56-N)包含电抗器(80，82，84，56-1…56-N)，后者与各振荡器装置(F1，F2…FN)相联且其结构与数值是这样的，即使由各振荡器装置(F1，F2…FN)所提供的信号通过一个低阻抗通路(56-1…56-N)与所说的检测器(12)相耦合，而通过一个高阻抗通路(T1…TN)与所说一组振荡器装置(F1，F2…FN)中的另外的一个或多个相耦合，还具有当一个粒子(20)通过所说检测器(12)时用来输出各个所说的频率(F1…FN)的所说某些参数的输出装置(58，60)。
16、按照权利要求
15的分析器，其特征是，所说耦合装置(T1…TN，56-1…56-N)包含一个串联在各振荡器装置(F1…FN)和所说检测器(12)中的一个振荡电路(84，86;92，94)，各个振荡电路(84，86;92，94)是调谐在与其不相联的振荡器装置(F1…FN)的频率上的。
17、按照权利要求
15或16的分析器，其特征是，所说耦合装置(T1…TN，56-1…56-N)包含与各个振荡器装置(F1…FN)并联的一个陷波电路(80，82;88，90)各个陷波电路是调谐在与其不相联的振荡器装置(F1…FN)的频率上的。
18、按照权利要求
15，16或17中任一条的分析器，其特征是，所说耦合装置(T1…TN，56-1…56-N)包含有串联在各振荡器装置(F1…FN)和所说检测器(12)之间的电容装置(56-1…56-N)。
专利摘要
测量粒子的不透电性所需数据的电路，包含提供常规直流电流通过传感器(12)的检测孔(16)的电流源(22)，提供高频电流通过孔的振荡器(24)。振荡器包含有源元件(32)和谐振电路(34)，孔与振荡器的谐振电路(34)并联。当粒子通过孔时，孔的电阻增加，从而使振荡器Q值增加，于是振荡器的输出信号按照增加后的Q值被幅值调制。不同频率的多个振荡器可以通过耦合电路与传感器并联耦合，该耦合电路将各振荡器通过一个低阻抗通道与传感器相联，并将各振荡器与具有其它振荡器频率的信号隔离。
文档编号G01N33/48GK87106976SQ87106976
公开日1988年6月29日 申请日期1987年10月19日
发明者瓦拉斯·H·科特, 卡洛斯·M·罗德里古茨 申请人:科特电子公司