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"SCHWELLENWERSTEOERUNG FÜR TEILCHENANALYSATOREN" Trennanmeldung aus
Stammanmeldung C 26 675 IXb/42d,5 vom 5. April 1962 (Prioritat USA No. 101,28) vom
6.
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April 1961).
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Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zur raschen und exakten
Anderung des Schwellenwertes eines Teilchenanalysiergeräts mit einer Vorrichtung
zur Bestimmung derjenigen durch aus Abtasten von Teilchen jeweils erzeugten elektsischen
Signalgrö#en, welche den Schwellenwert übersteigen.
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In vielen Laboratorien mussen Technikre mit verhältnismä#iger geringer
Schulung Teilchenanalysiergerate be@enen und die itellungen nachstellen, obwohl
sie deren A@beitsweise und daher auch die Folgen eines Fehlers nicht verstehen.
Z.B. benützen medizinisch-technische Assistenten haufig Analysatoren des Coulter-Typs
zur
Auszahlung der roten und wei#en Blutkörperchen. Bei der Durchfuhrung
dieser Analyse muß die Bedienungsperson die Schwellenwerteinstellung von 55 µ fur
rote B@utkörperchen auf 50 µ fur weiße Blutkörperchen umstellen und sie dann wieder
auf 35 µ zurückstellen. Ganz offensichtlich erhöht ein derartiges Verfahren die
Wahrscheinlichkeitsquote für Fehlanalysen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher in erster Linie, rationelle Mittel
zur raschen Verstellung des Schwellenwertes eines Teilchenanalysators zu schaffen,
ohne dessen Genauigkeit zu beeinträchtigen.
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Im folgenden wird dieses Ziel der Erfindung neben anderen Vorteilen
anhand der in der Zeichnung dargestellten Vorzugsausführungsform näher beschrieben.
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In der Zeichnung zeigt.
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Fig. 1 ein Blockschaltschema einer bevorzugten Ausführungsform der
in einem Coulter-Teilchenanalysiergerät zur Untersuchung von Blutkörperchen eingebauten
erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung
eines Kathodenstrahloszilloskopschirms, welcher zwei Sinstellungen der mit einer
Schaltanordnung nach Fig. 1 zu verwendenden Schwellenwert steuerung zeigt.
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Das bekannte Coulter-Teilchenanalysiergerät nach Fig. 1 besteht aus
einem Flüssigkeitsmeßgerät 10, einem Vorverstärker r0, einem Hauptverstarker 50,
einem Kathodenstrahloszilloskop 35, einem Schwellenwerteinstellkreis 40, einer Zählwerk-Torschaltung
60, einem Zählwerk 65 und einem Steuerkreis 70.
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Der Flüssigkeitsme#apparat 10 ist eine Vorrichtung zur Bemessung einer
vornerbestimmten, die zu untersuchenden Teilchen in Suspension enthaltenden Flüssigkeitsmenge
und zur Erzeugung elektrischer Signale, deren Parameter Funktionen der physikalischen
Eigenschaften (Teilchenvolumen) der durch das Gerät geleiteten bzw. der abgetasteten
Teilchen darstellen. Ein solcher Flüssigkeitmeapparat ist in der U.S.A.-Patentschrift
Nr. 2,869,078 beschrieben. Der Flüsigkeitsme#apparat 10 besteht aus zwei Hauptteilen,
nämlich: -I) einer Tastvorrichtung 11 mit einem Me#wandler zur Umformung der Informationen
über die physikalischen Ei-genscheitern der abgetasteten Teilchen in elektrische,
durch
elektronische Vorrichtungen analysierbare Signale. Bei dr
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um eine Tastvorrichtung
des bekannten Coulter-Typs.
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Ihr Aufbau und ihre Arbeitsweise ergebn sich aus der U.S.A.-Patentschrift
2,656,508 wie auch der U.S.A.-Patentschrift 2,869,078. a) einem Manometer 15, welches
zur Erzeugung von Signalen dient, die den Beginn und das Ende der Abtastperiode
für ein genau bemessenes Flüssigkeitsvolumen anzeigen.
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Die Tastsignale, welche Funktionen der physikalischen igenschaften
der abgetasteten Teilchen darstellen, werden über Kanal 10a an den Eingang des Vorverstärkers
20 gelegt.
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Die Manometersignale, welche Beginn und Ende einer abtastperiode anzeigen,
werden dem Eingang des Stuerkreises 70 übr den Kanal 10b zugeleitet. Der Steuerkreis
70 gibt an die Abtastvorrichtung 11 über den Kanal 70a ein Steuersignal zum Ein-
und susschalten der Tastelektroden ab.
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Der Vorverstärker 20 dient zur Verstarkung der von der Tastvorrichtung
erzeugten und über den Kanal 10a erhaltenen schwachen Signale. Sein Stromkreis schließt
Mittel ein zum Vorspannen seines aktiven Verstarkerelements, so da# dieses abschaltet,
sobald vom Steuerkreis 70 über den Kanal 70b am Ende einer Abtastperiodejein Signal
ankommt.
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Eine vollstandige Beschreibung des Vorverstarker-Steuerkreises
der
bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung findet sich in der Stammanmeldung.
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Die durch den vorverstärker c0 verstarkten Signale werden über kanal
20a an den eingang des Verstärkers 90 gelegt.
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Der Verstärker 90 verstarkt die vom Kanal 20a erhaltenen verhaltnisma#ig
niedrigen Signalwerte auf einen höharen Wert.
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Die erhöhten Signalwerte-werden über den Kanal SOa an die vertikalen
Ablenkplatten des Kathodenstrahloszilloskops @5 und über den Kanal çOb an den Eingang
des Schwellenwerteinstellkreises 40 gelegt.
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Funktion des Schwellenwerteinstellkreises ist es, vom Kanal ,Ob erhaltene
Signalimpulse mit einen bestimmten Schwellenwert übersteigenden Amplituden zu bestimmen
und die den ochwellenwertpegel passierenden Impulse zu verstarken und anderen Schaltungsteilen
zur weiteren Analyse zuzuleiten.
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Aus den im vorherstehenden genannten Patentschriften geht hervor,
daß der Coulter-Taster einen bignalimpuls mit einer Amplitude erzeugt, welche eine
Funktion des Volumens eines vom taster abgetasteten Teilchens darstellt. Dü der
vorbestimmte Schwellenwertpegel unmittelbar auf das entsprechende Teilchenvolumen
bezogen ist, ist es möglich, mittels einer Vorrichtung zum Zählen der verstarkten
und
vom Ausgang des bchwellenwerteinstellkreises erhaltenen Impulse
die Zahl jener Teilchen zu bestimmen, deren folumen eine vorbestimmte Größte übersteigen.
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Der Schwellenwerteinstellkreis 40 besteht aus einer Verstarkerröhre
41, welche in einer Kathodenfolge-anordnung uber einen Sondensator 42 mit dem Kanal
nOb verbunden ist.
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Die Ausgangssignale der Kathodenfolgestufe erscheinen über dem Kathodenwiderstand
4), dem Feststeliungskreis mit den Dioden 44 und dem Schwellenegel-Staierkreis mit
Widerstanden 45 und 46; Potentiometern 47, 48, und 49; Rheostaten 50 und 5 und dem
Schalter S-@. bignalimpulse mit den vorbestimmten Schwellenwertpegel übersteigenden
amplituden werden am Knotenpunkt 52 abgegeben und vom Verstarker 53 verstärkt zur
Weiterleitung durch den Kanal 40a an andere Teile der Schaltung.
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Das Signal des vorbestimmten Schwe@enwertpegels erhält man, indem
man den Schalterpol S-@ mit dem entsprechenden Kontakt verbindet, bei dieser husführungsform
entweder mit R (rote Blutkörperchen) ^oder mit W (weiße Blutkörperchen).
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Der Schalter S-) verbindet den Knotenpunkt 52 über den Widerstand
45 mit dem Schleifer des Potentiometers 47 oder des Potentiometers 48.
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Das Potentiometer 47 ist in einen Spannungsteilerkreis mit mit dem
Potentiometer 4f, dem Rh@staten 50 und dem Widerstand
4 ; 6 über
den Ausgangsklemmen einer 240 V Stromquelle verbunden. Ahnlich ist auch das Potentiometer
48 in einem Spannungsteilerkreis mit dem Potentiometer 49, dem Rheostaten 51 und
dem Widerstand 4b über den Ausgangsklemmen der Stromquelle verbunden.
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Durch diese Schaltanordnung erscheint am Knotenpunkt 52 ein positives
Potential. Der Schleifer des Potentiometers 49 wird im "signallosen Zustand" eingestellt,
so da# der Grundpegel bzw. das über dem Kathodenwiderstand 49 entwikkelte Ezugapotential
eine bestimmte Größe besitzt, welche weniger positiv ist als das Bezugspotential
zwischen dem Knotenpunkt i ud rde im Ruhezustand.
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In diesem Zustand werden die Dioden 44 vorgespannt. Wird an den Einstellkreis
40 über den Kanal 9Ob ein positiver Signalimpuls mit einer den Schwellenwertpegel
übersteigenden Amplitude abgegeben. so wird das Gitter der Röhre 41 in positiver
Potentialrichtung betrieben, wodurch sich der Kathodenstrom erhöht. Übrschreitet
das Potential am Knotenpunkt 54 das Potential am Knotenpunkt 52 um mehr as das Arbeitspotential
der Dioden 4#', dann werden die Dioden vorgespannt, und die den Schwellenwertpegel
übersteigenden Teile der Impulssignale erscheinen am Knotenpunkt 52 und verstarkt
im Kanal 40a. Impulse mit Amplituden unter dem Schwellenwertpegel bewirken kein
Umschalten der Dioden 44 in
leitenden Zustand und erscheinen daher
nicht im Kanal 40a.
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Auf diese Weise werden diejenigen Signalimpulse erfaßt, deren Amplituden
den Schwellenwertpegel überstagen.
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Die Signalimpulse im Kanal 40a werden an den eingang einer Zahlwerk-Torschaltung
60 gelegt. Die Zählwerk-Torschaltung erfüllt zwei Funktionen: erstens wirkt sie
als Begrenzer und erzeugt auf Eingangsimpulse vom Kanal 4-0a ansprechend Ausgangsimpulse
konstanter Amplituden. Ihre zweite Funktion ist es, als Tor zu wirken und nur dann
Signalimpulse zum Zahlwerk 65 über den Kanal 60a passieren zu lassen, wenn sie das
entsprechende Signal vom S@euerkreis 70 über den Kanal 70c empfangt. Sobald vom
Kanal 40a ein Signal ankommt, überträgt die Zahlwerk-Torschaltung 60 auch Impulse
an den helligkeitskreis des oszilloskops 35 über den Kanal 6Ob. Auf diese Weise
laßt sich auf dem Oszilloskop-Schirm ein optisch wahrnehmbarer Schwellenwertpegel
darstellen.
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Eine vollstandige Beschreibung der Zahlwerk-Torschaltung ist der Stammanmeldung
zu entnehmen.
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Bei dem Zahlwerk 65 kann es sich um ein beliebiges mechanisches, elektrisches
oder elektro-mechanisches Zahlwerk handeln, weiches die Anzahl der seinem Eingangskreis
über den Kanal 60a zugeführten Impulse registriert.
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Der Steuerkreis 70, welcher Gegenstand der Stammanmeldung ist, ist
derart eingerichtet, da# er die Tastelektroden
betätigt, das Zahlwerk
65 zurückstellt und die Zahlwerk-Torschaltung 60 auf Befehl der Bedienungsperson
schlie#t; deL Zahlwerk-Torschaltung 60 das Signal gibt, sich am Beginn eines analytischen
Tastvorgangs eines bemessenen Flussigkeitsvolumens zu öffnen, und die Tastelektroden
nach Beendlung eine@ Analysevorgangs wieder ausschaltet.
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Im folgenden werden die Mittel beschrieben, welche es der Beilenungsperson
des Analysiergeräts ermoglichen, zwei getrennte Schwellenwertpegel herzustellen
und fasch von einem Pegel zum anderen umzuschalten. Der Betatigungsknopf des Sea@ltres
@-, ist in Fig. 2 unten dargestellt. Wie ersicht-@ise ist der Kaopf zwischen zwei
Einstellungen R und W bewegbar. Der Schleifer des Potentiometers 47 wird von einem
aus der äußeren Gehäusewand des Analysiergeräts angebrachten Knopfes 200 betätigt,
während das Potentiometer 48 einen entsprechend angeordneten Betätigungsknopf 202
aufweist. jeder Knopf ist au; seinem Rand mit einer Skala versehen, welche mit ei
Indexmarke auf der Gehäusewand bei 204 bzw.
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@08 zusammenwirkt. Nach wunsch kann jedre Knopf in seiner stellung
mittels einer einfachen Sperrvorrichtung arretiert werden, wie dies z.B. bei 208
und 210 dargestellt ist. In Fig. t ist in schematischer Form auch die Schirmseite
des Kathodenstrahloszilloskops 95 dargestellt, und zwar in zwei Teile aufgebrochen,
um zwei Betriebszustande zu veranschaulichen. Die Schirmflache des Kathodenstrahloszilloskops
@5
ist mit 212 bezeichnet, und um zwischen zwei Einstellungen unterscheiden zu können,
ist die linke Seite mit <1L-R bezeichnet, und die rechte eite mit @1 -W. Diese
beiden Zustande stellen das Ansprechen des Analysiergerats auf die beiden Einstellungen
des Schalters S-@ dar.
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Bei der zahlen- und grö#enma#igen Bestimmung von Blutkörpercheu hat
sich erwiesen, daß z. B. das durchschnittliche Volumen roter Blutkörperchen in der
Grö#enordnung von 80 u@ liegt. Um nun eine Zählung von Blutkörprchen-Bruchstucken
zu verhindern und um zu vermeiden, daß Rauschsignale zu Fehlzahlungen führen, wird
der Schwellenwertpegel für die Zahlung roter Blutkörperchen auf einen Wert eingestellt,
welcher nor von Körperchen mit Volumen uber @5 u@ passierbar ist. Daher wird der
Schalter S-, indie R-Position gebracht, bei welcher das Potentiometer 47 in den
Schwellenwerteinstellkreis geschaltet ist. Der Knopf cOO wird auf den Indexpunkt
@5 u@ eingestellt und in dieser Position durch die Vorrichtung 208 arretiert, wobei
Potentiometer 49 und aheostat 90 vorher geeicht worden sind.
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Wir eine Suspension roter Blutkörperchen vom Flüssigkeitsmeßapparat
10 abgetastet, so erscheint auf dem Schirm des Kathodenstrahloszilloskops @5 eine
Kurve ahnlich wie bei 212-R dargestellt. Die Blutkörperchen-Bruchstücke und die
Rauschsignale erscheinen als "Stöungszeichen" am Boden der
Kurve
bei @14. Im Bereich 216 ist die Kurve der unteren Impulse schwach sichtbar, da sie
Impulse darstellt, welche Funktionen von Teilchen mit weniger als 35,u3 sind. Im
Be-@eich 18 ist die Kurve den oberen Impulsteile klar sichtc Inpulcii ien d'r.Ü1lb,
welcje j£UnktiOnC¼ ;O relleneng@@en über @@µ@ sind. Auf diese welse ist der schwellerwert@egel,
im vorliegenden F 11 @@µ@, obrehalb welchen die Körperchen gezählt werden, für die
Bedienungsperson optisch unterscheidbar.
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S@llen weise Blutkörperden gezahlt werden, so wird der K@opf des S@halters
S-@ in die W-Stellung bewegt. Statt des Potentiometers 7 ist dann das Potentiometer
48 in den Kreis gesch@ltet. Durch Drehung des Knopfes 202 wird der gewünschte Wert
der Schwellenpegeleichungen mit der Indexmarke 06 ausgerichtet; gemaß Fig. ; wurde
dieser Wert mit 50 µ eingestellt.
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Beim Zahlen weiter Blutkörperchen liegt der Schwellenwertpegel vorzugsweise
bi 50 µ@, da die meisten weißen Blutkörperchen ein Volumen von uber 80µ@ aufweisen.
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Wird eine Suspension wei#er Blutkörpechen mittels des Flüssigkeitsme#apparats
10 abgetastet, so arsche-int auf dem Schirm des Oszilloskops 35 eine Kurve ähnlich
der bei 212-W.
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Die meisten Verfahren zur zahlen- und grö#enmä#igen Bestimmung wei#er
Blutkörperchen erfordern eine Zrkleinerung der roten Blutkörperchen, so daX ein
weitaus grölserer Anteil Blutkörperchen-3ruchstiicke gegeben ist als bei Unterstellungen
roter Blutkörperchen. Die durch diese Bruchstücke erzeugten "Störungsimpulse" sind
bei 220 dargestellt. Die schwach sichtbaren Teile der Kurve sind mit @@@ bezeichnet,
wälirend die hell sichtbaren Teile der Kurve über der 50µ@ Schwelle mit- 224 gekennzeichnet
sind.
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Wird die erfindungsgemä#e $Vorrichtung in erster Linie für die auszählung
zweie Tellchenarten, wie z.B. roter und weisser Blutkörperchen, verwendet, so können
standig veränderbare Schwellenwertpegelregler L00 und 0 vorweg hergestellt und durch
den Oheftechniker gesperrt werden. Daraufhin lassen sich auch von weniger geschultem
Personal Analysen durch fuhren, wobei der Schwellenwertpegel umgeschaltet werden
kann, indem lediglich der Schalter S-@ betatigt wird. Diese Anordnung verringert
nicht nur die W@hrscheinlichkeitsquoten f@r Fehlanalysen, sondern ermöglicht daruber
hinaus eine Zeitersparnis. Da der Flüssigkeitsmeßapparat -10 zwischen deu Analyseabläufen
nicht verstellt zu werden braucht, können rote und weiße Blutkörperchenbestimmungen
i rascher und beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden, wobei der Techniker zur
Veränderung des Schwellenwertpegels lediglich den Schalter S-3 zu betätigen hat,
statt einen Stellknopf wie
200 einstellen zu müssen. Diese Anordnung
eignet sich auch zur Verwendung auf anderen Gebieten der Teilchengrö#enbestimmung.