一種區分粒子群落的方法及粒子分析儀的製作方法

2023-09-10 14:29:25

專利名稱：一種區分粒子群落的方法及粒子分析儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種區分粒子群落的方法，本發明還涉及一種粒子分析&。
背景技術：
血液細胞分析儀是一種對人體血液細胞進行計數和分類的儀器，已被
廣泛應用於臨床和實驗室，主要提供白細胞數目(WBC)、紅細胞數目 (RBC)、平均紅細胞體積(MCV)、血小板數目(PLT)、血小板平均體積 (MPV)等測試參數，測試結果對臨床醫生對病患病情的診斷具有重要參 考意義，故血液細胞分析儀的測試結果需準確、可靠。血小板的準確測量 是血液細胞分析儀需具備的重要特性之一，目前大多數血液細胞分析儀的 血小板常規測量方法是採用阻抗法測量的。如圖1所示，血液細胞分析儀 一般包括計數池1、動力驅動源、恆流源和分析電路，所述計數池1內設 有電極11和微孔12 (寶石孔)，恆流源給電極11提供恆定電壓。血液細 胞分析儀的測量方法為將定量的血液樣本加入一定量的具保持細胞形態 作用和導電特性的稀釋液中，然後此混合液體在動力驅動源的作用下通過 微孔12，因細胞具有較弱的導電特性，故其通過微孔12時微孔內的等效 阻抗變大，如圖2所示，在恆流源的作用下，電壓的變化與阻抗的變化成 正比例，即電壓的波形反映了粒子通過微孔過程中的阻抗變化過程，粒子 通過微孔時會產生一個電壓脈衝，此電壓脈衝的高度即反映了粒子的體積 大小。如圖3所示，分析電路會將所有細胞根據體積的大小統計入細胞體 積分布直方圖中的對應通道中，這樣就累積成為一個橫坐標為通道(對應 於細胞體積)，縱坐標為細胞數目的細胞體積分布直方圖。
通過微孔的混合液中有白細胞、紅細胞和血小板三類粒子，任何細胞 通過微孔時均會產生脈衝，故僅通過脈衝只能知道血樣中所有細胞的分布 情況和數目，不能區分細胞的種類。血液中白細胞體積較大且數量遠小於 紅細胞和血小板，故在測量血小板時可不考慮其影響。
因紅細胞和血小板較難通過試劑分離，血液細胞分析儀中常將紅細胞、 血小板同步測量。正常情況下紅細胞體積較大，血小板體積較小；紅細胞 數目較多，血小板數目較少。正常人的血小板數目為紅細胞數目的1/20，
紅細胞主要分布在40飛升(fL) 130fL(飛升，體積單位，1飛升=1升/1015) 範圍，血小板主要分布在2fL 25fL範圍。因此一般情況下血液細胞分析儀 得到的血液中細胞的分布有兩個群落，血小板群落分布在較低體積範圍段， 紅細胞群落分布在較高體積範圍段。圖4即為一幅血小板、紅細胞的分布 示意圖。區分紅細胞和血小板的目的就是找到紅細胞和血小板兩個群落之 間的趨勢最低點，該最低點位置處即為兩個群落的區分界線。
一般對於正常血樣，血液細胞分析儀區分兩者的方法是認為某固定體 積界限以上的細胞為紅細胞，此體積界限以下的細胞為血小板，本發明稱 此方法為"固定法"，美國專利4202625即描述了類似的內容。但對於較為 異常的血樣，紅細胞和血小板的分布範圍有可能擴展並交叉，且可能產生 多種不同的分布，這樣若採用固定分界法則顯然無法滿足異常樣本的準確 測量。 一種避免此現象產生的方法是尋找兩個細胞群落之間的最低點作為 兩個群落的區分界線，本發明稱此方法為"最低點浮動法"。上述兩種方法 均具有一定的特點，"固定法"具有穩定的特性，但卻不能適應異常樣本， "最低點浮動法"可適應多數正常樣本和異常樣本，但對於較低濃度的異 常樣本，其穩定性有所欠缺，即多次測量同樣本所得結果相差較大。

發明內容
本發明就是為了克服以上兩種方法各具有的不足，提出了一種區分粒 子群落的方法和粒子分析儀，能夠提供穩定、準確的測量結果。
為實現上述目的，本發明提供一種適用於粒子分析儀區分粒子群落的 區分粒子群落的方法，包括如下步驟
A. 根據待區分樣本中的粒子特性和粒子數目生成粒子特性分布直 方圖，所述粒子特性分布直方圖的第一方向坐標為代表粒子的 特性通道，第二方向坐標代表粒子的數目；
B. 在所述粒子特性分布直方圖上設定一有效區域選擇高度，並由 此高度和粒子特性分布直方圖生成等效負直方圖，所述等效負 直方圖某通道的取值=有效區域選擇高度-所述通道的粒子特 性分布直方圖高度；
C. 對所述等效負直方圖進行公式運算，得到粒子群落的分界線，
所述公式為 formula see original document page 6 ;其中，Mk為所述粒子群落的
分界線，所述^為等效負直方圖中的通道值，/")為等效負直 方圖在第^通道的取值，gO為處理函數並具有如下特性
Vx<0, g(x)-O 。 優選地，所述粒子的特性為粒子的體積。
所述有效區域選擇高度小於粒子數目較少群落的粒子數目的最高值。 所述等效負直方圖具有與粒子分布直方圖相同的通道數目，每通道所 表示的粒子特徵含義也相同。
所述等效負直方圖僅在兩個粒子群落的交匯區域有取值，其餘通道的
取值均為o。
所述待區分樣本為血液樣本，所述粒子分析儀為血液細胞分析儀，所 述待區分粒子群落為血小板和紅細胞或所述待區分粒子群落為淋巴細胞和 粒細胞。
所述步驟A之前還包括如下步驟以動力驅使待區分樣本和稀釋液 的混合液通過微孔，粒子分析儀採集粒子通過微孔時產生的電壓脈衝；粒 子分析儀根據所述電壓脈衝統計出粒子的體積和與該體積相對應的粒子的 數目。
本發明同時還提供一種用於區分粒子群落的粒子分析儀，包括
直方圖生成單元，其用於根據待區分樣本中的粒子特性和粒子數目生 成粒子特性分布直方圖，所述粒子特性分布直方圖的第一方向坐標為代表 粒子的特性通道，第二方向坐標代表粒子的數目；
有效區域選擇高度生成單元，用於在所述粒子特性分布直方圖上設定 一有效區域選擇高度；
等效負直方圖生成單元，用於根據設定的有效區域選擇高度和粒子特 性分布直方圖生成等效負直方圖，所述等效負直方圖某通道的取值=有效 區域選擇高度-所述通道的粒子特性分布直方圖高度；
分界線計算單元，用於對所述等效負直方圖進行公式運算，得到粒子
jVg(/(x))血
群落的分界線，所述公式為 Jg(/(力)A ;其中，^^為所述粒子群
落的分界線，所述x為等效負直方圖中的通道值，/")為等效負直方圖在 第^通道的取值，gO為處理函數並具有如下特性Vx<G， g(x)-G 。
優選地，所述粒子的特性為粒子的體積，所述有效區域選擇高度小於 粒子數目較少群落的粒子數目的最高值。
本發明同時還提供另一種用於區分粒子群落的粒子分析儀，包括微 孔結構，用於供在動力驅使下的待區分樣本和導電稀釋液的混合液通過；
數據採集單元，用於採集粒子通過微孔時產生的電壓脈衝；
數據統計單元，用於根據電壓脈衝統計粒子的體積和與該體積相對應 的粒子的數目；
直方圖生成單元，其用於根據待區分樣本中的粒子體積和粒子數目生 成粒子特性分布直方圖，所述粒子特性分布直方圖的第一方向坐標為代表 粒子體積的通道，第二方向坐標代表粒子的數目；
有效區域選擇高度生成單元，用於在所述粒子特性分布直方圖上設定 一有效區域選擇高度；
等效負直方圖生成單元，用於根據設定的有效區域選擇高度和粒子特 性分布直方圖生成等效負直方圖，所述等效負直方圖某通道的取值=有效 區域選擇高度-所述通道的粒子特性分布直方圖高度；
分界線計算單元，用於對所述等效負直方圖進行公式運算，得到粒子
群落的分界線，所述公式為 Jg(/"))A ;其中，^^為所述粒子群
落的分界線，所述x為等效負直方圖中的通道值，/")為等效負直方圖在
第x通道的取值，gO為處理函數並具有如下特性&<， gW = 0 。
本發明與現有技術對比的有益效果是本發明具有很強的穩定性，本 發明不受粒子特性分布直方圖的細節幹擾，而著眼於分布的整體趨勢特徵， 因此其具有比現有的浮動法更強的穩定性，能夠提供穩定的結果。本發明 還克服了現有的"固定法"對於較特殊樣本的處理能力不足的問題，而本 方法則在保留穩定性的基礎上更具有因樣本不同的分布特徵而具有自動浮 動的特性，能夠提供更加準確的結果。本發明提出的一種基於統計量區分 粒子群落的方法，具有能針對樣本特徵自動調整分界線的浮動特性，且具 有很強的穩定性和準確性，獲得了更加優良的分界效果，克服了不穩定性，
提高了對異常樣本的適應能力。
本發明的方法特別適合用於區分血小板和紅細胞，本發明在保證準確 性的基礎上可為血液細胞分析儀提供了更加穩定的血小板測量性能。


圖1是血液細胞分析儀的結構示意圖2是血液細胞粒子通過微孔時產生的電壓脈衝；
圖3是血液細胞體積分布直方圖的生成原理圖4是血小板、紅細胞分布示意圖5是本發明方法的流程圖6a是本發明方法處理過程中得到的血小板、紅細胞特性分布直方
圖6b是本發明方法處理過程中得到的血小板、紅細胞的等效負細胞分 布直方圖7a是某樣本的血小板、紅細胞分界區域的直方圖7b是某樣本的血小板、紅細胞分界區域的等效負直方圖8是本發明方法處理某樣本所得的血小板、紅細胞分界線示意圖9是本發明的方法擴展到二維情況時的應用示例；圖IO是本發明的粒子分析儀的結構示意圖。
具體實施例方式
下面通過具體的實施方式並結合附圖對本發明做進一步詳細說明。 本發明利用統計量具有極高穩定度的特點，將統計思想應用到血小板 和紅細胞等細胞的分界方法中，根據所解決問題的特徵自定義一系列統計 量，通過計算血小板和紅細胞等效負直方圖的特定區域所表示粒子群體的 統計量，即可得到血小板、紅細胞分界線，從而更準確、更穩定地區分血 小板。
如圖5所示， 一種區分血小板和紅細胞方法，包括如下步驟 第一步動力驅動源以動力驅使血樣和稀釋液的混合液通過微孔，血
液細胞分析儀根據微孔的阻抗變化檢測通過微孔的粒子，血液細胞分析儀 (一種粒子分析儀)釆集出粒子通過微孔時產生的電壓脈衝，血液細胞分
析儀根據所述電壓脈衝統計出粒子的特性和與該特性相對應的粒子的數
目，進而得到血小板和紅細胞特性分布直方圖。圖6a即為該血小板和紅細
胞特性分布直方圖，該特性分布直方圖的第一方向坐標(橫坐標)為細胞
的特性通道(由於血小板和紅細胞的體積具有明顯的差別，本具體實施方 式中將細胞的體積作為細胞的特性)；第二方向坐標(縱坐標)代表粒子的 數目。
第二步如圖6a、 6b所示，在所述血小板和紅細胞特性分布直方圖上 設定一高度，稱為有效區域選擇高度(記為Th)，並由此高度和所述血小 板和紅細胞特性分布直方圖生成一幅虛擬粒子分布直方圖，稱為血小板、 紅細胞分界區域等效負細胞分布直方圖，簡稱等效負直方圖。所述等效負 直方圖的生成方法為等效負直方圖的某通道取值-有效區域選擇高度 (Th)-該通道的特性分布直方圖的高度。所述等效負直方圖所表示的細 胞群體稱為血小板、紅細胞分界區域等效負粒子群，簡稱負粒子群。所述 有效區域選擇高度需小於粒子數目較少群落的粒子數目的最高值，即需小 於血小板粒子群落的粒子數目的最高值。
所述等效負直方圖具有與細胞分布直方圖相同的通道數目，每通道所 表示的粒子體積大小含義也相同。在生成等效負直方圖時，只需選擇血小 板群落和紅細胞群落交界部分的粒子分布直方圖即可；即等效負直方圖 僅在血小板和紅細胞的交匯區域有取值，其餘通道的取值均為0。
第三步對所述等效負直方圖進行公式運算，計算等效負粒子群的特 定統計量，稱為血小板、紅細胞分界等效統計量。該等效統計量即血小板 和紅細胞這兩個細胞群落的分界線，所述公式為
其中，M^為血小板、紅細胞分界等效統計量，即血小板和紅細胞這兩 個細胞群落的分界線；所述^為等效負直方圖中的通道值(對應於細胞的
體積大小)，/")為等效負直方圖在第^通道的取值，g(')為一個處理函數，
V&3^0， g(;c)2g0;)20 此處理函數需具有如下特性V^<Q， g(x) = 0 。通過分界等效統計
量即可準確區分血小板和紅細胞
下面對本發明的原理做詳細的說明。總體說來，測量血小板、紅細胞 的分界目標是穩定找到兩個血小板、紅細胞這兩個群落交界部分的趨勢 最低點。基於將血小板、紅細胞之間的交界區域轉化為等效負粒子分布直 方圖後，我們的目標從找到紅細胞、血小板群落交界部分的趨勢最低點轉
化成了找到等效負粒子分布直方圖的趨勢最高點。統計量M"就是設計用來 從統計學的角度刻畫這個虛擬負直方圖的最高點。
統計量M4的計算公式為
將其轉換為離散形式，並將公式展開，有
formula see original document page 11 其中，^=^~， 7V為等效負直方圖的通道總數，,表示為等效負
直方圖在第z'個通道的取值。顯然，有i;",."。
i=l
可以看到，Mt的本質是對1 iV這一系列數字(通道)做一個加權和， 而對於每個通道它的權值由等效負直方圖當前通道處的值來決定。如第z'個
通道的權值^，是由第糹個通道的直方圖高度經過函數go處理後的值及整
個直方圖經過函數W)處理後的總和來決定的，又由於函數g(')具有單調遞 增的特性，即formula see original document page 11 ,則直方圖較高點通道的權值"''就較大， 也即通道t'在^^中佔有較高的權重比例。這樣，求得的^^即與紅細胞、血 小板群落交界部分的趨勢最高點非常接近。
下面通過一個示例來對本發明做進一步說明。某樣本的血小板、紅細 胞分界區域直方圖見圖7a，根據前述方法得到的等效負直方圖見圖7b。從 圖7b可以看出，血小板、紅細胞理想的分界線應該在這幅直方圖的趨勢最 高點的位置，即通道14處。
表l列出了各通道的粒子數目情況。(注因通道22後每個通道粒子 數目都為0，故省去)
表l
體積(通道，i)1234567891011
(等效負直方圖) 粒子數目(hi)00001043626488104102
體積(通道，i)1213141516171819202122
(等效負直方圖) 粒子數目(hi)10811812011012080480000
在此，使用g"—^函數作為示例，可以計算出各通道的權值A (見
表2)。 表2
體積(通道，i)12345
0細0扁0.0000.0000扁
體積(通道，i)678910
ai0.0020馬0.0060.0280.075
體積(通道，i)1112131415
ai0.0670.0970.1810.2050.110
體積(通道，i)1617181920
ai0.2050.0170.0020細0細
體積(通道，i)2122\\\
ai0.0000細\\\
根據公式計算
=0.000*l + 0.000*2+L 0.181*13+L +0.000*21 + 0.000*22 13.5
本發明計算所得血小板、紅細胞分界線為13.5，其計算結果與理想的 預期非常接近。從上述分析可知本發明具有很好的準確性。
顯然，本發明的方法除了可以用於血小板、紅細胞的區分，還可用於 任何具有較明顯特性差別的兩個或多個粒子群體的準確、穩定分類。例如 阻抗法血液細胞分析儀中淋巴細胞和粒細胞的區分也可以使用本方法。粒 子的特性除了可以選擇粒子的體積外，還可選擇細胞核複雜度、DNA/RNA
信息、粒子對雷射的吸收特性、粒子的射頻吸收特性、粒子的螢光吸收特 性等其他參數。只要待區分的粒子群落在該特性上具有明顯差別即可。本 發明的方法還可從一維特徵的分類基礎上推廣到二維或更高維的特徵分類 中，用於將具有較為明顯特性差異的粒子群落進行準確、穩定的分類。如
圖9所示，當粒子分析儀分析出的粒子分布圖為二維及多維(二維以上) 時，粒子分析儀可以先對二維及多維的細胞分布圖投影並將投影所得曲線 作為本方法的輸入(即粒子特性分布直方圖)，投影所選擇的方向為待區分 細胞群落特性差別較大的方向。之後的處理方法與前面相同，不再贅述。 根據上述方法的裝置如圖10所示，一種用於區分粒子群落的粒子分析
儀，包括直方圖生成單元、有效區域選擇高度生成單元、等效負直方圖 生成單元和分界線計算單元。所述直方圖生成單元的輸出與有效區域選擇 高度生成單元的輸入相連，所述有效區域選擇高度生成單元的輸出與等效 負直方圖生成單元的輸入相連，所述等效負直方圖生成單元的輸出與分界 線計算單元的輸入相連。
所述直方圖生成單元用於根據待區分樣本中的粒子特性和粒子數目生 成粒子特性分布直方圖，所述粒子特性分布直方圖的第一方向坐標為代表 粒子的特性通道，第二方向坐標代表粒子的數目。
所述有效區域選擇高度生成單元用於在所述粒子特性分布直方圖上設 定一有效區域選擇高度。
所述等效負直方圖生成單元用於根據設定的有效區域選擇高度和粒子 特性分布直方圖生成等效負直方圖，所述等效負直方圖某通道的取值=有 效區域選擇高度-所述通道的粒子特性分布直方圖高度；
所述分界線計算單元用於對所述等效負直方圖進行公式運算，得到粒
formula see original document page 13
子群落的分界線，所述公式為 ;其中，A^為所述粒子
群落的分界線，所述x為等效負直方圖中的通道值，/^)為等效負直方圖 在第^通道的取值，gO為處理函數並具有如下特性
formula see original document page 13
上述粒子分析儀還可包括微孔結構，用於供在動力驅使下的待區分樣 本和導電稀釋液的混合液通過；數據採集單元，用於採集粒子通過微孔時 產生的電壓脈衝；數據統計單元，用於根據電壓脈衝統計粒子的體積和與 該體積相對應的粒子的數目。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術 領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若 幹簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1. 一種區分粒子群落的方法，適用於粒子分析儀區分粒子群落，其特徵在於包括如下步驟A. 根據待區分樣本中的粒子特性和粒子數目生成粒子特性分布直方圖，所述粒子特性分布直方圖的第一方向坐標為用於代表粒子特性的通道，第二方向坐標代表粒子的數目；B. 在所述粒子特性分布直方圖上設定一有效區域選擇高度，並由此高度和粒子特性分布直方圖生成等效負直方圖，所述等效負直方圖某通道的取值＝有效區域選擇高度-所述通道的粒子特性分布直方圖高度；C. 對所述等效負直方圖進行公式運算，得到粒子群落的分界線，所述公式為其中，Mk為所述粒子群落的分界線，所述x為等效負直方圖中的通道值，f(x)為等效負直方圖在第x通道的取值，g(·)為處理函數並具有如下特性
2. 根據權利要求1所述的區分粒子群落的方法，其特徵在於所述粒 子的特性為粒子的體積。
3. 根據權利要求2所述的區分粒子群落的方法，其特徵在於所述有 效區域選擇高度小於粒子數目較少群落的粒子數目的最高值。
4. 根據權利要求3所述的區分粒子群落的方法，其特徵在於所述等 效負直方圖具有與粒子特性分布直方圖相同的通道數目，每通道所 表示的粒子特徵含義也相同。
5. 根據權利要求4所述的區分粒子群落的方法，其特徵在於所述等 效負直方圖僅在兩個粒子群落的交匯區域有取值，其餘通道的取值 均為O。
6. 根據權利要求l-5任一所述的區分粒子群落的方法，其特徵在於 所述待區分樣本為血液樣本，所述粒子分析儀為血液細胞分析儀， 所述待區分粒子群落為血小板和紅細胞或所述待區分粒子群落為 淋巴細胞和粒細胞。
7. 根據權利要求2-5任一所述的區分粒子群落的方法，其特徵在於所述步驟A之前還包括如下步驟以動力驅使待區分樣本和稀釋 液的混合液通過微孔，粒子分析儀採集粒子通過微孔時產生的電壓脈衝；粒子分析儀根據所述電壓脈衝統計出粒子的體積和與該體積 相對應的粒子的數目。
8. —種用於區分粒子群落的粒子分析儀，其特徵在於包括直方圖生成單元，其用於根據待區分樣本中的粒子特性和粒 子數目生成粒子特性分布直方圖，所述粒子特性分布直方圖的第一 方向坐標為用於代表粒子特性的通道，第二方向坐標代表粒子的數目；有效區域選擇高度生成單元，用於在所述粒子特性分布直方 圖上設定一有效區域選擇高度；等效負直方圖生成單元，用於根據設定的有效區域選擇高度 和粒子特性分布直方圖生成等效負直方圖，所述等效負直方圖某通 道的取值=有效區域選擇高度-所述通道的粒子特性分布直方圖高 度；分界線計算單元，用於對所述等效負直方圖進行公式運算，得到粒子群落的分界線，所述公式為 formula see original document page 3;其中，仏為所述粒子群落的分界線，所述x為等效負直方圖中的通道值，A力為等效負直方圖在第x通道的取值，go為處理函數並具有如下特性formula see original document page 3 。
9. 根據權利要求8所述的粒子分析儀，其特徵在於所述粒子的特性 為粒子的體積，所述有效區域選擇高度小於粒子數目較少群落的粒 子數目的最高值。
10. —種用於區分粒子群落的粒子分析儀，其特徵在於包括微孔結構，用於供在動力驅使下的待區分樣本和導電稀釋液 的混合液通過；數據採集單元，用於採集粒子通過微孔時產生的電壓脈衝； 數據統計單元，用於根據電壓脈衝統計粒子的體積和與該體 積相對應的粒子的數目；直方圖生成單元，其用於根據待區分樣本中的粒子體積和粒 子數目生成粒子特性分布直方圖，所述粒子特性分布直方圖的第一 方向坐標為用於代表粒子體積的通道，第二方向坐標代表粒子的數目；有效區域選擇高度生成單元，用於在所述粒子特性分布直方圖上設定一有效區域選擇高度；等效負直方圖生成單元，用於根據設定的有效區域選擇高度 和粒子特性分布直方圖生成等效負直方圖，所述等效負直方圖某通 道的取值=有效區域選擇高度-所述通道的粒子特性分布直方圖高 度；分界線計算單元，用於對所述等效負直方圖進行公式運算，得到粒子群落的分界線，所述公式為 Jg(/"))& ;其中，為所述粒子群落的分界線，所述^為等效負直方圖中的通道值， y")為等效負直方圖在第x通道的取值，g(')為處理函數並具有如下特性V;c<0， g(i) = 0 。
全文摘要
本發明公開了一種區分粒子群落的方法，包括如下步驟細胞分析儀生成粒子特性分布直方圖，所述粒子特性分布直方圖的橫坐標為通道，所述通道代表細胞的特性；縱坐標代表細胞的個數；在所述粒子特性分布直方圖上設定一有效區域選擇高度，並由此高度和粒子特性分布直方圖生成等效負直方圖，所述等效負直方圖某通道的取值＝有效區域選擇高度-所述通道的粒子特性分布直方圖高度；對所述等效負直方圖進行公式運算，得到細胞群落的分界線，所述公式為Mk＝(∫x·g(f(x))dx)/∫g(f(x))dx)；其中，Mk為所述細胞群落的分界線，所述x為等效負直方圖中的通道值，f(x)為等效負直方圖在第x通道的取值，g(·)為處理函數並具有如下特性x≥y≥0，g(x)≥g(y)≥0x＜0，g(x)＝0。本發明的方法具有很強的穩定性和準確性。
文檔編號G01N15/10GK101387599SQ20071007709
公開日2009年3月18日 申請日期2007年9月13日 優先權日2007年9月13日
發明者仝文俊, 歡 祁 申請人:深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司