Устройство для измерения концентрации неравномерно распределенного вещества Советский патент 1985 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к области фотометрических измерений, более конкретно к устройствам и приборам для оптических исследований вещест :имеющих гетерогенную структуру и содержащих контрастные включения Оно может использовано при исследовании объектов в биологии, медицине.

Известно устройство для измерения концентрации вещества путем определения отношения между суммарной оптической плотностью и площад исследуемого объекта, содержащее сканирующий микроскоп, фотоприемник, логарифмический преобразовател аналог-код, элементы равнозначности , задатчик пороговьгх значений, счетчик, сумматор гшснцади и сумматор плотности. Задатчиком пореговых значений устанавливается постоянный код, при равенстве которому кода, поступающего с логарифмического аналого-цифрового преобразователя и подсчитанного счетчиком, происходит добавление единицы в сумматор площдци и кода, пропорционального плотности, в су &1атор плотности 1.

Однако данное устройство не дает возможности обрабать1вать препарат, имеющий гетерогенную структуру с контрастными включениями, так как в устройстве нет возможности автоматически изменять уровень дискриьданацин с целью исключения из измерений части объекта имеющего контрастные включения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения концентрахряи неравяомерно распределенного вещества, содержащее оптически связанные сканирующий микроскоп и фртопреобраэователь, один выход которого соединен с электрической цепью определения интегральной оптической плотности испытуемого объекта, состоящей из последовательно соединенных логарифмического преобразователя аналог-код, элемента И и сумматора оптической плотности, а второй вькод фотопреобразователя соединен с пороговьм устройством, входяя ш в электрическую цепь определения площади испытуемого объекта,, включающую задатчи уровня, соединенньй с первым пороговым устройством, и сумматор площади при этом выход сумматора оптической плотности соединен с первым входом делительного устройства 2 J.

Известное устройство обеспечивае измерение концентрации для исследуемых объектов, имеюв х гетерогенную, т.е. неравномерно окрашенную структуру с контрастньвет включениями, например при обработке автографов, когда необходимо определить концентрацию поглощающего вещества объекта в местах не занятых зернами серебра, с большой погрешностью измерений.

Устройство за счет того, что уровень дискриминации не имеет автоматического управления, проводит измерения оптической плотности по площади исследуемого объекта в соответствии с уровнем дискриминации, установленным исследователем при этом измеряется и плотность зерен серебра и cy миpyeтcя с плотностью исследуемого объекта, а так как плотность зерен существенно больше плотности исследуемого объекта, то даже небольшое количество зерен в объекте исследования приводит к значительной погрешности нзмерения суммарной оптической плотности и, следовательно, концентрации вещества.

Поэтому проводят миогояратные измерения исследуемого объекта на различных уровнях дискриминации,например установив зфовень дискриминации вид уровнем шумов исследуемог объекта, измеряют общую площадь и суммарную плотность исследуемого объекта, затем устанавливают уровен дискриминации иа уровне максимальной плотности исследуемого объекта, на котором расположены зерна, при 9ТСЯ4 измеряется площадь зерна и суммарная оптическая плотность зерна. Подсчитав визуально количество зерен в объекте, вычислив площадь, занимаемую зернами и суммарную оптическую плотность от всех зерен,- можно из первоначально измеренной площади объекта вьгчесть площадь, занимаемую зернами, а из суммарной оптической плотности - суммарную плотность от зерен серебра, разделив оставщееся значение суммарной оптической

плотности на вычисленное значение

3

площади, при этом получают концентрацию вещества в объекте.

Недостатками известного устройства являются ограниченная точность измерения и невозможность измерения количества вещества в объекте.

Цель изобретения - повьшение точности измерений и.определения количества вещества.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения концентрации неравномерно распредеденного вещества, содержащее оптически связанные сканирующий ми1фоскоп и фотолреобразователь,оди выход которого соединен с электриче кой цепью определения интегральной оптической штотностн испытуемого объекта, состоящей из последовательно соединенных логарифмического преобразователя ан.алог-код,элемента И и сумматора оптической плотности, а другой выход фотопреобразователя соединен с пороговым устройством, входящим в электрическую цепь определения площади испытуемого объекта, включающую задатчик уровня, соединенный с первым пороговым устройством, и сумматор площади, при этом выход сумматора оптической плотности соединен с первым входом делительного устройства, дополнительно введены второй фотопреобразователь, второе по} оговое устройство, второй и третий элементы И, сумматор числа измерений оптической плотности и множительное устройство, при этом третий выход первого фотопреобразователя соединен с первьв 1 входом второго порогового устройства, а выход второго фотопреобраэователя, оптически связанного со сканирзпощрш микроскопом, соединен с вторым входом второго порогового устройства,выход которого соединен с первым вхо дом второго элемента К, второй вход которого соединен с выходом первого порогового устройства и первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с входом сумматора площади, выход сумматора площади соединен с первым входом множительного устройства, второй вход которого соединен с выходом делительного устройства, второй вход делительного устройства соединен с выходом сумматора числа измерений оптичес545484

кой плотности, первый вход которого соединен с выходом второго элемента И и вторым входом первого элемента И, при этом вторые входы логарифмического преобразователя аналог-код, третьего элемента И, сумматора числа измерений оптической плотности соединены с синхронизируюЕоим выходом сканирующеte го микроскопа.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения концентрации неравномерно распределённого вещества, на

fS фиг.2-6 - сканогра1 ы измерительного и интегрального электрических сигналов.

Устройство содержит сканирующий микроскоп 1, построенньй по принципу

20 двухэондового сканирования препарата концентрическими зойдами разного размера, логар|ф ический преобразователь 2 аналог-код, первый фотопреобразователь 3, задатчик 4 уровня,

25 второй фотопреобразователь 5, первое пороговое устройство 7,второе пороговое устройство 6, первый элемент И 8, второй элемент И 9, третий элемент И tO, сумматор t1 чис5Q ла измерений оптической плотности, сумматор 12 площади исследуемого объекта, сумматор t3 оптической плотности исследуемого объекта,делительное устройство 14, множитель нов устройство 15.

При этом логарифмический преобразователь 2 аналог-код первый элемент И 8 и. cyNMarop 13 оптической

0 плотности исследуемого объекта представляют собой электрическую цепь последовательно соединенных элементов, определяющих интегральную оптическую плотность исследуемого

5 объекта. Второе пороговое устройство 6, второй элемент И 9, сумматор Т1 числа измерений оптической плотности представляют собой электрическую цепь последовательно

0 соединенных элементов, определяющих число измерений оптической плотности в местах, свободных от контрастных включений. Задатчик 4 уровня, первое пороговое устройство 7, третий элемент И tO н сумматор 12 площади исследуемого объекта представляют собой электрическую цепь последовательно соединенньгх элементов. определя ещих площадь исследуемого объекта. Устройство работает следующим образом. При сканировании объекта исследо вания или его изображения световые потоки от двух концентрических зондов разного размера, меньший из которых является измерительным, а второй интегральным, пропорциональ. ные светопоглощенин) от локального участка объекта, поступают на фотопреобразователи 3 и 5 соответственно, где образуются в электрические сигналы, сканограммь которых прйдставлены на фиг.2. Электри ческий сигнал от фотопреобразователя 3, являющийся измерительным, и электрический сигнал от фотопре, образователя 5, интегральный, являющийся переменным уровнем дискриминации для вьщеления контрастных включений, например зерен сере ра при обработке автографов, поступают на второе пороговое устройство 6, формирующее ш-тульсы, длительность которых пропорциональ на времени превышения амплитуды измерительного сигнала относительно интегрального. Одновременно эле трический сигнал от фотопреобразователя 3 поступает на логарифмический преобразователь 2 аналог-ко и первое пороговое устройство 7, на которое от задатчика 4 уровня подается уровень дискриминаций, установленньй исследователем над уровнем шумов для вычисления площади исследуемого объекта.Сигн лы с пороговых устройств 6 и 7 поступают на второй элемент И 9. Сигнал с выхода элемента И 9 разр шает прохождение кода от логарифм ческого преобразователя 2 аналогчерез элемент И 8 на сумматор 13 олтической плотности и синхронизи рующих импульсов от сканирующего микроскопа определяющих моменты измерения оптической плотности и соответствующих числу элементов р ложения при сканировании, на сумм тор 11 числа измерений оптической плотности в моменты наличия сигна ла от порогового устройства 7,и з прещает при наличии сигнала от по рогового устройства 6, что соответствует измерению оптической плотности и подсчету числа измере 8 ий ее по площади исследуемого бъекта в местах, не занятых онтрастными включениями. Коды с умматоров 11 и 13 поступают на елительное устройство 14, на вььоде которого образуется код, проорциональный концентрации исследуеого объекта. Вычисление концентрации прово- ится по формуле д. где Аср концентрация исследуемого вещества; суммарное значение оптической Ш1ОТНОСТН по площади исследуемого объекта за исключением мест, занятых контрастнь ш BKJB04eHHHMH; 3 - число измерений оптической плотности. Одновременно синхронизирующие импульсы поступают на третий элемент И 10, с выхода которого, при наличии сигнала с порогового устройства 7, соответствующего видеоимпульсу от объекта исследования, они поступают на сумматор 12 площади. Коды с делительного устройства 14 и сумматора 12 тющади исследуемого объекта поступают на множительное устройство 15,на выходе которого образуется код, пропорциональный количеству вещества в объекте. Количество вещества вычисляется по формуле О Л S г lep м ер Ov где Q - количество исследуемого вещества в объекте; Дрр - концентрация исследуемого вещества s объекте; S(j5 - площадь исследуемого объекта. Предлагаемое устройство позволяет проводить определение концентрации и количества вещества, содержащего контрастные включения, за одно сканирование препарата, в то время как в известных устройствах перечисленные характеристики требуют многократного сканирования исследуемого объекта, дополнительного ручного счета контрастных включений, что, в свою очередь, дает погрешность измерений. Применение предлагаемого устройства позволяет значительно повысить точность измерений и определить количество вещества в объекте.

(.l

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ НЕРАВНОМЕРНО РАСПРЕДЕЛЕННОГО ВЕЩЕСТВА, содержащее .оптически связанные сканирующий микроскоп и фотопреобразователь, один выход которого соединен с электрической цепью определения интегральной оптической плотности испытуемого объекта, состоящей из последовательно соединенных логарифмического преобразователя аналог-код,элемента И и сумматора оптической плотности, а другой выход фотопреобразователя соединен с пороговьм устройством, входящим в электрическую цепь определения площади испытуемого объекта, включаювото задатчик уровня, соединенный с пороговьм устройством, и сумматор цпощади, при этом выход сумматора оптической плотности соединен с первым входом делительного устройства,о тличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений и определения количества вещества, в устройство дополнительно введены второй фотопреобразователь, второе пороговое устройство, второй и третий элементы И, сумматор числа измерений оптической плотности и множительное устройство, при этом третий выход первого фотопреобраэователя соединен с первым входом второго порогового устройства, а выход второго фотопреобразователя, оптически связанного со сканирующим микроскопом, соединен с вторым входом второго порогового устройства, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, второй вход ко(Л торого соединен с выходом первого Порогового устройства и первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с входом сумматора площади, выход сумматора площади соединен с первым входом множительного устройства, второй вход котороСП го соединен с выходом делительного 4: устройства, второй вход делительноСП го устройства соединен с выходом 4; . сумматора числа измерений оптичесf кой плотности, первый вход которого 00 соединен с выходом второго элемента И и вторьи входом первого элемента И, при этом вторые входы логарифмического преобразователя аналог-код,третьего элемента И, сумматора числа измерений оптической плотности соединены с синхроииз.ирующим выходом сканирующего микроскопа.

HoHmpac/TJHbfe Звнд u3ffepv/77e/ AHbti Зонд vHmespG bHMU Фиг. 2 Момемтд/ измерения Gfrmt/t ecffoif rfflori f ocmi/ Фиг.З Мссле дуемый одъент имеющий нерабнол ер о /засп еделен ое ёещес/пёо Элементы разложения 1 нте2ральме)Ш ff3Mepan7e/f{ H6fu сигнал .Уроёе/ fft/Cffpt/Mt/f fff t/u от 3ff a/77vvffa уровня 4

ФигЛ

Фиг. 5

(р(/г.6

на Sii/xoffe лерёого, f7(mp o§oee e/c/7ipoifcmo& 7

Cusffff Hff

6/77OpO8q /7OPO80SOSO (Cmj3Ol}C/776G &

Cuffxpo(/3f/pi//0

Щ(/8 t/fff7l/ bCb/

am c/ffff i/pi/foe eSO AfUffp(fC/fO/7a