Устройство для анализа электрофореграмм Советский патент 1980 года по МПК A61B5/02 G01N27/26 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОФОРЕГРАММ

1

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для проведения микробиологических и биохимических исследований, и предназначено для качественного, количественного и сравнительного анализа электрофореграмм.

Известно устройство для анализа электрофореграмм, которое содержит источник света, приемник света, выход которого соединен с сигнальным входом усилителя, а также решающий блок, цифровой регистратор и аналого-цифровой преобразователь 1.

Однако это устройство не обеспечивает необходимой точности и быстродействия количественного анализа электрофореграмм, а также имеет ограниченный динамический диапазон измерения оптической плотности.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия количественного анализу эл ектрофореграмм,, а также расширение д инамического диапазона измерения оптической плотности. ..,...

Поставленная цель достигается тем, что в ycт)oйeтвo дополяит-ельно введены коммутатор,-.переклк чат.ёль порогов и переклю4атель дйал93,рноВ, прячем вход аналого-цифрового преобразователя соединён сВыходом

усилителя, а выход - со входом коммутатора, один выход которого соединен через переклйчатель диапазонов с усилителем, а другой через переключатель порогов - с источником питания, причем информационные и управляющие входы-выходы коммутатора соединены с информационными и управляющими входами-выходами решающего блока, а цифровой регистратор подключен к выходу решающего блока.

Кроме того, в устройство дополнительно

10 введены узел управления интенсивностью и стабилизацией источника света, дополнительный переключатель диапазона, генератор тактовой частоты, выход которого соединен с управляющим входом аналого-цифро 5 вого преобразователя, а вход через дополнительный переключатель диапазона - с третьим входом коммутатора, четвертый выход которого соединен через узел управления с источником света.

На чертеже изобра}кена структурная

20 схема устройства для анаййза электрофоретрамм; ,.;.;.- ; . : . .

в устройстве, решающий блок 1,соедине.н через коммутатор 2 с. узлом 3 управления интенсивностью и стабилизацией источника света, переключателем 4 диапазона усилителя, переключателем 5 порогов, переключателем б диапазона генератора, которые соответственно соединены с источником 7 света, приемником 8 света, усилителем 9, источником 10 питания, генератором 11 такТОБОЙ частоты, который соединен с аналогоцифровым преобразователем 12, выход которого соединен с цифровым регистратором 13. Решающий блок 1 соединен также с узлом 14 ввода информации и другим цифровым регистратором 15. В устройстве в качестве решающего блока 1 может быть применена микро-ЭВМ. Узел 3 управления, переключатели 4-б могут быть выполнены в виде запоминающих регистров на триггерах с дешифраторами и выходными делителями напряжений, управляющие сигналы с которых соответственно выдаются на источник 7 света, изменяя интенсивность его, усилитель 9, увеличивая или уменьшая его коэффициент усиления, источник 10 питания, управляя с помощью низковольтного входа высоковольтным выходом его, генератор 11, выполненный, например, в виде мультивибратора, изменяя его частоту путем изменения параметров цепочки RC. Коммутатор 2 на четыре выходных и одно входное направление, а также преобразователь 12 строятся по известным схемам. В качестве цифровых регистраторов 13 и 15 могут быть использованы соответственно перфоратор и электрическая печатающая машина. В качестве узла 14 ввода информации может быть использован фотосчитыватель.. Для получения лучшей контрастности при измерении коэффициента пропускания конкретной электрофореграммы после источника 7 (перед электрофорёгра.ммой) ставят соответствующий прецизионный светофильтр,, например, для электрофореграмм в полиакриломидном геле с красителем «кумаси ставят зеленый фильтр. Для расширения области применения устройства возможно использование нескольких аналого-цифровых преобразователей, например, с низковольтным (единицы .милливольт), средне- и высоковольтными (десятки вольт) диапазонами цреобразования с соответствующими цепями управления от решающего блока. Устройство работает следующим образом, Перед началом работы в транспортирующий узел устройства (на чертеже не показан) загружают электрофореграммы (ЭФГ). Включают в работу рещающий блок 1, кото: рый соответственно через узел 3 и переключатели 4-6 устанавливает начальные параметры: интенсивность света источника 7, коэффициент усиления усилителя 9, напряжение на выходе источника 10, тактовую частоту генератора 11. Затем начинается движение электрофореграмм. Свет от источ738602ника 7, пройдя сквозь электрофореграмму, попадает на вход приемника 8. Сигнал с выхода приемника 8 усиливается усилителем 9,- выходной сигнал которого (в виде соответствующего уровня напряжения), пропорциональный коэффициенту пропускания конкретной части электрофореграммы, поступает на сигнальный вход преобразователя 12. С приходом очередного имп льса тактовой частоты с генератора 11 на управляющий вход преобразователя 12 начинается преобразование аналогового сигнала в соответствующий код. Таким образом достигается требуемая дискриминация непрерывного аналогового значения коэффициента пропускания в/соответствующий двоичный код. Синхросигнал об окончании преобразования информации преобразователя 12 через коммутатор 2 поступает в решающий блок 1. По этому сигналу решающий блок через коммутатор 2 снимает с выхода преобразователя 12 сформированный код. Для светлых частей электрофореграмм код на выходе преобразователя 12 будет приближаться к max (все единицы) для темных - к min (все нули). Получив очередной двоичный код, блок 1 сравнивает его значение с верхней и нижней контрольно-предупредительHbtMit границами (КПГ) диапазона измерения коэффициента пропускания. Начальные значения верхней и нижней КПГ рассчитываются и закладываются в решающий блок с учетом предотвращения снижения точности измерения на границах диапазона чувствительности измерительного канала. Поэтому значения верхней и нижней КПГ будут отличаться от значений верхней и нижней границ чувствительности статистического диапазона измерения измерительного канала устройства. В случае непревышения значений верхней или нижней КПГ решающий блок запо.минает поступающую информацию. При этом он сравнивает значение только что поступившего кода с ранее запомненными (например, с двумя-тремя предыдущими кодами) и по разнице между ними определяет скорость (тенденцию) приближения значений коэффициента пропускания к верхней или нижней КПГ. При увеличении скорости приближения решающий блок через коммутатор 2, переключатель б диапазона увеличивает соответственно тактовую частоту генератора 11, что приводит к больщей дискретизации непрерывного аналогового значения коэффициента пронускания. При уменьшении скорости приближения решающий блок выдает управляющий сигнал на соответствующее уменьшение тактовой частоты генератора II. В случае превышения значения верхней (нижней) КПГ решающий блок выдает соответствующие управляющие сигналы через коммутатор 2, а также узел 3 и переключа.тели 4 и 5 на уменьшение (увеличение) интенсивности света источника 7, коэффициента усиления усилителя 9, питающего напряжение источника 10 и формирует соответствующие новые значения верхней и нижней КПГ. Величина ограничений на соответствующие управляющие воздействия закладывается в решающий блок 1 заранее и рассчитывается,исходя из технических характеристик всех узлов и алгоритма работы измерительного канала устройства. Затем измерение коэффициента пропускания идет уже при вновь установленных значениях указанных параметров измерительного канала. Таким образом, происходит ввод информации по одной электрофореграмме в решающий блок 1. Также происходит автоматический ввод информации по п электрофореграммам в решающий блок. При этом только в начале и конце очередной электрофореграммы в решающий блок посылаются соответствующие синхросигналы с узла, транспортирующего электрофореграммы. Основным ограничением числа п (при таком алгоритме работы) будет являться объем программно доступной памяти блока I. По мере ввода информации об электрофореграммах решающий блок производит ее предварительную обработку, а по окончании ввода информации по. все.м заданным электрофореграммам - полную ее обработку в соответствии с заданным алгоритмом. Например, блок 1 вычисляет количество экстремумов, превышающих Определенное значение, по каждой электрофореграмме, запоминает их координаты и значение, сравнивает с аналогичными данными по другим электрофореграммам и вычисляет коэффициенты подобия их, затем выдает эти результаты на цифровой регистратор 15 в удобном для оператора виде. Таким образом, устройство обеспечивает адаптацию диапазона и-повышение разрешающей способности при измерении коэффициента пропускания конкретной части электрофореграммы. Такой динамический диапазон измерения позволяет существенно повысить точность анализа электрофореграмм за счет получения более полной и достоверной информации на границах чувствительности измерительного канала устройства, так как работа осуществляется только на линейном участке характеристики и не захватывает области слабой чувствительности и насыщения, чт равносильно расширению статического диапазона измерения устройства практически в 3 раза. При выходе из строя решающего блока 1 или коммутатора 2 возможен следующий режим работы устройства. С помощью узла 3 переключателей .4-Б вручную устанавливают нужные значения интенсивности света.источника 7, коэффициента усиления усили- теля 9 питающего напряжения источника ,10. тактовой частоты генератора- Г.1.3атём-пускается транспортирующийэлектрофореграмМЫ узел, и информация, получаемая также, как было 11о -;азано выше, с выхода преобразователя 12 поступает на цифровой регистратор 13. В этом режиме работы устройство не обеспечивает автоматической адаптации диапазона измерений, но возможна ручная подстройка параметров измерительного канала при соответствующей скорости движения электрофореграмм, которую можно сделать удобной для работы оператора. Затем зарегистрированную таким образом информацию об электрофореграммах можно ввести в отремонтированный решающий блок через узел 14 ввода информации, который ее обработает и выдаст результаты на печать регистратора 15. При этом зарегистрированную на регистраторе 13 информацию можно хранить неограниченно долго, что удобнее, чем хранить сами электрофореграммы, а также ввести в любую другую ЭВМ и получить те же результаты. Таким образом, обеспечивается надежность устройства при выходе из строя управляющих и коммутирующих узлов. Устройство позволяет вести сравнительный анализ до 50 ЭФГ за 30-40 мин. Указанный разброс во времени зависит от типа анализируемых ЭФГ и определяется в основном временем печати результатов анализа на электрической печатающей машинке «Консул 254. При установке дополнительных регистраторов (например, типа телетайпа) указанное время анализа 50 ЭФГ можно свести до 10-20 мин. Таким образом, устройство позволяет резко сократить время сравнительного анализа, повысив его точность, объективность, исключив ошибки операторов. Резко повышается производительность труда операторов при проведении сравнительного анализа большого количества ЭФГ, т. е. практически устройство заменяет работу 320 человек. Таким образом, ожидаемый экономический эффект только от экономии зарплаты высвобождаемых операторов за год составит ориентировочно 400 тыс. руб. Формула изобретения I. Устройство для анализа электрофореграмм, содержащее источник света, приемник света, вход которО1 о соединен с сигнальным входом усилителя, а также решающий блок, цифровой регистратор и аналогоцифровой преобразователь, отличающееся тем, что, с целью повышения, точности и быстродействия, количественного анализа электрофореграмм, в устройст.во дополнительро. введе.чы коммутатор, Ттереключатёль порогов и переключатель диапазонов, причем вход аналого-цифрового.преобразователя соединен с выходом усилителя, а выход - со входом коммутатора, один выхЬд которого соединен через переключатель диапазонов с усилителем, а другой через переключатель порогов - с источником питания, причем инфогШацИбйньгё и упр авляющйевходывыходы коммутатора соединены с информационными и управляющими входами-выходами решающего блока, а.цифровой регистратор подключен к выходу решающего блока. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерения оптической плотности, с устройство дополнительно введены узел

управления интенсивностью и стабилизацией источника света, дополнительный переключатель диапазона, генератор тактовой частоты, выход которого соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, а вход через дополнительный переключатель диапазона - с третьим входом коммутатора, четвертый выход которого соединён через узел управления с источником света.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3580683, кл. 356-184 (G 01 J 3/48), опублик. 1971 (прототип).