Устройство обработки электрофореграмм Советский патент 1980 года по МПК A61B5/02 G01N27/28 

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено дпя распознавания генетически детерминированных белков сыворотки крови по их денситогра лмам. .5

Известно устройство обработки элеткрофореграмм, -содержгицее последовательно соединенные фотооптический преобразовате;1ь, логарифмический уси-10 литель и схему обработки электрофореграмм, последовательно соединенные генератор импульсов, формирователь управляющих импульсов и электронный ключ, второй вход которого соеди- 5 нен с выхо;да м лргсфифмического vcmmтеля и входом схемы выделения экстремумов, выход которой через формирователь импульсов подключен к распределителю, а также ряд последовательно 20 соединенных ключей счетчиков и счётчики ;1) .

Недостатком известного устройства является н оэможнос.ть автоматич ского распЬзнавания электрофореграмм гё-25 нетически-детерминированных белков сыворотки крови и опорной фракции.

Дл я ав томатичес кого р ас п 6з н ав ани я электрофорегракм генетически-детерминированных белков сыворотки коови, 30

и автоматическохО разпознгшания опор ной фракции, в предлагаемое устрой.ство введены ряД цифроанапоговых преобразователей, последовательно соединенные схема определения, относительной 5лектрофоретической подвижности, формирователь информативюлх признаков и рааакхций блок, а также последовательно соединенные фотооптический блок, усилитель и формирователь,. выход которогоподключен ко второму входу первого ключа ряда ключей счетчиков, вторые входы других ключей счетчиков подключены ко входам распределителя, iпервые вход ключей счетчиков подклйчены к выходу электронного ключа, а выхода счетчиков через цифроаналогоajet преобразователи подключены к6 вх6дам схемл определения относительной электрофоретической подвижности,

Кроме того, в устройство тглже введены ряд триггеров и коммутационных ключей, а также многопозиционный переключатель, причем выходы распределителя через многопозиционный переключатель и триггеры подключены к третьим входам ключей счетчиков, через многопозишюнный переключатель и ряд коммутационных ключей - к первым .i;aa«fi b 4fi«i4- -.-..i; 4%v -w i 4--iis-5 : - ™iii - -r..---входам цифроаналоговых преобразовате лей, ЙТорые входа ikoTopbik подключены к выходам счетчик ов; На чертеже дана блок-схёйа.й зёдла гаемОзго усгройства обработки элекTjbo ; фореграмм, : -- - : Оно содержит последовательно соединенные фотооптический преобразова;тель 1, логарифмический усилитель 2 и схему 3 обработки электрофореграмм последовательно соединенные генератор 4 импульсов, формирователь 5 :: управляющих импульсов и элеткронный ключчб, второй вход которого соедине с вйходом логарифмического уЬилители и входом схема 7 выделений экстрему «юв, выход которой через формирова.тель 8 импульсов подключен к распределителю 9. Устройство содержит также ряд сбединенных ключей 10,11 и 12 счетчиков --13, 14 и 15, РЯД цифроаналоговых преобразователей 16, 17 и 1.8 последовательно соединенную схему 19 определения относительной элёктро форетической подвижности/ фбрмиройатель 20 информативных признаков к ре ТаШгцйй блок 21, а также /последовател нд соединенные фотооптический блок 2 усилитель 23 и формирователь 24 и мн гбпбзиционный Переключатель 25. .Устройство работает следующим образом. В первом положении многопозиционного переключателя 25 выход формирова- еля 24 подключен ко второму входу первого ключа 12 счетчика 15, а вторые-, входы ключей. 10 и 11 счетчиков подключены ко входам распределителя 9.. .В результате сканирования электро форег амм с выхода фотосштического преобразоватепя 1 на вход логарифмического усилителя 2 подается напря. жение|. зависящее от оптической плотности фотометрируемого- участка элект рофоретическрго носителя. С выхода логарифмического усилителя 2, ffattpflжениё, пропорциональное концентрации белкового вещества, подается одновре меШсэ на схему 3 обработки ЭФГ и йхбд схемы 7 выдепёнйяэкй ёйуйбё, , а также на вход электронного ключа б При появлении обреза геля или т.очки старта белков, где наносится исходная сыворотка, на вУхЬдё усили.теля. 2 образуется напряжение, достаточное для открытия электронного ключа б, через который импульсы с генератора 4 поступают на вхбды счетчиков 13, 14 и 15 через формирователь 5 и открытае 8 исходном состояний ключи 10, 1Г и 12 счетчиков 13, 14 и,15. Появление ,белковой фракций на ЭФГ приводит к возникновению, в мо.мент перехода точки dU/dt О сигнала, снимаемого с выхода схемы. 7 выделения экстремумов и подаваемого затем через формирователь 9 импульсов на яход распределителя 9. С приходом . ----: -.;-:-: 4этого сигнала на первой выходной шине распределителя 9 появляется потеНц.иал, закрывающий соответствующий этой шйй;ёй 1юч счетчика. Таким образом, в соответствующем счетчике записывается число импульсов пропорциональное длине 2 пробега первой белковой фракции на ЭФГ. Так как для подсчета длины пробега каждой белковой фракции необходимо иметь .отдельный ключ, а также счетчик, их ксшичество. в схеме определяется предполагаемУм числом белковыхфракций на ЭФГ. ft. , .Описанный процесс определения длины пробега повторяется с приходом каждой очередной белковой фракции. Благодаря такой структуре схемл получают значение длины пробега белковых фракций, пропорциональное абсолютной элекТрофоретич:еской подвижности белка, и число белковых компонентов, записанное в распределителе 9. Появление конца ЭФГ приводит к снижению вели чины, си.гнала на выходе усилителя 2, закрытию общего электронного ключа б и к прекращению поступления с генератора вход счетчиков 13, 14 и 15 счетных импульсов. Рассмотрим работу узла регистрации опорной флуоресцирующей фракции. Этот узел собирают по схеме обычного флуоримет;ра, в котором осуществляется регистрация свечения флуоресценции помеченного опорного:белка. Здесь фотоо.птический блок осуществляет две функции,Во время первой фракции фотоэле.ктрический блок облучает электрофореграмму с помощью источника возбуждающего света, спектральная область которого лежит в диапазоне длин волн, приводящих к флуоресценции меченного опорного вещества. Во время второй функции фотооптический . блок выделяет свет флуоресценции с длиной волны излучаемой меченной опорнОй фракцией, под действием первичного облучения. ,. .,. Благодаря двум этим функциям фото-ОйтическОро блока 22 на его выходе появляетсяэлектрический сигнал аналогОвЬй формы, который подается на вход. усилителя 23., Сигнал флуоресценции, на выходе блока 22, образуется в тот момент, когда в трчке нахождения возбувдающего .света, флуоресценции появляется меченнаяопорная фракция. Усиленный сигнал флуоресценции с усилителя 23 подается на вход формирователя 24, с которого сигнал в виде прямоугольного импульса поступает через, схему 19. на управляющих вход первого из ключей 10, 11 и 12. .Благодаря этому процессу,ранее открытый под дёйстви ём з апускакя |егО стартов ого импульса., ключ закрывается, пОслр чего в счетчику записывается число импульсов, пр6по рци6нальное длине пробега опорной меченной Фракции, Записанное в счетчиках 13, 14 и 15 значение длины пробега белковых фракций перейодится в аналоговую вели :1ину с помощью цифроаналоговых преобразователей 16, 17 и 18, с выхода которых преобразованное напряжение подается на схему 1 определения ОЭП. Так как связанные последовательно между.собой блоки 10, 13 и 16, 11, 14 и 17, 12, 15 и 19 являются трактом измерения длины пробега опорной флуоч ресцируюцей метки, дальнейшее определение ОЭП исследуемых белковых фракций в схеме 19 не представляет особых трудностей. В этой схеме осуществляется вычисление ОЭП белковых фракций на основе формулы uA, . : где и - относительная электрофорет ческая подвижность белка; i. - длина пробега белковой фра ции, ,2,3;....К; 2-0 - длина пробега флуоресцирую щей опорной фрс1КЦИИ. Вычисленные значения ОЭП белковых фракций, в виде напряжений U. , ... Оц. подаются в формирователь 20 вторичных информативных признаков. Здесь происходит формирование таких вторичных информативных признаков, г которые отражают всю фенотипическую картину белка. Последним этапом работы устройств является принятие, решений о принадлежности входной реализаций , ЭФГ к од ногад из известных фонотипов белка. Это осуществляется с помощью примене ния адекватных для рассматриваемого случая методов теории распознавания образов. Основанныйна этой теории алгоритм реализуется в решающем блоке 21. При втором положении многопозицио нрго переключателя 25 выходы распред лителя 9 подключены через триггеры 26, 27 и 28 к третьим входам ключей 10, 11 и 12 с.четчиков и через ряд коммутационных ключей 29, 30 и 31 к первым входам .цифроаналоговых преобразователей 16, 17 и 18. При появлении точки старта белков где наносится исходная сыворотка,.н выходе логариф лическрго усилителя 2 образуется напряжение, достаточное для открытия электронного ключа 6, через который импульсы с генератора 4 через блок 5 .поступают на. входы счётчиков 13, 14 и 15 через открыты в исходном состоянии ключи 12, 11 и 13. Появление белковой фракции на ЭФГ приводит к возникновению в мбме перехода точки du/de О сигнала, сни маемого с выхода схемл 7. выделения экстремумов и подаваемого через фор мирователь 8 на ход распределителя 9, С приводом атого си нача на первой выходной шине распределителя 9 появляется .потенциал, опрокидовгиощий триггер 26 и закрывающий соответствующий этой шине ключ 10. В рёзуль- тате в счетчике 13 записывается чиспо импульсов, пропорциональное длине пробега первой белковой фракции на ЭФГ. Описанный определения длины пробега повторяется с приходом каждой очередной б«злковой фракции. Появление конца ЭФГ приводит к снижению на; логарифмического . усилителя 2 сигнала, закрытию общего электронноготслюча, 6 и К прекращению гЮступления с генератора 4 на входы счетчиков 13, 14 и. 15 счетных импульсов. Записанное в счетчиках -14, 13 и 15 значение длины пробега белковых фракций переводится в аналоговую величину с помощью цифроаналоговых . преобразователей. 16, 17 и 18 с выхода которых преобразованное напряжениё подается на схему-- 19 определения относительных элеткрофоретических подвижностей (ОЭП). Вычисленные значения ртносительных электрофоретических подвижности в схеме,19 в виде напряжений подают; ;СЯ на формирователь 20 информативных признаков. Здесь формируются вторичные признаки, отражающие всю фенотипическую картину белка. Последним этапом работы этого .при бора является принятие решения о. принадлежности входной реализации ЭФК к одному из известных фенотипов белка, Это осуществляется с помощью применения методом теории распознавания образов. Основанный на этой теории алгоритм реализуется в рещгцощем блоке 21. В рассматриваемом устройстве ОЭП каждой белковой фракции определяется из выражения : - - где и т относительная-электрофо- . .,ретическая подвижность белковой фракции 2v . - число импульсов белковой фракции; io число импульсов опорной фракции. Для определения величины ОЭП белка, в соответств ии с этим выражением, находят значения параметров .Е и .tg а также распознают опорную фракцию. Определив значения пара гётров . Tg благодаря применению вышеописанной схемы, выясняют в каком из счетчиков 13, 14 и 15 записано значение длины пробега опорной фракции. Б качестве маркерного белка может быть рекомендован любой белок, подвижность которого является наибольшей среди имеющихся белковых компонент на ЭФГ (например альбумин трансферрин гемрглобин и т.д.).

Условившись, что в качестве опорной фракции, будет использоваться белковая фракх ия, имеюсаая самую большую электроФоретическую подвижность, рас смотрим работу узла распознавания опорной фракции.

В {фоцвссе записи длины пробега белковых на выходных шинах распределителя 9 появляются напряжения, -которы ё приводят к прекращению счета-импульсов ёчетчиками 13, 14 и 15 и к закрытию ключей 29, 30 и 31. Пря этом схема устроена так, что после окончания процесса измерения положений всех белковых фракций ос тается включенным (открытиях) только тот из ключей (29,30 и 31), котбрый был включен сигналом от появления последней белковой фракции,и приво .дит также к возникновению на послед ней шине распределителя 9 выходного напря кения и подключению последнего счетчика 1Ь к схеме 19.

Тогда в качестве опорного напряжения ко входу схекы 19 подключается напряжение того цифроаналогового блока, ключ которого открыт.

Таким образом, предлагаемое устрсАствр позволяет автоматически распознавать опорную функдию, повышает достоверность идентификации электроФореграмм, повышает скорость обработка электрофореграмм.;

Формула изобретения

1. Устройство обработки электрофо реграмм, содержащее «последовательно соединенные фотооптический преобра аватель. логарифмический усилитель и обработки электрофорегра последовательно соединенные генератор импульсов, форлмрователЬ управляющих импульсов и электронный клю второй вход которого соединен с выходом логарифмического усилителя и входом схемя выделения экстремумов, выход которой через формирователь

импульсов подключен к распределителю, а также ряд последовательно соединенных ключей счетчиков и счетчики, отличающееся тем, что, с целью автсжиатнческого распозе навания; электрофореграмм генетически-детерминированных белков сыворотки крови, в него введены ряд цифроаналоговых преобразователей последовательно соединённые схема определения относительной электрофоретической подвижности, форьмрователь информативных признаков и решакяций блок, а также последовательно соединенные фотоопти ческий блок, усилителе и формирователь , выход которого подключё ко

5 вторбму входу первого ключа ряда ключей счетчиков, вторые входы других ключей счетчиков подключены ко входам распределителя, первые входы ключей счетчиков подключены к выходу элект0 ронного ключа, а выходы счетчикс/в через цифроангшоговые преобразователи подключены ко входс1М схекЁ определения относительной электрофоретической подвижности.

2. Устройсгво по п. 1, о т л и чающееся- тем, что, с целью автоматического распознавания опорной фракции, в него введены ряд тригQ геров и коммутацисжных ключей, а также многопозиционный, переключатель, причем е/ахода распределителя через многопозиционный переключатель и триггеры подключены к третьим входам

J ключей счетчиков, а через многопозиционный переключатель и ряд коммутационных ключей - к первым входам ци оанапоговь1Х- преобразователей, вторые входы которых подключены к выходам счетчиков.

Источники информации, приня-п во внимание при экспертизе

1. Айтсчрское свидетельство СССР f по заявкА I 24777729/28-13, кл. А 61 а 5/02, G 01 ti 27/26, 1977