Устройство для анализа биохемилю-МиНЕСцЕНции МиКРООРгАНизМОВ Советский патент 1981 года по МПК G01N23/08 C12K1/00 

t

Изобретение относится к медицинской технике,.ai именно к устройствам для проведения микробиологи- , ческих и биохимических исследований, и предназначено для точного количественного и сравнительного анализа хемилюминесденции биологических объектов .

Известно устройство для исследования биохемилюминесценции, содержащее камеру с объектом исследования, фотоумножитель с блоком питания, усилитель, дискриминатор, осциллограф, пересчетное устройство, измеритель скорости счета, электронный автоматический потенциометр fll

Это устройство позволяет исследовать среднюю интенсивность биохемилюминесценции за определенный промежуток времени, однако не позволяет анализировать статистические характеристики интенсивности биохемилюминесценции, что не дает возможности выявлять изменения в объекте исследования на ранних стадиях, задолго до достоверной регистрации изменения интенсивности биохемилюминесценции. При этом для достаточно точных измерений требуется большой интервал времени. Кроме того,устройство не позволяет адаптировать параметры измерительного тракта к анализируемому объекту, что ограничивает диапазон и точность измерения интенсивности биохемилюминесценции.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее камеру с анализируемым объектом - исoточником биохемилюминесценции,прерыватель, фотоумножитель, соединенный с источником питания и узлом статирования, который также соединен с камерой, а выход фотоумножителя соеди5нен с сигнальным входом усилителя, выход которого соединен через дискриминатор со счетчиком импульсов 12.

Данное устройство также не позволяет анализировать статистические характеристики интенсивности биохе0милюминесценции и не имеет автоматической адаптации параметров измерительного тракта к анализируемому объекту, требует достаточно большого

5 интервала времени для обеспечения необходимой точности измерения. Однако на практике имеется большой круг задач, например при-использовании результатов анализа биохемилю,минесценции для диагностики, где тр

0

уется как можно более раннее обаружение патологии, для чего неободимо, помимо измерения средней нтенсивности, измерять статистиеские характеристики биохемилюмиНесценции.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и сокращение общего времени анализа биохемилюминесценции, расширение динамического диапазона измерения световых потоков и повышение точности измерения, повышение производительнос-ти устройства, повышение надежности функционирования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее камеру с анализируемым объектом источником биохемилюминесценции, прерыватель, фотоумножитель, соединенный с источником питания и с узлом статирования, который также соединен с камерой, а выход фотоумножителя соединен с .сигнальным входом усилителя, выход которого соединен через дискриминатор со счетчиком импульсов, введены решающий блок, цифровой регистратор, переключатель диапазона прерывателя, коммутатор, входы которого соединены соответственно с выходом дискриминатора и счетчика, а соответствующие выходы коммутатора соединены со счет.чиком и через переключатель диапазона - с прерывателем, другие информационные и управляющие входы-выходы коммутатора соединены с информационными и управляющими выходами-входами решающего блока, другой выход которого соединен с цифровым регистратором.

С целью расширения динамического диапазона измерения световых потоков и повышения . точности измерения устройство дополнительно содержит переключатели диапазона источника питания, усилителя, дискриминатора,ана- лого-цифровой преобразователь (АЦП), информационный вход которого соединен с выходом усилителя, а выход с соответствующим входом коммутатора, другие выходы которого соединены соот ветственно с управляющим входом АЦП, узла статирования, а через соответствующие переключатели диапазона - с управляющим входом источника питания, усилителя и дискриминатора .

С целью повышения производительности устройство дополнительно содержит узлы для автоматической загрузки и выгрузки, которые соединены с соответствующими выходами коммутатора и с камерой.

С целью повышения надежности функционирования устройство содержит дополнительный цифровой регистратор, соединенный через соответствующий узел управления со счетчиком импульсов , причем управляющий вход узла

управления соединен через коммутатор с решагрщим блоком.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства для анализа биохемилюминесценции микроорганизмов

Устройство содержит узел 1 загрузки, решающий блок 2, коммутатор 3, переключатели 4-7 диапазона, источник 8 питания, усилитель 9, дискриминатор 10, прерыватель 11, счетчик 12 импульсов, АЦП 13, узел 14 статирования, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 15, камеру 16, цифровой регистратор 17 узел 18 выгрузки, узел 19 управления и регистратор 20.

В .качестве решающего блока 2 может быть применена мини- или микроЭВМ, а в качестве цифровых регистраторов 17 и 20 - электрическая печатающая машинка типа Консул 254-. Коммутатор 3 на три входных и десять выходных направлений, АЦП 13, узел 14 ; статирования, источник 8 питания и дискриминатор 10 строятся по известным схемам. В качестве фотоумножителя 15 быть использован ФЭУ-7 в качестве усилителя 9 - УШ-10,счетчика 12 импульсов - частотомер 43-38

В качестве прерывателя 11 может быть использована ячейка Керра, выполняющая функцию прерывателя-ослабителя светового потока от анализируемого объекта в камере 16 к ФЭУ в зависимости от величины управляющего аналогового сигнала с переключателя 7 диапазонов. Переключатели 4-7 диапазонов могут быть выполнены в виде запоминающих регистров с дешифраторами и выходными делителями напряжений, управляющие сигналы с которых соответственно выдаются на источник 8 питания, управляя с помощью низковольтового входа его высоковольтовым выходом, усилитель 9, увеличивая или уменьшая его коэффициент усиления, дискриминатор 10, увеличивая или уменьшая уровни дискриминации сигналов, прерыватель 11,соответственно ослабляя или совсем прерывая световой поток от анализируемого объекта в камере 16 к ФЭУ 15.

1 для автоматической загрузк и 18 выгрузки могут быть выполнены в виде электромагнитных клапанов, открывающихся с приходом соответствующго управляющего сигнала из решающего блока 2 через коммутатор 3. Камера 16 может бить выполнена в виде.реакционного сосуда с входным и выходным отверс1иями, с окном и фокусирую ,щей оптической системой, а также с необходимьми отверстиями для обеспечения регулирования состояния анализируемого объекта от узла 14 статирования.

Устройство работает следу(ощим образом.

Перед началом работы у узла 1 автоматической загрузки подготавливаются анализируемые и эталонные об екты. Пускается в работу решающий блок 2, который через коммутатор 3 и соответствующие переключатели 4-7 устанавливает начальное напряжение на выходе источника 8, коэффициент усиления усилителя 9, нижний и верхний уровни (окно) пропускания сигналов дискриминатора 10, закрывающее положение прерывателя 11, диапазон счета импульсов счетчика 1 диапазон АЦП 13, а с помощью узла. 14 статирования начальные режимы ФЭУ 15 и камеры 16. В этом режиме решающий блок 2 анализирует шумовой сигнал измерительного тракта устройства, поступающий в него через АЦП 13 и коммутатор 3 .для учета в последующем анализе светового поток биохемилюминесценции, и устанавлива ет рабочий режим ФЭУ 15. Затем реша щий блок выдает команду на узел 1 для автоматической загрузки первого анализируемого объекта в камеру 16, после чего через коммутатор 3 и переключатель 7 - на установку исхо ного рабочего положения прерывателя 11. С этого момента световой поток биохемилюминесценции начинает посту пать на вход ФЭУ 15, где кванты све преобразуются в импульсные элект.рич кие сигналы, усиливаются усилителем 9 и, пройдя сквозь окно дискриминатора 10, поступают насчетчик 12 и .через коммутатор 3 - в решающий блок 2. Кроме того, решающий блок периодически опрашивает счетчик 12. Анализируя поступающие в Него сигналы, последний рассчитывает текущий интервал следования импульсов с дискриминатора 10 и формирует массив соответствующих данных, который используется в дальнейшем для расчета статических характеристик. При этом решающий блок 2 сравнивает значение очередного интервала с контрольно-предупредительной-границей (КПГ), соответствующей максимальной частоте, с которой устройство может еще успевать измерять,рас считывать и запоминать текущие интер валы мёзкду импульсами. При превышени этой КПГ решающий блок выдает, команд через коммутатор 3, переключатель 7 на прерыватель- 11 для соответствующе го ослабления интенсивности световог потока биохемилюминесценции из камеры 16 . При уменьшении интенсивности светового потока биохемилюминесценции меньше определенного значения (своя КПГ) решающий блок 2 осуществляет соответствующее обратное переключение прерывателя 11. Дискриминатор 10 пропускает только те сигналы с усилителя 9, которые по амплитуде соответствуют появлению единичного фотоэлектрона на катоде ФЭУ 15. Для этого верхняя и нижняя границы (окно) дискриминатора 10 устанавливаются на определенном уровне решающим блоком 2 после айбяиза шумов измерительного тракта устройства и текущего контроля тенденции изменения амплитуды сигналов с по-. мощью АЦП 13. При этом решающий блок периодически снимает код с выхода АЦП через коммутатор 3 и сравнивает его со своими КПГ, соответствующими верхней и нижней границам окна пропускания дискриминатора 10. Приближении очередного кода с АЦП 13 к нижней КПГ решающий блок 2 осуществляет коммутатор 3 и переключатель 5 увеличение коэффициента усиления усилителя 9, а при приближении к верхней КПГ - соответствующее уменьшение коэффициента усиления. По окончании измерения светового потока биохемилюминесценции от очередного объекта решающий блок 2 выдает команду через переключатель 7 на прерыватель 11 для установки его в положение Закрыто, анализирует вышеописанным образом собственные шумы измерительного тракта устройства и затем, дает команду на узел 18 для. автоматической выгрузки объекта из : камеры 16. По окончании выгрузки дается командна на узел 1 для загрузки следующего объекта и работа устройства происходит аналогично вышеопиcaHHO iy.. Во время выгрузки и загрузки объектов решающий блок 2 производит анализ сформированных массивов, данных по последнему объекту по заданным алгоритмам,например вычисляет функцию автокорреляции,и вьщает результаты анализа, статических.характеристик и интенсивности биохемилюминесценции. на цифровой регистратор 17 в виде соответствующих таблиц и графиков , удобных для восприяти.я. Таким образом достигается расширение функциональных возможностей устройства и значительно сокращает-, ся общее время анализа биохемилюминесценции. При этом существенно расширяется динамический диапазон измерения световых потоков от 10 до квант/с и повышается точность измерения до десятков квантов в секунду за счет автоматической адаптации параметров измерительного тракта устройства к анализируемому объекту и автоматического учета собственных шумов. Кроме того, резко повышается общая производительность устройства за счет автоматической загрузки и выгрузки анализируемых объектов и совмещения времени загрузки, выгрузки с расчетом статистиеских характеристик и интенсивности биохемилюминесценции предыдущего объекта. При этом появляется возможность дополнительно повысить точность измерения, чередуя перед узлом загрузки реальные объекты с эталонными по которым решающий блок производит периодически текущую калибровку измерительного тракта устройства. Кроме того, решающи блок 2 в процессе работы автоматически осуществляет периодический тестовый самоконтргль и контроль работоспособности коммутатора 3, а в случае обнаружения неисправностей он выдает команду на узел 19 управления для автоматического вывода результатов измерения интенсивности биохемилюминесценции со счзтчика 12 на регистратор 20. При этом в случае неисправности в коммутаторе на регистраторе 17 печатаются номер неисправного канала коммутатора 3 и возможная причина неисправности. Таким образом, достигается повышение надежности функционирования устройства, хотя и в этом режиме уст ройство не может анализировать статистические характеристики биохемилюминесцендии. Формула изобретения 1. Устройство для анализа биохемилюминесценции микроорганизмов,содержащее камеру с анализируемым объектом - источником биохемилюминес ценции, прерыватель, фотоумножитель соединенный с источником питания и с узлом статирования, который соединен с камерой, а выход фотоумножителя соединен с.сигнальным входом усилителя, выход которого соединен через дискриминатор со счетчиком импульсов , отличающееся тем, что, с целью расширения функцио нальных возможностей и сокращения об щего времени анализа биохемилюминесценции, введены решающий блок, цифро вой регистратор, переключатель диапа зона прерывателя, коммутатгор, входы которого соединены соответственно с выходом дискриминатора и счетчика, а соответствующие выходы коммутатора соедичены со счетчиком и через пере клк чатель диапазона - с прерывателем другие информационные и управляющие входы-быходы коммутатора соединены информационными и управляющими выходами-входами решающего блока, другой . выход которого соединен с цифровым регистратором. 2.Устройство по п.1, о т л ичающе ее я тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерения световых, потоков и повышения точности измерения, введены дополнительные переключатели диапазона источника питания, усилителя,дискриминатора, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), информационный вход которого соединен с выходом усилителя, а выход - с соответствуюй1им входом коммутатора, другие выходы которого соединены соответственно с управляющим входом АЦП, узла статирования, а через соответствующие переключатели диапазона - с управляющим входом источника питания, усилителя и дискриминатора. 3.Устройство по ПП.1 и 2, о тличающееся тем, что, с целью повышения производительности устройства, введены узлы для автоматической загрузки, и выгрузки, которые соединены с соответствующими коммутатора и с камерой. 4.Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности функционирования, введены дополнительный цифровой регистратор, соединенный через соответствующий узел управления со счетчиком импульсов,- причем управляющий вход узла управления соединен через коммутатор с решающим блоком. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Применение радиоэлектронных приборов в биологии и медицине. Под ред.акад. АН Украинской СССР Р.Е. Кавицкого. Киев, Наукова думка, 1976, с. 78-79. 2.Карнаух И.М. и др. Биохемилюминометр биомедицинского назначения и его основные метрологические характеристики. Сб. Физические методы и вопросы метрологии биомедицинских измерений. IV Всесоюзный семинарсовещание. М., 1976, с. 259-261 (прототип).