用于测量粒子动态参数的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于测量粒子动态参数的方法和装置，包括：应用时间相关分析粒子相对于数字图像检测区的起伏。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于测量粒子动态参数的方法和装置，例如，测量精 子的平移速度和转速。此外，本专利技术还可以估算粒子的数目。
技术介绍
本专利技术用于建立与溶液中粒子动力学/迁移率有关的参数，具体 是生物实体，例如，细胞和包含精子的细胞器。分析精液中精子的动 态参数和数目对于描述精子的特征是十分重要的，并构成评价男性生 育能力的重要工具。平移速度(速率)是指在检测区域或体积中粒子沿一个或多个方 向的定向运动，因此，其程长远远大于观察长度。与平移速度形成对 比的是布朗运动，布朗运动描述粒子沿所有方向的随机运动，即，其 程长远远小于观察长度。在US Patent No. 5116125中ziS开一种用于确定精子活动性的方 法，所述分析仪是基于动态激光散射。另一种用于测量精子活动性的方法是利用视频摄i象机监测精子 并利用计算机基分析各个轨迹，对精子的运动进行分析。虽然这种类 型的计算机辅助分析产生的健康状况参数与人工测试比较要快得多， 但是这种分析有几个缺点，特别是相对于得到的参数有4艮大的差异， 该参数是随精子浓度的增大而增大。本专利技术的目的是提供这样一种方法和装置，它可以大大提高溶液 中粒子动态参数的质量。此外，还可以准确地建立粒子的浓度。本发 明在测量溶液中粒子的动态参数时是特别有利的，该溶液中包含低浓 度粒子和高浓度粒子。根据以下讨论的内容，其他的优点是显而易见的。
技术实现思路
按照本专利技术，我们提供一种用于测量溶液中粒子的动态参数和浓 度的方法和装置，例如，在权利要求书中限定的精子。更具体地说，本专利技术涉及用于测量粒子的浓度和动态或迁移率参数的方法， 一种方法包括检测检测场中的事件，该事件是由粒子产 生的，和基于这些事件的起伏，计算相关函数。另一种方法包括应 用粒子相对于数字图像检测区的时间起伏的相关性分析。本专利技术还涉 及一种用于测量粒子动态参数的方法，包括利用能够产生数字图像 的检测器检测粒子，和基于粒子相对于数字图像检测区的时间起伏， 应用相关性分析。按照本专利技术的另一种方法涉及一种用于测量粒子动 态参数的方法，包括提供溶液中的粒子，光源，能够产生数字图像 的检测器，计算装置；和应用相关分析，即，基于粒子相对于数字图 像检测区的时间起伏，计算时间相关函数。本专利技术还包括一种用于测量粒子动态或迁移率参数的装置，该装 置包括样本室，样本室包含有粒子的溶液，光源，至少包含一个检 测场的位置灵敏检测器，计算装置，用于处理来自检测器的信号，其 中粒子产生的事件是在检测场中被检测，并计算时间分辨的相关函数。 在另一个实施例中，该装置包括包含粒子溶液的样本室，光源，图 像传感器，计算装置，用于处理来自传感器的信号，检测由图像传感 器产生的数字图像上的粒子，和应用相关分析，即，基于粒子相对于 数字图傳着测区的时间起伏，计算(时间)相关函数。除了测量粒子 在溶液中或另一种物理环境中的动态参数以外，该方法和装置还可用 于计算样本溶液中出现的粒子数目和浓度。在本专利技术中，利用检测场可以检测代表相关粒子的事件起伏。最 好是，利用产生相关函数的相关性分析，分析粒子在数字运动图像中 的时间起伏，所述相关函数给出该粒子的动态参数信息，例如，扩散 时间，平移速度，转动频率，等等，和在体积单元中的粒子数目，即， 浓度。利用上述的动态参数，可以估算粒子的迁移率。按照本专利技术， 可以估算在溶液中出现的任何粒子或实体，其尺寸的范围是从分子到 宏观尺度。若该粒子代表精子，则可以计算多个重要的动态参数，例如，称之为活动性的游泳速度，转动频率，和精子浓度。本专利技术的一个新颖特征是应用出现在数字运动图^^中的粒子的 起伏的相关性分析。包含相关粒子的溶液的数字运动图像是利用能够 形成数字图像的合适检测器产生的，例如，连接到计算装置的图〗象传 感器。借助于计算装置，数字图像可以适当地被分成几个测量/检测区， 它能够在检测区的边界上产生粒子数目或粒子浓度的正确时间有关 (时间)起伏。因此，在检测区中的粒子数目是围绕平均数随机地变化 的。利用起伏信号的相关函数，该信号代表粒子，可以分析粒子数目 相对于数字图像检测区的起伏。因此，该起伏是用于计算(时间)相 关函数的基础，相关函数产生粒子的动态参数和数目。粒子在数字图 像中是随时间运动的，即，进出检测区边界的运动。本专利技术的图像传 感器是能够产生运动粒子数字图像的传感器，该图像传感器在图像平面上有分辨率，即，在x轴和y轴上的空间分辨率。当图像传感器产 生一系列有时间分辨率的数字图像(帧)时，可以得到应用相关分析 作进一步分析的运动图像。利用本专利技术，在与建立数字图像(数字运 动图像)相同的时间内，可以评价溶液中粒子的动态参数，但是，该 方法也可应用于在合适存储装置上存储的数字运动图像。图像传感器产生的数字图像信息起源于从粒子传输，散射或发射 的光。通常，利用任何类型的数字成像分析，可以适当地滤出与相关 粒子没有联系的事件。应用适当的成像分析工具以抑制来自图像传感 器的多余信息，可以计算基于注册粒子起伏的时间相关函数。在数字 图像中出现几个检测区的情况下，可以同时计算几个时间相关函数， 其中每个相关函数是从同一个检测区中产生的。在特定时间间隔中的多个时间(^， t2， t3，等等)，监测数字图像检测区中事件和/或粒子数目的起伏。得到的时间相关函数基本上 是描述事件在时间尺度上自相似性的函数，即，被检测的粒子是时间相关的。简单地说，时间相关函数G' (t)是由以下公式给出 G' ( t ) =< I (t)*I(t+t)>其中角括号<.. >表示在时间上的平均，而且也可能是在多个检测区上的平均，而I表示被检测粒子产生的信号。我们已经计算了相关函数，可以从相关函数在T-O的数值中导出 粒子浓度，该函数代表在检测区中出现的粒子数目的倒数。若光学元件放置在物体平面(即，样本室)与图像平面(图4象传 感器平面)之间的光束中，则数字图像不仅指出位于溶液区域单元中 的粒子，而且还指出被聚焦的所有粒子。因此，数字图像给出有关样 本体积单元的信息，如果给出光学元件的焦深(景深)。一般地说，利用平均平方强度<12>归一化的相关函数G' (T)是 与浓度和迁移率有关G (i:) =l+l/Nf(mobility)其中G (T) =G' (T) /<12>在以上的公式中，幅度项1/N是与每单位体积的粒子数N倒数和 描述平动和转动的函数f(mobility)有关。如在起伏理论中所描述的， 起伏是随平均粒子数的减小而增大。数字图像中的事件和/或粒子在相关时间帧的起伏应当有这样的 幅度，可以计算相关函数的准确时间。因此，数字图像的检测区必须 有这样的尺度，在检测区边界上可以实现合适的起伏。 一般地说，较 大的起伏产生较好的时间相关函数。数字运动图《象被合适地分成多个 检测区，这些检测区都能有相同或不同的尺寸和形状。我们假设利用计算装置，数字图像被分成多个检测区，最好是 210，例如，100个检测区，每个检测区代表图像传感器的几个像素单 元。在几个时间T^， h等(即，在时间a， T2等的图4象帧)，在时间间 隔内，代表检测区Ai中相关粒子的强度In 12等用于计算相对于区域 Aj的相关函数Gh与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量粒子动态参数的方法，其特征是，该方法包括：应用对粒子相对于数字图像检测区的起伏的相关性分析。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁道夫里格尔，佩里格尔，伦那特尼桑，
申请(专利权)人：比奥菲斯股份公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]