DE2727400A1 - Verfahren zur messung der wanderungsgeschwindigkeit einer oberflaeche einer phase, die in einer weiteren phase enthalten ist - Google Patents

Verfahren zur messung der wanderungsgeschwindigkeit einer oberflaeche einer phase, die in einer weiteren phase enthalten ist

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DE2727400A1 DE19772727400 DE2727400A DE2727400A1 DE 2727400 A1 DE2727400 A1 DE 2727400A1 DE 19772727400 DE19772727400 DE 19772727400 DE 2727400 A DE2727400 A DE 2727400A DE 2727400 A1 DE2727400 A1 DE 2727400A1
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    • G01N15/04Investigating sedimentation of particle suspensions
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/36Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light

Description

GESELLSCHAFT FÜR STRAHLEN- München, den 16.6.1977
UND UMWELTFORSCHUNG MBH PLA 7737
Verfahren zur Messung der Wanderungsgeschwindigkeit einer Oberfläche einer Phase, die in einer weiteren Phase enthalten ist.
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung der Wanderungsgeschwindigkeit einer Oberfläche einer Phase, die in einer weiteren Phase enthalten Ist.
Für z.B. die Blutkörperchen-Senkungsgeschwindlgkeitsmessung sind bisher in der Labortechnik drei ähnliche Verfahren üblich. So ist am weitesten verbreitet die Methode nach Westergren (Leitfaden der Labormedizin, Jg. Meyer-Bertenrath, Deutscher Ärzteverlag 1975), bei der eine graduierte Westergrenplpette bis zur 200 mm-Marke mit einer cltratpräparierten Venenblutprobe gefüllt und senkrecht aufgestellt wird, um dann den Wert des Serumüberstandes in mm nach 1 h und nach 2 h abzulesen. Der Nachteil dieses Verfahrens ist die sehr lange Meßzeit. Ferner Ist die Ablesung wegen der im Laufe der Zeit diffus werdenden Phasengrenze mit einem Grundfehler von ca. 2 mm behaftet, wovon 1 mm auf Ablesefehler und der Rest auf Anfangsfüllstandsfehler entfällt. Außerdem wird oft der Ablesezeitpunkt verpaßt, wodurch der richtige Meßwert verloren gehen kann.
Welt weniger verbreitet ist ein Blutsenkungsautomat (Fa. DEHAG), der nach der o.g. Methode mißt, außer daß die Ablesung automatisch nach 1 h und 2 h erfolgt und in einem mechanischen Zähler gespeichert wird, wobei keine digitale Datenausgabe möglich ist. Auch hler muß die Einfüllung bis zu einer vorgegebenen Marke genau sein, da sich die Messung auf diese Marke als Anfang s füll stand bezieht. Die Meßgenauigkeit wird mit 0,4 mm angegeben, wobei noch der Fehler beim Einfüllen und der Wahl des Startzeltpunktes mit ca. 0, 5 mm hinzukommt, so daß hler der Gesamtfehler ca. 0, 9 mm beträgt. Der Nachteil Ist ebenfalls die sehr lange Meßzelt.
Der sogenannte "Schrägtest" wird als schnellstes bisheriges Verfahren angewendet. Der Vorgang Ist ähnlich wie im o. a. Verfahren, außer daß die Pipette In einem Winkel von 45 angeordnet und ein Wert bereits nach l/2 h abgelesen wird. Die Ablesegenauigkeit verschlechtert sich allerdings
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auf ca. 2 bis 5 mm, je nach Übergangsbreite der Phasengrenze. Ebenso können bei diesem Verfahren Fehler durch Nichte Inhalten des Ablesezeitpunktes entstehen, sowie Meßwerte verloren gehen. In allen Fällen muß dem Patienten und Arzt eine zu lange Wartezeit für eine nur qualitative Auesage zugemutet werden, bis das Endergebnis vorliegt.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht nunmehr darin, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu bieten, mit dem die Meßzeit erheblich reduziert, die Fehler der bisherigen Methoden, wie z. B. mangelhaftes Einfüllen der Pipette auf eine gegebene Marke oder dsr Einfluß der individuell unterschiedlichen Abschätzung der Lage der Phasengrenze, vermieden und der mit kleinerem Fehler behaftete Meßwert derart geliefert wird, daß er einer direkten, digitalen oder analogen Weiterverarbeitung zugänglich wird. So soll auch die Meßzeit nicht über 6 Minuten liegen und auf weniger als 1 Minute reduzierbar sein, so daß das Ergebnis kurz nach der Blutentnahme vorliegt.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind Verfahrensschritte, eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie verschiedene Ausführungsformen und ein Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Merkmalen der Patentansprüche angegeben.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die Bedienungsaufgaben sich auf das Präparieren und Einsetzen der Pipette und Starten der Messung beschränken, der Meßwert nur mit + oder -1 kleinstes signifikantes bit behaftet und an bisher gebräuchliche Größen angepaßt werden kann, die Steuerung Anfang und Ende der Messung selbst bestimmt und daß die Anzeige mit einer Meßwertspeicherung erfolgt, wobei ein digitaler oder analoger Datenausgang vorgesehen sein kann, der z. B. selbständiges Ausdrucken der Ergebnisse ermöglicht, wodurch menschliche Fehler ausgeschlossen werden.
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Weitere besondere Vorteile der Erfindung liegen darin, daß durch die Verwendung der Lumineszenzdiode die Wellenlänge des Beleuchtungslichtes und damit die Farbe variierbar ist, so daß eine Kontrasterhöhung bewirkt wird, daß die Lumineszenzdiode mit kleinem Tastverhältnis gepulst werden kann, so daß dadurch sehr hohe Impuls ströme durch sie fließen können, die ihrerseits eine hohe Beleuchtungsstärke bewirken, daß mit einem Reflektor auch das Seitenlicht der Lumineszenzdiode ausgenutzt wird und daß von der Beleuchtungsquelle keinerlei Wärmestrahlung ausgeht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles mittels der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Hierbei stellt die
Fig. 1 einen Überblick über die Einrichtung and die Steuerschaltung, Fig. 2 das Prinzip des Schrägspindelantriebs und
Fig. 3 die Aufgliederung des Blocks "Logik Nachlauf aus der Steuerschaltung dar.
optische Der mechanisch-/Teil des Geräteaufbaues geht aus der Figur 1 hervor. Als Beleuchtungsquelle ist eine Lumineszenzdiode 7 vom Typ LD 57 C (Siemens AG) verwendet, die bei 560 nm (grün) das Maximum der Emission mit einer Halbwertsbreite von 30 nm besitzt. Die Lumineszenzdiode 7 erhält vom Pulser 8, getaktet vom 500 Hz Generator 9, alle 2 ms für 40 μ8 einen Stromimpuls von 1 A. Dadurch ergibt sich eine Lichtstärke von 3 cd, die im Gleichstrombetrieb nicht zu erzielen wäre, da sich die Lumineszenzdiode 7 zu stark erwärmen bzw. die Wellenlänge unerwünschterweise sich zu größeren Werten hin verschieben würde. Bei der gewählten Wellenlänge stellt sich nämlich allein aufgrund unterschiedlicher Absorption im mit Blutkörperchen durchsetzten Serum 5 gegenüber in Serum 4 (Flüssigkeit) ein ca. 3-faches Helligke its verhältnis ein. Um auch das seitlich emittierte Licht mit einem Anteil von ca. 8 % an der gesamten Emission nutzen zu können,
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ist die Lumineszenzdiode 7 in einen Reflektor 7' montiert. Die Wandung 41 der Pipette 3 wird durchleuchtet, die Oberfläche 36 beleuchtet und der nutzbare Strahlenanteil 37 über eine Lochblende 1 mit 2 mm Durchmesser und die Linse 2 mit f = 35 mm, Durchmesser = 14 mm, auf die verschiebbaren Empfang er dioden 6 und 6' (beide BPY 44 oder BPX 48, Siemens AG) projiziert. So läßt sich die wirksame Vergrößerung auf einen günstigeren Wert, der zwischen vierfach und zehnfach liegt, einstellen. Da die Oberfläche 36 und damit die Grenzschicht zur Flüssigkeit 4 nicht homogen ist (die Teilchen 5 bilden eine diffuse gemeinsame Oberfläche 36; es entsteht eine Miniskusbildung; es ist eine Schrägstellung von Teilen der Oberfläche 36 unausbleiblich und es entsteht eine Verzerrung der Abbildung durch Linsenwirkung der Behälterwandung 41), kann das Abbild hiervon in der Meßebene 40, in der die Detektoren 6 und 6* angeordnet sind, nicht als Strich im Punkt 39 senkrecht zur Zeichenebene erscheinen. Hingegen entsteht ein fließender Hell -Dunkel Übergang in der Meßebene 40 bezogen auf die optische Achse 38, auf der die Meßebene 40 senkrecht steht. Die zur optischen Achse 38 symmetrisch angeordneten Detektoren 6 und 6 liegen so z.B. in Dunkelbzw. Hellbereich. Aus den von den Detektoren 6 und 6' gelieferten Meßwerten wird ein Kontrast definiert. Der Punkt 39 ist in der elektronischen Schaltungsanordnung auf Masse gelegt.
Der Komplex der elektronischen Elemente geht ebenfalls aus Figur 1 hervor. Die Signale der Empfängerdioden 6 und 6' werden in den gleichartig aufgebauten Verstärkerkanälen 10 und 11 bei gleichzeitiger Begrenzung auf die unterste zu übertragende Frequenz von 200 Hz und Unterdrückung des Rauschpegels zu Impulsen verstärkt, deren Amplitude der Beleuchtungsstärke im Abbild in der Meßebene 40 entspricht und frei ist von Umgebungslichteinflüssen. Aus diesen beiden Signalen wird im "Analog-Digital-Wandler" 12 auf eine voreinstellbare Kontrastschwelle hin ein Impuls an "Logik Nachlauf" 15, der elektronischen Steuerlogik, abgegeben. Außerdem werden im "Analog· Digital-Wandler" 12 für beide Verstärkerkanäle 10 und 11 Hell-Dunkel-Entscheidungen auf eine fest vorgegebene Schwelle hin durchgeführt und an "Logik Nachlauf" 15 weitergeleitet, welche daraus sämtliche Lauffunktionen
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LNSPECTED
für den Schrittmotor 14 ableitet. Dies kann aber erst erfolgen, wenn 'Start" 21 betätigt wurde.
Die Funktion "Logik Nachlauf" 15 wird anhand Figur 3 näher erläutert. Der Startimpuls aus Tstart"21 bewirkt in "Messung zählen" 31 das Einnehmen der Anfang s s te llung Null und Vorgabe der Laufrichtung Abwärts in hysteresis" 30 (vom Nachlauf/mechanisch bewirkt). Ferner bewirkt die Einstellung zwei Messungen in "Messung zählen" 31 ein öffnen des **Timer Tor" 32 so lange, bis zwei Messungen durchgeführt sind, und bei beliebig vielen Messungen ein ebenso dauerndes öffnen von "Timer Tor" 32. Gezählt werden die abgelaufenen Meßzeitintervalle. In "Richtung" 29 (Logik-Element) ergibt sich aus den im "Analog-Digital-Wandler"!2 abgeleiteten Hell-Dunkel-Införmationen logisch die Richtungsinformation, die erforderlichenfalls hysteresis* 30 auf Aufwärts setzt, d.h. wenn noch Serum 4 auf Fotoempfänger 6 oder 6' abgebildet ist. In dieser Phase erfolgt der Hysteresisausgleich. Wird vom "Analog-Digital-Wandler" 12 die Kontrastschwelle als erreicht gemeldet, wird über "Timer Tor" 32 der "Timer" 17 gestartet. Im gleichen Augenblick wird "Logik Anzeige Speicher" 19 auf den Anfangsstand Null gesetzt. Nach Ablauf des Meßzeitintervalls läuft folgender Vorgang ab:
"Logik Schrittmotor" 16 erhält einen Laufbefehl genau dann, wenn die Kontrastschwelle nicht mehr abgebildet wird, mit der alten Richtungsinformation Aufwärts. Jetzt läuft der gleiche Vorgang wie nach dem Start ab, jedoch ohne daß "Messung zählen" 31 oder Tlysteresis" 30 betroffen sind. Zugleich mit dem Laufbefehl erhält "Logik Anzeige Speicher" 19 den Befehl, so lange Impulse aus der "Teilerkette" 18 einzuzählen, bis die Kontrastschwelle erreicht ist. Die aus der *Teilerkette" 18 kommenden Impulse sind gerade so aus der "500 Hz Generator" 9-Frequenz geteilt, daß die Anzahl dieser Impulse der Geschwindigkeit, angegeben in mm/h, entspricht. Maximal zwei Meßwerte werden im Ausführungsbeispiel gespeichert und wechselweise angezeigt. Sind mehr Messungen einer Probe nacheinander gewünscht,
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ORIGINAL INSPECTgD
lassen sich die fortlaufend addierten Meßwerte über einen Datenausgang in "Logik Anzeige Speicher" 19 z. B. ausdrucken oder in der "Anzeige" fortlaufend ablesen. Die "Anzeige" 20 ist im Multiplexbetrieb getastet mit von der **Teilerkette" 18 abgeleiteten Multiplexsignalen.
Figur 2 zeigt eine Prinzipskizze des Schräg Spindelantriebs 13 und Schrittmotors 14 (die Bewegungsabläufe sind durch Doppelpfeile gekennzeichnet). Der Rahmen 22 nimmt den auf Abstandsstücke 33 und 34 hochgesetzten Schrittmotor 14 auf. Im so entstandenen Zwischenraum befindet sich die Kupplung 35 zwischen Schrittmotor 14 und Spindel 27, die ihrerseits den Rahmen 22 als Lagerstellen 28 und 28' nutzt. Außerdem ist die Führung 25 des Hubteils 23, an dem der Pipettenhalter 26 angebracht ist, am Rahmen 22 befestigt. Im Hubteil 23 läuft der Spindelläufer 24 waagerecht, der seinerseits von der schräg angeordneten Spindel 27 getrieben wird, wodurch sich für jede Spindeldrehung eine Vertikalbewegung des Hubteils 23 ergibt. Die Spindel 27 trägt ein M3 Gewinde mit einer Gewindesteigung von 0, 5 mm. Die Spindel 27 ist in Bezug zur Führung 25 in einem Winkel von 78, 9 angebracht, wodurch sich mit dem Schrittmotor 14, von Typ 4-Strang -7, 5 pro Schritt, ein Hub 2 μπι pro Schritt ergibt. Bei einem waagerechten Laufweg des Spindelläufers 24 von 50 mm ergibt sich ein Gesamthub von 10 mm. Soweit wird eine Pipette 3 empfohlen, die zwei Marken im Abstand von 10 mm trägt und zwischen denen die Füllhöhe liegen muß. Der Pipettenhalter 26 läßt sich justieren für Pipettenlängen zwischen 100 und 200 mm.
Der kurz zusammengefaßte Ablauf einer Zweifachmessung ist wie folgt: Die Pipette/mit eingefülltem Blut 5 wird in den Pipettenhalter 26 eingesetzt und daraufhin die Starttaste 21 betätigt. Nun wird in der Steuerschaltung die Laufrichtung festgelegt und die Pipette 3 mit dem Vorschub 13, 14 bis zur Kontrastschwelle eingestellt. Bei Erreichen derselben wird gleichzeitig intern die Anzeige/4uf Null zurückgesetzt und der Zeitgeber 17 ge-
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startet. Nach Ablauf der Meßzeit von z. B. 45 s wird erneut auf die Linie gleichen Kontraste nachgeführt, und der der Sinkgeschwindigkeit in mm/h entsprechende Meßwert ermittelt, gespeichert und bei Aufleuchten eines Punktes angezeigt. Zur Bestimmung des zweiten Sekungswertes läuft der gleiche Vorgang selbstätig noch einmal ab. Der zweite Meßwert wird zum ersten addiert, gespeichert und bei Aufleuchten zweier Punkte angezeigt. Beide Meßwerte werden sodann wechselweise alle 4 s im Apparat 20 angezeigt. Erst nach Einleiten einer neuen Messung wird der Speicher 19 wieder gelöscht.
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Claims (9)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Messung der Wanderungsgeschwindigkeit einer Oberfläche einer Phase, die in einer weiteren Phase enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (36) beleuchtet wird, daß die Grenzschicht der Oberfläche (36) zur Flüssigkeit (4) in eine Meßebene (40) abgebildet wird, in welcher eine Kontrastmessung (6, 6* ) vorgenommen wird und daß die Grenzschicht nach einem Zeit-Intervall, während dem die Oberfläche (36) in der Flüssigkeit (4) ihre Stellung verändert hat, derart nachbewegt wird, bis der gleiche Kontrast wieder hergestellt ist.
2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Messung der Sinkgeschwindigkeit von korpuskularen Bestandteilen des Blutes.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder seiner Anwendung nach Anspruch 2, wobei die Partikel und die Flüssigkeit in einem Aufnahmebehälter enthalten sind, dessen Wandung zumindest teilweise für Strahlung durchlässig ausgebildet ist, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungsquelle (7) für die Grenzschicht (36), durch ein optisches Abbildungssystem (1, 2) für die Grenzschicht (36) in die Meßebene (40), durch eine Detektoranordnung (6, 6'), mit der gleichzeitig mindestens zwei Meßwerte zur Feststellung des Kontrastes, der durch unterschiedliche Transmission von Partikeln
(5) und Flüssigkeit (4) entsteht, ermittelbar ist und durch einen Nachlauf (13, 14) zur Erzeugung einer Relativbewegung von Aufnahmebehälter (3) zum Beleuchtungsquelle-Abbildungssystem (7, 1, 2, 40).
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ORIGINAL INSPECTED
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4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung squelle (7) eine Lumineszenzdiode Ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lumineszenzdiode (7) zur Beleuchtungsstärkeerhöhung, Steuerlichtunterdrückung und Digital verarbeitung der Meßwerte pulsbar Ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbildungssystem (1, 2) aus einer Blende (1) und einer Ihr nachgeschalteten Sammellinse (2) besteht, und daß die Detektoranordnung aus zwei parallel zueinander geschalteten Dioden (6 und 6' ) zusammengesetzt Ist.
7« Einrichtung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Nachlauf (13, 14) für die Anhebung oder Absenkung des Aufnahmebehälters (3) ein Schrittmotorwerk (14) vorgesehen ist, und daß diese Anhebung oder Absenkung durch einen Schrägspindelvorschub (23 bis 28) erfolgt.
8. Einrichtung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anhebung oder Absenkung des Aufnahmebehälters ( 3) mittels einer elektronischen Steuerschaltung (10 bis 12, 15 bis und 29 bis 32) nach konstanten Zeitintervallen erfolgt und daß die Steuerschaltung (10 bis 12, 15 bis 21 und 29 bis 32) bei Erreichen des Kontrastwertes In der Meßebene (40),der vorwählbar Ist, das Schrittmotorwerk (14) anhält.
9. Einrichtung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß während der Anhebung oder Absenkung des Aufnahmebehälters (3) die Schritte des Schrittmotorwerkes (14) digital oder analog auszählbar sind und als Sinkgeschwindigkeit in der Anzeige (20) darstellbar sind.
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