用于生物驱动器的分段区域检测器及其相关方法技术

依据一个或多个实施例，本发明专利技术涉及生物驱动器中使用的、并且和各种不同的光分析盘或光生物盘组合的检测器的多种实现。依据本发明专利技术的一实施例，该检测器是多段检测器。依据本发明专利技术的另一实施例，该检测器是径向长剖分检测器。检测器分成段以实现噪声抵消机理从而提高总信噪比。这些检测器实施例产生清楚和可辨别的信号，从而允许在硬件中进行有效的细胞计数。另一实施例是一种称为生物光盘（ＢＣＤ↑［ＴＭ］）分析仪的价格经济的分析仪，其包括一个光盘驱动器以及一个其中设置用于完成所有数字逻辑的现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）的控制器。该分析仪利用来自分段检测器的增强信号以便有效地分析生物样本。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总地来说涉及生物驱动器，尤其涉及适于接收光生物盘(biodisc)的生物驱动器(bio-drive)中所使用的检测器。更具体地，但不受下面根据最佳实现方式说明的各具体实施例的限制，本专利技术涉及用于生物驱动器的分段区域检测器(segemented area detector)及其相关方法。本专利技术还涉及一种模式识别方法，用于对在采用本专利技术的检测器的生物驱动器中进行分析的生物盘上的细胞计数。
技术介绍
作为进行细胞计数和生物样本分析的低廉和有效替代，已经实现光生物驱动器。图1中示出一种示例性光生物驱动器配置。在光盘驱动器112中插入带有安放生物样本的流体槽的光生物盘110。光盘驱动器112内的光特性执行对光生物盘110内安放的样本的生物化验。光盘驱动器112的光学机构把激光束引向光生物盘110并且利用一个检测器检测反射和/或散射光。检测到的光转换成信号，信号再转换成可由计算机114分析的数据。计算机114的监视显示器显示化验结果。利用扫描点光读出器(例如光生物驱动器112或扫描式光学显微镜(SOM))对液体中部分反射表面上的或其附近的细胞的成象造成低反差图象。在这样的图象中，有时难以相对于其它表面结构识别出细胞。其主要原因是，细胞的折射率和周围水或基片的折射率非常相似，从而来自界面的反射水平低。这造成难以对细胞明确识别和计数并且提高出错率。为改进在光生物驱动器中进行化验的机制已经做出许多努力。诸如图1所描述的现有技术遇到几个困难。例如，因低信噪比从光盘驱动器112的四分检测器(quad detector)产生的噪声图象会影响计数精度。建议对更传统的四分检测器采用顶检测器的确在与电路板连接时改进信噪比。在一些实例中，信噪比改善大于10倍。有时，由于计数过程需要分析来自整个化验的大的数据文件，需要大量的计算机存储器。这些大的数据文件还使整个化验处理变慢。改进计算机资源使用效率和处理速度是一项挑战。改进生物驱动器的另一项挑战是细胞识别。由于生物样本通常包括几种细胞例如白血细胞、红血细胞、淋巴细胞等等，所以细胞识别是困难的。在分析混合生物样本时，需要生成阈值从而只对特定类型的细胞计数。由于许多应用要求准确的细胞计数，需要在可靠的设备中解决该问题。需要一种能从背景信号噪声中唯一地区分细胞的方法。在一些实例中，最好还具有一种有效的实时细胞识别方法。
技术实现思路
本专利技术涉及在光盘驱动器中使用的、并和各种不同的光学分析盘或光生物盘配合的检测器的许多实现方式。依据一实施例，本专利技术涉及一种用于对光生物驱动器中的细胞计数的模式和细胞识别。依据本专利技术的一实施例，该检测器是多组分检测器。依据本专利技术的另一实施例，该检测器是径向长剖分检测器(split dector)。其它实施例包括相对于盘径向地并且切向地定位的检测器，检测器是分段的以便实现可提高总信噪比的噪声消除机制。这些检测器实施例产生清楚的和可区分的信号，从而能在硬件中进行有效的细胞计数。本专利技术的另一实施例涉及一种称为生物光盘(BCDTM)分析仪的光生物盘分析仪。该分析仪利用本专利技术的检测器实施例来分析生物盘上的生物样本。该分析仪包括一个控制器，在该控制器中设置一个完成所有数字逻辑的现场可编程门阵列(FPGA)。该控制器硬件体系结构包括以下部分检测器规格(format)，前置放大器设计，直流电平控制，检测器通道组合，增益控制，细胞计数电路，模数转换，样本区触发检测和控制，用于驱动器控制的IDE接口，使用户具有控制和状态的以太网接口，数字逻辑部件，微控制器。该分析仪的基本体系结构提供了一个大大改进从底检测器得到的HF信号的信噪比的顶检测器。此外，前置放大器电路在检测器附近，从而比起检测器输出要经过明显距离才迂回到达前置放大器的情形保证了更高的信噪比。包括有直流电平控制可提供校准过的输出。对于准确的光强测量这是需要的。还包括有增益控制以对细胞检测提供一致的电压电平并且优化光强测量的分辨率。此外，在该分析仪中包括高精准的样本区触发检测系统。触发基于指示样本区相对于检测器的位置的信号。为了在正确时间分析检测器输出信号需要该信号。除非进行复杂的解交错(de-staggering)，为了从一个循环到下一个循环数据准确的关联必须准确到小于1微米。还包括有用户接口，它允许用户控制分析仪并且接收测试结果以及其它和测试相关的有用信息。为在光盘驱动器中协调，还提供样本分析电子电路和用户接口。盘必须按正确速度转动，激光位置必须得到控制，必须完成对检测器信号的处理，而且用户必须能控制系统和接收结果及状态信息。本专利技术的一个实施例涉及用于对光生物驱动器中的细胞进行计数的模式和细胞识别。本专利技术组合与分段检测器实施例相耦合的电路部分。在一实施例中，检测器信号分析器是在带有控制器的现场可编程门阵列(FPGA)中实现的。该FPGA配置成包含细胞模式识别算法以帮助分析生物盘的样本。存储器、I/O总线接口以及其它计算部分是该与分段检测器耦合的电路部分中的一部分。本专利技术的一个目的是提供不需要大的微处理器能力和大的存储器存储空间的准确、有效的细胞计数。本专利技术的各实施例从检测器提取增强信号并且在这些提取的信号上应用用户可调的细胞计数和模式识别算法以便实时地产生结果。长剖分检测器与硬件细胞检测算法相耦合的实现方式使得不必采用与高速模数转换器耦合的昂贵奔腾型高功能微处理器。这使得能实现基于一个简单的8位微控制器和一个数字逻辑部件的新的而且显著便宜的体系结构。许多复杂任务传统上是在软件中通过存储大文件并且然后一旦收集好这些文件后进行处理来完成的。硬件能够不仅以快得多的速度而且能不需要昂贵的处理器来完成这些任务。在本专利技术中，简单的8位微控制器60能够控制光生物盘分析器系统。它只需要向光盘驱动器发送一些简单的控制，设定处理检测器信号的数字和模拟电路，以及报告结果并把控制交给用户。2002年4月11日申请的题目为“包含相关方法的生物盘和生物驱动器分析仪系统(Bio-Disc And Bio-Drive Analyzer System IncludingMethods Relating Thereto)”、序号为60/372,007的美国临时专利申请全文收录作为本专利技术的参考文献。该临时申请总地涉及光生物盘和光驱动器，并且尤其涉及适用于在光生物盘上进行诊断分析的集成式分析仪系统。更具体地，该专利技术涉及包含着细胞计数硬件实现的分析仪系统的硬件体系结构。本专利技术涉及生物盘、生物驱动器，并尤其涉及包含着细胞计数方法的硬件实现的生物分析仪系统的硬件体系结构。采纳或者组合地采用下述共同转让和共同未决专利申请中公开的盘、分析法和系统容易实现本专利技术或其各个不同方面1999年8月23日申请的题目为“用于分析从光盘获取的运算和非运算数据的方法和设备(Methods and Apparatus forAnalyzing Operational and Non-operational Data Acquired from OpticalDiscs)”的美国09/378,878序号专利申请；1999年8月23日申请的题目为“利用物理同步标记的光盘数据采集方法和设备(Mthhods andApparatus for Optical Disc Data A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光生物盘分析仪，包括：一个光生物驱动器；一个设置在所述光生物盘分析仪内的、用于控制所述光生物驱动器的控制器；以及一个设置在所述控制器内的现场可编程门阵列。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯H库布斯，凯文R麦金太尔，
申请(专利权)人：长冈实业株式会社，伯斯坦技术公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]