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一种实现高速宽动态范围脉冲 信号恢复的流式细胞仪

阅读：1029发布：2020-07-09

专利汇可以提供一种实现高速宽动态范围脉冲信号恢复的流式细胞仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种实现高速宽动态范围脉冲信号恢复的流式细胞仪，所述装置包括传感器、电脉冲信号调理单元、基线恢复单元、模/数转换模块、脉冲恢复单元和参数提取模块，其中，所述传感器接收微球经激光照射后形成的前向散射光、侧向散射光和多色荧光信号，并完成光电转换，将光脉冲信号转换为电脉冲信号；所述电脉冲信号调理单元对传感器输出的电脉冲信号进行放大、滤波等处理，并将调理后的电脉冲信号传输到后续的基线恢复单元；所述基线恢复单元根据电脉冲信号的信号特征，去除电脉冲信号中的直流分量，将电脉冲信号的基线恢复至零线左右，并将基线恢复后的电脉冲信号传输到模/数转换模块。，下面是一种实现高速宽动态范围脉冲信号恢复的流式细胞仪专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种实现高速宽动态范围脉冲信号恢复的流式细胞仪，所述流式细胞仪包括传感器、电脉冲信号调理单元、基线恢复单元、模/数转换模块、脉冲恢复单元和参数提取模块，其中，
所述传感器接收微球经激光照射后形成的前向散射光、侧向散射光和多色荧光信号，并完成光电转换，将光脉冲信号转换为电脉冲信号；
所述电脉冲信号调理单元对传感器输出的电脉冲信号进行放大、滤波处理，并将调理后的电脉冲信号传输到后续的基线恢复单元；
所述基线恢复单元根据电脉冲信号的信号特征，去除电脉冲信号中的直流分量，将电脉冲信号的基线恢复至零线，并将基线恢复后的电脉冲信号传输到模/数转换模块；
所述模/数转换模块将电脉冲模拟信号转换为数字芯片可以处理的数字脉冲信号，并且模/数转换模块的分辨率会直接影响后续脉冲恢复和参数提取的精度；
所述脉冲恢复单元根据模/数转换模块的触发信号的特征确定脉冲恢复的范围，并对该触发信号范围内缺失的数字脉冲信号进行恢复，恢复后的数字脉冲信号传输到参数提取模块；所述脉冲恢复单元的脉冲恢复方法，包括下列步骤：
(a)根据信号特点设置采集阈值；
(b)采集不低于设定阈值的电脉冲信号；
(c)对于采集进来的数字脉冲信号，找到该信号的峰值；
(d)以脉冲峰值点为轴，以有限个等高直角梯形为微元，对一个数字脉冲信号半边信号进行恢复；处理中，以脉冲峰值点为轴，将数字脉冲信号分为左右两半，对脉冲左右两半分别进行恢复；
(e)通过计算脉冲峰值与阈值的比例关系，确定直角梯形的数量N，计算梯形的斜边斜率；设定初始值K＝1，M＝1，K用来进行左右半边脉冲恢复的标记，K设定为3；M用来计数当前叠加上的等高直角梯形个数；利用现场可编程逻辑门阵列对数字脉冲信号进行恢复，利用叠加上的梯形斜边数据，不断更新半边脉冲矩阵，通过差分算法得到新的梯形的斜边斜率；
利用峰值和峰值轴线的半边信号，计算出半边的斜率，根据此斜率算出第一个直角梯形的斜边的斜率，放置直角梯形，再将该直角梯形的斜边加入到半边脉冲信号中，进行更新，依次类推，计算出接下来的直角梯形斜边斜率；
判断M是否小于N，若是，进入步骤f；若不是，进入步骤g；
(f)则将新的梯形边界数据加入到差分数据，更新数据组，计数M加1，返回步骤e；
(g)计数K加1；判断K是否小于设定值，若是，则返回跳转到步骤d，以检测到的峰值点为轴，对另一半边信号进行恢复；若不是，则进行后续处理；
参数提取模块对数字脉冲信号进行计算，并对表征微球特性的参数进行提取。
2.根据权利要求1所述的流式细胞仪，其特征在于：根据前向散射光、侧向散射光、和各色荧光信号的光强，选择合适的传感器进行光电转换，该传感器将接收到的光脉冲信号按照相应的转换系数转换为电脉冲信号，并将电脉冲传输到后续的电脉冲信号调理单元。
3.根据权利要求2所述的流式细胞仪，其特征在于：该电脉冲信号调理单元根据传感器输出电脉冲信号的特性进行有差异的滤波、放大处理，并将调理后的电脉冲信号传输到后续的基线恢复单元。
4.根据权利要求3所述的流式细胞仪，其特征在于：该基线恢复单元根据调理后电脉冲信号的特性对脉冲的起始点和结束点进行判断，并对调理后的电脉冲信号中的直流分量进行判定，去除该直流分量后将该电脉冲信号的基线恢复至零点，并将基线恢复后的电脉冲信号传输到后续的模/数转换模块。
5.根据权利要求4所述的流式细胞仪，其特征在于：该模/数转换模块将基线恢复后的电脉冲模拟信号转换为数字芯片可以处理的数字脉冲信号，该模/数转换模块的分辨率决定了数字脉冲信号的精度以及后续脉冲恢复单元及参数提取模块的数字信号处理复杂度，数字脉冲信号被传输到后续的脉冲恢复单元。
6.根据权利要求5所述的流式细胞仪，其特征在于：该脉冲恢复单元对模/数转换模块的触发信号特征进行判定，并根据该触发信号特征利用数字信号处理方法对数字脉冲信号进行处理，对缺失的数字脉冲信号信息恢复，并将恢复后的数字脉冲信号传输到后续的参数提取模块。
7.根据权利要求6所述的流式细胞仪，其特征在于：该参数提取模块对数字脉冲信号进行数字方法处理，并对表征微球特性的参数信息进行计算提取。
8.根据权利要求1所述的流式细胞仪，其特征在于：根据峰值和阈值比例关系得到要叠加的等高直角梯形数目N。

说明书全文

一种实现高速宽动态范围脉冲信号恢复的流式细胞仪

技术领域

[0001] 本发明涉及流式细胞仪的微光检测及脉冲处理领域，特别是一种实现高速宽动态范围脉冲信号恢复的流式细胞仪装置及方法。

背景技术

[0002] 在流式细胞仪微光检测系统中，在进行电脉冲信号的模/数转换过程中，通常需要设定一个阈值信号作为模/数转换的触发信号，即当电脉冲信号的幅值低于阈值时不执行模/数转换操作，当电脉冲信号的幅值不低于阈值时开始执行模/数转换操作。由于阈值的设定，无法对全部的电脉冲信号进行模/数转换，造成低于阈值信号的一部分脉冲信号信息的缺失。电脉冲信号信息的缺失会引起参数提取过程中对脉冲宽度和脉冲面积的提取误差，所以需要对脉冲信号进行恢复。目前，常用的恢复方法是对阈值下的信号进行矩形恢复，但无法对所有缺失信号进行恢复同样会引入一定的误差。

[0003] 因此，需要一种能有效解决上述问题的流式细胞仪和方法。

发明内容

[0004] 根据本发明的一个方面，提供了一种实现高速宽动态范围脉冲信号恢复的流式细胞仪，所述流式细胞仪包括传感器、电脉冲信号调理单元、基线恢复单元、模/数转换模块、脉冲恢复单元和参数提取模块，其中，所述传感器接收微球经激光照射后形成的前向散射光、侧向散射光和多色荧光信号，并完成光电转换，将光脉冲信号转换为电脉冲信号；所述电脉冲信号调理单元对传感器输出的电脉冲信号进行放大、滤波等处理，并将调理后的电脉冲信号传输到后续的基线恢复单元；所述基线恢复单元根据电脉冲信号的信号特征，去除电脉冲信号中的直流分量，将电脉冲信号的基线恢复至零线左右，并将基线恢复后的电脉冲信号传输到模/数转换模块；所述模/数转换模块将电脉冲模拟信号转换为数字芯片可以处理的数字脉冲信号，并且模/数转换模块的分辨率会直接影响后续脉冲恢复和参数提取的精度；所述脉冲恢复单元根据模/数转换触发信号的特征确定脉冲恢复的范围，并对该触发信号范围内缺失的数字脉冲信号进行恢复，恢复后的数字脉冲信号传输到参数提取模块；参数提取模块对数字脉冲信号进行计算，并对表征微球特性的参数进行提取。

[0005] 优选地，根据前向散射光、侧向散射光、和各色荧光信号的光强，选择合适的传感器进行光电转换，该传感器将接收到的光脉冲信号按照相应的转换系数转换为电脉冲信号，并将电脉冲传输到后续的电脉冲信号调理单元。

[0006] 优选地，该电脉冲信号调理单元根据传感器输出电脉冲信号的特性进行有差异的滤波、放大等处理，并将调理后的电脉冲信号传输到后续的基线恢复单元。

[0007] 优选地，该基线恢复单元根据调理后电脉冲信号的特性对脉冲的起始点和结束点进行判断，并对调理后的电脉冲信号中的直流分量进行判定，去除该直流分量后将该电脉冲信号的基线恢复至零点左右，并将基线恢复后的电脉冲信号传输到后续的模/数转换模块。

[0008] 优选地，该模/数转换模块将基线恢复后的电脉冲模拟信号转换为数字芯片可以处理的数字脉冲信号，该模/数转换模块的分辨率决定了数字脉冲信号的精度以及后续脉冲恢复单元及参数提取模块的数字信号处理复杂度，数字脉冲信号被传输到后续的脉冲恢复单元。

[0009] 优选地，该脉冲恢复单元对模/数转换模块的触发信号特征进行判定，并根据该触发信号特征利用数字信号处理方法对数字脉冲信号进行处理，对缺失的数字脉冲信号信息恢复，并将恢复后的数字脉冲信号传输到后续的参数提取模块。

[0010] 优选地，该参数提取模块对数字脉冲信号进行数字方法处理，并对表征微球特性的参数信息进行计算提取。

[0011] 优选地，所述脉冲恢复单元的脉冲恢复方法，包括下列步骤：

[0012] (a)根据信号特点设置采集阈值；

[0013] (b)采集不低于设定阈值的电脉冲信号；

[0014] (c)对于采集进来的数字脉冲信号，找到该信号的峰值；

[0015] (d)以脉冲峰值点为轴，以有限个等高直角梯形为微元，对一个数字脉冲信号半边信号进行恢复；

[0016] (e)通过计算脉冲峰值与阈值的比例关系，确定直角梯形的数量N，计算梯形的斜边斜率；设定初始值K＝1，M＝1，K用来进行左右半边脉冲恢复的标记，K设定为3；M用来计数当前叠加上的等高直角梯形个数；判断M是否小于N，若是，进入步骤f；若不是，进入步骤g；

[0017] (f)则将新的梯形边界数据加入到差分数据，更新数据组，计数M加1，返回步骤e；

[0018] (g)计数K加1；判断K是否小于设定值，若是，则返回跳转到步骤d，以检测到的峰值点为轴，对另一半边信号进行恢复；若不是，则进行后续处理。

[0019] 优选地，根据峰值和阈值比例关系得到要叠加的等高直角梯形数目N。

[0020] 根据本发明的实现高速宽动态范围脉冲信号恢复的流式细胞仪在进行电脉冲信号的模/数转换过程中，可以对全部的电脉冲信号进行模/数转换，不会导致低于阈值信号的一部分脉冲信号信息的缺失，因此避免了脉冲宽度和脉冲面积的提取误差，有效地对脉冲信号进行了恢复，具有精度高的特点。

[0021] 应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。附图说明

[0022] 参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

[0023] 图1为根据本发明的实现高速宽动态范围脉冲信号恢复的流式细胞仪装置的组成连接示意图；

[0024] 图2(a)-2(e)示意性地示出了根据本发明的流式细胞仪的电脉冲产生过程示意图；

[0025] 图3示意性地示出了所述模/数转换模块根据基线和阈值处理的示意图；

[0026] 图4为根据本发明的实现高速宽动态范围脉冲信号恢复的流式细胞仪脉冲恢复方法的流程图。

具体实施方式

[0027] 在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

[0028] 通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

[0029] 针对本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

[0030] 本发明提供了一种实现高速宽动态范围脉冲信号恢复的流式细胞仪100，该流式细胞仪100主要包括传感器101、电脉冲信号调理单元102、基线恢复单元103、模/数转换模块104、脉冲恢复单元105和参数提取模块106，图1展示了该装置的各部分的组成连接。

[0031] 具体地，所述传感器101接收微球经激光照射后形成的前向散射光、侧向散射光和多色荧光信号，并完成光电转换，将光脉冲信号转换为电脉冲信号。该传感器101根据接收光强度的差异，选择合适的传感器101，将接收到的光脉冲信号转换为电脉冲信号。图2(a)-2(e)展示了传感器101通过激光照射微球进行电脉冲的生成过程。

[0032] 该电脉冲信号调理单元102是通过滤波电路和放大电路，对电脉冲进行适当增益的信号放大。具体地，所述电脉冲信号调理单元102对传感器101输出的电脉冲信号进行放大、滤波等处理，并将调理后的电脉冲信号传输到后续的基线恢复单元103。

[0033] 该基线恢复单元103根据传感器暗电流、背景噪声、运放偏移量等引起的无效直流分量，对电脉冲信号进行判定，将电脉冲信号基线恢复至零点左右。所述基线恢复单元103根据电脉冲信号的信号特征，去除电脉冲信号中的直流分量，将电脉冲信号的基线恢复至零线左右，并将基线恢复后的电脉冲信号传输到模/数转换模块104。

[0034] 所述模/数转换模块104将电脉冲模拟信号转换为数字芯片可以处理的数字脉冲信号，并且模/数转换模块104的分辨率会直接影响后续脉冲恢复和参数提取的精度。该模/数转换模块104将基线恢复后的电脉冲信号转化为数字脉冲信号，并通过设定一个阈值信号作为模/数转换启动工作的触发信号，当电脉冲信号的幅值低于阈值时，模/数转换模块104不进行模/数转换，只有当点电脉冲信号的幅值不低于阈值时，模/数转换模块104才开始将电脉冲信号转换为数字芯片可处理的数字脉冲信号。图3示意性地示出了所述模/数转换模块104根据基线和阈值处理的示意图。

[0035] 所述脉冲恢复单元105根据模/数转换触发信号的特征确定脉冲恢复的范围，并对该触发信号范围内缺失的数字脉冲信号进行恢复，恢复后的数字脉冲信号传输到参数提取模块106。该脉冲恢复单元105由现场可编程逻辑门阵列搭建，利用现场可编程逻辑门阵列对脉冲信号进行恢复。

[0036] 所述参数提取模块106对数字脉冲信号进行计算，并对表征微球特性的参数进行提取。该参数提取模块106由现场可编程逻辑门阵列搭建，对数字脉冲信号进行计算，提取出表征微球特性的参数。

[0037] 优选地，根据本发明的一些具体实施例，根据前向散射光、侧向散射光、和各色荧光信号的光强，选择合适的传感器101进行光电转换，该传感器101将接收到的光脉冲信号按照相应的转换系数转换为电脉冲信号，并将电脉冲传输到后续的电脉冲信号调理单元102。

[0038] 优选地，该电脉冲信号调理单元102根据传感器101输出电脉冲信号的特性进行有差异的滤波、放大等处理，并将调理后的电脉冲信号传输到后续的基线恢复单元103。

[0039] 优选地，该基线恢复单元103根据调理后电脉冲信号的特性对脉冲的起始点和结束点进行判断，并对调理后的电脉冲信号中的直流分量进行判定，去除该直流分量后将该电脉冲信号的基线恢复至零点左右，并将基线恢复后的电脉冲信号传输到后续的模/数转换模块104。

[0040] 优选地，该模/数转换模块104将基线恢复后的电脉冲模拟信号转换为数字芯片可以处理的数字脉冲信号，该模/数转换模块104的分辨率决定了数字脉冲信号的精度以及后续脉冲恢复单元105及参数提取模块106的数字信号处理复杂度，数字脉冲信号被传输到后续的脉冲恢复单元105。

[0041] 优选地，该脉冲恢复单元105对模/数转换模块104的触发信号特征进行判定，并根据该触发信号特征利用数字信号处理方法对数字脉冲信号进行处理，对缺失的数字脉冲信号信息恢复，并将恢复后的数字脉冲信号传输到后续的参数提取模块106。

[0042] 优选地，该参数提取模块106对数字脉冲信号进行数字方法处理，并对表征微球特性的参数信息进行计算提取。

[0043] 本发明基于脉冲信号波形服从类高斯分布的原理，提出了一种高精度梯形递推信号恢复算法，从而实现流式细胞仪的高速宽动态范围脉冲信号恢复。图4为根据本发明的实现流式细胞仪的高速宽动态范围脉冲信号恢复的流式细胞仪脉冲恢复方法主要流程图。该流式细胞仪脉冲恢复方法主要包括以下步骤：

[0044] S401.利用模/数转换模块104，根据信号特点设置采集阈值；

[0045] S402.利用模/数转换模块104，采集不低于设定阈值的电脉冲信号；

[0046] S403.对于采集进来的数字脉冲信号，找到该信号的峰值P；

[0047] S404.以脉冲峰值点为轴，以有限个等高直角梯形为微元，对一个数字脉冲信号半边信号进行恢复；

[0048] S405.通过计算脉冲峰值与阈值的比例关系，确定直角梯形的数量，计算梯形的斜边斜率S。具体地，根据峰值P和阈值T比例关系得到要叠加的等高直角梯形数目N，设定初始值K＝1，M＝1。K用来进行左右半边脉冲恢复的标记，K设定为3；M用来计数当前叠加上的等高直角梯形个数。

[0049] 具体的运算中，现场可编程逻辑门阵列读取到模/数转换模块104提供的数字脉冲信号，利用现场可编程逻辑门阵列对数字脉冲信号进行恢复，利用叠加上的梯形斜边数据，不断更新半边脉冲矩阵，通过差分算法得到新的梯形的斜边斜率。

[0050] 处理中，以脉冲峰值点为轴，将数字脉冲信号分为左右两半，由于数字脉冲信号不一定满足轴对称性，需要对脉冲左右两半分别进行恢复；

[0051] 以左半边信号恢复为例(右半边信号恢复类似)，利用峰值和峰值轴线的左半边信号，计算出左边界的斜率，根据此斜率算出第一个直角梯形的斜边斜率，放置直角梯形，再将该直角梯形的斜边加入到左半边脉冲信号中，进行更新，以此类推，计算出接下来的直角梯形斜边斜率S；

[0052] 判断M是否小于N，若是，进入步骤S406；若不是，进入步骤S407；

[0053] S406.则将新的梯形边界数据加入到差分数据，更新数据组，计数M加1，返回步骤405；

[0054] S407.计数K加1；判断K是否小于设定值，若是，则返回跳转到步骤S404，以检测到的峰值点为轴，对S4中的另一半边信号进行恢复；若不是，则进入步骤S408；

[0055] S408.进行后续处理。后续处理可以是寻找下一个数字脉冲信号，检测到新的峰值点，或者是将脉冲恢复后的信号传输到参数提取模块106进行后续的处理输出。

[0056] 根据本发明的实现高速宽动态范围脉冲信号恢复的流式细胞仪在进行电脉冲信号的模/数转换过程中，可以对全部的电脉冲信号进行模/数转换，不会导致低于阈值信号的一部分脉冲信号信息的缺失，因此避免了脉冲宽度和脉冲面积的提取误差，有效地对脉冲信号进行了恢复，具有精度高的特点。

[0057] 结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

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