特許 5797670 フローサイトメータの滴下遅延を計算するためのシステムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5797670

(24)【登録日】2015年8月28日

(45)【発行日】2015年10月21日

(54)【発明の名称】フローサイトメータの滴下遅延を計算するためのシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 15/14 20060101AFI20151001BHJP

【ＦＩ】

   G01N15/14 B

   G01N15/14 D

【請求項の数】20

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2012-557190(P2012-557190)

(86)(22)【出願日】2011年3月9日

(65)【公表番号】特表2013-522597(P2013-522597A)

(43)【公表日】2013年6月13日

(86)【国際出願番号】US2011027657

(87)【国際公開番号】WO2011112656

(87)【国際公開日】20110915

【審査請求日】2014年2月18日

(31)【優先権主張番号】61/311,956

(32)【優先日】2010年3月9日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】512232713

【氏名又は名称】ベックマン コールター， インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100062409

【弁理士】

【氏名又は名称】安村 高明

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(72)【発明者】

【氏名】ネッケルズ， デイビッド シー．

(72)【発明者】

【氏名】クォーター， ケビン シー．

【審査官】 田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−３１５７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９８５１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ １５／００−１５／１４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フローサイトメータの流れの滴下遅延を計算する方法であって、
ａ）流れの画像に基づいて前記流れの幅を測定することによって、幅のプロットを決定することであって、前記幅は、前記流れの流れ方向に直交する方向に沿った距離であり、前記幅のプロットは、前記流れに沿った位置に対する前記流れの幅のプロットである、ことと、
ｂ）前記幅のプロットに基づいて、関心の被分析物がレーザビームと前記流れとの間の遮断部を横断する時と前記関心の被分析物を含む液滴が前記流れから離脱する時との間の時間として定義される滴下遅延を設定することと
を含む、方法。

【請求項2】

フローサイトメータの流れの滴下遅延を計算する方法であって、
（ａ）既知の場所の参照点に対するレーザ位置を識別することと、
（ｂ）発振器により発生された流れの摂動により前記流れから離脱される液滴の離脱点を決定することと、
（ｃ）関心の被分析物がレーザビームと前記流れとの間の遮断部を横断する時と前記関心の被分析物を含む前記液滴が前記流れから離脱する時との間の時間として定義される滴下遅延を計算することであって、
前記計算することは、
１）ストローブ相を設定することと、
２）前記流れを撮像することと、
３）前記流れの画像に基づいて前記流れの幅を測定することによって、幅のプロットを決定することであって、前記幅は、前記流れの流れ方向に直交する方向に沿った距離であり、前記幅のプロットは、前記流れに沿った位置に対する前記流れの幅のプロットである、ことと、
４）前記幅のプロットにおけるピークを決定することと、
５）前記発振器の周波数に対する前記遮断部の位相を計算することと、
６）前記幅のプロットにおける前記ピーク、前記発振器の周波数に対する前記遮断部の前記位相、および前記液滴が前記流れから離脱するときに電極により前記液滴に印加される電荷パルスの帯電相に応じて、滴下遅延を設定することと
によって行われる、ことと
を含む、方法。

【請求項3】

前記幅のプロットを平滑化するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記幅のプロットにおける前記ピークを決定するステップは、前記幅のプロットの導関数を計算するステップと、前記導関数の複数のゼロ交差を記録するステップとを含み、各ゼロ交差は、前記平滑化された幅のプロットにおけるピークを示す、請求項２に記載の方法。

【請求項5】

前記発振器の周波数範囲を通してスキャンし、前記離脱点が前記フローサイトメータのノズルに最も近くなる周波数を選択することにより、最適の周波数を決定するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。

【請求項6】

前記流れを撮像するステップは、前記流れの複数の画像を撮影しながら、前記流れの長さに沿ってカメラを走行させるステップと、単一の画像を形成するように前記複数の画像を一緒にステッチするステップとを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項7】

前記ストローブ相は、１８０°を加えた前記帯電相に設定される、請求項２に記載の方法。

【請求項8】

前記滴下遅延はまた、バイアス補正係数に応じて設定される、請求項２に記載の方法。

【請求項9】

前記バイアス補正係数は、線形関数ａＸ＋ｂに等しく、式中、Ｘは、ノズルから離脱までの時間であり、パラメータ「ａ」および「ｂ」は、システム応答の実験的測定から決定される、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記幅のプロットを平滑化することは、離散フーリエ分析を使用して行われる、請求項３に記載の方法。

【請求項11】

前記発振器の駆動電圧は、前記カメラが前記流れのほぼ最上部にある時に、動作値から増加させられ、前記駆動電圧は、前記カメラが前記離脱点に向かって下方に駆動される時に、動作値まで減少させられる、請求項６に記載の方法。

【請求項12】

前記滴下遅延の計算は、前記関心の被分析物が前記流れの前記離脱点に到達した時を決定するために使用される、請求項２に記載の方法。

【請求項13】

滴下遅延を自動的に計算するためのフローサイトメータシステムであって、
流れの画像に基づいて幅のプロットを決定するための手段であって、前記幅は、前記流れの流れ方向に直交する方向に沿った距離であり、前記幅のプロットは、前記流れに沿った位置に対する前記流れの幅のプロットである、手段と、
前記幅のプロットに基づいて、関心の被分析物がレーザビームと前記流れとの間の遮断部を横断する時と前記関心の被分析物を含む液滴が前記流れから離脱する時との間の時間として定義される滴下遅延を計算するための手段と
を備える、システム。

【請求項14】

滴下遅延を自動的に計算するためのフローサイトメータシステムであって、
流れの画像を撮影するための手段と、
前記流れの画像に基づいて幅のプロットを決定するための手段であって、前記幅は、前記流れの流れ方向に直交する方向に沿った距離であり、前記幅のプロットは、前記流れに沿った位置に対する前記流れの幅のプロットである、手段と、
前記幅のプロットにおけるピークを決定するための手段と、
前記幅のプロットにおける前記決定されたピークに基づいて、関心の被分析物がレーザビームと前記流れとの間の遮断部を横断する時と前記関心の被分析物を含む液滴が前記流れから離脱する時との間の時間として定義される滴下遅延を計算するための手段と
を備える、システム。

【請求項15】

前記幅のプロットを平滑化するための手段をさらに備える、請求項１４に記載のフローサイトメータシステム。

【請求項16】

前記幅のプロットにおけるピークを決定するための手段は、
前記幅のプロット上の導関数を計算するための手段と、
前記幅のプロットの前記導関数上のゼロ交差を決定するための手段と
を備える、請求項１４に記載のフローサイトメータシステム。

【請求項17】

前記幅のプロットにおける前記決定されたピークに基づいて滴下遅延を計算するための手段は、前記幅のプロットの前記導関数のゼロ交差に応じて、そのようにする、請求項１６に記載のフローサイトメータシステム。

【請求項18】

前記流れの画像を撮影するための手段は、前記流れの複数の画像を撮影することを含み、前記サイトメータシステムはさらに、前記流れの１つの全体画像を形成するように前記流れの前記複数の画像をステッチするための手段を備える、請求項１４に記載のフローサイトメータシステム。

【請求項19】

滴下遅延を自動的に計算するためのフローサイトメータシステムであって、
流れの画像を撮影するように適合されるカメラと、
前記流れの前記画像に基づいて幅のプロットを決定し、前記幅のプロットに基づいて滴下遅延を計算するように適合されるプロセッサと
を備え、
前記幅のプロットは、前記流れに沿った位置に対する前記流れの幅のプロットであり、
前記幅は、前記流れの流れ方向に直交する方向に沿った距離であり、
前記滴下遅延は、関心の被分析物がレーザビームと前記流れとの間の遮断部を横断する時と前記関心の被分析物を含む液滴が前記流れから離脱する時との間の時間である、システム。

【請求項20】

滴下遅延を自動的に計算するためのフローサイトメータシステムであって、
流れの複数の画像を撮影するように適合される、精密較正可動カメラステージ上に載置されたカメラと、
プロセッサであって、
前記流れの１つの全体画像を形成するように前記流れの前記複数の画像をステッチすることと、
前記流れの前記１つの全体画像に基づいて幅のプロットを決定することであって、前記幅は、前記流れの流れ方向に直交する方向に沿った距離であり、前記幅のプロットは、前記流れに沿った位置に対する前記流れの幅のプロットである、ことと、
前記幅のプロットを平滑化することと、
前記平滑化された幅のプロット上の導関数を計算することと、
前記平滑化された幅のプロット上のゼロ交差を決定することと、
前記決定されたゼロ交差に基づいて、関心の被分析物がレーザビームと前記流れとの間の遮断部を横断する時と前記関心の被分析物を含む液滴が前記流れから離脱する時との間の時間として定義される滴下遅延を計算することと
を行うように適合される、プロセッサと
を備える、システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（優先権主張）
本願は、２０１０年３月９日に出願された米国仮特許出願第６１／３１１，９５６号に対して、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に従って、優先権を主張するものであり、この米国仮特許出願は、その全体が、参照により本明細書中に援用される。

【0002】

（発明の分野）
本発明は、フローサイトメトリのためのシステムおよび方法に関する。より具体的には、本発明は、フローサイトメータの滴下遅延を計算するためのシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0003】

（背景技術）
フローサイトメトリの分野では、流れの中の被分析物粒子を分離し、整合させるために、流体力学的集束技法が使用される。発振器が、フローサイトメータのノズルから流体が放出されるにつれてその流体を摂動させる。摂動は、個々の被分析物粒子を含有する液滴をもたらす。流れから離脱する直前に、液滴を帯電させることができ、帯電粒子を偏向させ、仕分けるために、離脱点から下流にある電場を使用することができる。この過程の一部として、システムの「滴下遅延」（すなわち、関心の粒子が識別される時と、関心の粒子を含有する液滴が帯電場所（または「離脱点」）に到達する時との間の時間）を判定することが必要である。そのようなものとして、近隣の液滴に影響を及ぼすことなく、関心の液滴を帯電させることができる。

【0004】

市販のフローサイトメータは、典型的には、滴下遅延を判定するために、実験的な反復試行錯誤プロトコルを使用する。例えば、ユーザ（または自動プログラム）が一連の滴下遅延設定を周期的に繰り返している間に、フローサイトメータを通して蛍光ビーズを走行させることができる。ユーザ（または自動プログラム）が、蛍光ビーズの最適な仕分けをもたらす滴下遅延設定を見出すと、そのような滴下遅延が、動作滴下遅延として設定され、サンプル実行に使用される。しかしながら、滴下遅延を判定するための蛍光ビーズの使用は、蛍光ビーズがフローサイトメータを汚染し得るため、望ましくない。さらに、必要とされるものは、時間がかかり、滴下遅延計算の必要な精度が不足し得る、反復試行錯誤動作の使用を回避するシステムおよび方法である。

【0005】

本明細書で提示されるシステムおよび方法は、従来技術で見られる方法のうちのいくつかを解決するように作用する。本明細書で提示されるシステムおよび方法は、以前の手動過程を自動化するだけではないことが留意される。本明細書で提示されるシステムおよび方法は、念入りな設計、試験、および最適化を通して開発されてきた。必要な精度を達成することにおける課題が、これらのシステムおよび方法の開発で識別され、対処された。そのようなものとして、本明細書で提示されるシステムおよび方法は、従来技術のシステムよりも有意に高い精度を提供する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

（簡単な概要）
本発明は、フローサイトメータの流れの滴下遅延を計算する方法に関する。一実施形態では、方法は、流れの画像に基づいて流れの幅を測定することによって、幅のプロットを判定するステップと、幅のプロットに基づいて滴下遅延を設定するステップとを含む。

【0007】

別の実施形態では、フローサイトメータの流れの滴下遅延を計算する方法は、参照のフレームに対するレーザ位置を識別するステップと、離脱点を判定するステップと、ストローブ相を設定することと、流れを撮像することと、流れの画像に基づいて流れの幅を測定することによって、幅のプロットを判定することと、幅のプロットにおけるピークを判定することと、レーザ傍受相を計算することと、幅のプロットにおけるピーク、液滴生成波に対するレーザ傍受相、および帯電相に応じて、滴下遅延を設定することとによって、滴下遅延を計算するステップとを含む。一実施形態では、方法は、幅のプロットを平滑化するステップを含む。別の実施形態では、方法は、幅のプロットの導関数を計算するステップと、導関数の複数のゼロ交差を記録するステップとを含み、各ゼロ交差は、幅のプロットにおけるピークを示す。

【0008】

さらに別の実施形態では、離脱点は、最短の離脱点である。なおもさらに別の実施形態では、流れを撮像するステップは、流れの複数の画像を撮影しながら、流れの長さに沿ってカメラを走行させるステップと、単一の画像を形成するように複数の画像を一緒にステッチするステップとを含む。別の実施形態では、ストローブ相は、１８０°を加えた帯電相に設定される。なおも別の実施形態では、滴下遅延はまた、バイアス補正係数に応じて設定される。さらに別の実施形態では、バイアス補正係数は、線形関数ａＸ＋ｂに等しく、式中、Ｘは、ノズルから離脱までの時間であり、パラメータ「ａ」および「ｂ」は、システム応答の実験的測定から判定される。別の実施形態では、幅のプロットの平滑化は、離散フーリエ分析を使用して行われる。一実施形態では、駆動電圧は、カメラが流れのほぼ最上部にある時に、動作値から増加させられ、駆動電圧は、カメラが離脱点に向かって下方に駆動される時に、動作値まで減少させられる。別の実施形態では、滴下遅延の計算は、関心の被分析物が流れの離脱点に到達した時を判定するために使用される。

【0009】

本発明の別の側面は、滴下遅延を自動的に計算するためのフローサイトメータシステムに関する。一実施形態では、フローサイトメータシステムは、流れの画像に基づいて幅のプロットを判定するための手段と、幅のプロットに基づいて滴下遅延を計算するための手段とを含む。別の実施形態では、フローサイトメータシステムは、流れの画像を撮影するための手段と、流れの画像に基づいて幅のプロットを判定するための手段と、幅のプロットにおけるピークを判定するための手段と、判定されたピークに基づいて滴下遅延を計算するための手段とを含む。一実施形態では、システムは、幅のプロットを平滑化するための手段を含む。別の実施形態では、システムは、幅のプロット上の導関数を計算するための手段と、幅のプロット上のゼロ交差を判定するための手段とを含む。さらに別に実施形態では、流れの画像を撮影するための手段は、流れの複数の画像を撮影するステップを含み、サイトメータシステムはさらに、流れの１つの全体画像を形成するように流れの複数の画像をステッチするための手段を備える。

【0010】

別の実施形態では、システムは、流れの画像を撮影するように適合されるカメラと、流れの画像に基づいて幅のプロットを判定するように、および幅のプロットに基づいて滴下遅延を計算するように適合されるプロセッサとを含む。なおもさらに別の実施形態では、システムは、流れの複数の画像を撮影するように適合される、精密較正可動カメラステージ上に載置されたカメラと、流れの１つの全体画像を形成するように流れの複数の画像をステッチし、流れの１つの全体画像に基づいて幅のプロットを判定し、幅のプロットを平滑化し、平滑化された幅のプロット上の導関数を計算し、平滑化された幅のプロット上のゼロ交差を判定し、判定されたゼロ交差に基づいて滴下遅延を計算するように適合される、プロセッサとを含む。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
フローサイトメータの流れの滴下遅延を計算する方法であって、
ａ）流れの画像に基づいて前記流れの幅を測定することによって、幅のプロットを判定するステップと、
ｂ）前記幅のプロットに基づいて滴下遅延を設定するステップと
を含む、方法。
（項目２）
フローサイトメータの流れの滴下遅延を計算する方法であって、
（ａ）参照のフレームに対するレーザ位置を識別するステップと、
（ｂ）離脱点を判定するステップと、
（ｃ）滴下遅延を計算するステップであって、
前記計算するステップは、
１）ストローブ相を設定することと、
２）前記流れを撮像することと、
３）前記流れの画像に基づいて前記流れの幅を測定することによって、幅のプロットを判定することと、
４）前記幅のプロットにおけるピークを判定することと、
５）レーザ傍受相を計算することと、
６）前記幅のプロットにおける前記ピーク、液滴生成波に対する前記レーザ傍受相、および帯電相に応じて、滴下遅延を設定することと
によって行う、ステップと
を含む、方法。
（項目３）
前記幅のプロットを平滑化するステップをさらに含む、項目２に記載の方法。
（項目４）
前記幅のプロットにおける前記ピークを判定する前記ステップは、前記幅のプロットの導関数を計算するステップと、前記導関数の複数のゼロ交差を記録するステップとを含み、各ゼロ交差は、前記平滑化された幅のプロットにおけるピークを示す、項目２に記載の方法。
（項目５）
前記離脱点は、最短の離脱点である、項目２に記載の方法。
（項目６）
前記流れを撮像する前記ステップは、前記流れの複数の画像を撮影しながら、前記流れの長さに沿ってカメラを走行させるステップと、単一の画像を形成するように前記複数の画像を一緒にステッチするステップとを含む、項目２に記載の方法。
（項目７）
前記ストローブ相は、１８０°を加えた前記帯電相に設定される、項目２に記載の方法。
（項目８）
前記滴下遅延はまた、バイアス補正係数に応じて設定される、項目２に記載の方法。
（項目９）
前記バイアス補正係数は、線形関数ａＸ＋ｂに等しく、式中、Ｘは、ノズルから離脱までの時間であり、パラメータ「ａ」および「ｂ」は、システム応答の実験的測定から判定される、項目８に記載の方法。
（項目１０）
前記幅のプロットを平滑化する前記ステップは、離散フーリエ分析を使用して行われる、項目２に記載の方法。
（項目１１）
駆動電圧は、前記カメラが前記流れのほぼ最上部にある時に、動作値から増加させられ、前記駆動電圧は、前記カメラが前記離脱点に向かって下方に駆動される時に、動作値まで減少させられる、項目６に記載の方法。
（項目１２）
前記滴下遅延の計算は、関心の被分析物が前記流れの前記離脱点に到達した時を判定するために使用される、項目２に記載の方法。
（項目１３）
滴下遅延を自動的に計算するためのフローサイトメータシステムであって、
流れの画像に基づいて幅のプロットを判定するための手段と、
前記幅のプロットに基づいて滴下遅延を計算するための手段と
を備える、システム。
（項目１４）
滴下遅延を自動的に計算するためのフローサイトメータシステムであって、
流れの画像を撮影するための手段と、
前記流れの画像に基づいて幅のプロットを判定するための手段と、
前記幅のプロットにおけるピークを判定するための手段と、
前記幅のプロットにおける前記判定されたピークに基づいて滴下遅延を計算するための手段と
を備える、システム。
（項目１５）
前記幅のプロットを平滑化するための手段をさらに備える、項目１４に記載のフローサイトメータ。
（項目１６）
前記幅のプロットにおけるピークを判定するための前記手段は、
前記幅のプロット上の導関数を計算するための手段と、
前記幅のプロットの前記導関数上のゼロ交差を判定するための手段と
を備える、項目１４に記載のフローサイトメータ。
（項目１７）
前記幅のプロットにおける前記判定されたピークに基づいて滴下遅延を計算するための前記手段は、前記幅のプロットの前記導関数のゼロ交差に応じて、そのようにする、項目１６に記載のフローサイトメータ。
（項目１８）
前記流れの画像を撮影するための前記手段は、前記流れの複数の画像を撮影するステップを含み、前記サイトメータシステムはさらに、前記流れの１つの全体画像を形成するように前記流れの前記複数の画像をステッチするための手段を備える、項目１４に記載のフローサイトメータシステム。
（項目１９）
滴下遅延を自動的に計算するためのフローサイトメータシステムであって、
流れの画像を撮影するように適合されるカメラと、
前記流れの前記画像に基づいて幅のプロットを判定するように、および前記幅のプロットに基づいて滴下遅延を計算するように適合されるプロセッサと
を備える、システム。
（項目２０）
滴下遅延を自動的に計算するためのフローサイトメータシステムであって、
流れの複数の画像を撮影するように適合される、精密較正可動カメラステージ上に載置されたカメラと、
プロセッサであって、
前記流れの１つの全体画像を形成するように前記流れの前記複数の画像をステッチすることと、
前記流れの前記１つの全体画像に基づいて幅のプロットを判定することと、
前記幅のプロットを平滑化することと、
前記平滑化された幅のプロット上の導関数を計算することと、
前記平滑化された幅のプロット上のゼロ交差を判定することと、
前記判定されたゼロ交差に基づいて滴下遅延を計算することと
を行うように適合される、プロセッサと
を備える、システム。

【図面の簡単な説明】

【0011】

本明細書に組み込まれている添付図面は、本明細書の一部を形成し、滴下遅延を計算するためのフローサイトメータシステムおよび方法の実施形態を例証する。説明と併せて、図面はさらに、本明細書で説明されるシステムおよび方法の原理を説明し、当業者がそれを作製および使用することを可能にする働きをする。図面中、類似参照番号は、同一または機能的に同様の要素を示す。

【図1】図１は、従来技術のフローサイトメータシステムの概略図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態による、フローサイトメータシステムの概略図である。

【図3】図３は、フローサイトメータの中のカメラから撮影された複数の画像から作成された、ステッチした画像である。

【図4】図４は、図３に示される画像等のステッチした画像から測定された幅のプロット例である。

【図5A】図５Ａは、図４の元の幅のプロットおよびフィルタにかけられた（平滑化された）幅のプロットを示す。元の幅のプロットは、両方のプロットが重複なしで示されることを可能にするように、６０だけオフセットされている。

【図5B】図５Ｂは、未加工データおよびフィルタにかけられた（平滑化された）データの両方を示すように重ね合わせられた、ノズル付近のデータを示す、図５Ａのプロットの拡大図である。

【図6】図６は、どのように帯電ウィンドウ（下）が発振器サイクルの特定の位相（上）にあるかを示す。

【図7】図７は、本明細書で提示される方法を示す高レベルフローチャートである。

【図8】図８は、レーザ位置を見出す方法を示すフローチャートである。

【図9A】図９Ａは、初期化スキャンを行う方法を示すフローチャートである。

【図9B】図９Ｂは、図９Ａに示される方法のサブプロトコルを示すフローチャートである。

【図9C】図９Ｃは、図９Ａに示される方法のサブプロトコルを示すフローチャートである。

【図10A】図１０Ａは、較正スキャンを行う方法を示すフローチャートである。

【図10B】図１０Ｂは、本発明の一実施形態による、滴下遅延を判定するステップを概説する。

【図10C】図１０Ｃは、本発明の一実施形態による、完全な流れの画像を捕捉し、ステッチするサブプロトコルである。

【図10D】図１０Ｄは、本発明の一実施形態による、幅のプロットのピークおよび谷を計算するサブプロトコルである。

【図10E】図１０Ｅは、本発明の一実施形態による、滴下遅延を計算するサブプロトコルである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（詳細な説明）
滴下遅延を計算するためのシステムおよび方法の以下の詳細な説明は、例示的実施形態を図示する添付図面を参照する。特に記述がない限り、全ての実施形態および実施例は、予言的実施例と見なされるべきである。他の実施形態が可能である。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書で説明される実施形態に修正を行うことができる。したがって、以下の詳細な説明は、限定的となるように意図されていない。さらに、以下で説明されるシステムおよび方法は、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアの多くの異なる実施形態で実装できることが、当業者に明白となるであろう。説明されるいずれの実際のハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアも、限定的となるように意図されていない。

【0013】

図１は、上記で参照することにより組み込まれた、米国特許第５，６４３，７９６号で教示されているような従来技術のフローサイトメータシステムの概略図である。図１は、本発明のシステムおよび方法で採用することができる、フローサイトメータシステムの基本部品を示すように提示されている。しかしながら、図１はまた、本発明のシステムおよび方法とは異なる、滴下遅延を計算するために反復試行錯誤過程を採用するシステムを示すように提示されている。

【0014】

具体的には、図１は、ノズルコンテナ２を含むノズルシステム４２を有する、液滴フローサイトメータを示す。ノズル容量３内では、シース貯留部５からシース流体ポート４を通るシース流体が導入される。被分析物粒子が、物質貯留部８から物質導入ポート９を通してシース流体内で導入される。シース流体は、その混入被分析物粒子とともに、個々の被分析物粒子が一列の配向で並び、ノズル出口６から自由落下領域７の中へ放出されるように、流体力学的に集束される。

【0015】

均一な液滴を形成するために、発振器１０は、シース流体内の圧力波、またはシース流体の実際の移動を引き起こすように適合される。発振器１０は、交流電圧源２２によって制御される。シース流体内の振動の結果として、流れ１２は、液滴１３を形成するように周期的に摂動させられる。各液滴１３は、液滴１３が関心の被分析物を含有するかどうかを評価するように、流れ１２の中にある間に分析される。

【0016】

図１に示されるように、物質特性センサ６２は、自由液滴形成の直前に（すなわち、液滴が流れから抜け出す時点で）流れ１２の中の被分析物から発生する放出を感知するように位置付けられる。物質特性センサ６２によって感知される信号は、分析機器１５等のプロセッサによって処理される。次いで、液滴１３は、仕分け機器１６を含む構成要素によって特徴付けることができる。示されるように、仕分け機器１６は、帯電液滴が偏向させられる一方で、非帯電液滴が偏向させられないように、静電場を作成する。別の液滴とは対照的な１つの液滴の示差帯電は、電極７２との分析機器１５の相互接続を通して達成することができる。分析機器１５が、物質特性センサ６２からその情報を取得することができるため、電極７２は、物質特性センサ６２に応答することができる。電極７２は、シース流体上の帯電を引き起こすよう、ノズル容量３内に位置付けることができる。したがって、シース流体は、電極７２に応答することができる。電荷は、液滴が形成される時に、その液滴を帯電させることができるように、流れ１２の終点に伝送することができる。次いで、電極７２は、形成される次の液滴が不注意に帯電されないように、迅速に中和させることができる。このようにして、液滴１３が仕分け機器１６を通過する時に、いくつかの個々の液滴、すなわち、分析機器１５によって判定されるような所望の物質を含有する、または含有しないものが、偏向させられる。したがって、偏向した液滴は、サンプル収集コンテナ８２の中で収集することができる一方で、偏向していない液滴は、排水容器８１に移ることができる。電極７２の作用を通した流れ１２の帯電の適切なタイミングは、液滴形成時間遅延（または「滴下遅延」）推定値、具体的には、流れ１２の中の液滴１３が所望の被分析物を含有するかどうかを物質特性センサ６２および分析機器１５が実際に判定した後に、液滴が形成するのにかかる時間量の正確な利用を必要とする。

【0017】

最適な滴下遅延を判定するために、図１のシステムは、仕分け機器１６によって仕分けられた液滴をサンプリングする、自動液滴サンプラ７３を採用する。自動液滴サンプラ７３は、可動大皿７４の上に位置する、またはそれによって支持される複数の収集領域７５を有する。移動する可動大皿７４を通して、異なるコンテナ７５は、自由落下領域７に連続して位置付けることができ、したがって、液滴を集めることができる。重要なことには、可動大皿７４は、別々に、かつ増分的に、種々のコンテナ７５を自由落下領域７に位置付けることができるように、ステッパ７６に応答することができる。したがって、単一のサンプリング事象の全体を通して、いくつかの異なるサンプルを採取することができる。

【0018】

図１のシステムでは、液滴形成時間遅延調整８０が、時間遅延を最適化するように自動液滴サンプラ７３と協働する。自動物質最大限化手段、本質的には、仕分けされた物質の最大限化を可能にするように情報を自動的に提供する、任意の構成要素、ソフトウェア、または回路を作成することによって、最適化が達成される。物質最大限化手段は、電極７２を制御する際に分析機器１５によって実際に印加される種々の時間遅延を自動的に調整するように作用するデバイスである、増分制御７７を含むことができる。増分制御７７を通して、分析機器１５によって電極７２に印加される時間遅延は、それぞれの異なるコンテナ７５が自由落下領域７内に位置付けられるにつれて、増分量を変化させることができる。したがって、各コンテナ７５は、異なる時間遅延量を表すことができる。次いで、これらの結果は、最適な（またはより最適な）滴下形成時間遅延推定値を達成するために使用することができる。

【0019】

そのような自動構成では、セルカウンタ７９は、時間遅延調整８０が処理中に使用された実際の時間遅延を改変することを可能にする情報を生じる。このようにして、異なる時間遅延量を適用し、どれが最大カウントを生じるかを確かめるように自動的に試験することができる。

【0020】

当業者によって認識されるように、図１のシステムが自動システムであるという事実にもかかわらず、そのようなシステムは、最適な時間遅延を判定するように、反復試行錯誤プロトコルを辿る。

【0021】

図２は、本発明の実施形態による、フローサイトメータシステム２００の概略図である。他のフローサイトメータシステムと同様に、フローサイトメータ２００は、ノズルシステム２４２と、発振器２１０と、調査チャンバエンクロージャ２０９とを含む。

【0022】

調査チャンバエンクロージャ２０９内で、１つ以上のレーザ源２０８が、レーザ傍受２５０において流れ２０７を横断する１つ以上のレーザビームを発する。検出器（図示せず）が、流れ２０７の中の被分析物粒子からの放射を検出するために使用される。次いで、分析システム（図示せず）は、レーザ傍受２５０を横断する被分析物粒子が関心の被分析物であるかどうかを判定する。そのような分析は、典型的には、被分析物粒子の蛍光、側方散乱、または前方散乱に基づく。

【0023】

典型的なフローサイトメータのように、発振器２１０は、液滴２１３を形成するように流れ２０７を摂動させる。本発明の方法では、発振器２１０は、滴下遅延の計算のための参照周波数および参照相としての機能を果たす。ノズルシステム２４２の底部に接続されているものとして図示されているが、発振器は、ノズルシステム２４２上の他の場所に取り付けることができると理解される。関心の被分析物がレーザ傍受２５０を横断する時と、関心の被分析物が離脱点２１４に到達する時間との間の時間は、典型的には、発振器２１０の周波数に対して期間が参照される、「滴下遅延」である。典型的には、システムは、レーザ傍受２５０を横断する被分析物粒子が関心の被分析物であるかどうかを判定するように、約４００マイクロ秒を有する。

【0024】

本発明のシステムに特有であり、フローサイトメータ２００は、精密較正可動カメラステージを含む。一実施形態では、可動カメラステージは、ボールネジ線形運動ステージ２０１である。ステージ２０１上にはカメラ２０２が載置されている。典型的には、カメラ２０２は、高倍率対物カメラである。動作中に、カメラ２０２は、ステージ２０１の進路に沿って移動させられ、カメラの位置は、光学エンコーダ２０３等のステージ位置測定能力を用いて測定される。カメラ２０２の移動は、サーボモータ２０４等の精密モータまたは駆動機構によって作動させられる。

【0025】

以下でさらに説明されるように、カメラ２０２は、流れ２０７の複数の高分解能画像を取得するために、進路２０３を下方に精密に駆動される。具体的には、カメラ２０２は、進路２０３を下方に増分的に駆動され、各増分において画像を撮影する。次いで、画像は、デジタル画像処理アルゴリズムを使用して一緒にステッチされる。代替実施形態では、流れ２０７全体の画像（または複数の画像）を撮影するために、広角レンズカメラを採用することができる。以下で完全に理解されるように、従来技術のシステムが、滴下遅延を判定するために反復試行錯誤プロトコルを使用する一方で、本発明のシステムおよび方法は、流れ２０７のステッチした画像に基づいて滴下遅延を計算する。本質的に、本明細書で提示される方法は、レーザ傍受２５０と離脱点２１４との間の液滴、ピーク、および／または期間の数を識別するように、ステッチした画像を処理する。これら２つの点の間の液滴、ピーク、および／または期間の数を識別した後、システムは、滴下遅延に影響を及ぼす変数を補うことによって、滴下遅延を正確に予測することができる。そのようなものとして、本発明のシステムおよび方法は、蛍光ビーズ、または実験的反復プロトコルを必要としない。

【0026】

図７は、本明細書で提示される方法を示す高レベルフローチャートである。図７の方法は、４つの主要な下位方法、すなわち、フローサイトメータのレーザ位置を精密に見出すための方法８００、初期化スキャンを行う方法９００、滴下遅延が計算される、較正スキャンを行う方法１０００、および滴下遅延を維持するための方法１１００を含む。滴下遅延を維持するための方法１１００は、当業者に公知であり、本発明に関連せず、したがって、本明細書では詳細に論議されない。

【0027】

図８は、フローサイトメータのレーザ位置を精密に見出すための方法８００を示すフローチャートである。典型的には、フローサイトメータを組み立てる時に、ユーザは、レーザが位置する物理的空間を気にかけない。ユーザは、典型的には、レーザが流れと整合されていることしか気にかけない。しかしながら、本発明による、滴下遅延を計算する方法について、流れとのレーザの傍受の正確な位置が、滴下遅延を計算する際の変数であるため、その場所は重要である。図２のフローサイトメータ２００を参照すると、方法８００は、最初にカメラ２０２を移動の最上部（すなわち、流れ２０７がノズル２４２から退出する場所）まで移動させることによって、ステップ８０２から始まる。移動の最上部では、カメラ２０２の正確な場所が分かっている。移動の最上部におけるカメラ２０２の場所は、全てのその後の計算のための参照点としての機能を果たす。ステップ８０４では、関心のレーザのみがオンにされるように、レーザシャッタの状態が保存される。ステップ８０６では、カメラ２０２の輝度、コントラスト、および／または露光が、レーザ視認のために設定される。ステップ８０８では、レーザのスナップショットが撮影され、画像が二値画像に処理される。ステップ８１０では、レーザの重心が、画像ピクセルの関数として測定される。レーザ重心の測定が行われると、カメラステージに対する流れとのレーザの傍受の正確な位置が分かる。

【0028】

図９Ａは、初期化スキャンを行う方法９００を示すフローチャートである。方法９００は、最短の液滴離脱を判定するように、一連の周波数を通して発振器１０をスキャンするためのステップ９０２と、レーザスポットの場所およびサイズが有効である（またはもっともらしい）ことを確認するステップ９０４と、ミクロン／ピクセル単位のピクセルサイズを較正するステップ９０６とを含む。

【0029】

図９Ｂは、図９Ａに示される方法９００のサブプロトコルステップ９０２を示すフローチャートである。サブプロトコルステップ９０２は、フローサイトメータノズルから退出する流れの最短液滴離脱を判定するためのプロセッサにプログラムすることができる。一般に、このサブプロトコルで行われるものは、発振器２１０（図２）が所与の周波数に設定され、滴下２１３が流れ２１４から離脱する場所を判定するように、流れ２０７がカメラ２０２によってスキャンされることである。いったんこの場所２１４が見出されると、発振器周波数は、所与の増分だけ変更され、流れは、カメラによって再びスキャンされる。この過程は、離脱点がノズルに向かって移動することを止め、ノズルから離れて移動し始めるまで繰り返される。ノズルまでの離脱の最も近い位置の点を引き起こす周波数が、最適な周波数である。次いで、発振器周波数は、この最適な周波数で保持され、流れは、離脱が始まる点２１４（図３）が判定されるまで、より細かい分解能で再びスキャンされる。

【0030】

より詳細に、ステップ９１１では、プログラムは、発振器周波数スキャンに対する発振器駆動周波数の上限および下限を設定する。ステップ９１３では、カメラがノズル位置より下側に移動させられる。ステップ９１５では、スキャンステップサイズが、最初に１２００Ｈｚに設定される。代替実施形態では、スキャンステップサイズは、代替的な周波数に設定することができる。ステップ９１７では、第１の滴下分離の位置の分位リストが、粗いスキャンの最短７０％および次のより細かいスキャンの最短７５％のサブスキャンを記録するよう、メモリに初期化される。ステップ９１９では、プログラムが、全てのスキャンが行われたかどうかを尋ねる。もしそうであれば、プログラムは終了する。そうでなければ、プログラムはステップ９２１にすすみ、そこで、プログラムは、発振器周波数範囲の中の各周波数にわたってカメラを用いて流れをスキャンし、各周波数増分における離脱位置を記録する。この一連のステップは、ノズルまでの離脱点の最も近い接近点の周囲で分布を形成する、一連の測定値を生成する。分位に分割されるのが、この分布であり、上下の分位は破棄される。

【0031】

ステップ９２１は、ステップ９２１Ａ−９２１Ｇで概説されるプロトコルによって行われる。具体的には、周波数が上限未満である間に９２１Ａ、スキャンが継続する。各設定発振器周波数において、ステップ９２１Ｂでは、カメラは、最初の着脱した滴下が可視的になるまで移動させられる。次いで、ステップ９２１Ｃでは、全ての可視的な滴下の中心の間の距離を平均することによって、着脱した滴下の間の平均距離（滴下波長）が計算される。ステップ９２１Ｄでは、第１の着脱した滴下の中心から１つの平均滴下波長を引くことによって、最後の着脱した滴下の位置が計算される。ステップ９２１Ｅでは、現在のカメラ運動位置から最後の付着した滴下の質量中心を引くことによって、離脱位置が計算される。ステップ９２１Ｆでは、発振器周波数および離脱位置が記録される。ステップ９２１Ｇでは、発振器周波数が増分され、プロトコルがステップ９２１Ａに戻る。

【0032】

次いで、サブプロトコルステップ９２１は、ステップ９２３に移動し、そこで、スキャンの離脱位置が仕分けられ、離脱点の分布の中の特定の分位より上側のものが保存される。ステップ９２５では、スキャンステップサイズが、半分だけ増分される。ステップ９２７では、メモリへの分位指数が増分される。ステップ９２９では、より細かいステップサイズを使用して、保存されたリストを再スキャンするように、周波数の上限および下限が設定される。

【0033】

図９Ｃは、図９Ａに示される方法のサブプロトコルステップ９０６を示すフローチャートである。サブプロトコル９０６では、画像のピクセルあたりのミクロン数が測定され、較正される。ステップ９３０では、ピクセルあたりのミクロン数が、（光学設計公称値に基づく）デフォルト値に設定される。次いで、ステップ９３２、９３４、および９３６が、３回繰り返される。ステップ９３２では、最上滴下が画面の下部２５％の中にあるように、カメラの位置が設定される。ステップ９３４では、カメラが（モータ位置座標において）既知の距離で下方に移動させられる。一実施形態では、移動させられた距離は、（画像列において）表示画面の約５０％に対応する。ステップ９３６では、最上滴下の画面上の新しい位置が測定され、（ミクロン単位の）命令されたモータ移動に応じて移動させられた画像列の数を判定するように、元の位置が差し引かれる。ステップ９３２、９３４、および９３６を繰り返した後、ピクセルあたりのミクロン数は、３つの測定値の中央値に等しくなるように設定される。

【0034】

図１０Ａは、較正スキャンを行う方法を示すフローチャートである。次に、一般に、離脱点の位置は、発振器の周波数だけでなく、駆動周波数の振幅の影響も受ける。結果として、発振器振幅の一連の変化が生じ、画像の再現性への変化の影響が判定される。同様に、画像のストロービングも変化させられ、画像の再現性へのストローブ変化の影響が判定される。これらのステップは一緒に、滴下遅延維持と称される。ステップ１０１０（滴下遅延維持のために写真を最適化するストローブスキャン）およびステップ１０２０（滴下遅延維持のために流れの応答を測定する振幅スキャン）は、設定滴下遅延のための維持に関係するステップ（ステップ１１００）であり、当技術分野で公知であり、したがって、本明細書では詳細に論議されない。

【0035】

ステップ１０３０は、滴下遅延を判定するための例示的なアルゴリズムを提供する。図１０Ｂは、一実施形態による、滴下遅延を判定するステップを概説する。ステップ１０４０では、ストローブ相（滴下波長におけるピークに対するカメラストローブの印加の位置）が、１８０°を加えた帯電相（滴下波長におけるピークに対する流れへの帯電の印加が発生する位置）に設定される。実践では、帯電相は、典型的には、参照相（すなわち、発振器駆動周波数の位相）からわずかにオフセットされるように設定される。ステップ１０５０では、流れの複数の画像を捕捉するために可動カメラが使用され、複数の画像をステッチして完全な流れの画像を形成するために処理ユニットが使用される。

【0036】

図１０Ｃは、本発明の一実施形態による、完全な流れの画像を捕捉し、ステッチするステップを概説する、ステップ１０５０のサブプロトコルである。図３は、本発明による、フローサイトメータの中のカメラから撮影された複数の画像から作成された、例示的なステッチした画像を示す。図２のフローサイトメータ２００を参照すると、ステップ１０５１で、カメラ２０２が、ホーム位置（すなわち、流れ２０７の最上部）へと移動させられ、ステップ１０５２で、第１の画像が撮影される。ステップ１０５３では、記憶された背景画像が、その位置のために差し引かれる。ステップ１０５４では、カメラ２０２が、ほぼ１つの画面いっぱいにステージ２０１を下方に移動させられるが、特定量の重複を残す（例えば、画像の１０％）。次いで、後続の画像が撮影される。この過程は、カメラ２０２が液滴２１３のみを撮像する（すなわち、カメラ２０２が離脱点２１４を通り過ぎて移動し、モータ移動の底部に来るまで）まで繰り返される（ステップ１０５６）。

【0037】

流れ２０７の最上部付近の画像は、ピーク情報の抽出を複雑にし得る、不明瞭な幅形跡を有し得る。この理由により、発振器の低い駆動振幅設定とともに動作する時に、一実施形態では、最初のいくつかの画像を撮影している間に、滴下駆動電圧設定が増加させられる。滴下駆動電圧を増加させることには、流れの摂動の振幅を増加させる効果があるが、液滴位置を移行しない。そのようなものとして、滴下カウントは一貫したままである。しかしながら、駆動電圧設定が液滴の完全離脱を変化させるため、流れの過剰に下方にカメラを移動させる前に、駆動電圧は、その動作設定まで減少させられるべきである。

【0038】

一実施形態では、Ｃ＋＋プログラミング言語で書かれた、以下のプログラムを行うことによって、フローサイトメータの流れの複数の画像を撮影するための手段が提供される。

【0039】

【化1】

上記のコンピュータプログラム、および本明細書で提示される任意の他のコンピュータプログラムは、例示的にすぎないことが理解される。同じ目的を達成するために、同じまたは他のプログラミング言語での他の論理を使用することができる。

【0040】

次いで、方法は、ステップ１０５７に進み、そこで、以下でさらに論議されるように、最高相関ピクセル値を伴う位置に複数部分を重複することによって、画像がステッチされる。複数の画像は、デジタル画像処理アルゴリズムを使用して一緒にステッチされる。典型的には、画像は、不完全に整合される。垂直整合は、モータ移動の精度、カメラステージ（カメラ指向）の一貫性、およびピクセルあたりのミクロン数の推定値の関数である。水平整合は、モータ移動および流れの垂直整合の関数であり、数１０ピクセルだけ外れる傾向がある。

【0041】

最良の画像合致を見出すために、第１段階で集められた画像のそれぞれは、ピクセル空間内の最良の整合を見出すように、真上にある前の画像に適合される。適合を達成するために、下の画像は、適合に関して（画像ピクセル空間内の）最良の場所を見出すように、上の画像に対して移動させられる。画像は、両方の画像に共通する相関ウィンドウの中でサンプリングされる。一実施形態では、Ｃ＋＋プログラミング言語で書かれた、以下のプログラムを行うことによって、フローサイトメータの流れの複数の画像をステッチするための手段が提供され、以下のアルゴリズムでは、（ｄｒ）は、行検索空間の幅の１／２であり、（ｄｃ）は、画像相関のための列検索空間の１／２であり、行オフセットおよび行深度の値は、第２の画像の相関ウィンドウが最初に撤退することなく、画像を下向きおよび左向きに移動させることができるように、選択され、関数で順序付けられたピクセルは、各行スキャンラインを連続的に解くことによって、（［ｒｏｗｂｅｇｉｎ， ｒｏｗｅｎｄ， ｃｏｌｂｅｇｉｎ， ｃｏｌｅｎｄ］によって画定される）画像の長方形の領域をベクトルに変換する。

【0042】

【化2】

上記のコンピュータプログラム、および本明細書で提示される任意の他のコンピュータプログラムは、例示的にすぎないことが理解される。同じ目的を達成するために、同じまたは他のプログラミング言語での他の論理を使用することができる。

【0043】

画像はしばしば、画像の最初の処理時に一致しない。例えば、４００×１２８０ピクセル画像、および１０％重複を用いると、下の画像がピクセルオフセットｇ＝（０，１１５２）で適合することが予測される。第２の画像空間に固定されて外れるボックス内の全てのピクセルについては、２つの画像のピクセルは、２つの大きいベクトル（ｖｔおよびｖｂ）として扱われ、入力はピクセルカラーによって定義される（行および列によって展開される）。相関係数は、２つのベクトルのドット積ｃ＝（ｖｔ，ｖｂ）＼（｜ｖｔ｜｜ｖｂ｜）を計算（および正規化する）ことによって判定される。この係数（０＜ｃ＜１）は、２つの画像が所与のオフセットｇについてどれだけ良く整合するかを判定する。適合は、２つの画像が正確に同じである時に最大である。

【0044】

係数ｇは、所与の相関ウィンドウ内で移動させられ、これら２つの画像に対するステッチしたオフセットとして、最良のオフセットが使用される。この過程は、全ての画像が上記の１つに相関するまで、流れの下方に継続する。過程が継続するにつれて、（最上部の画像空間に対して単純にピクセルをコピーすることによって）シーケンス全体を単一の画像の中へ配置するよう、ステッチングオフセットが第１の画像に対して保持される。画像が重複する場合、２組のピクセルが平均され、それは、ステッチングの質を判定する画像の目視検査を可能にする。

【0045】

流れの画像の周期性により、最初の推測は、正しいピクセルオフセットの滴下波長の半分以内であるように、十分に良好でなければならない。そうでなければ、所与の波形が、正しい波形の前または後の波形に潜在的に合致させられる場合があり、したがって、システムからの期間を挿入または削除する。

【0046】

図３に示されるように、画像が一緒にステッチされた後、画像中の各線における流れの幅が、流れの幅の画像のピークおよび谷を検出するために使用される幅のプロット（図４）に抽出される。図１０Ｄは、本発明の一実施形態による、幅のプロットのピークおよび谷を計算するサブプロトコルである。

【0047】

図４は、図３に示される画像等のステッチした画像から測定された幅のプロット例である。粒子の速度が波の速さに密接に関連すると仮定して、これらのピークの数は、調査（またはレーザ傍受２５０）から離脱点２１４まで粒子が横断するのにかかる時間量の推定を可能にし、したがって、滴下遅延の計算を可能にする。

【0048】

一実施形態では、ステッチした画像は、標準処理（ヒストグラム平坦化、ガウス平滑化、および行ごとの平均値閾値化）を介して白黒に変換される。次いで、白が背景集団を表し、黒が流れの集団を表す、結果として生じる白黒画像は、流れの幅のプロットに変換される。一実施形態では、Ｃ＋＋プログラミング言語で書かれた、以下のプログラムを行うことによって、ステッチした画像を白黒画像に変換するための手段が提供される。

【0049】

【化3】

上記のコンピュータプログラム、および本明細書で提示される任意の他のコンピュータプログラムは、例示的にすぎないことが理解される。同じ目的を達成するために、同じまたは他のプログラミング言語での他の論理を使用することができる。

【0050】

幅のプロットは、白黒の画像から得られるため、極めて雑音が多い。特に、流れの上の発振器の振幅が低いノズル付近では、幅のプロットの信号対雑音比があまり良好ではない。行から行へ、閾値アルゴリズムは、いくつかのピクセルを間違ったカテゴリに割り当てさせ（誤検出または検出漏れ）、非常に雑音が多い信号をもたらす。この信号上でピークおよび谷を見出そうとすることは非常に困難となる。そのようなものとして、一実施形態では、関連信号特性（主要な信号のピークおよび谷）を抽出するために幅のプロットをフィルタにかけるように、フーリエ分析が行われる。具体的には、幅のプロットをフィルタにかける（または平滑化する）ように、周波数領域フィルタリングのためのフーリエ分析が行われる。フーリエ領域中のフィルタリングは、空間領域信号のフーリエ変換を介した、選択された周波数の保持および他の周波数の拒絶、周波数領域信号への単純ウィンドウィング関数の適用を可能にし、その後に、空間領域に戻る逆フーリエ変換が続く。そのようなフーリエ分析は、図１０Ｄで概説される。

【0051】

前処理が、ウィンドウィング関数を使用して離散信号を効果的にフィルタにかけるのに有用となり得る。ステップ１０８１では、幅のプロットのノズル領域（すなわち、幅のプロットの左縁）を除去するように、幅のプロットが切り取られる。高速離散フーリエ変換の効率的な実装は、長さが２の偶数累乗であるデータに作用する。ステップ１０８２では、元のデータが、ゼロを伴う元の長さから、２の次に高い累乗の長さまで水増しされる。信号値から水増し値への突然の遷移は、注意が払われなければ階段関数を導入し、変換されたデータのギブスリンギングをもたらす。可能な限り円滑な遷移でデータを水増しするために、行のゼロにおける測定データが、流れの平均幅に等しいＤＣオフセットへ（左へ）集中するため、データが左縁から拡張される。一実施形態では、Ｃ＋＋プログラミング言語で書かれた、以下のプログラムを行うことによって、幅のプロットを水増しするための手段が提供される。

【0052】

【化4】

上記のコンピュータプログラム、および本明細書で提示される任意の他のコンピュータプログラムは、例示的にすぎないことが理解される。同じ目的を達成するために、同じまたは他のプログラミング言語での他の論理を使用することができる。

【0053】

ステップ１０８３では、離散フーリエ変換が幅のプロットに行われる。図１０Ｄのフローチャートが、フーリエ変換およびハンフィルタ分析の使用を図示する一方で、同じ目的を達成するように代替的なフィルタリング技法を設計することができる。次いで、データをフィルタにかけるように、ウィンドウウィング（ｗｉｎｄｏｗｉｎｇ）が行われる。最も単純なフィルタウィンドウは、停止周波数については０、通過周波数については１である、長方形のウィンドウである。このウィンドウは、逆変換信号においてリンギングを生じるが、ａ）相対的強度が非常に異なる信号、またはｂ）周波数がともに近すぎる信号を分解することを困難にし得る。長方形のウィンドウの代わりに、代替実施形態は、ハンウィンドウと呼ばれる、一般的に使用されている適度のウィンドウウィング関数を使用する。ステップ１０８４では、ハンフィルタウィンドウが作成され、液滴波長に中心がある。ハンウィンドウ（以下で提供される関数）は、長方形のウィンドウをと比較して空間漏出を低減するが、依然として、幅のプロットのような低帯域幅信号に対する良好な感度を有する。

【0054】

【化5】

ハンウィンドウの中心周波数は、フーリエ変換データ上の第１のピークの周波数に合致するように選択される。ハンウィンドウの幅は、周波数データの中の二次およびより高次のピークを除外しながら、所与のノズルサイズ（例えば、７０ミクロンノズル）に対する第１のピーク情報の大部分を包含するように、極めて恣意的に選択することができる。フィルタの左端および右端カットオフ値は、大きさがピークの大きさの約１０％未満であるピークおよびカットオフ周波数に関して対称である。フィルタウィンドウの幅は、他のノズルおよび流れ情報を取り扱うようにパラメータ化することができる。

【0055】

ステップ１０８５では、フィルタウィンドウに周波数領域水増しデータを掛けることによって、データがフィルタにかけられる。次いで、ステップ１０８６では、周波数領域データが、逆変換関数を用いて空間領域に逆変換される。図５Ａは、図４の元の幅のプロットおよびフィルタにかけられた（平滑化された）幅のプロットを示す。元の幅のプロットは、両方のプロットが重複なしで示されることを可能にするように垂直にオフセットされている。図５Ｂは、未加工データおよびフィルタにかけられた（平滑化された）データの両方を示すように重ね合わせられた、ノズル付近のデータを示す、図５Ａのプロットの拡大図である。全体に、フィルタにかけられたデータは、元のデータまで常に密接に追跡するが、ピーク値の場所が計算されることを可能にする円滑な湾曲を有する、ピークおよび谷を有する。

【0056】

ピークデータをフィルタにかけた後、ステップ１０８７で、（単純な差異による）フィルタにかけられたデータの導関数が計算され、ステップ１０８８で、ゼロ交差が識別される。ピークは、左から右に減少しているゼロ交差を選択することによって識別される。ノズルにおいて、ノズルの存在により、最後の波形または２つの波形が形成不良となり得るため、外挿が行われる。一実施形態では、Ｃ＋＋プログラミング言語で書かれた、以下のプログラムを行うことによって、ピークをフィルタにかけるための手段が提供される。

【0057】

【化6】

上記のコンピュータプログラム、および本明細書で提示される任意の他のコンピュータプログラムは、例示的にすぎないことが理解される。同じ目的を達成するために、同じまたは他のプログラミング言語での他の論理を使用することができる。

【0058】

図１０Ｅは、本発明の一実施形態による、滴下遅延を計算するサブプロトコルである。滴下遅延を計算する方法は、以下のように概説される。ステップ１０９２では、傍受前の幅のプロットのピークおよび傍受後の幅のプロットのピークの位置を測定することによって、発振器周波数に対するレーザ傍受の位相が計算される。次いで、位相は、以前のピークから測定されるような、レーザが傍受するピーク間の波長の部分に等しくなるように設定される。ステップ１０９４では、システムが、液滴の流れの電荷パルスの位相オフセットを識別するように調べられる。帯電相は、典型的には、電荷パルスの上昇傾斜時間を計上するように、参照駆動周波数からオフセットされる。ステップ１０９６では、液滴生成波に対するレーザ傍受の位相を足し、帯電相を引き、バイアス構成要素を足した、フィルタにかけられた幅のデータの中のピークの数に等しくなるように滴下遅延を設定することによって、滴下遅延が計算される。ステップ１０９２、１０９４、および１０９６のプロトコルは、以下で提供される説明に基づいてさらに理解されるであろう。

【0059】

一実施形態では、滴下遅延を計算するための方法が、発振器の位相、充電電極、ストローブシステム、カメラ画像、および／またはレーザ等の位相変数を計上する。具体的には、滴下遅延の分数部分（ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ ｐａｒｔ）を求めるために、システム内の種々の位相変数が照合される。これらの変数は、従来技術のシステムのように、滴下遅延を実験的に判定するためにビーズを使用する時に無視することができるが、本発明の予測方法では計上されるべきである。

【0060】

適切な帯電相は、明確に仕分けされた流れが取得されるまで、帯電相ウィンドウを移動させることによって選択される。この過程は、液滴帯電を最適化するように、滴下駆動クロックと帯電との間のオフセットを効果的に整合させる。主要な認識は、液滴帯電相が、離散した一式の時間のみ、すなわち、滴下駆動期間につき１回、発生できることである。図６は、どのように帯電ウィンドウ（下）が発振器サイクルの特定の位相（上）にあるかを示す。

【0061】

実践では、事象に対する基本ライフサイクルは、１）タイムスタンプがレーザ傍受時に割り当てられる、２）滴下遅延が追加される、３）選択された液滴が帯電させられる。具体的には、レーザ調査の瞬間に、高精度タイムスタンプが事象に追加される。タイムスタンプは、粒子が最終的にとどまる最終滴下を推定する、ソフトウェアに入れられる。これに対する式は、
滴下＝（傍受時間＋滴下遅延）ｄｉｖ（滴下駆動期間）
であり、式中、ｄｉｖは、整数除算である（余りを捨てる）。滴下遅延を選択することによって、時間（正確に１期間の長さ）における移動ウィンドウと滴下数との間でマッピングが作成される。時間における各後続のウィンドウは、後続の滴下にマップする。

【0062】

滴下遅延の分数部分を変更することの効果は、滴下に入ることが予測される事象の時間におけるウィンドウを摺動させることである。分数部分の計算が間違っている時、システムは、不正確に「滴下前」を効果的に予測し、これらの時間の範囲に入る事象は、１つより多くの液滴に、または所望の液滴以外の液滴にマップする。

【0063】

レーザ相に関して、レーザ相の効果を例証するための非常に単純な始点は、滴下駆動期間に対するゼロストローブ相で撮影された写真について、２つのピークの間の谷でレーザが傍受する時を考慮することである。基本仮定（必ずしも厳密に真とは限らない）は、液滴ピークを中心とするそのような領域が、（流れを下方に移動するにつれて）最終的に収縮して液滴（すなわち「滴下前」）を形成することである。

【0064】

同時に、レーザを通過する仮想粒子を考慮する。そのタイムスタンプは、特定の滴下の中へマップするように所望される時間間隔の始まりをマークする。「滴下前」の最上部にある粒子は、１つ後の期間でレーザを通過するため、時間における間隔全体が（ｄｉｖ演算の下で）同じ滴下にマップするように、滴下遅延を配設することが所望される。この配設は、滴下遅延の分数部分の本質である。そのような粒子上のタイムスタンプは、滴下駆動期間の完全整数倍数であるタイムスタンプを有する。ｄｉｖ演算の下で、期間内にある全ての時間は、それらの余りを失い、この第１の粒子と同じ滴下にマップする。

【0065】

分数滴下遅延の一次導入は、レーザが正確にはゼロ位相における「滴下前」の開始時にない時の場合を計上することである。例えば、代わりに、レーザが流れの中の隆起の中心にあった場合、全ての粒子は、レーザが流れの隆起間の谷に集中した場合よりも１／２早い期間で、このレーザに衝打する。このレーザ位置における平行移動を計上するために、一実施形態では、期間の１／２をＡＤＣ時間に人為的に加えることによって、移行が計上される。
滴下＝（｛傍受時間＋１／２期間｝＋滴下遅延）ｄｉｖ（滴下駆動期間）
しかしながら、実際には、事象に与えられたＡＤＣタイムスタンプを変更することは可能ではない。代わりに、この分数オフセットを滴下遅延に吸収するために、加算の結合性が使用される。
滴下＝（傍受時間＋｛１／２期間＋滴下遅延｝）ｄｉｖ（滴下駆動期間）
そのようなものとして、遅延は分数構成要素を有する。レーザが何らかの他の分数オフセット（１／２以外）にある場合、同じ手順に従う。当然ながら、所与の期間内で、１つより多くの粒子がレーザを通過する可能性は極めて低い。しかしながら、最後の付着液滴の数が１つの各期間だけ増分されるため、上記の手順が依然として該当する。

【0066】

帯電相に関して、液滴が期間中の何らかの（未知の）位相できれいに離脱するため、（帯電相に応じて）仕分けのために帯電させられる実際の滴下が、ゼロ位相または（後の帯電相に対する）次のより高い位相において画像の中で依然として接続されている滴下となり得ることが可能である。どれがそのような場合であるかを画像処理が明確に検出することを可能にするために、画像は正確に帯電相で撮影される。このようにして、どの滴下が帯電のために選択されるかを検出することができる。後の位相で画像を撮影することにより、対応する分数相だけ「滴下前」の上方にレーザを効果的に移動させる。この効果的な移動を補うために、アルゴリズムは、分数移動を差し引くことによって、レーザを効果的に下方に戻し、最終滴下遅延推定値は、
滴下遅延＝｛分数レーザオフセット＋整数滴下遅延−分数帯電相｝
であり、画像は、正確に帯電相でストローブされる。

【0067】

実験的に観察されたバイアスについて、最終適応を行うことができる。代替的なノズルサイズについて、バイアスが存在し得る。そのようなバイアスは、実験的に判定することができ、バイアスを計上するために、代数関数に推定することができる（バイアス＝ａＸ＋ｂ）。例えば、７０ミクロンノズルに対するバイアスは、例えば、以下の式の関数として設定される。
−０．０１５４６５Ｘ＋０．８９１１８９、式中、Ｘ＝０．１（離脱ミクロン数−帯電／３６０＊最終波長ミクロン数）／平均速度である。

【0068】

この変数は、基本的には、（ほぼ１００ｋＨｚの期間における）数１０ミクロン単位のノズルから離脱までの時間である。

【0069】

本発明の広さおよび範囲は、上記の例示的実施形態のうちのいずれによっても限定されるべきではないが、以下の請求項およびそれらの同等物に従ってのみ定義されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【図10E】