DE69013366T2

DE69013366T2 - Fruchtbarkeitsanalysegerät.

Info

Publication number: DE69013366T2
Application number: DE69013366T
Authority: DE
Inventors: Rudolf Rigler
Original assignee: Biophos Medical AB
Current assignee: Biophos Medical AB
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1990-10-31
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2010-11-01
Also published as: WO1992008122A1; EP0555212A1; EP0555212B1; DE69013366D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fruchtbarkeitsanalysegerät.
Das Analysieren der Beweglichkeit und Anzahl von Spermatozoen ist wichtig, um die Spermatozoenfruchtbarkeitsmerkmale zu beurteilen. Derzeit wird am häufigsten eine Video-Registrierung der Spermatozoenbewegungen zusammen mit einer computergestützten Analyse einzelner Bahnen angewandt.
Bei einem bekannten Verfahren, das in dem US-Patent 4 601 578 angegeben ist, wird eine Spermaprobe durch einen Laserstrahl belichtet und eine Spektralanalyse des durch die Probe gestreuten Laserlichts durchgeführt. Das Signal wird durch Filter und Integratoren hindurchgeleitet, und jedesmal, wenn ein Integrator gesättigt ist, wird ein Ausgangsimpuls erzeugt. Die Sättigungsimpulse werden gezählt. Die Probe wird durch ein angenähert kollimiertes Laserlicht belichtet. Das von der Probe ausgehende Streulicht wird einem Detektor über eine halbkreisförmige Öffnung in einer Scheibe und eine Fokussierlinse zugeführt. Durch dieses bekannte Verfahren wird lediglich eine unspezifizierte Spermabeweglichkeit festgestellt, um lediglich eine generelle Angabe des Prozentsatzes lebender Spermien in einer Probe zu erhalten.
Die Fruchtbarkeit hängt jedoch von einer Vielzahl verschiedener Eigenschaften der Spermatozoen ab, von denen die wichtigsten die translatorische Geschwindigkeit und die Rotationsfrequenz sind, und ein ganz besonderer Spermamotilitätswert ist das Verhältnis der translatorischen Geschwindigkeit zur Rotationsfrequenz.
Vor einigen Jahren wurde ein neues Verfahren von einem Team entwickelt, zu dem der Erfinder vorliegender Erfindung gehörte. Nach diesem Verfahren wird die Spermatozoenbeweglichkeit durch Analysierung von Licht gemessen, das gestreut oder emittiert wird, wenn die Spermatozoen durch einen Laserstrahl belichtet oder beleuchtet werden. Dieses Verfahren ist in den Aufsätzen "Rotational and Translational Swimming of Human Spermatozoa: A Dynamic Laser Light Scattering Study" von Rigler, R. & Thyberg, P., Cytometry 5:327-332 (19- 84) und "Translational and Rotational Swimming of Human Spermatozoa: Maxwell Speed Distribution in the Analyses of Dynamic Laser Light Scattering" von Rigler, R. & Thyberg, P., in "Laser", ed G. Galetti, S. 105, Monduzzi Editore, Bologna (1986) beschrieben. Nach diesen Aufsätzen, deren Offenbarung dieser Beschreibung als ANHANG beigeschlossen ist, verursacht die Beweglichkeit der Spermatozoen Schwankungen des Streulichts mit einer von der translatorischen Geschwindigkeit und der Rotationsfrequenz der Spermatozoen abhängigen Frequenz. Die translatorische Geschwindigkeit (in um/s) und die Rotationsfrequenz (in Hz) einer extensiven Population von Spermatozoen werden durch eine computergestützte Fourier-Transformationsanalyse des Schwankungsspektrums der Spermatozoen unter Verwendung des Lichts bestimmt, das in zwei Richtungen von einer mittels eines Laserstrahls belichteten Spermaprobe gestreut wird.
Der experimentelle Aufbau für die Messung von polarisiertem und depolarisiertem dynamischem Laserstreulicht unter verschiedenen Winkeln in einer zur Erstreckungsrichtung eines Rohres senkrechten Ebene, das die Spermaprobe enthält, der in den oben erwähnten Aufsätzen dargestellt ist, ist nicht für klinische Untersuchungen angepaßt worden. Der in Fig. 1 dieser Aufsätze dargestellte experimentelle Aufbau enthält eine Analysiereinrichtung mit vielen Bauteilen, und die gesamte Einrichtung wird auf einer Kreisbahn um die Probe herum bewegt. Die Einrichtung ist daher sehr sperrig und enthält schwere Teile, die bewegt werden müssen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein auf den in jenen Aufsätzen beschriebenen Theorien basierendes Gerät anzugeben, das zu einem geeigneten Instrument vervollständigt und leicht zu handhaben ist, um es auf den Markt zu bringen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein gemäß dem Grundgedanken der Erfindung ausgebildetes Fruchbarkeitsanlysegerät ist in Anspruch 1 angegeben.
Die Trenneinrichtung kann die zweite Linseneinrichtung enthalten, die ihrerseits einen ersten Teil aufweist, der einen kollimierten Lichtstrahl bildet, und der ein zweiter Teil folgt, der das Fokussieren des Lichtstrahls auf die Erfassungseinrichtung bewirkt, wobei die erste Diaphragma-Einrichtung (Blende) in dem kollimierten Lichtstrahl zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der zweiten Linseneinrichtung angeordnet ist und eine Diaphragma-Öffnung aufweist, die längs einer in jener Ebene liegenden Linie verschiebbar ist, und die Lichterfassungseinrichtung ein Detektorelement aufweist, das auf der optischen Achse der zweiten Linseneinrichtung angeordnet ist.
Die erste Diaphragma-Einrichtung kann einen verschiebbaren Teil mit mehreren längs seiner Verschiebungsrichtung angeordneten Diaphragma-Öffnungen und einen feststehenden Teil mit derart an die Diaphragma-Öffnungen angepaßten Öffnungen aufweisen, daß bei allen wählbaren Positionen des ersten Teils alle Diaphragma-Öffnungen, bis auf eine, für den aus der Spermaprobe austretenden Strahl abgedeckt sind.
Die Trenneinrichtung kann die zweite Linseneinrichtung enthalten, die einen ersten Teil aufweist, auf den ein zweiter Teil folgt, wobei der erste Teil ein Bild der Probe zwischen dem ersten und dem zweiten Teil bildet und die Diaphragma-Öffnung der ersten Diaphragma-Einrichtung in dem Bild liegt und die Lichterfassungseinrichtung eine Reihe von Detektorelementen aufweist, die entlang einer zur Kapillare parallelen Linie angeordnet sind, wobei jedes Detektorelement das zweite Diaphragma für sich selbst bildet.
Die Trenneinrichtung kann einen Spiegel in der ersten optischen Einrichtung aufweisen, der schräg zum Strahlengang des vom Laser kommenden Strahls steht und den Strahlengang auf die erste Linseneinrichtung parallel zur optischen Achse der ersten Linseneinrichtung richtet, wobei der Brennpunkt der ersten Linseneinrichtung in der Kapillare liegt, so daß der Strahlengang des Laserstrahls auf einen Punkt auf der optischen Achse innerhalb der Kapillare gerichtet wird; und wobei die Trenneinrichtung auch eine Diaphragma-Öffnung aufweist, die so angeordnet ist, daß sie den Kohärenzbereich des an der Kapillare längs der optischen Achse der ersten und zweiten optischen Einrichtung gestreuten Strahls bestimmt, und die Lichterfassungseinrichtung ein einzelnes Detektorelement ist, und die erste und die zweite Diaphragma-Einrichtung in der zweiten optischen Einrichtung Diaphragma-Öffnungen sind, die zwischen der zweiten Linseneinrichtung und dem Detektorelement angeordnet sind.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Öffnung in der zweiten Diaphragma-Einrichtung auf eine Größe einstellbar, die eine erhebliche Anzahl von Kohärenzbereichen durchläßt, und die Signalverarbeitungseinrichtung geeignet, die Anzahl der Spermien pro Volumeneinheit mittels einer Autokorrelation einer Folge von Signalproben zu berechnen, die während einer vorbestimmten Zeit aufgezeichnet wurden, in der der große Diaphragma-Bereich eine vorbestimmte Position einnimmt.
Vorzugsweise steuert die Signalverarbeitungsvorrichtung die Trenneinrichtung gemäß einem Meßprogramm so, daß sie selbsttätig in einer vorbestimmten Reihenfolge vorgewählte Raumbereiche des von der Spermaprobe ausgehenden Strahls zur Aufzeichnung von Signalproben während vorbestimmter Zeiten bildet.
Ander Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, den beiliegenden Zeichnungen und der anliegenden Ansprüche.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 stellt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Geräts dar,
Fig. 2 stellt eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Geräts dar,
Fig. 3 stellt schematisch den Strahlengang in einer Abwandlung des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels dar,
Fig.4A,4B,4C stellen ein Ausführungsbeispiel einer verschiebbaren Diaphragma-Einrichtung in dem in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel dar,
Fig. 5 stellt schematisch den Strahlengang in einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Geräts dar,
Fig. 6 stellt schematisch den Strahlengang in einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Geräts dar.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Aufbau erzeugt ein Laser 1, beispielsweise ein HeNe-Laser, einen Laserstrahl A1. Der Laserstrahl A1 wird durch zwei Spiegel 2 und 3, die im Winkel von 45º zum Strahlengang angeordnet sind, jeweils um 90º, d.h. insgesamt um 180º, abgelenkt. Die Spermaprobe ist in einer Glas-Kapillare 4 angeordnet. Die Glas-Kapillare 4 ist konzentrisch in einem größeren thermostatischen Glas-Rohr 5 angeordnet, das mit einem Fluid 6 gefüllt ist, dessen Brechungsindex praktisch gleich dem Brechungsindex des Glasmaterials der Glas-Kapillare 4 ist, zumindest bei der Betriebstemperatur, um stationäre örtliche Reflexionen zu vermeiden. Das Glas-Rohr 5 ist in einem Gehäuse 10 angeordnet und wird durch eine (nicht dargestellte) Heizeinrichtung erwärmt, und ein Temperaturfühler T ist in einem wärmeleitetenden Block 7 angeordnet, der in thermischem Kontakt mit dem Rohr 5 steht. Die Temperatur der Heizeinrichtung wird mittels des Fühlers T in an sich bekannter Weise geregelt, und diese Regelung wird daher nicht weiter beschrieben.
Der spezielle mechanische Aufbau des Gehäuses ist nicht Teil der Erfindung und wird daher nicht im einzelnen beschrieben. Wesentlich ist, daß die die Kapillare 4 umgebende Flüssigkeit auf einer konstanten Temperatur, vorzugsweise etwas unterhalb von 37ºC, gehalten wird.
Der Laserstrahl wird durch eine Linse 8 auf die Spermaprobe fokussiert; die Linse 8 ist in unmittelbarer Nähe des Rohres 5 in einem Rohr 9 angeordnet, das eine schwarze, matte innere Oberfläche hat und in der Wand des Gehäuses 10 senkrecht zum Rohr 5 angeordnet ist. Der Strahl wird von der Linse 8 durch eine Filterplatte 11, eine konische Öffnung 12, deren breiteres Ende der Platte 11 zugekehrt ist, die Wand des Rohres 5 und das Fluid 6 zur Kapillare 4 geleitet. Die Filterplatte 11 ist vorzugsweise ein Bandpaßfilter, der einen schmalen um die Wellenlänge des Lasers herum liegenden Bereich durchläßt.
Der Lichtstrahl wird durch die Spermien in der Kapillare 4 gestreut. Das unter verschiedenen Winkeln in einem Winkelbereich in einer Ebene gestreute Licht, die mit der Kapillaren-Achse und der optischen Achse des Laserstrahls zusammenfällt, muß untersucht werden. Diese Streuebene ist bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel deshalb gewählt worden, weil sich die Kapillare 4 vorzugsweise in vertikaler Richtung erstrecken sollte, so daß das Gerät sehr kompakt ausgebildet werden kann und in horizontaler Richtung so wenig wie möglich Platz benötigt, wenn alle beweglichen Teile in vertikaler Richtung bewegt werden müssen. Jedoch könnte der von der Probe in einer zur Kapillare senkrechten (nicht dargestellten) Ebene reflektierte Strahl stattdessen ebenfalls angezeigt sein. Wesentlich ist, daß eine Ebene mit Raumsymmetrie gewählt wird, d.h. eine mit der Achse der Kapillare zusammenfallende Ebene oder eine dazu senkrechte Ebene.
Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das von der Kapillare 4 kommende Licht zu einer Detektor-Einrichtung 13 übertragen, die vorzugsweise einen Ein-Photonen-Detektor aufweist, und zwar zuerst durch eine konische Öffnung 14 im Gehäuse 10, die sich in ein kurzes zylindrisches Rohr 15 öffnet, das schwarze, matte Innenwände hat und an seinem äußeren Ende durch eine Platte 16 abgeschlossen ist, die ein sich in derselben Richtung wie die Kapillare 4 erstreckendes Langloch 17 aufweist, und zweitens eine Diaphragma-Einrichtung (Blende) 20 mit zwei Nadellöchern 21 und 22 in einer Säule 23, die in Richtung der Kapillare 4 in einem Gehäuse 24 verschiebbar ist, das eine der Kapillare 4 zugekehrte zylindrische Öffnung 25 und eine weitere zylindrische Öffnung 26 in der Wand unmittelbar gegenüber der Wand mit der Öffnung 25 aufweist, wobei die Diaphragma-Einrichtung mit der Öffnung 17 derart zusammenwirkt, daß immer nur eine Öffnung für das von der Probe ausgehende Licht offen ist. In der Öffnung 25 ist eine Linse 27 und in der Öffnung 26 eine Linse 28 angeordnet. Wenn mit polarisiertem Licht gemessen werden soll, kann ein erster Polarisator am offenen Ende des Rohres 9 und ein zweiter Polarisator am Ausgang der Diaphragma-Einrichtung 20 angeordnet werden.
Die Säule 23 mit den Nadellöchern wird durch einen Schrittschaltmotor 29 positioniert, der durch einen (nicht dargestellten) Computer, z.B. einem PC (Personal Computer) gesteuert wird, der auch mit der Detektor- Einrichtung 13 verbunden ist. Durch Verschiebung der Nadellöcher wird die Intensität des gestreuten Laserlichts unter verschiedenen Winkeln gemessen. Der Computer führt eine Datenabtastung und -analyse durch.
Das an der Probe in vorbestimmte Richtungen gestreute Licht wird durch Einzelphotonenzählung in einem Detektor 30 in der Einrichtung 13 gemessen. Zwischen der Diaphragma-Einrichtung 20 und dem Detektor 30 liegt ein geschlossener Kanal, der eine Rohreinrichtung 31 mit einer schwarzen, matten Innenseite aufweist, um den Einfluß von fremdem Streulicht zu minimieren. Die Rohreinrichtung 31 ist durch zwei teleskopierbare Rohre gebildet, um den Abstand zwischen den Einrichtungen 20 und 13 einstellen zu können. Die Rohreinrichtung 31 ist nicht absolut erforderlich. Vor dem Detektor 30 im Brennpunkt der Linse 28 ist ein Nadelloch-Diaphragma 32 angeordnet. Da die Linse 27 auf die Kapillare 4 fokussiert ist, wird ein Bild des Nadelloches 32 auf der Kapillare abgebildet. Wie nachstehend noch erläutert wird, bestimmt das Nadelloch 32 das zu untersuchende Volumenelement der Probe, während das Diaphragma 48 den Kohärenzbereich des gestreuten Lichtes bestimmt.
Intensitätsschwankungen, die durch die Bewegung der Spermien bewirkt werden, werden in einem Speicher im Computer gespeichert. Zur Berechnung einer Autokorrelationsfunktion in der in den als ANHANG beigefügten Aufsätzen beschriebenen Weise und zur Anzeige dieser Funktion auf einem Bildschirm wird ein schneller Prozessor verwendet. Aus den unter verschiedenen Winkeln gemessenen Autokorrelationsfunktionen werden die Translationsgeschwindigkeiten und Rotationsfrequenzen sowie Verteilungsfunktionen berechnet. Zur Trennung der Translationsgeschwindigkeit v von der Rotationsfrequenz f wird das in zwei verschiedenen Winkelrichtungen gestreute kohärente Licht gemessen, und zwar vorzugsweise unter 2º und 30º. Die Winkelrichtungen für jede Messung werden mittels der Diaphragma-Einrichtung 20 in der nachstehend beschriebenen Weise bestimmt.
Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Detektor 30 ein Ein-Photonen-Detektor. Das Ausgangssignal des Detektors 30 wird dem Signal- Prozessor zugeführt, der die Autokorrelation berechnet und in dem an den Prozessor angeschlossenen Speicher speichert.
Die Translationsgeschwindigkeit v muß von der Rotationsfrequenz f getrennt werden. Um dies zu erreichen, wird das unter verschiedenen Winkeln gestreute kohärente Laserlicht gemessen. Um kohärent gestreute Photonen zu erhalten, muß ein Volumenelement abgegrenzt werden. Dies geschieht am besten dadurch, daß ein verkleinertes Bild eines Nadelloches auf der Probe abgebildet wird, z.B. ein Bild des Nadelloches 32 auf der Kapillare 4 bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel. Sodann benötigt man hierfür ein Loch- Diaphragma (eine Lochblende), die den untersuchten Raumwinkel und mithin den Kohärenzbereich bestimmt, z.B. durch das Diaphragma 21 oder 22 bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel.
In den Fig. 3, 5 und 6 sind für diesen Zweck drei verschiedene Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt.
Das in Fig. 3 dargestellte ist eine Abwandlung des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels. Der Laserstrahl 34 wird auf die Probe in der Kapillare 35 durch eine erste Linse 36 fokussiert. Der von der Probe aus divergierende Lichtstrahl, der in verschiedenen Richtungen gestreut wird, z.B. unter den Winkeln α&sub1; und αn, wird durch eine zweite Linse 37 kollimiert und dann durch eine dritte Linse 38 durch ein Nadelloch 40 hindurch auf einen Detektor 39 fokussiert. Das Nadelloch 40 bestimmt das Volumenelement der Probe, das untersucht werden soll. Zwischen den Linsen 37 und 38 ist ein verschiebbares Diaphragma 41 mit wenigstens einem Nadelloch angeordnet, das es konfokal macht. Durch Verschiebung des verschiebbaren Nadelloch-Diaphragmas ist es möglich, das unter verschiedenen Winkeln gestreute Laser-Licht zu messen. Die Größe des Diaphragmas bestimmt den Raumwinkel des von der untersuchten Probe ausgehenden gestreuten Strahls, d.h. den Kohärenzbereich.
Ein Ausführungsbeispiel der Diaphragma-Einrichtung mit verschiebbarem Diaphragma ist in den Fig. 4A, 4B und 4C in verschiedenen Positionen dargestellt. Das nichtkohärente Streulicht muß gemessen werden, um die Anzahl N der sich bewegenden Spermien in der Probe zu ermitteln, wie nachstehend noch erläutert wird. Diese Messung erfolgt mittels eines Diaphragmas von solcher Größe, daß die Anzahl der Kohärenzbereiche sehr groß ist. Daher ist die verschiebbare, konfokale Diaphragma-Einrichtung so ausgebildet, daß sowohl kohärentes als auch nichtkohärentes Streulicht unter verschiedenen Winkeln gemessen werden kann, und zwar durch eine Kombination kleiner (für kohärentes Licht) und großer (für nichtkohärentes Licht) Öffnungen 43, 44 und 45, die in einer in Richtung des Pfeils A verschiebbaren Öffnungs-Einrichtung 46 vorgesehen sind, und eine stationäre Abdeckeinrichtung 47, die vor oder hinter der Öffnungs- Einrichtung angeordnet ist. Die Abdeckeinrichtung hat größe Öffnungen 48 und 49, die solche Positionen einnehmen und Größen aufweisen, daß immer nur eine Diaphragma-Öffnung 43, 44 oder 45 für das von der Probe unter dem Winkel ausgehende Licht, unter dem Messungen erfolgen sollen, vorgesehen sein kann. Bei den Öffnungen 43 und 44 handelt es sich um Nadellöcher, die nur einen Kohärenzbereich bilden, und die Öffnung 45 hat eine solche Größe, daß sie eine große Anzahl von Kohärenzbereichen abdeckt.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 5 dargestellt ist, ist ein stationäres Diaphragma 50 vorgesehen, das ein Nadelloch 51 auf der optischen Achse zweiter Linsen 52 und 53 aufweist, die auf beiden Seiten des Diaphragmas 50 angeordnet sind. Die Linse 52 fokussiert das Bild der Probe in dem Nadelloch 51. Das Nadelloch 51 ist das das Volumen bestimmende Element. Das Nadelloch 51 liegt in der Brennebene der Linse 53, so daß sie das von dem Nadelloch ausgehende Licht kollimiert. Der kollimierte Strahl trifft auf eine Reihe von Lichtdetektoren D1 bis Dn. Obwohl eine Reihe von Lichtdetektoren dargestellt ist, ist offensichtlich, daß die Detektorreihe aus Detektoren gebildet sein kann, die nur an den durch das in den aktuellen zu prüfenden Winkelrichtungen gestreute Licht angeordnet sind, d.h. vorzugsweise unter 2º und 30º. Anstelle der Reihe aus mehreren Detektoren kann ein (nicht dargestellter) verschiebbarer Detektor verwendet werden. Die Detektorfläche kann so bemessen sein, daß sie selbst als Nadelloch wirkt, oder es kann ein Nadelloch-Diaphragma (in nicht dargestellter Weise) vor dem Detektor angeordnet sein. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Kohärenzbereich an den Detektoren bestimmt.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 6 dargestellt ist, wird anstelle des von der Probe ausgehenden Strahls die Richtung geändert, unter der der Laserstrahl auf die Probe trifft. Der Laser- Strahl 55 trifft auf einen ebenen Spiegel 56, der unter einem Winkel von 45º zum auftreffenden Strahl 55 geneigt und in Richtung des einfallenden Strahls verschiebbar ist, d.h. in Richtung des Pfeils B. Der Spiegel 56 ist in zwei verschiedenen Positionen dargestellt. Vor der in einer Kapillare 58 enthaltenen Probe ist eine Linse 57 angeordnet, deren Brennpunkt in der Probe liegt. Eine Linse 59 projiziert ein Bild der Probe auf ein Nadelloch-Diaphragma 61, das in einem Abstand vor einem Detektor 60 so angeordnet ist, daß nur das aus der Probe längs der optischen Achse der Linse 59 und des Nadellochs 61 austretende Licht den Detektor 60 erreicht. Zwischen der Linse 59 und dem Diaphragma 61 ist ein Diaphragma 62 angeordnet, das den Kohärenzbereich bestimmt.
Zur Trennung der Translationsgeschwindigkeit v von der Rotationsfrequenz f wird daher das durch die Probe unter verschiedenen Winkeln in einer die Kapillare aufweisenden Ebene oder in einer dazu senkrechten Ebene gestreute kohärente Licht gemessen. Die Winkel werden so gewählt, wie es in den oben erwähnten Aufsätzen angegeben ist. Absolutwerte für v und f werden durch eine nichtlineare Parameterisation der gemessenen Autokorrelationsfunktion in Abhängigkeit von Festgeschwindigkeits-Verteilungsfunktionen, weil v und f Mittelwerte einer Maxwell-Boltzmann-Verteilung sind, oder durch eine Parameterisation der Verteilungsfunktionen von v und f, d.h. p(v) und p(f), unter Verwendung verschiedener Algorithmen gebildet.
Die absolute Anzahl N beweglicher Spermien in einem begrenzten Volumenelement läßt sich anhand der Amplitude der Autokorrelationsfunktion für die nichtkohärente Streuung bestimmen. Dies ist mittels der Öffnung 45 in der Öffnungs-Einrichtung, die in den Fig. 4A bis 4C dargestellt ist, möglich. Es sei darauf hingewiesen, daß jedes Diaphragma, das den Kohärenzbereich bestimmt, austauschbar sein kann, um eine Fläche oder einen Bereich zu erhalten, der nur einen Kohärenzbereich oder eine große Anzahl von Kohärenzbereichen abdeckt.
Um Messungen in großem Maßstab durchführen zu können, muß ein Verfahren angewandt werden, das das Einfangen von Spermien in Samenflüssigkeit auf eine andere, leicht zu handhabende Weise ermöglicht. Für diesen Zweck kann die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kapillare 4 verwende werden. Die Kapillare ist ein Rohr mit einem Durchmesser von vorzugsweise etwa 1 mm. Die Samenflüssigkeit wird in die Kapillare gesaugt. Danach wird der Boden der Kapillare durch einen Stopfen aus beispielsweise Wachs einer für diesen Zweck geeigneten Art dicht verschlossen. Dann wird die Kapillare in einem Glas-Zylinder angeordnet, der einen wesentlich größeren Durchmesser als die Kapillare aufweist und mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, wie oben beschrieben. Die Flüssigkeit wird durch die Thermostateinrichtung auf einer konstanten Temperatur gehalten.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung werden zwar bevorzugt, doch versteht es sich, daß die Erfindung nicht genau auf diese Ausführungsformen beschränkt ist, sondern Abwandlungen möglich sind, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die Ansprüche definiert ist, zu verlassen.

Claims

1. Fruchtbarkeitsanalysegerät, das aufweist

a) einen Laserstrahl (A1; 34; 55), der auf eine Spermaprobe in einer Kapillare (4; 35; 58) gerichtet ist, die einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat;

b) eine erste optische Einrichtung, die wenigstens eine erste Linseneinrichtung (8; 36; 57) aufweist, die den Laserstrahl in diese Probe fokussiert;

c) eine zweite optische Einrichtung zum Empfangen des Lichts, das von der Spermaprobe gestreut wurde, die wenigstens eine zweite Linseneinrichtung (27, 28; 37, 38; 52, 53; 59) , eine erste optische Diaphragma-Einrichtung (23, 22, 21; 41, 48; 50, 51; 62), die den Kohärenzbereich der zu untersuchenden Probe bestimmt, eine zweite Diaphragma-Einrichtung (32; 40; Detektorbereiche von D1 bis Dn; 61), die den Raumwinkel des gestreuten Lichts von der Probe bestimmt, und eine Lichtintensitätserfassungseinrichtung (30; 39; D1 bis Dn; 60) aufweist;

d) eine Trenneinrichtung, die in der Kombination der ersten und zweiten optischen Einrichtung enthalten ist, die einen bestimmbaren kleinen Bereich des Strahls, der von der Spermaprobe ausgeht, heraussucht;

f) wobei die Trenneinrichtung geeignet ist, den Bereich des Strahls in eine Richtung herauszusuchen, die in einer Ebene liegt, die in Bezug auf die Kapillare Raumsymmetrie hat, und

e) eine Signalverarbeitungsvorrichtung (13), die die variierenden Signale von der Lichterfassungseinrichtung während einer vorbestimmten Zeit getrennt für Strahlen, die von der Spermaprobe ausgehen, speichert, einzeln von wenigstens zwei gewählten Aussortierbedingungen, für die die winkelmäßige Beziehung zwischen dem eingehenden und dem ausgehenden, herausgesuchten Strahl von Bedingung zu Bedingung unterschiedlich ist, und die wenigstens zwei Merkmale berechnet, die eine Relation zu der Fruchtbarkeit der Spermaprobe haben, dadurch gekennzeichnet, daß

g) die Trenneinrichtung Mittel (23, 29; 41; Wahl von D1 bis Dn; 56) aufweist, die zu wenigstens zwei vorbestimmten Plätzen (21, 22; 43, 44, 45) entlang einer geraden Bewegungsstrecke bewegbar sind, um die verschiedenen Heraussuchbedingungen einzeln bereitzustellen.

2. Analysegerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung die zweite Linseneinrichtung (27, 28; 35, 41) enthält, die einen ersten Teil (27; 35) aufweist, der einen gerichteten Lichtstrahl bereitstellt und von einem zweiten Teil (28; 41) gefolgt ist, der das Fokussieren des Lichtsstrahls auf der Erfassungseinrichtung (39) bereitstellt, und wobei die erste Diaphragma-Einrichtung in dem gerichteten Lichtstrahl vorgesehen ist zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der Linseneinrichtung und eine Diaphragma-Öffnung (21, 22; 48) hat, die entlang einer Linie, die in dieser Ebene liegt verschiebbar ist, und wobei die Lichterfassungseinrichtung (39) ein Detektorelement enthält, das auf der optischen Achse der zweiten Linseneinrichtung plaziert ist.

3. Analysegerät gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Diaphragma-Einrichtung einen verschiebbaren Teil (46) enthält, der verschiedene Diaphragma-Öffnungen (43 bis 45) hat, die entlang seiner Verschiebungsrichtung vorgesehen sind, und einen stationären Teil (47), der Öffnungen (48', 49) hat, die an die Diaphragma-Öffnungen angepaßt sind, so daß für jede wählbare Position des ersten Teils alle Diaphragma-Öffnungen außer einer für den aus der Spermaprobe austretenden Strahl abgedeckt sind.

4. Analysegerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung die zweite Linseneinrichtung (52, 53) enthält, die einen ersten, gefolgt von einem zweiten Teil aufweist, wobei der erste Teil (52) ein Bild der Probe zwischen dem ersten und dem zweiten Teil bereitstellt; und daß die Diaphragma-Öffnung (51) der ersten Diaphragma- Einrichtung (50) in dem Bild vorgesehen ist und die Lichterfassungseinrichtung eine Reihe von Detektorelementen (D1 bis Dn) aufweist, die entlang einer zu der Kapillare (35) parallelen Linie vorgesehen sind, wobei jedes Detektorelement für sich selbst das zweite Diaphragma bildet.

5. Analysegerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung einen Spiegel (56) in der ersten optischen Einrichtung aufweist, der schräg zu dem Strahlengang des vom Laser kommenden Strahls steht und den Strahlengang auf die erste Linseneinrichtung parallel zur optischen Achse der ersten Linseneinrichtung richtet, wobei der Brennpunkt der ersten Linseneinrichtung in der Kapillare liegt, so daß der Strahlengang des Laserstrahls auf einen Punkt auf der optischen Achse innerhalb der Kapillare gerichtet wird; und daß die Trenneinrichtung auch eine Diaphragma-Öffnung (62) aufweist, die so angeordnet ist, daß sie den von der Kapillare gestreuten Strahl entlang der optischen Achse der ersten und zweiten optischen Einrichtung durchläßt; und daß die Lichterfassungseinrichtung (60) ein einzelnes Detektorelement ist und die erste und die zweite Diaphragma-Einrichtung in der zweiten optischen Einrichtung Diaphragma-Öffnungen (62, 61) sind, die zwischen der zweiten Linseneinrichtung und dem Detektorelement angeordnet sind.

6. Analysegerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine tassenförmige Einrichtung (5) aus Glas, die eine Flüssigkeit (6) enthält, die auf eine vorbestimmte Temperatur geregelt ist und ungefähr den gleichen Brechungsindex wie die Kapillare bei dieser Temperatur hat, wobei die Kapillare in der tassenförmigen Einrichtung angeordnet ist.

7. Analysegerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichterfassungseinrichtung wenigstens einen Ein-Photonen-Detektor aufweist.

8. Analysegerät gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Diaphragma-Einrichtung verschiedene Diaphragma-Öffnungen aufweist, von denen immer nur eine in dem Strahlengang liegt; wobei wenigstens eine der Diaphragma-Öffnungen (21 oder 22; 43, 44) in der ersten Diaphragma-Einrichtung ein Nadelloch-Diaphragma ist, das eine Größe aufweist, die ungefähr einen Kohärenzbereich des Laserstrahls durchläßt.

9. Analysegerät gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Öffnung (45) in der ersten Diaphragma-Einrichtung auf eine Größe einstellbar ist, die eine erhebliche Anzahl von Kohärenzbereichen durchläßt, und daß die Signalverarbeitungseinrichtung geeignet ist, die Anzahl von Spermien pro Volumeneinheit mit Hilfe einer Autokorellation einer Folge von Signalproben zu berechnen, die während einer vorbestimmten Zeit aufgezeichnet wurde, in der der große Diaphragma-Bereich eine vorbestimmte Position hat.

10. Analysegerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung die Trenneinrichtung in Übereinstimmung mit einem Meßprogramm steuert, um automatisch in einer vorbestimmten Reihenfolge vorgewählte Raumbereiche des Strahls, der von der Spermaprobe ausgeht, zur Aufzeichnung von Signalproben während vorbestimmter Zeiten bereitzustellen.