УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГИСТРАЦИИ ОСАЖДЕНИЯ КРОВИ Российский патент 1999 года по МПК A61B10/00 

Изобретение относится к области медицины, а именно к автоматизации клинических методов исследования. Изобретение может быть использовано для автоматизации проведения клинических исследований крови в медицинских учреждениях и повышения информативности стандартного метода СОЭ.

Одним из широко используемых диагностических тестов в медицине является определение значения скорости (средней за час) оседания эритроцитов (СОЭ). По результатам данного неспецифического теста, применяемого совместно с другими методами диагностики состояния пациентов, выявляют наличие определенных патологий, сопровождаемых воспалительными процессами.

Было признано, что единичное измерение в течение одного (или двух) часов после помещения образца крови в трубку дающее только одну - две точки кривой осаждения, является явно недостаточным. Так, часто значение СОЭ больных оказывается в пределах нормы и, напротив, значения СОЭ людей без видимых патологий могут лежать за ее пределами. Поэтому повышение информативности теста крайне желательно.

С этой целью в последнее время в медицине и биологии все больше внимания стали уделять динамическим характеристикам различных процессов СОЭ. В ходе этих исследований выясняется, что многие биологические процессы можно рассматривать не как монотонные, а как колебательные. Было показано, что спектральный и автокорреляционный анализы динамики этих процессов позволяет получать существенно большую информацию для понимания их.

Хотя в литературе и имеются данные, что процесс оседания крови не имеет монотонного характера, они к сожалению имеют отрывочный и не систематизированный характер.

Изучение динамики процесса осаждения крови привело к необходимости автоматизации процесса с тем, чтобы решить задачу повышения информативности теста путем исследования детальной динамики оседания крови во времени.

Исследование кривых осаждения, записанных на различных аппаратах, выявило, что точное сопоставление их формы с условиями заболевания невозможно. Диагностика заболеваний на основе полных кривых осаждения, снятых в течение одного или даже двух часов, была недостаточно надежной.

В ранних работах также встречались предположения о том, что мгновенная скорость осаждения, т.е. производная кривой осаждения (изменение высоты отнесенное ко времени), может дать более ценную и сопоставимую информацию для диагностики заболеваний, чем сама кривая осаждения. Так, патент США 4.041.502 (Уильямс и др. ) описывает аппарат и методику дискретной записи кривой осаждения и ее производной, или мгновенной скорости осаждения.

В седиментометре Уильямса светоизлучающий диод монтируется рядом с вертикально расположенной трубкой осаждения на подвижной головке. Светодиод посылает пучок света через трубку на фотодиодный детектор, расположенный на головке на противоположной стороне трубки. Если детектор не получает сигнал от источника света, то, следовательно, головка находится ниже границы раздела между эритроцитами и плазмой крови. При опускании границы раздела ниже пучка света, фотодиод засекает пучок и таким образом фиксирует прохождение границы через уровень головки.

Сенсорная головка данного прибора движется вниз вдоль трубки с помощью шагового двигателя. Светодиод постоянно облучает фотодиод через трубку, и, если фотодиод "видит" свет с интенсивностью выше заранее заданного уровня, то шаговый двигатель приводится в действие и опускает головку ниже. Система включает в себя часы и логический элемент, который выключает шаговый двигатель при снижении интенсивности регистрируемого света ниже заданного уровня во время движения головки вниз. Регистрирующее устройство записывает информацию и суммирует общее время работы шагового двигателя каждые 15 секунд, отслеживая таким образом движение головки и границы раздела между эритроцитами и плазмой крови.

Для более глубокого изучения корреляции между динамикой осаждения и видами заболеваний патент Уильямсона предусматривает также расчет наклона кривой осаждения в точках, т.е. мгновенной скорости осаждения. Это обеспечивается определением величины опускания сенсорной головки с интервалом 15 секунд в течение всего эксперимента обычно длящегося 1 час.

Мгновенная скорость осаждения, или первая производная скорости осаждения, которая была предложена Уильямсоном, рассматривалась как величина, несущая больше информации о степени и условиях заболевания. Так, первая производная могла бы дать информацию об образовании и разрушении рулонов эритроцитов, что может быть свидетельством присутствия или отсутствия заболевания. Однако ожидаемая корреляция между осаждением крови и условиями воспалительного процесса до сих пор не была выявлена, и исследования осаждения эритроцитов пока не рассматриваются как надежный метод диагностики.

Наиболее близкими по совокупности признаков заявленному изобретению является устройство для автоматической регистрации осаждаемости крови, описанный в патенте США N 5575977, опубл. 19.11.1996 г.

Оно включает в себя корпус, вертикально расположенную трубку (капилляр), в которую помещается исследуемый образец крови, держатель трубки, две сенсорные головки, охватывающие трубку в горизонтальной плоскости, каждая сенсорная головка содержит источник и приемник оптического излучения, установленные в горизонтальной плоскости под углом относительно друг друга, между источником оптического излучения и трубкой, а также между приемником оптического излучения и трубкой помещено по маске с горизонтальной щелью, каждая сенсорная головка установлена на подвижном основании - зубчатой рейке, сцепленной с шестерней, устройство содержит также два шаговых двигателя, каждый из которых связан с соответствующей шестерней, а также устройство управления шаговыми двигателями, процессор, соединенный с устройством управления, и выходное устройство, соединенное с процессором.

Наличие двух сенсорных головок позволяет получать информацию о процессе осаждения эритроцитов с двух зон - с первой, с помощью первой сенсорной головки, устанавливаемой несколько ниже (примерно на 0.5 мм) от границы раздела кровь - плазма, и со второй, с помощью второй сенсорной головки, устанавливаемой на большее расстояние вниз (примерно на 5,0 мм) от границы раздела кровь - плазма.

Это известное устройство, как преимущественный, использует принцип регистрации отраженного от образца крови оптического излучения инфракрасного диапазона, хотя может работать в режиме регистрации прошедшего через образец крови оптического излучения и в видимом диапазоне.

В режиме на "отражение" отражательная способность образца крови изменяется по мере осаждения эритроцитов, а именно, в начальный момент времени она минимальна (излучение сильно поглощается), а по мере осаждения - увеличивается (излучение поглощается слабее, интенсивность отраженного излучения растет).

В режиме "на проход" источник и приемник оптического излучения устанавливаются по разные стороны трубки на одной оптической оси.

Недостатками этого устройства являются следующие.

Во-первых, из-за механического перемещения сенсорных головок, плотно прилегающих к трубке, возникают механические микротолчки, которые влияют на образование и разрушение микроструктур эритроцитов в оседающей крови, что заметно снижает достоверность регистрируемых процессов из-за образующихся ложных скачков на кривых мгновенной скорости оседания эритроцитов.

Во-вторых, оно не способно отслеживать процессы, происходящие во всем столбике оседающих эритроцитов в целом, т.к. сенсирование осуществляется только в двух зонах. При этом существенным фактором является отсутствие критерия выбора расстояния ниже границы раздела, на котором необходимо устанавливать сенсорные головки, что снижает информативность получаемых результатов.

В-третьих, перед каждым новым измерением требуется калибровка для правильного выбора предела детектирования, что усложняет методику регистрации кривой осаждения.

В четвертых, отслеживается положение не собственно оптической границы, а некий уровень, находящийся под реальной границей плазма - столбик эритроцитов в общем случае на нефиксированном расстоянии, что затрудняет сопоставление результатов с получаемыми традиционными методами.

Целью настоящего изобретения является повышение точности определения мгновенной скорости оседания эритроцитов для диагностики специфических условий заболеваний и их наличия, а также контроля действия лекарственных препаратов в процессе терапии за счет создания условий регистрации действительного изменения мгновенной скорости оседания эритроцитов, происходящих в целом столбике осаждающихся эритроцитов для получения более точной картины процесса осаждения эритроцитов и упрощение методики снятия кривой мгновенной скорости осаждения эритроцитов, а также автоматизации получения стандартного показателя СОЭ за час, принятого в медицинской практике.

Эта цель достигается тем, что в устройстве для автоматической регистрации осаждаемости крови, содержащем корпус, вертикально расположенную в корпусе трубку, в который помещается исследуемый образец крови в стандартном капилляре, средство удержания трубки, сенсорную головку с источником и приемником оптического излучения, размещенных по разные стороны трубки на одной горизонтальной оптической оси, процессор, выходное устройство, соединенное с выходом процессора. Источник оптического излучения выполнен формирующим распределенный (протяженный) в вертикальной плоскости и перекрывающий по высоте трубку с образцом крови оптический пучок, между трубкой с образцом и преемником оптического излучения установлена собирающая оптическая система, приемник оптического излучения выполнен в виде сканерной линейки из приборов с зарядовой связью и установлен вертикально, выходы приборов с зарядовой связью соединены со входом процессора, при этом сенсорная головка неподвижна.

Целесообразно, чтобы устройство содержало маску со щелью, установленную вертикально и закрепленную неподвижно, между приемником оптического излучения и трубкой.

Ниже на фиг. 1 изображена блок схема заявленного устройства.

Согласно фиг. 1 устройство содержит неподвижную сенсорную головку 1 с распределенным (протяженным) в вертикальной плоскости источником 2 оптического излучения, формирующим в вертикальной плоскости плоский пучок 3 оптического излучения, расположенную вертикально трубку 4, в которую помещается исследуемый образец 5 крови, средство 6 фиксации и удержания трубки 4, также устройство в данном примере содержит вертикально установленную маску 7 со щелью 8, размещенную между сенсорной головкой 1 и трубкой 4, собирающую плоский пучок 3 оптического излучения оптическую систему 9, расположенную между трубкой 4 и приемником 10 оптического излучения, установленного на сенсорной головке 1 и выполненного в виде сканерной линейки 11 из приборов с зарядовой связью (ПЗС) 12, усилитель 13, вход которого подключен к выходам линейки 11 из ПЗС 12, процессор 14, выходное устройство 15, выход усилителя 13 соединен с входом процессора 14, а так же корпус (на чертеже не показан).

Если уровня сигнала с выхода сканерной линейки 11 из ПЗС 12 достаточно для работы процессора 14, то необходимости в усилителе 13 нет, и тогда выход линейки 11 из ПЗС 12 непосредственно подключается ко входу процессора 14, т. е. данный признак не является обязательным во всех случаях.

Распределенный (протяженный) по вертикали источник 2 оптического излучения может быть выполнен (фиг. 2) в виде точечного источника 16 оптического излучения, установленного в фокусе 17 сферического отражателя 18 и набора рассеивающих фильтров 19, установленных по вертикали на пути пучка 3 оптического излучения.

Собирающая оптическая система 9 может быть выполнена, например, (фиг. 3) в виде сферической линзы 20, фокус 21 которой находится за линейкой 11 из ПЗС 12 или наоборот, до нее.

Средство 6 удержания трубки 4 может быть выполнено (фиг. 4) в виде углубления 22 в основании корпуса 23 и проходного отверстия 24 в рамке 25, соединенный с корпусом 23 (на фиг. 4 показан фрагмент корпуса и рамки)
Работает заявленное устройство следующим образом.

У обследуемого производят отбор крови в трубку (капилляр) из пальца или вены как это принято в стандартных клинических исследованиях. В пипетку, предварительно прополосканную несколько раз свежеприготовленным раствором 5% лимоннокислого натрия или другого антикоагулянта, набирают определенный объем антикоагулянта и выпускают на часовое стекло или в пробирку. Затем дважды набирают такой же объем крови и смешивают с первой порцией. Полученный раствор цельной крови с антикоагулянтом набирают в другую пипетку и устанавливают в прибор для измерений. Предложенное устройство позволяет без изменения конструкции использовать одноразовые специализированные пластиковые трубки (капилляры) для анализа седиментации крови фирмы Becton-Dickenson или аналогичные, которые не требуют разбавление образца антикоагулянтом, т.к. содержат его внутри.

Трубка (капилляр) с кровью устанавливается вертикально в устройство и удерживается в нем средством 6 удержания. Настройка оптической части устройства производится только один раз при его изготовлении путем формирования с помощью отражателя 18 распределенный в вертикальной плоскости плоский пучок 3 оптического излучения, который направляется на трубку 4 с образцом 5 исследуемой крови, с таким расчетом, чтобы охватить зону над границей раздела воздух - образец и сам образец 5.

Прошедший трубку 4 пучок 3 оптического излучения формируется, в данном примере, с помощью щели 8 маски 7 в узкий по вертикали пучок оптического излучения. После прохождения собирающей оптической системы 9 пучок 3 оптического излучения становится сходящимся и направляется на линейку 11 из ПЗС 12, где превращается в электрический сигнал усиливается (при необходимости) усилителем 13 и поступает на вход процессора 14, а с выхода последнего - на выходное устройство 15 для регистрации и записи. Принципиально новым в данном изобретении является формирование оптической структурой 2, 8, 9, 12 целого по высоте трубки 4 и исследуемого образца 5 всего изображения (образа), включающего в себя как область выше границы, так и область ниже границы раздела образца крови и воздуха (а по мере осаждения эритроцитов, границы плазма - образец крови), а не двух зон как это имеет место в устройстве - прототипе. В общем случае, наличие маски не является обязательным. Однако введение маски позволяет ослабить нежелательные оптические эффекты. Примеры указанных образцов представлены на фиг. 5-10.

Источник оптического излучения может работать как в видимом, так и в инфракрасном диапазоне.

Электронная схема 12,13,14, обслуживающая ПЗС линейку 1, позволяет осуществлять скоростное считывание данных и фиксировать изменение освещенности по всей длине столбика крови, которое поступает в процессор для накопления и обработки. На основе обработки сигналов, поступающих в процессор от ПЗС линейки 11, засекает время записи образа трубки 4, а также ряд дополнительных параметров - наличие разрывов в столбике оседающей крови, мутность плазмы и др.

С использованием опций основной программы снимается и записывается темновой фон, который далее учитывается автоматически. Закрывается защитный кожух. Включается термостат (при необходимости). Запускается разработанная программа, которая автоматически определяет количество установленных капилляров, время их установки и в которой имеется возможность изменить временные интервалы съема изображений капилляров. По окончании эксперимента становится доступной первичная информация, представляющая собой последовательность текстовых файлов, содержащих оцифрованные изображения капилляра, исходное распределение темнового фона, комментарии и т.п.

Предложенное изобретение относится к области медицины, а именно к автоматизации клинических методов исследования. Устройство для автоматической регистрации осаждения крови содержит корпус, вертикально расположенную трубку, в которую помещается исследуемый образец крови, средство удержания трубки в корпусе, сенсорную головку, включающую в себя источник и приемник оптического излучения, размещенные по разные стороны трубки на одной оптической оси в горизонтальном направлении маску со щелью, установленную между приемником оптического излучения и трубкой, процессор, выходное устройство, входом соединенное с выходом процессора. Источник оптического излучения выполнен формирующим распределенный в вертикальной плоскости оптический пучок, перекрывающий по высоте трубку с исследуемым образцом крови. Маска со щелью установлена вертикально. Между маской со щелью и приемником оптического излучения установлена собирающая оптическая система, при этом приемник оптического излучения выполнен в виде сканерной линейки из приборов с зарядовой связью, установленной вертикально. Выходы линейки из приборов с зарядовой связью соединены со входом процессора, при этом головка закреплена неподвижно. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения параметров осаждения крови. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство для автоматической регистрации осаждения крови, содержащее корпус с закрепленным в нем средством для удержания трубки, трубку, в которой содержится исследуемый образец крови, установленную вертикально в средстве для удержания трубки, сенсорную головку, размещенную в корпусе с источником и приемником оптического излучения, размещенными на одной горизонтально направленной оптической оси по разные стороны трубки, процессор, выходное устройство, вход которого соединен с выходом процессора, отличающееся тем, что сенсорная головка установлена в корпусе неподвижно, а источник оптического излучения, неподвижно установленный в корпусе, выполнен формирующим распределенный в вертикальной плоскости оптический пучок, перекрывающий по высоте трубку, в которой содержится исследуемый образец крови, а приемник оптического излучения, неподвижно установленный в корпусе, выполнен в виде установленной вертикально линейной матрицы из приборов с зарядовой связью, соединенной с входом процессора, а также устройство содержит собирающую оптическую систему, закрепленную неподвижно и установленную между трубкой и приемником оптического излучения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит маску с щелью, закрепленную в корпусе неподвижно и установленную вертикально между трубкой и собирающей оптической системой.