УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ОСЕДАНИЯ ЭРИТРОЦИТОВ И ДРУГИХ СВЯЗАННЫХ ПАРАМЕТРОВ
DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING ERYTHROCYTE SEDIMENTATION RATE AND OTHER RELATED PARAMETERS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству и соответствующему способу для применения в области медицинского анализа для определения скорости оседания эритроцитов (СОЭ), а также других связанных параметров.
Уровень техники
В области медицинского анализа, для подтверждения наличия патологических состояний, характеризуемых как «воспалительные», измеряют скорость оседания клеточной части крови, в частности - эритроцитов или красных кровяных телец. В частности, скорость оседания эритроцитов является неспецифическим диагностическим показателем состояния воспаления.
В практику вошли различные способы определения СОЭ, которые, тем не менее, оказались не совсем удовлетворительными с точки зрения скорости и практической возможности детектирования.
При применении этих способов с различными системами измерения, кровь, забираемую у пациента, вводят в трубчатые контейнеры или пробирки, а затем, возможно - после центрифугирования, выполняют необходимые измерения в пробах крови.
Некоторые известные системы предусматривают определение, через предварительно заданные промежутки времени, положения границы раздела между по существу прозрачной текучей плазменной частью крови и более мутной клеточной частью, состоящей из красных и белых кровяных телец и тромбоцитов.
В отличие от них, другие системы предусматривают определение оптической плотности крови или ее показателя поглощения с учетом границы раздела.
Для всех предложенных на сегодняшний день способов определения СОЭ в целом характерно наличие начального периода нечувствительности, существенно влияющего на общую продолжительность анализа, что делает невозможным его выполнение с другими, гораздо более быстрыми анализами, например, подсчетом клеток крови, без перерыва.
Известные способы также предусматривают применение одноразовых контейнеров, что влечет за собой дополнительные расходы как на их приобретение, так и на их утилизацию. Кроме того, для выполнения анализа нужно большое количество крови, в связи с чем в некоторых случаях - например, если анализ выполняют у детей, возникают проблемы.
Также известен способ, предусматривающий забор крови на анализ из контейнера, где она хранится, и ввод этой крови в измерительную емкость уменьшенной толщины, применяемую для разнообразных измерений в разных пробах. В основе данного способа лежит определение оптической плотности крови или ее показателя поглощения в постоянной точке измерительной емкости, которую вращают для ускорения оседания крови.
В число средств определения показателя поглощения входят устройства излучения/детектирования электромагнитного излучения, связанные с измерительной емкостью. Определяемые значения показателя поглощения прямо пропорциональны количеству кровяных телец в пробе крови в точке наблюдения, которое изменяется стечением времени из-за оседания самих кровяных телец.
Исследование показателя поглощения в динамике по времени позволяет отслеживать значение СОЭ за счет исключения начальных периодов нечувствительности и необходимости применения одноразовых контейнеров для анализа.
Более того, для анализа нужно меньшее количество крови, что устраняет затруднения при выполнении анализа у пациентов детского возраста.
Наряду с указанными преимуществами, данному способу присущ ряд недостатков, делающих его использование не в полной мере удовлетворительным.
Размер устройства измерения СОЭ и трудности управления многочисленными средствами центрифугирования ограничивают возможность соединения данной системы с комплексным прибором для подсчета кровяных телец. Размер устройства также диктует необходимость выполнения анализа в лаборатории, а методика анализа предусматривает необходимость значительных объемов крови.
Более того, после каждого измерения необходимо перемещать средства центрифугирования и связанную с ними емкость относительно излучающих/детекторных средств, что создает проблемы и отклонения от нормы при управлении потоком крови.
В указанном устройстве пробу крови после анализа сливают и вводят новую пробу крови в измерительную емкость.
Чтобы не промывать измерительную емкость после слива, слив остатка уже проанализированной пробы осуществляют под действием новой пробы крови, подлежащей анализу, при этом гидравлический путь, по которому кровь должна пройти во избежание загрязнения, достаточно длинный; в связи с этим нужен больший объем крови.
Еще одно ограничение указанного способа обусловлено тем, что получение фотометрических данных зависит от скорости вращения измерительной емкости, в связи с чем его нельзя рассматривать как непрерывный процесс.
В уровне техники, например, в патентных документах US 5,827,746, ЕР 1.907.819 или ЕР 2.880.418, все из которых выданы на имя Заявителя, предложены решения для устранения некоторых из указанных недостатков. Однако была выявлена потребность в дополнительном усовершенствовании известных устройств в части точности, эффективности и универсальности для создания методологических решений, еще более адаптируемых для самых разных категорий пациентов и условий работы.
Учитывая вышеизложенное, одна из целей настоящего изобретения состоит в создании способа и соответствующего устройства определения скорости оседания эритроцитов, а также других относящихся к ней параметров, обеспечивающих возможность быстрого, простого и надежного анализа, который также можно выполнять в комбинации с гематологическими анализами других типов.
Еще одна цель настоящего изобретения состоит в обеспечении возможности встраивания указанного устройства в известные системы подсчета кровяных телец и, тем самым, использования преимущества, состоящего в том, что кровь уже была гомогенизирована тем же самым счетчиком кровяных телец.
Еще одна цель изобретения состоит в создании компактного устройства, удобного в транспортировке и в использовании в любом состоянии и условиях окружающей среды, также с возможностью его применения в качестве одноразового измерительного средства в амбулаторных или стационарных условиях, например, в так называемых «местах оказания медицинской помощи» (МОМП, англ. Points of Саге (РОС)), которое, в частности, подходит для выполнения анализа у пациентов детского возраста.
Заявитель разработал, испытал и осуществил настоящее изобретение для преодоления недостатков известных решений и для достижения указанных и иных целей и преимуществ.
Раскрытие сущности изобретения
Настоящее изобретение определено и охарактеризовано в независимых пунктах формулы, при этом в ее зависимых пунктах описаны прочие признаки изобретения или его варианты, модифицированные относительно основной идеи изобретения.
В соответствии с вышеуказанными целями, конструкция предложенного устройства определения СОЭ в целом содержит капиллярную трубку, прозрачную для излучений в определенной области длин волн, содержащую по меньшей мере по существу прямолинейный участок максимально уменьшенных размеров, внутрь которого вводят и через который пропускают подлежащую анализу кровь.
Здесь и далее по тексту описания, «излучение» означает как электромагнитные волны, в частности - в видимой области, так и другие волны, соответствующие принципам волновой механики, например, помимо прочих, акустические волны, ультразвуковые волны или механические вибрации, а также излучение любого другого типа, применение которого возможно в данном случае.
Поэтому, несмотря на то, что далее, в частности - в описании осуществления изобретения на примере чертежей, речь пойдет о световых излучениях и излучателях/детекторах оптического типа, следует понимать, что изобретение равным образом применимо ко всем типам излучений, как указано выше.
Устройство также содержит перекачивающие средства с возможностью направления пробы крови внутрь капилляра для обеспечения возможности пропускания пробы крови через него, с воздействием на нее в зоне измерения излучением, испускаемым излучающими устройствами, и детектированием посредством соответствующих детекторных устройств, расположенных в соответствии с точкой капиллярной трубки, соответствующей зоне измерения, на противоположной стороне от излучающих средств.
Детекторные устройства соединены с блоком управления и обработки, выполненным с возможностью преобразования детектированных данных, выраженных в скорости оседания, или иных связанных параметров в единицу измерения, совместимую с обычно используемыми единицами.
В возможных вариантах осуществления перекачивающие средства могут быть выполнены с возможностью резкого прерывания потока крови через капилляр для его резкого замедления («остановленный поток») и, как следствие, агрегации и оседания клеток крови из-за ее уплотнения.
Уплотнение приводит к изменению сигнала, детектируемого детекторными средствами, с последующим получением информации, которую можно использовать для определения СОЭ.
По окончании детектирования, проанализированную пробу крови сливают из контура, и капиллярная трубка готова к приему новой пробы крови, подлежащей анализу.
По одному из вариантов, капиллярная трубка содержит камеру считывания, соответствующую типу выполняемого измерения.
В одном частном варианте осуществления настоящего изобретения камера считывания включает в себя малую (капиллярную) измерительную трубку, например, с цилиндрической частью, при этом данная форма сама по себе не является ограничивающей, выполненную из пластмассы, например, без каких-либо ограничений, из акрила, или из стекла. В частности, за счет применения данных материалов, капиллярная трубка может быть сформирована на поверхностях входа и выхода излучения, детектируемого приемными средствами.
Малая капиллярная трубка образует переходный канал подлежащих анализу проб, неразрывно связанный по текучей среде с подводящей трубкой, обычно выполняемой из тефлона.
В частности, измерительная трубка из акрила или стекла по форме выполнена так, чтобы зона входа света, акустических волн или иного подходящего излучения имела поверхность плоской или иной подходящей формы, а не криволинейную цилиндрическую поверхность, как у обычной трубки.
В развитие вышеуказанного варианта, один из дополнительных признаков состоит в том, что измерительная трубка также имеет плоскую поверхность на ее противоположном, т.е. выходном, конце, благодаря чему изгибы не отклоняют / не преломляют оптическое, акустическое или иное излучение и не искажают содержание информации.
Благодаря тому, что поверхности, обращенные к излучающим/детекторным устройствам, являются по существу плоскими, испускаемое излучение в меньшей степени подвержено воздействию возмущающих факторов, которые могут поставить под угрозу корректность и точность измерения.
В частности, указанные окна считывания с плоской поверхностью вступают во взаимодействие с падающим на них излучением независимо от их расположения в пределах стандартных позиционных допусков для механической обработки.
В дополнительном варианте изобретения указанные плоские окна представляют собой прозрачные, нерассеивающие поверхности, например, такие, как у традиционной трубки, выполненной, как правило, из тефлона, и обеспечивают гораздо более высокую чувствительность детектирования света или звука.
В одном из вариантов изобретения камера считывания с измерительной трубкой, выполненной из акрила или стекла, выше по потоку и ниже по потоку соединена с трубкой традиционного типа, например, выполненной из тефлона, в которой происходит перемещение пробы крови.
Еще один дополнительный признак состоит в том, что стеклянная или акриловая камера считывания размещена внутри жесткого контейнера, образующего вмещающие гнезда для расположенных выше по потоку и ниже по потоку трубок, образующих путь подлежащей анализу пробы крови.
В следующем варианте осуществления жесткий контейнер также содержит средства коллимирования, образующие путь оптического, звукового или иного пучка, проходящего через камеру считывания.
Данная конфигурация измерительной камеры обеспечивает возможность измерения скорости потока, а также измерений в режимах остановленного потока или остановки и течения, что облегчает измерение вязкости пробы крови и повышает его точность.
Дополнительный признак настоящего изобретения состоит в том, что, благодаря раскрытым выше признакам устройства и, в частности, наличию измерительной ячейки, способ измерения позволяет предотвратить перекрестное загрязнение проб, то есть предотвратить явление так называемого «переноса», либо приводящего к перекрестному загрязнению следующих друг за другом проб и получению искаженных результатов измерения, либо вызывающего необходимость промывки между пробами.
Предлагаемый способ предусматривает забор пробы крови в очень малых количествах, например, в диапазоне от 30 микролитров до 180 микролитров, что позволяет осуществлять забор у пациентов детского возраста или капиллярный забор.
В возможных вариантах осуществления способ предусматривает возможность применения частиц латекса для улучшения калибровки и настройки измерительного прибора. Например, может быть предусмотрено применение частиц латекса с тремя уровнями мутности для калибровки точности измерения.
В частности, использование частиц латекса обеспечивает возможность определения функциональности внутренних датчиков оборудования для получения гарантий характеристик в части измерения и калибровки, подтверждающих корректное функционирование контрольно-измерительного оборудования. Высокая важность данного аспекта обусловлена тем, что такое исследование, как измерение СОЭ, нельзя проконтролировать внешними средствами, например, путем анализа содержания глюкозы в крови.
Согласно изобретению, измерительный прибор, содержащий излучающие и детекторные устройства, расположен в конкретной точке на пути потока крови, соответствующей концу хода каждой считываемой пробы.
Использование камеры считывания, выполненной из акрила или стекловидного материала, расположенной внутри жесткой опорной конструкции, а также коллимирование испускаемого излучения, согласно изобретению, позволяют всегда измерять конечную - так называемую «хвостовую» - часть пробы, не содержащую загрязнений от предыдущей пробы.
Более того, таким образом, все последующие пробы крови, находясь в точке измерения, не будут содержать загрязнений от предыдущих проб.
В одном варианте осуществления объем крови в камере считывания приблизительно равен 1 микролитру, при этом количество крови на пробу, забираемую у отдельного пациента детского возраста, может лежать в диапазоне от 30 микролитров до 180 микролитров.
В частности, настоящее изобретение позволяет осуществлять считывание пробы в объеме 1 микролитра стабилизированной крови, независимо от того, где происходит анализ пробы крови - в одной точке трубки или в камере считывания.
Один из признаков изобретения состоит в том, что точка считывания и измерения расположена относительно измерительной камеры, в частности - относительно стеклянной или акриловой трубки, так, что несколько микролитров крови проходят и принудительно протекают через камеру считывания в качестве инертного прохода, без какого-либо измерения в указанной части.
Считывание пробы начинают в отношении части, представляющей собой 1 микролитр в составе последних 5 микролитров исходного объема.
Проход нескольких микролитров инертной крови через камеру считывания объемом 1 микролитр предназначен для механического сдвига или промывки.
Сдвигающий объем, в отношении которого не выполняют каких-либо измерений, позволяет обеспечить отсутствие перекрестного загрязнения проб в последних 5 микролитрах. Таким образом, проход подлежащей анализу пробы создает эффект самопромывки от предыдущей пробы.
Благодаря этому, изобретение позволяет выполнять измерения на каплях из капиллярного забора (например, 25 микролитров), при этом не требуя промывки между пробами, что особенно удобно для применения в так называемых «местах оказания медицинской помощи» (МОМП) и в педиатрии.
Иными словами, последовательная самопромывка пробы позволяет предотвратить явление переноса.
В итоге, настоящее изобретение, в частности - конфигурация и структура камеры считывания, обеспечивают следующие преимущества:
- измерения СОЭ можно выполнять с уменьшенными объемами забора проб, что очень удобно для пациентов детского возраста и капиллярных проб;
- не происходит уменьшение точности измерения из-за отклонения излучений, вызванных проблемами, связанными с изготовлением традиционных трубок;
- система самопромывки пробы обеспечивает преимущество для проб пациентов как детского, так и взрослого возрастов, предотвращая перенос от пробы к пробе;
- экспериментальные измерения СОЭ, выполненные попеременно на очень высоких и очень низких пробах, дали одинаковые результаты даже при обратном прохождении одних и тех же проб.
В предложенном устройстве, капиллярная трубка, средства забора проб крови и измерительный прибор могут образовывать транспортируемую конструкцию, отдельную и обособленную от блока управления и обработки, а также от возможной системы отображения результатов, и выполнены с возможностью соединения с ними посредством кабелей передачи или радиосвязи.
Таким образом, обеспечена высочайшая гибкость и универсальность в применении, так как прибор для забора проб и анализа может быть выполнен в малых размерах, что позволяет использовать его, например, непосредственно у койки пациента или в любых сложных условиях.
Также возможно параллельное использование множества таких устройств для одновременного выполнения одного и того же анализа на разных пробах крови, а также использование этого устройства последовательно с другими устройствами для выполнения разных типов гематологических анализов в одной и той же пробе.
Кроме того, благодаря тому, что выполнение анализа занимает очень короткое время, данное устройство можно использовать в местных клиниках, в больничных палатах, в мобильных гематологических установках или, как сказано выше, встраивать в оборудование, предназначенное для других типов гематологических анализов.
Данное устройство, позволяющее выполнять непрерывный анализ непосредственно после забора натуральной крови у пациента, не требует применения антикоагулянтов, так как кровь можно проанализировать до того, как пройдет время, необходимое для образования сгустка.
В частности, непрерывность сбора данных детекторными средствами позволяет лучше оценивать оптическую плотность пробы крови, и, как следствие, измерять СОЭ с высочайшей точностью, а также выявлять возможные аномальные состояния потока крови, обусловленные, например, наличием воздушных пузырей или сгустков.
Непрерывное исследование потока также позволяет определять другие реологические параметры крови, например, плотность или вязкость.
В возможных вариантах осуществления блок управления и обработки может быть выполнен с возможностью сравнения вязкости пробы с полученным значением СОЭ.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения перекачивающие средства выполнены с возможностью реверсирования и позволяют изменять направление потока внутри контура; это обеспечивает возможность повторной гомогенизации пробы крови и быстрого повтора измерений в ней.
Капилляр выполнен с возможностью термостатирования, что позволяет выполнять анализ при постоянной предварительно заданной необходимой температуре.
Таким образом, можно пропускать одну и ту же пробу крови через капиллярные трубки, термостатируемые при разных температурах и расположенные последовательно, и оценивать значения СОЭ в зависимости от температуры анализа.
В данном случае предпочтительно поддерживать температуру по меньшей мере одного из капилляров приблизительно равной 37°С во избежание выпадения некоторых компонентов крови и для гарантии создания надежной сравнительной модели.
Краткое описание чертежей
Указанные и прочие признаки настоящего изобретения станут понятны из нижеследующего описания некоторых вариантов осуществления, приведенных в качестве неограничивающих примеров с отсылкой к прилагаемым чертежам, где:
- Фиг. 1 схематически изображает первый вариант осуществления устройства определения скорости оседания эритроцитов и других параметров согласно изобретению;
- Фиг. 2 схематически изображает модифицированный вариант устройства с Фиг. 1;
- Фиг. 3 изображает фрагмент устройства с Фиг. 2;
- Фиг. 4 изображает фрагмент с Фиг. 3 в разобранном виде;
- Фиг. 5 схематически изображает диаграмму измерений, полученную с помощью устройства по настоящему изобретению.
Чтобы облегчить понимание, для обозначения идентичных общих элементов на чертежах, по возможности, использовались одни и те же номера позиций. Следует понимать, что элементы и признаки одного варианта осуществления могут в целях удобства быть включены в другие варианты без дополнительных разъяснений.
Осуществление изобретения
Фиг. 1 представляет собой схематическое и неограничивающее изображение устройства 10 определения скорости оседания эритроцитов и других связанных параметров в целом, содержащего следующие основные компоненты:
- пробозаборный элемент 11 для забора подлежащей анализу пробы крови;
- трубку 12, выполненную, например, из тефлона, с возможностью ввода в нее пробы крови, прозрачную для электромагнитных излучений в области от 100 до 2000 нм, предпочтительно от 200 до 1000 нм;
- контур 13, соединяющий пробозаборный элемент 11 с трубкой 12, внутри которого циркулирует проба крови;
- насос 14, связанный с контуром 13;
- сливную трубку 15 для слива пробы крови после анализа;
- измерительный прибор, содержащий излучающее устройство 16, связанное с соответствующим ему детекторным устройством 17, которые в данном частном случае расположены на противоположных сторонах от конкретной точки трубы 12;
- блок 20 управления и обработки с возможностью управления функционированием устройства 10, и
- интерфейсный блок 18, посредством которого устройства 16 и 17 связаны с блоком 20 управления и обработки.
Пробозаборный элемент 11 в данном частном случае выполнен в виде шприца с возможностью выборочного забора подлежащей анализу проба крови из контейнеров или пробирок 22 в барабане 21 хранения, выполненном с возможностью вращения мотором 23, например, для выполнения запрограммированных циклов перемешивания крови, содержащейся в пробирках 22. Одним из возможных решений является то, что мотор 23 может выполнять перемешивание путем циклического качания барабана 21 хранения.
Тщательное перемешивание необходимо для корректного выполнения исследования в отношении красных кровяных телец, агрегация которых еще не произошла за время между забором в пробирку для забора крови и выполнением исследования. Таким образом, перемешивание осуществляют для дезагрегации красных кровяных телец и последующего корректного выполнения измерения СОЭ.
В возможных вариантах осуществления пробирки 22 могут представлять собой пробирки стандартного типа, например, для гематологических измерений.
В вариантах осуществления на Фиг. 1 и 2 пробозаборный элемент 11 также выполнен с возможностью непосредственного забора натуральной крови из пальца 28 пациента, например, выполняемого с помощью ланцетного устройства того типа, что предназначен для прокалывания пальца, внутри которого расположены устройства 16, 17 и точка трубки 12, в которой происходит измерение.
Кровь в трубку 12 может также поступать из устройства 29, пригодного для выполнения других анализов, внутрь которого устройство 10 может быть встроено целиком; таким образом, к трубке 12 поступает уже гомогенизированная кровь, не требующая дополнительных обработок.
В модифицированном варианте пробозаборный элемент 11 выполнен за одно целое со средствами взбалтывания для гомогенизации взятой пробы крови.
Трубка 12 связана с металлической опорой 19, снабженной средствами термостатирования, позволяющими поддерживать ее температуру, которая может быть предварительно задана, постоянной, тем самым создавая необходимую температуру выполнения анализа.
Насос 14, который может быть расположен как выше, так и ниже по потоку от трубки 12, выполнен с возможностью приведения пробозаборного элемента 11 в движение для циркуляции пробы крови внутри контура 13 и трубки 12.
В возможных вариантах осуществления насос 14 может представлять собой перистальтический насос с возможностью перемещения пробы крови до установленной точки считывания.
Точку считывания определяют точно, чтобы предотвратить явление переноса.
Если в ходе исследования будет получен отклик, указывающий на отсутствие потока, например, из-за какого-либо блокирования капиллярной трубки, перистальтический насос может переключить поток с обратным перемещением взятой пробы и повторить исследование; или, если отклик об отсутствии потока сохраняется, может быть активирован новый цикл забора пробы из исходной пробирки.
В возможных вариантах осуществления считывание пробы крови может осуществлять измерительный прибор, проходящий через точку считывания в непрерывном потоке, то есть, без прерывания потока.
В качестве альтернативы, насос 14 может быть выполнен с возможностью мгновенного прерывания потока пробы крови для резкого замедления («остановленный поток») и, как следствие, агрегации эритроцитов.
В возможных вариантах на Фиг. 1 и 2 насос 14 является реверсивным и выполнен с возможностью обеспечения циркуляции крови внутри контура 13 в двух направлениях, указанных соответственно сплошной линией (всасывание) и пунктирной линией (сдвиг).
Интерфейсный блок 18 выполнен с возможностью активирования/деактивирования излучающего устройства 16 и преобразования сигналов, принятых детекторным устройством 17, в сигналы, которые может считывать блок 20 управления и обработки.
В возможных вариантах осуществления измерительный прибор может содержать множество детекторных устройств 17. Благодаря этому, способ измерения позволяет детектировать излучения посредством множества детекторных устройств 17 за одно считывание пробы для улучшения возможных поправок.
Например, детекторные устройства 17 могут представлять собой три детекторных устройства 17, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга.
В возможных вариантах осуществления детекторное устройство 17 выполнено с возможностью детектирования электромагнитных волн длиной в диапазоне от 700 нм до 1 мм, то есть тех, что могут представлять собой инфракрасные волны.
В этих вариантах измерительный прибор может быть выполнен с возможностью измерения температуры пробы крови.
Кроме того, благодаря наличию детекторного устройства 17 инфракрасных волн, можно обеспечить эффективное перемешивание пробы.
Кроме того, на достигнутую таким образом агрегацию красных кровяных телец не влияют низкие температуры.
В вариантах осуществления настоящего изобретения блок 20 управления и обработки может быть выполнен с возможностью сравнения значений температуры, определенных детекторным устройством 17, с предварительно заданными значениями для того, чтобы не учитывать пробы крови с температурой ниже предварительно заданного порогового значения, например, 18°С.
По настоящему изобретению, блок 20 управления и обработки, включающий в себя электронный микропроцессор, выполнен с возможностью программирования для управления различными режимами функционирования устройства 10.
В возможных вариантах осуществления блок 20 управления и обработки может быть выполнен с возможностью сравнения значений, определенных детекторным устройством 17, с предварительно заданными значениями и сигнализации пользователю о возможной непригодности пробы крови. Например, если гематокритные числа ниже 25%, группа 20 управления и обработки может сигнализировать пользователю о ее непригодности.
Блок 20 управления и обработки содержит базу данных или внутреннюю память 27, содержащую наборы параметров в форме числовых данных, таблиц или графиков.
В частности, база 27 данных может быть выполнена со статистической памятью, содержащей значения множества проб, например, 5000 разных проб, с возможностью определения среднего показателя в исследуемой популяции.
В возможных вариантах осуществления способ по настоящему изобретению обеспечивает возможность статистического контроля популяции по значениям, содержащимся в базе 27 данных. Базу 27 данных можно непрерывно обновлять, благодаря чему происходит постоянное обновление значений, относящихся к среднему показателю в исследуемой популяции, результатами выполненных исследований.
В возможных вариантах осуществления блок 20 управления и обработки может быть выполнен с возможностью взаимодействия с программным обеспечением управления популяцией для создания графика измерений для выявления возможных погрешностей измерения или отклонений.
В частности, блок 20 управления и обработки может быть выполнен с возможностью выявления возможного отклонения измерений проб крови, взятых из устройства 10, от среднего показателя в исследуемой популяции.
Кроме того, в возможных вариантах осуществления измерительный прибор может быть выполнен с возможностью выполнения по меньшей мере одной попытки исследования, даже если группа 20 управления и обработки выявит, что проба не является пригодной.
Таким образом, в данном варианте измерительный прибор может быть выполнен с возможностью остановки после выполнения нужного количества, например трех, попыток.
В возможных вариантах осуществления блок 20 управления и обработки может быть выполнен с возможностью взаимодействия с управляющим программным обеспечением.
Управляющее программное обеспечение, помимо множества других функций, может хранить дату истечения срока годности частиц латекса, используемых для калибровки точности измерения, во избежание использования частиц латекса после даты истечения срока их годности.
Управляющее программное обеспечение также может быть выполнено с возможностью проверки соответствия способа измерения нормативным требованиям в области здравоохранения, действующим в различных странах. Например, управляющее программное обеспечение может проверять соответствие способа измерения стандартам, установленным Управлением по надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (англ. Food and Drug Administration (FDA)) Соединенных Штатов Америки.
Блок 20 управления и обработки также содержит средства взаимодействия с пользователем, в данном частном случае включающие в себя клавиатуру 26 для ввода данных, монитор или дисплей 24 и принтер 25 для отображения результатов анализа и их обработки для статистических целей.
В возможных вариантах осуществления измерительный прибор может быть выполнен с возможностью детектирования агрегации красных кровяных телец и коррелирования данного значения с определенными значениями СОЭ.
В частности, данное коррелирование можно выполнять для проб крови с патологиями красных кровяных телец, например, анемией (например, серповидноклеточной анемией), микроцитозом или чем-либо подобным.
В возможных вариантах осуществления, раскрытых исключительно в качестве примера на Фиг. 2, трубка 12 выполнена с возможностью перемещения пробы к камере 50 считывания, содержащей капиллярную измерительную трубку 51 (Фиг. 3 и 4), состоящую из малого цилиндра, выполненного из пластмассы, например, акрила, или стекла.
Камера 50 считывания выполнена в жестком контейнере 52 (Фиг. 3), содержащем, в данном частном случае, центральное сквозное отверстие 54, в котором расположен капилляр 51. В модифицированном варианте капилляр 51 расположен в замкнутом пространстве, ограниченном прозрачными линзами (не видны на чертеже), расположенными с возможностью закрытия сквозного отверстия 54.
Капилляр 51, посредством пары отверстий - переднего 56а и заднего 56b соответственно, соединен выше по потоку и ниже по потоку с трубкой 12 с возможностью принудительно протекания через него исследуемой пробы крови для прохождения через пучок волн, испускаемых излучающим устройством 16.
В возможных вариантах осуществления камера 50 считывания может быть выполнена с возможностью обеспечения считывания пробы крови даже в условиях отсутствия гравитации.
В частности, в условиях отсутствия гравитации, подачу перистальтического насоса, т.е. его усилие напора, замедляют для приспособления к более низкому сопротивлению, действующему на него.
В возможных вариантах осуществления камера 50 считывания может быть связана со средствами термостатирования, в качестве альтернативы или в дополнение к средствам термостатирования, которые могут быть выполнены на металлической опоре 19.
Регулируемый термостат позволяет уменьшить переменчивые факторы при выполнении измерений СОЭ, обусловленные изменениями наружной температуры, даже в ситуации изменений наружной температуры на 2/3°С.
Жесткий контейнер 52 содержит вмещающие гнезда 55 для соответствующих участков трубки 12 для обеспечения оптимальной и стабильной связи по текучей среде между трубкой 12 и капиллярной трубкой 51.
В одном предпочтительном варианте осуществления излучающее устройство 16 и соответствующее ему детекторное устройство 17 обращены к капилляру 51 и расположены напротив его, и выполнены с возможностью соответственно испускания и детектирования электромагнитных излучений с длиной волны, предпочтительно лежащей в диапазоне от 200 до 1000 нм.
Капилляр 51 имеет противоположные плоские поверхности 53, обращенные к излучающему устройству 16 во избежание отклонения/преломления электромагнитной волны изгибами, которые могут исказить содержание информации.
Жесткий контейнер 52 содержит каналы 59, позволяющие концентрировать пучок электромагнитных волн только на капилляре 51, благодаря чему измерению подвергают только часть пробы крови. В частности, как станет яснее из нижеследующего описания, уменьшение части пробы, подвергаемой анализу, позволяет получать важный эффект самопромывки между следующими друг за другом пробами.
В возможных вариантах осуществления трубка 12 и/или камера 50 считывания могут быть связаны с устройством самопромывки, благодаря чему при пропускании существенной части последующей пробы крови, например, 20 мл из общего количества 25 мл, ее пропускают через трубку 12 и/или камеру 50 считывания в качестве инертного прохода без выполнения какого-либо измерения для осуществления функции механического сдвига или промывки в отношении пробы, находящейся в трубке 12 и/или в камере 50 считывания.
Сдвигающий объем величиной 20 микролитров, в отношении которого не выполняют измерение, позволяет обеспечить отсутствие перекрестного загрязнения проб в остальных 5 микролитрах и предотвратить так называемое явление «переноса», ведущего к получению искаженных результатов измерения.
Использование капилляра 51 позволяет уменьшить или устранить влияние допустимых геометрических и производственных отклонений на точность измерения, благодаря полной коллимации оптического сигнала и отсутствию его отклонения или искажения вызывающими возмущение толщинами или элементами. Также следует учесть то, что стеклу или акрилу не присущи недостатки, связанные с применением традиционных тефлоновых трубок.
Кроме того, использование раскрытого выше капилляра 51 позволяет соответствующим образом сконструировать поверхность входа излучения, испускаемого излучающим устройством 16.
Например, если речь идет о характеристиках излучения (типе волны, длине волны, расстоянии и т.п.), поверхность входа излучения можно по размеру выполнить с возможностью получения плоской волны постоянной интенсивности внутри устройства вокруг канала прохода пробы. Так можно повысить нечувствительность к погрешностям расположения канала как такового и, тем самым, гарантировать высокую воспроизводимость измерений независимо от возможных неточностей сборки, а также гарантировать увеличение чувствительности с возможностью выполнения измерения, даже если объемы подлежащих анализу проб составляют около микролитра.
2
В возможных вариантах осуществления камера 50 считывания и/или капилляр 51 могут содержать секцию величиной 0,8 мкм. Данная секция обеспечивает преимущество, состоящее в возможности имитации потока крови в человеческой вене.
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает возможность выполнения других типов измерений, например, измерения показателя преломления плазмы, указывающего на содержание белков в крови. Это обеспечивает возможность выполнения устройством 10 по настоящему изобретению следующих функций:
- измерение поглощения, устраняющее зависимость измерения оптической плотности (мнимая часть показателя преломления) от содержания белков (действительная часть показателя преломления);
- измерение показателя преломления плазмы в стабилизированной крови и в плазме;
- измерение синергического эффекта двух величин (измерение и действительной, и мнимой частей показателя преломления) для измерения ЗПО (зета-потенциала осаждения (англ. Zeta Sedimentation Rate (ZSR)), представляющего собой альтернативу измерению СОЭ, при которой пробирку, содержащую пробу, переворачивают перед тем, как подвергнуть измерению;
- измерение показателя преломления крови в действительной и мнимой частях путем сравнения их значений во время течения потока крови в поляризациях электрического поля параллельно и перпендикулярно потоку.
В частности, настоящее изобретение обеспечивает возможность измерения СОЭ в пробах крови с низким гематокритом.
В возможных вариантах осуществления измерение СОЭ можно выполнять в некотором объеме стабилизированной крови, забранном из пробирки с ЭДТК (этилендиаминтетрауксусной кислотой, англ. EDTA) / цитратом, и/или в некотором объеме натуральной крови, только что взятой у пациента.
В частности, пробирка с ЭДТК/цитратом содержит минимальный объем в диапазоне от 8 мл до 30 мл стабилизированной крови.
В возможных вариантах осуществления способ определения скорости оседания эритроцитов включает в себя этапы, на которых анализируют пробы крови из пробирки и создают отверстие в пробке пробирки перед выполнением анализа.
Это позволяет насытить пробу воздухом перед выполнением измерения (профилактическая вентиляция) для улучшения динамики считывания кровяного потока в режиме «остановка и течение».
В частности, вентиляция позволяет нормировать давление в пробирке с вакуумом внутри, с тем, чтобы перистальтический насос, оптимизированный по фиксированному количеству шагов мотора, мог обеспечивать идентичное положение всех забранных и всосанных проб крови относительно считывающих датчиков.
Кроме того, это обеспечивает возможность создания идентичных протяжен но стей воздушных пузырей для всех проб крови, предотвращения создания продолговатого воздушного пузыря из-за разного внутреннего давления в пробозаборной трубке, расположенной в перемешивающем роторе, и приведения в идентичные положения всех проб, забранных в порядке загрузки, относительно точки считывания или сквозной пробы крови, а также гарантии эффективной сквозной самопромывки проб крови.
В указанных возможных вариантах детекторные устройства 17 могут быть выполнены с возможностью компенсирования разных внутренних давлений в пробирках 22.
В некоторых случаях, пробу крови невозможно подвергнуть воздействию воздуха, поэтому пробирку прокалывают без насыщения пробы воздухом. В связи с этим, при заборе пробы из пробирки не происходит повторное выравнивание внутреннего давления, а игла подвергается воздействию изменения давления.
Отрицательное давление внутри вакуумной пробирки не является постоянным, в связи с чем отсутствует возможность точного и ритмичного приведения подлежащей анализу пробы в движение в трубке 12.
В возможных вариантах осуществления способ включает в себя этап, на котором вращают пробирку перед забором пробы крови с программируемой скоростью перемешивания, например 24, 32 или 60 оборотов в минуту.
В возможных вариантах осуществления количество оборотов может лежать в диапазоне от 1 до 1000.
В возможных вариантах осуществления способ включает в себя этап, на котором детектируют агрегации красных кровяных телец, после чего измеряют СОЭ, путем осуществления переменного перемешивания пробы в зависимости от количества крови, содержащейся в пробирках. Это обеспечивает возможность выполнения исследования на скорость оседания эритроцитов (СОЭ) в хорошо перемешанной пробе крови, то есть с хорошо дезагрегированными и рассеянными красными кровяными тельцами, во избежание получения некорректных проб с высокой СОЭ, которая может быть детектирована детекторными устройствами 17 из-за образования скоплений уже существовавших монетных столбиков.
В первом примере можно совершить 140 оборотов для перемешивания пробы крови в пробирке, содержащей от 3 мл до 7 мл крови, со скоростью 32 оборота в минуту.
В еще одном примере можно совершить 140 оборотов для перемешивания пробы крови в пробирке, содержащей 5 мл крови, со скоростью 24 оборота в минуту. Следовательно, время на выполнение перемешивания во втором примере больше, чем время, нужное в первом примере.
Кровь обычно проявляет тенденцию к прилипанию ко дну пробирки из-за поверхностного натяжения. Для обеспечения возможности анализа крови, прилипающей ко дну пробирок, вариант способа по настоящему изобретению может включать в себя первый этап, на котором перемешивание в пробирке сначала осуществляют с высокой скоростью для высвобождения крови, прилипшей ко дну пробирки, и второй этап, на котором перемешивание осуществляют с обычной скоростью, например, 32 оборота в минуту в количестве 140 оборотов. Это обеспечивает преимущество, состоящее в возможности выполнения исследований крови из пробирок, содержащих ее малое количество. В частности, настоящее изобретение обеспечивает возможность определения СОЭ в пробе, забранной у пациента детского возраста. Например, проба крови может быть забрана из педиатрических микрокювет вместимостью от 50 мкл до 100 мкл.
В возможных вариантах осуществления перемешивание пробы также может быть продолжено во время анализа.
В возможных вариантах осуществления, как раскрыто на примере Фиг. 2, устройство 10 по настоящему изобретению может содержать второй, внешний, пробозаборный элемент 11а, выполненный с другим контуром 13а, независимым от первого контура 13, причем второй пробозаборный элемент 11а выполнен с возможностью забора пробы крови из пробирки в направлении сверху вниз. Данный способ, в частности, подходит для проб, забираемых у пациентов детского возраста, и/или проб по срочному запросу.
Второй пробозаборный элемент обеспечивает возможность выполнения исследования пробы в экстренных случаях без взаимодействия с потоком проб, уже введенных в перемешивающий модуль; в частности, он обеспечивает возможность выполнения указанного исследования, например, в чашках для применения в педиатрии, не выполненных в наружной конфигурации, в связи с чем их размеры отличны от размеров пробозаборных пробирок для взрослых, которые можно вставлять в перемешиватель. Чашки для забора проб у пациентов детского возраста могут содержать малое количество крови, при этом объем крови, который можно забрать для выполнения исследования, отличен от количества крови, получаемого из пробирок для взрослых.
В этих вариантах, после перемешивания, способ включает в себя этап, на котором переворачивают пробирку, то есть поворачивают ее на 180°, так, чтобы часть, снабженная пробкой, была обращена вниз. Это позволяет вставить второй пробозаборный элемент 11а в пробирку в направлении снизу вверх.
Это обеспечивает преимущество, состоящее в возможности вставки второго пробозаборного элемента 11а на ограниченную длину внутрь пробирки, например, на приблизительно 2-3 мм внутрь пробирки, что также обеспечивает возможность забора пробы некоторого количества крови в пробирках критического объема, за счет того, что игла, прокалывающая пробку пробирки 22, входит в нее на фиксированную величину и гарантирует корректный забор пробы крови.
Кроме того, данная конфигурация обеспечивает возможность эффективного и быстрого забора крови даже из пробирки, содержащей ограниченное количество крови, например, из педиатрических микрокювет, даже если ее использовали для других анализов, например, для подсчета кровяных телец.
По настоящему изобретению, когда пробозаборный элемент 11, 11а вставлен внутрь пробирки, забор крови осуществляют путем отсасывания определенного теоретического количества крови, например, 175 мкл.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения может быть сформирован воздушный пузырь в трубке 12 между пробозаборным элементом 11, 11а и насосом 14, который может, например, отделять друг от друга две следующие друг за другом пробы крови.
В возможных вариантах осуществления блок 20 управления и обработки выполнен с возможностью определения положения воздушного пузыря посредством детекторных устройств 17 для задания нулевой точки начала перемещения. Так, блок 20 управления и обработки может регулировать привод насоса 14 для задания последовательного, т.е. пошагового, перемещения, начиная с определенной точки, тем самым предотвращая погрешности измерения из-за непостоянных расстояний между двумя следующими друг за другом пробами. Пошаговое перемещение, в свою очередь, обеспечивает возможность считывания пробы крови в предварительно заданной точке считывания и измерения в конечной, т.е. «хвостовой», части пробы, включающей в себя определенное и предварительно заданное количество крови, что гарантирует отсутствие загрязнения считываемой части пробы предыдущей пробой, т.е. устранение эффекта переноса между пробами, забранными в порядке загрузки.
Воздушный пузырь обеспечивает возможность разделения проб в потоке крови и количества крови внутри измерительной трубки, что позволяет устранить перенос между пробами.
Перемещение крови относительно нулевой точки, заданной посредством воздушного пузыря, обеспечивает возможность определения с максимальной точностью точки считывания флуориметрическими датчиками для обеспечения возможности самопромывки между пробами.
Нулевая точка фотометрического считывания, заданная воздушным пузырем, указывающая границу раздела между воздухом и кровью, обеспечивает возможность повторного считывания пробы крови, если фотометрическое считывание (отсутствие флуоресценции, англ. No fluorescence (NF)) укажет на отсутствие потока по какой-либо причине, например из-за присутствия остатков резины или того, что объем забранной крови недостаточен для измерения, например, забрано менее 30 микролитров крови. Таким образом, воздушный пузырь, созданный перистальтическим насосом, обеспечивает возможность калибровки процедур сборки для проверки корректности перемещения потока крови. То есть воздушный пузырь выполняет активную функцию, а не просто отделяет кровь от пузыря.
Пониженное расположение насоса 14 ниже по потоку от измерительного прибора и атмосферное давление создают эффект, обеспечивающий подачу крови в направлении измерительного прибора.
В возможных вариантах осуществления блок 20 управления и обработки выполнен с возможностью активирования насоса 14 и подачи крови в направлении детекторных устройств 17, с поддержанием сигнала на уровне, обеспечивающем возможность детектирования конца воздушного пузыря и начала отслеживания пробы крови.
Таким образом, считывание осуществляют в хвостовой части пробы для компенсации возможной погрешности расположения из-за углубления внутри пробирки.
В возможных вариантах осуществления, в которых насос 14 представляет собой перистальтический насос, блок 20 управления и обработки может быть выполнен с возможностью размещения пробы крови ниже первого валика насоса 14. Это обеспечивает преимущество, состоящее в том, что первый валик насоса 14 действует как закрытый клапан и препятствует перемещению крови в контуре 13, 13а во время считываний.
В противном случае кровь продолжила бы перемещаться в сторону насоса 14, ставя под угрозу корректное выполнение методики остановленного потока, а также точность и воспроизводимость измерений.
В возможных вариантах осуществления настоящего изобретения детекторные устройства 17 могут быть выполнены с возможностью детектирования воздушного пузыря, отделяющего исследуемую пробу от следующей пробы.
Это позволяет блоку 20 управления и обработки связать детектирование воздушного пузыря с началом нулевой точки перемещения, чтобы хронометрировать перемещение пробы в трубке 12.
Способ по настоящему изобретению, таким образом, включает в себя этап, на котором детектируют, посредством детекторных устройств 17, воздушный пузырь, отделяющий исследуемую пробу от следующей пробы, чтобы запустить перемещение пробы в контуре 13, 13а в требуемой нулевой точке.
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает возможность достижения точности и воспроизводимости измерения хвостовой части пробы с возможностью предотвращения явления переноса даже при отсутствии вентиляции пробы.
На примере Фиг. 5 раскрыта силлектограмма с указанием значений СОЭ при разных скоростях.
Ниже будет описана первая кривая, т.е. верхняя кривая на Фиг. 5, отражающая кинетику агрегации в пробе с текущей воспалительной патологией или процессом, где значение СОЭ, полученное способом по настоящему изобретению, составляет 103 мм/ч.
Участок от точки А до точки В, также именуемой «точкой пропускания света во время потока» (OTF, от англ. Optical Transmittance during Flux), представляет кровь, продолжающую перемещаться перед датчиком до остановки насоса 14.
Участок от точки В до точки С, также именуемой «точкой пропускания света» (ОТ, от англ. Optical Transmittance), представляет затемнение крови из-за случайного перераспределения красных кровяных телец после остановки насоса 14.
На участке от точки А до точки В красные кровяные тельца расположены в линию по существу по горизонтали в соответствии с потоком крови, когда насос 14 работает на всасывание, а когда происходит остановка насоса 14 в точке В, они начинают располагаться случайным образом, вращаясь и затемняя суспензию (участок от точки В до точки С).
Далее красные кровяные тельца начинают агрегировать с образованием скоплений монетных столбиков, при этом суспензия становится светлее, отражая кинетику агрегации от точки С до точки D, также именуемую «конец детектирования» (ED, англ. End of Detection).
Вторая кривая, приведенная в нижней части Фиг. 5, отражает кинетику агрегации в пробе без патологии, в которой скорость оседания эритроцитов (СОЭ), определенная традиционным методом Вестергрена на стеклянной палочке внутренним диаметром 2,55 мм и высотой 200 мм, составляет 2 мм/ч.
Из силлектограммы на Фиг. 5 видно, что настоящее изобретение обеспечивает возможность коррелирования значений СОЭ, полученных в короткие сроки, со значениями СОЭ, которые можно получить традиционными способами. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает возможность коррелирования кинетики агрегации красных кровяных телец с окончательным результатом гравитационного оседания по Вестергрену.
В возможных вариантах осуществления настоящее изобретение включает в себя этап, на котором детектируют агрегации красных кровяных телец, после чего измеряют СОЭ, путем применения электромагнитного излучения с частотой 1000 импульсов в секунду, посредством излучающих устройств 16 и детекторных устройств 17. Импульсное измерение обеспечивает преимущество, состоящее в возможности детектирования процесса агрегации в пробе также в форме графика оседания, как раскрыто на Фиг. 5.
В возможных вариантах осуществления пробирка может быть снабжена идентификационным кодом, например, штриховым кодом, для согласования со значениями, измеренными с помощью пробы, содержащейся в пробирке с предварительно заданными значениями в Лабораторной информационной системе (ЛИС, англ. Laboratory Information System (LIS)) и/или в базе 27 данных.
Следует понимать, что в части раскрытых выше устройства и способа могут быть внесены изменения и/или дополнения без отступления от области и объема настоящего изобретения.
Например, излучающее устройство 16 и детекторное устройство 17 могут быть расположены на одной и той же стороне трубки 12 или капилляра 51 с возможностью детектирования отражения испускаемого излучения.
Кроме того, излучающее устройство 16 может быть выполнено с возможностью испускания поляризованного света для получения результатов анализа характеристик в зависимости от поляризации.
Или же мгновенное блокирование потока пробы крови можно осуществлять посредством клапанов, связанных с контуром 13 и/или трубкой 12.
Также следует понимать, что, несмотря на то, что настоящее изобретение было раскрыто на некоторых частных примерах, специалист в данной области техники сможет создать множество других эквивалентных форм устройства и способа, обладающих характеристиками, указанными в формуле изобретения и, следовательно, не выходящих за пределы определенного формулой изобретения объема охраны.
В нижеследующей формуле изобретения номера позиций в скобках указаны исключительно для удобства чтения - их не следует рассматривать как факторы, ограничивающие объем охраны, заявленный в конкретных пунктах формулы.