Устройство для безреактивного измерения содержания общего билирубина в крови

 

Изобретение относится к медицинской аналитической технике и может быть использовано для измерений содержания общего билирубина в плазме (сыворотке) крови. Устройство содержит источник 1 света, кювету 2 для контролируемого образца, блок 3 фотоэлектрического преобразования, блок 4 обработки электрических сигналов. Устройство реализует измерение величины, зависящей от значений оптического поглощения помещенного в кювету 2 контролируемого образца на двух различных длинах волн, при этом измеренное значение указанной величины однозначно определяет содержание общего билирубина в образце. Выбор определенных значений используемых длин волн позволяет повысить точность измерений за счет уменьшения влияния рассеивающих свойств образца на значение измеряемой величины. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к медицинской аналитической технике и может быть использовано для измерений содержания общего билирубина в плазме (сыворотке) крови.

Известны устройства спектрофотометры, используемые в медицинской практике для измерения содержания билирубина в крови. Недостатками этих устройств являются высокая стоимость и сложность эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения содержания билирубина, содержащее источник света, спектр получения которого содержит две различные длины волны λ₁, λ₂, кювету для контролируемого образца, блок фотоэлектрического преобразования, преобразующий интенсивности оптического излучения этих длин волн (после прохождения через контролируемый образец) в электрические сигналы, и блок обработки электрических сигналов, при этом использованы длины волн 460 нм и 575 нм. Измерение содержания билирубина осуществляется путем измерения оптического поглощения образца на двух длинах волн, что позволяет снизить ошибку измерений в случае присутствия в контролируемом образце гемоглобина. Недостатками известного устройства являются: значительное влияние на результат измерения имеющихся в контролируемом образце рассеивающих свет частиц (липопротеиды, белки и т.п.), значительное энергопотребление устройства вследствие использования источника непрерывного света.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения содержания билирубина и уменьшении энергопотребления устройства.

Указанный результат достигается тем, что в известном устройстве для измерения содержания билирубина, состоящим из источника света, в спектре излучения которого присутствуют две различные длины волны λ₁, λ₂, кюветы для контролируемого образца, блока фотоэлектрического преобразования, выполненного с возможностью преобразования интенсивности излучения длин волн λ₁, λ₂ в электрические сигналы, и блока обработки электрических сигналов, согласно изобретению, значения длин волн λ₁, λ₂ удовлетворяют условию 470 нм < λ₁ < <λ₂ < 530 нм. Предпочтительно, чтобы значения длин волн лежали соответственно в области 475 нм и в области 525 нм. Целесообразно, чтобы источник света был выполнен импульсным, при этом блок обработки электрических сигналов может содержать два интегрирующих усилителя, выходы которых соединены с входами схемы вычитания, выход которой через компаратор подключен к преобразователю длительности импульса в код.

Измерение содержания билирубина в устройстве основано на следующем соотношении, полученном с учетом поглощения и рассеяния света в образце: ln ln C_b·d·(b₂-b₁)+C_gd·(g₂-g₁)+d·(h₂-h₁) (1) где E₁= E₂= ослабление интенсивности оптического излучения длин волн соответственно λ₁, λ₂; b₁, b₂ коэффициенты поглощения света билирубином на длинах волн соответственно λ₁, λ_2; g₁, g₂ коэффициенты поглощения света гемоглобином на длинах волн соответственно λ₁. λ₂; С_b содержание билирубина в контролируемом образце; d длина оптического пути (определяется размером кюветы); C_g содержание гемоглобина в контролируемом образце; h₁, h₂ коэффициенты рассеяния света на длинах волн соответственно λ₁, λ₂; U_λ1ʹ,U_λ2ʹ напряжения, получаемые после фотоэлектрического преобразования интенсивностей I_λ1ʹ,I_λ2ʹ оптических сигналов после прохождения излучения через образец, при условии, что коэффициенты фотоэлектрического преобразования A_λ1, A_λ2 блока фотоэлектрического преобразования удовлетворяют условию I_λ1˙A_λ1= I_λ2˙A_λ2, где I_λ1,I_λ2 исходные (падающие на кювету с образцом) значения интенсивности света на длинах волн λ₁, λ₂.

Второй член правой части приведенного соотношения отражает влияние имеющегося в образце гемоглобина, третий член влияние рассеивающих свет частиц.

Экспериментально установлено, что значения коэффициентов рассеяния сильно зависят от длины волны по закону h(λ) ≈ λ^-n, где n > 2. Следовательно, влияние рассеяния можно снизить путем уменьшения значения разности (h₂ h₁) за счет сближения значений длин волн λ₁, λ₂. Выбор длин волн в диапазоне 470-530 нм позволяет снизить влияние рассеяния, а при значениях длин волн λ₁ ≈ 475 нм, λ₂ ≈ 525 нм влияние рассеяния снижается более чем в 3 раза по сравнению со случаем, когда используются длины волн 460 нм и 575 нм, т.е. по сравнению с известным устройством.

Для уменьшения влияния гемоглобина длины волн должны быть такими, чтобы выполнялось условие g₁ ≈ g₂. Анализ спектральной характеристики поглощения света гемоглобином показал, что в диапазоне 470-530 нм существует множество пар значений λ₁, λ₂, удовлетворяющих указанному условию, в том числе значения λ₁ 475 нм и λ₂ 525 нм.

Выбор длин волн λ₁, λ₂ соответственно в области значения 475 нм и в области значения 525 нм является предпочтительным с учетом того, что сближение длин волн приводит к уменьшению чувствительности устройства, определяемой значением (b₂ b₁) в первом члене выражения (1).

Поскольку использование источника непрерывного света приводит к значительному энергопотреблению устройства, целесообразно использовать импульсный источник света и соответствующее выполнение блока обработки электрических сигналов, позволяющее путем обработки импульсных сигналов получить интервал времени, длительность которого однозначно связана со значением содержания билирубина в контролируемом образце.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 временные диаграммы блока обработки электрических сигналов.

Устройство содержит источник 1 света, кювету 2 для контролируемого образца, блок 3 фотоэлектрического преобразования в блок 4 обработки электрических сигналов. Блок 3 фотоэлектрического преобразования в одном из возможных выполнений может содержать светоделительное зеркало 3.1, интерференционные оптические фильтры 3.1, 3.4, выделяющие излучение длин волн соответственно λ₁, λ₂, фотоэлектрические преобразователи 3.3, 3.5 например фотодиоды. В качестве источника 1 света может быть использована лампа-вспышка, например ксеноновая. Блок 4 обработки включает интегрирующие усилители 4.1, 4.2, имеющие одинаковое схемное исполнение, схему 4.3 вычитания, компаратор 4.4, преобразователь 4.5 длительности импульса в код. Преобразователь 4.5 включает генератор 4.5.1 импульсов, счетчик 4.5.2, дешифратор 4.5.3 и индикатор 4.5.4.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 света вырабатывает излучение, содержащее длины волн λ₁, λ₂, которое проходит через помещенный в кювету 2 контролируемый образец, испытывая при этом ослабление из-за поглощения и рассеяния (см.соотношение (1)). Излучение, прошедшее через кювету 2, поступает на блок 3 фотоэлектрического преобразования, где часть светового потока проходит через зеркало 3.1 и поступает на оптический фильтр 3.2, с выхода которого излучение первой длины волны поступает на фотоэлектрический преобразователь 3.3. Другая часть светового потока отражается от зеркала 3.1 и поступает на оптический фильтр 3.4, с выхода которого излучение второй длины волны поступает на фотоэлектрический преобразователь 3.5. Напряжения с выходов преобразователей 3.3, 3.5 поступают соответственно на входы интегрирующих усилителей 4.1, 4.2 блока 4 обработки. Интегрирующие усилители 4.1, 4.2 заряжаются в течение времени t_o (длительность импульса оптического излучения), а после окончания светового импульса разряжаются (см.фиг.2 а), выходные сигналы интеграторов вычитаются в схеме 4.3 вычитания, разностный сигнал (см.фиг. 2 б) поступает на компаратор 4.4, выходной импульс которого определяет интервал времени, в течение которого разностный сигнал положителен (см.фиг.2 в).

Длительность указанного интервала времени t' связана с содержанием билирубина в контролируемом образце. В течение времени t_o емкости интеграторов 4.1, 4.2 заряжаются до значений напряжений U,U, пропорциональных энергии светового излучения на длинах волн соответственно λ₁, λ₂. По окончании светового импульса емкости интеграторов разряжаются с постоянными времени, определяемыми произведениями значений резисторов и емкостей интеграторов R_λ1˙C_λ1иR_λ2˙C_λ2, при этом значения резисторов и емкостей выбраны такими, что разряд интеграторов происходит за времена, многократно превышающие длительность t_o. Затухание сигналов на выходах интеграторов описывается соотношениями:
U_λ1=Uexp[-(t-t_o)/t_λ1]
U_λ2= Uexp[-(t-t_o)/t_λ2] (2) где t_λ1=R_λ1˙C_λ1,t_λ2=R_λ2˙C_λ2 постоянные времени интеграторов, при этом значения резисторов и емкостей выбраны такими, чтобы выполнялось условие:
R_λ2˙C_λ2<1˙C_λ1 (например, 10, R_λ2˙C_λ2=R_λ1˙C_λ1).

В момент времени t' выполняется условие:
U_λ1=U_λ2=Uexp[-(tʹ-t_o)/
/t_λ1]Uexp[-(tʹ-t_o)/t_λ2] (3) Преобразуя, получают:

(4) После логарифмирования последнего выражения получают (с учетом того, что t_o << t', a t_λ1=10t_λ2):
ln (5) Поскольку t_λ2=R_λ2˙C_λ2 имеет фиксированное значение, то
ln const·tʹ (6) Если пренебречь влиянием второго и третьего членов в правой части соотношения (1), то содержание билирубина определяется выражением:
C_b= ln · const const·ln
(7) так как b₁, b₂, d постоянные величины.

С учетом (6) и (7) получают
C_b const^.˙t' (8)
Таким образом, содержание билирубина в контролируемом образце определяется длительностью интервала t', т.е. длительностью импульса с выхода компаратора 4.4. Длительность этого импульса преобразуется в код следующим образом: импульс с выхода компаратора 4.4 разрешает работу генератора 4.5.1, генерирующего импульсы с постоянной частотой, число этих импульсов за время t' подсчитывается счетчиком 4.5.2, с выхода которого числовой код через дешифратор 4.5.3 поступает на индикатор 4.5.4, на котором индицируется десятичное число, определяющее содержание билирубина в контролируемом образце.

Измерение содержания общего билирубина с помощью предложенного устройства является безреактивным, так как не требует использования каких-либо реактивов для преобразования билирубина, при этом для приготовления контролируемого образца используют капиллярную кровь, которую подвергают центрифугированию или отстаиванию, полученную в результате плазму (сыворотку) крови помещают в кювету.

Экспериментальные исследования, проведенные с использованием опытного образца устройства на контрольных образцах с известным содержанием билирубина, показали, что погрешность измерения, связанная с влиянием рассеяния, уменьшается в 3-3,5 раза.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕЗРЕАКТИВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОБЩЕГО БИЛИРУБИНА В КРОВИ, содержащее источник света, спектр излучения которого содержит две различные длины волны λ₁ и λ₂, кювету для контролируемого образца, блок фотоэлектрического преобразования, выполненный с возможностью преобразования излучения длин волн λ₁, λ₂ в электрические сигналы и соединенный с блоком обработки электрических сигналов, отличающееся тем, что значение длин волн λ₁, λ₂ удовлетворяют условию
470_нм< λ₁< λ₂< 530_нм.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что значения длин волн λ₁, λ₂ лежат соответственно в области 475 и 525 нм.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что источник света выполнен импульсным, а блок обработки электрических сигналов содержит два интегрирующих ускорителя, выходы которых соединены с входами схемы вычитания, выход которой через компаратор подключен к преобразователю длительности импульса в код.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2