Устройство для измерения параметров крови

 

Изобретение относится к медицинской технике и является гематологическим прибором для прямого измерения параметров крови. Устройство состоит из кюветы, верхней крышки, нижней крышки, электродвигателя, электромагнитов, фасонного цилиндра, фланца с отверстиями, тифлоновых иголок, подпятников, лопаток, светодиода прямого света, светодиода отраженного света, фотодиода, корпуса микроэлектрода, лампочки подсветки микроэлектрода, световода, корпуса фасонного цилиндра, штанги крепления фасонного цилиндра, ловушки, микроэлектрода, впускного клапана, выпускного клапана, заливного отверстия, блока индикации, блока управления, цифроаналогового преобразователя (ЦАП), блока регистрации, блока усиления аналого-цифрового преобразователя, термостатируемого пространства, корпуса кюветы. Устройство измеряет четыре параметра крови: время спонтанной и индуктивной агрегации форменных элементов крови в любых средах с возможностью анализа полученных агрегационных кривых; динамической вязкости крови и других жидкостей с возможностью анализа динамики ее изменения; оптической плотности крови с возможностью пересчета показателя гематокрита и других жидкостей с возможностью пересчета концентрации; мембранного потенциала покоя эритроцита. Изобретение позволяет повысить производительность, точность и информативность при прямом поочередном измерении четырех параметров малого объема крови в одной кювете. 5 ил.

Устройство относится к медицинской технике и может быть использовано для фиксирования времени агрегации форменных элементов крови (ВАФЭК), оптической плотности (ОП), реологических свойств крови и величины мембранного потенциала эритроцитов (МПЭ), характеризующего проницаемость и электрическое состояние клеток крови, в частности эритроцитов. Мембранный потенциал является частным случаем диффузного потенциала, возникающего на границе раздела двух жидких сред в результате различной подвижности ионов. Если устанавливается равновесие между силами диффузии и силами электростатического поля на мембране, то диффузия ионов прекращается и стабилизируется двойной электрической слой.

Известны отдельные устройства, которые позволяют исследовать указанные характеристики в отдельности. Однако для изучения начальных стадий процессов тромбообразования необходимо одновременное фиксирование тесно взаимосвязанных параметров - МПЭ, ВАФЭК и вязкости крови. Определение в различных камерах данных величин, как правило, занимает много времени.

Известны устройства для определения вязкости материалов по их реакции на деформацию сдвига между коаксиальными рабочими поверхностями, внутреннюю из которых приводят во вращение (Авторское свидетельство N 1096538, G 01 N 11/14), а также для введения микроэлектрода в подвижную клетку, содержащее микроэлектрод с гибким токопроводом, держатель, усилитель биопотенциалов, а также установленную на рабочем конце держателя эластичную герметическую насадку, соединенную с вакуумной системой (Авторское свидетельство N 459214, A 61 B 5/04). Но данные устройства не позволяют измерять другие параметры крови.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является "Устройство для введения микроэлектрода в подвижную клетку" (Авторское свидетельство N 649407, A 61 B 5/04), содержащее держатель с микроэлектродом, две камеры, расположенные в корпусе одна над другой, соединенные между собой трубопроводом с перепускным клапаном, при этом держатель с микроэлектродом установлен в корпусе неподвижно и соединен с обеими камерами, а нижняя камера имеет патрубок для подключения к пневмосистеме.

Недостатком данного устройства является низкая производительность определения МПЭ за счет высокой сложности, обусловленной тем, что измерения проводят под наблюдением через микроскоп, да еще вручную, а так как клетка подвижна, то поймать ее концом микроэлектрода очень сложно и требуется затратить, обычно, несколько часов, сломав не один электрод, даже при использовании микроманипулятора. Указанное устройство не обеспечивает непрерывности процесса измерения на время протекания жидкости (крови) из верхней камеры в нижнюю.

Самым же близким по техническому решению является устройство "Реоагрегометр" (авторское свидетельство N 1677629 от 15.05.91 г.), которое может производить в одной кювете поочередные автоматические измерения трех параметров крови: времени агрегации форменных элементов, оптической плотности с пересчетом на показатель гематокрита и вязкости.

Недостатками вышеуказанного устройства являются следующие: 1. Для измерения оптической плотности крови мешалка-флажок должен быть вынут из кюветы т.к. в противном случае, даже если флажок будет прозрачным, проходящий через него свет будет рассеиваться настолько, что определение оптической плотности практически невозможно.

2. Значение вязкости, определяемое в данном устройстве по количеству вращений флажка после отключения питания электродвигателя, является весьма относительным, т.к. из-за инерции и трения ротора электродвигателя получаемые данные практически не дифференцируют различные образцы крови.

Задачей изобретения является повышение производительности, точности и информативности при прямом, автоматизированном, поочередном измерении четырех параметров малого объема крови в одной кювете.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для измерения параметров крови, содержащее блок регистрации, состоящий из датчиков, отличающееся тем, что блок регистрации выполнен из комбинации датчиков, расположенных в термостатируемой кювете, в которой входной штуцер и выпускной клапан служат для промывки, в заливное отверстие - для заполнения кюветы кровью: датчик вязкости приводится в движение за счет вращающегося магнитного поля, а датчик оптической плотности содержит светодиод, светофильтр и фотодиод, причем датчик времени агрегации сориентирован на малый объем крови, а датчик определения мембранного потенциала покоя находится в ловушке, позволяющей прокалывать мембрану только одного эритроцита без повреждения электрода, также введены блок регистрации, блок управления, блок усиления, аналого-цифровой преобразователь, блок индикации, причем первая группа выходов блока управления соединена с входами блока регистрации, первая группа выходов которого соединена с первой группой входов блока усиления, первый выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первой шиной обмена блока управления, вторая шина обмена блока управления соединена с цифроаналоговым преобразователем, выход которого соединен со вторым входом блока усилителя, управляющие входы которого соединены со второй группой выходов блока управления, вход которого соединен с вторым выходом блока усиления, а выход - с блоком индикации.

На фиг. 1 представлен чертеж блока регистрации.

На фиг. 2 представлен чертеж кюветы блока регистрации.

На фиг. 3 представлена структурная схема устройства для измерения параметров крови.

На фиг. 4 представлена структурная схема усилителя.

На фиг. 5a-b представлен алгоритм работы блока управления.

Устройство состоит из кюветы 1, верхней крышки 2, нижней крышки 52, электродвигателя 3, электромагнитов 4, фасонного цилиндра 5, фланца с отверстиями 6, тифлоновых иголок 7, подпятников 8, встроенной во фланец с отверстиями металлической шайбы 9, лопаток 10, светодиода прямого света 11, светодиода отраженного света 53, фотодиода 12, датчика мембранного потенциала покоя, состоящего из корпуса микроэлектрода 13 и микроэлектрода 22, заслонки 14, реле заслонки 15, лампочки подсветки микроэлектрода 16, световода 17, корпуса фасонного цилиндра 18, отверстий во фланце 19, штанг крепления фасонного цилиндра 20, ловушки эритроцитов 21, впускного отверстия для промывки и сушки кюветы 23, выпускного клапана 24, входного штуцера 54, блока индикации 25, блока управления 26, цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 27, блока регистрации 28, блока усиления 29, аналого-цифрового преобразователя 30, резисторов 31-35, аналоговых коммутаторов 36, 37, конденсаторов 38, усилителя 39, станины 40, штуцеров для термостатирования кюветы 41, скользящих контактов для подключения электромагнитов 42, световода для подсветки микроэлектрода 43, термостатируемого пространства 44, корпуса кюветы 45, втулок подпятников 46, усилителя 47, пробки входного штуцера 48, штуцеров для промывки и просушки кюветы 49, 50, реле управления сливным клапаном 51.

Устройство работает следующим образом: кровь для исследований забирается из вены в количестве 1,5 мл, стабилизируется 3,8% цитратом натрия в соотношении 1: 9, оксигенируется, помещается в кювету 1 (фиг. 1) через входной штуцер 54 (фиг. 2) устройства так, что рабочие поверхности датчиков залиты. По включении питания запускается микропроцессор блока управления 26, например КР 1830 BE 31, который отрабатывает режим начальной установки. По нажатии кнопки "Пуск" микропроцессор переходит в режим измерения параметров: включается электродвигатель (ЭД) 3 (фиг.1) с находящимися на его валу электромагнитами 4 (фиг. 1) в прямом направлении и светодиод 11 (фиг. 1) прямого излучения. Фасонный цилиндр 5 (фиг. 2), связанный с электродвигателем 3 (фиг. 1) магнитной муфтой сцепления, приходит во вращательное движение и раскручивается до всегда постоянной, подобранной экспериментально, скорости по алгоритму (фиг. 5). В это же время происходит измерение оптической плотности крови фотодиодом 12 (фиг. 1) по уровню излучения светодиодом 11 (фиг. 1) света, прошедшего через первые три отверстия 19 (фиг. 1) во фланце цилиндра 5 (фиг. 2) и кровь после начала вращения. Параллельно происходит измерение мембранного потенциала покоя эритроцита.

Возникший вследствие вращения цилиндра поток эритроцитов во взвеси проходит через ловушку 21 (фиг. 2), вследствие чего один из эритроцитов нанизывается на микроэлектрод 22 (фиг. 2). Пока эритроцит не был проколот микроэлектродом 22 (фиг. 2), разность потенциалов между ним и средой имеет постоянное значение U_п= const. Как только эритроцит прокалывается микроэлектродом 22 (фиг. 2), разность потенциалов U_п возрастает. Микропроцессор блока управления 26 (фиг. 3) включает реле 15 (фиг. 2) заслонки 14 (фиг. 2), перекрывая поток эритроцитов через ловушку 21 (фиг. 2), и производит измерение мембранного потенциала покоя эритроцита. Контроль за эритроцитом, нанизавшимся на микроэлектрод 22 (фиг. 2), осуществляется визуально посредством световода 17 (фиг. 2) при помощи микроскопа и телеустановки "Электроника 409 ВКУ". Питание на электродвигатель 3 (фиг. 1) подается до тех пор, пока скорость вращения фасонного цилиндра 5 (фиг. 2) не стабилизируется, что соответствует равномерному временному интервалу T_п (фиг. 5) между отверстиями 19 (фиг. 2) фасонного цилиндра 5 (фиг. 2). По достижении определенной скорости вращения микропроцессор блока управления 26 (фиг. 3) отключает электродвигатель 3 (фиг. 1) и электромагниты 4 (фиг. 1), а легкий цилиндр 5 (фиг. 2) продолжает свободно, по инерции, вращаться на иголках 7 (фиг. 2) в подпятниках 8 (фиг. 2) и по количеству отверстий 19 (фиг. 2), прошедших через датчик светодиод 11 (фиг. 1) - фотодиод 12 (фиг. 1) до полной остановки цилиндра 5 (фиг. 2), определяется время остановки N (фиг. 5). По данным F(N), U_п, N (фиг. 5) рассчитывается три показателя: оптическая плотность, мембранный потенциал покоя эритроцита и вязкость соответственно, а также, при стыковке с ЭВМ, чертится кривая интенсивности торможения цилиндра, характеризующая реологические свойства (вязкость) крови. После фиксирования вышеуказанных параметров микропроцессор переходит к определению четвертого параметра - агрегации. Выключается реле 15 (фиг. 2) заслонки 14 (фиг. 2), растормаживая фасонный цилиндр 5 (фиг. 2) для обратного вращения и светодиод 11 (фиг. 1). Включаются электромагниты 4 (фиг. 1) и электродвигатель 3 (фиг. 1) в обратном направлении, а также светодиод 53 (фиг. 1) отраженного света. Фасонный цилиндр 5 (фиг. 2) размешивает кровь лопатками 10 (фиг. 2). В процессе размешивания крови перед измерением времени агрегации под действием силы сопротивления со стороны крови лопатки 10 (фиг. 2) отходят от корпуса 18 (фиг. 2) фасонного цилиндра 5 (фиг. 2), увеличивая гребной эффект. Поток крови, проходящий через ловушку 21 (фиг. 2) микроэлектрода 22 (фиг. 2), срывает нанизанный на него эритроцит. Размешивание крови происходит до фиксирования фотодиодом 12 (фиг. 1) максимальной интенсивности отраженного света, после чего включается реле 15 (фиг. 2) заслонки 14 (фиг. 2), стопорящее фасонный цилиндр 5 (фиг. 2) за открывшуюся силой сопротивления крови лопатку 10 (фиг. 2). Выключаются электродвигатель 3 (фиг. 1) и электромагниты 4 (фиг. 1) и измеряется изменение падения интенсивности светового потока E(n) во времени (фиг. 5), по которому производится расчет времени агрегации. Вышеописанный цикл может повторяться заданное число раз.

После этого происходит процедура промывки кюветы. Открывается выпускной клапан 24 (фиг. 2) с помощью реле 51 (фиг. 2), включается водяной компрессор, подающий воду через штуцер 50 (фиг. 2) впускного отверстия 23 (фиг. 2), электромагниты 4 (фиг. 1), электродвигатель 3 (фиг. 1), в направлении измерения агрегации, реле 15 (фиг. 2) выключается. Промывка продолжается в течение 2 мин, после чего выключается водяной компрессор и включается компрессор теплого воздуха, который поступает в кювету через штуцер 49 (фиг. 2) впускного отверстия 23 (фиг. 2). Процесс просушки длится 2 мин.

Положительный эффект предлагаемого устройства достигается за счет повышения производительности и информативности в связи с введением в единый датчик устройства - комбинации модернизированных датчиков, непосредственно измеряющих четыре параметра из одной небольшой (1 мл) порции крови в одной кювете в течение небольшого промежутка времени (3-5 мин), а также введением в устройство автоматизированной промывки и просушки кюветы после измерения. Повышение точности измерения динамической вязкости исследуемой жидкости достигается введением в датчик фасонного цилиндра, свободно вращающегося в исследуемой среде на иголках из индеферентного материала, закрепленных в подпятниках из того же материала, и приводимого в движение посредством вращающегося магнитного поля электромагнитов, исключая механическое соединение с электродвигателем. Повышение точности измерения времени агрегации форменных элементов достигается за счет уменьшения измеряемого слоя до оптимальных размеров; оптической плотности за счет подбора оптимальной длины волны света, проходящего через исследуемое вещество; поверхностного потенциала покоя эритроцита за счет введения в устройство ловушки и визуального контроля за состоянием датчика посредством видеоконтрольного устройства. Устройство просто в эксплуатации, не требует специальной подготовки пользователя, а также является мобильным, так как его датчик имеет небольшие габаритные размеры, а электронная часть может быть модифицирована, т.е. работать от автономного источника питания и управляться с помощью собственной встроенной микроЭВМ.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров крови, содержащее кювету, электродвигатель и соединенные между собой блок регистрации с датчиком, установленным в кювете, включающем светодиод и фотодиод, отличающееся тем, что термостатирующая кювета имеет заливное отверстие для заполнения ее кровью, входной штуцер и выходной клапан для ее промывки, при этом в устройство введен фасонный цилиндр с фланцем с отверстиями, связанный магнитным полем с электромагнитами электродвигателя и установленный на иголках в подпятниках, а в блок регистрации введен датчик определения мембранного потенциала покоя, находящийся в ловушке эритроцитов, позволяющий прокалывать микроэлектродом мембрану только одного эритроцита, а также введены световод, микроскоп и тереустановка для визуального контроля за эритроцитом на микроэлектроде.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7