Способ определения динамики изменения скорости оседания эритроцитов
Владельцы патента RU 2640190:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВО ТГТУ (RU)
Изобретение относится к области медицины, а именно к способу определения динамики изменения скорости оседания эритроцитов. Способ определения динамики изменения скорости оседания эритроцитов, включает смешивание исследуемой пробы крови с антикоагулянтом, забор полученного раствора крови с антикоагулянтом в капилляр, размещение его вертикально, при этом раствор крови с антикоагулянтом разливают с помощью автоматического дозатора в гематокритный капилляр, нижний конец которого герметично закупоривают, размещают капилляр вертикально в гнездо центрифуги и осуществляют измерение высоты слоя плазмы, свободной от эритроцитов, в режиме вращения центрифуги с угловой скоростью не более 50 об/мин, далее по трем импульсным динамическим характеристикам определяют высоту слоя плазмы, скорость оседания эритроцитов, ускорение эритроцитов, которые фиксируют в единственный момент времени, по которым определяют действительную характеристику скорости оседания эритроцитов с использованием дифференциального уравнения. Вышеописанный способ обеспечивает повышение точности определения динамики изменения скорости оседания эритроцитов на несколько порядков. 4 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области медицины, а именно к лабораторной клинической диагностике, и может быть использовано для проведения лабораторных анализов, а также в исследовательских целях.
Величина скорости оседания эритроцитов (СОЭ) является неспецифическим показателем, широко используемым в клинической практике для оценки наличия воспалительных процессов в организме человека при различных заболеваниях и позволяющим следить за ходом заболевания и его лечения.
Известен принятый в России (классический) способ оценки скорости оседания эритроцитов, выполненный по методу Панченкова [Лабораторные методы исследования в клинике / Под ред. В.В. Меньшикова. - М.: Медицина, 1987. - 368 с.]. Стеклянную градуированную трубку до установленного уровня наполняют смесью крови с 3,8% цитратом натрия (антикоагулянт) в соотношении 4:1 и помещают вертикально в штатив под зажимом (для устранения вытекания крови). Через час после начала измерения по делениям на трубке определяют расстояние (в мм), на которое опустился столбик эритроцитов от исходного уровня
Недостатком данного способа является длительное время анализа (более 1 часа), а также трудности, возникающие при заборе необходимого для исследования объема капиллярной крови (не менее 0.3 мл) и связанные с данным фактом нарушения правил забора и подготовки крови к исследованию.
Также известен классический метод Вестергрена [Лабораторные методы исследования в клинике / Под ред. В.В. Меньшикова. - М.: Медицина, 1987. - 368 с.]. Это показатель скорости разделения крови в пробирке с добавленным антикоагулянтом на 2 слоя: верхний (прозрачная плазма) и нижний (осевшие эритроциты). Скорость оседания эритроцитов оценивается по высоте образовавшегося слоя плазмы в мм за 1 час. Удельная масса эритроцитов выше, чем удельная масса плазмы, поэтому в пробирке при наличии антикоагулянта под действием силы тяжести эритроциты оседают на дно. Скорость, с которой происходит оседание эритроцитов, в основном определяется степенью их агрегациии, т.е. их способностью слипаться вместе.
Недостатком является нарушение соотношения цитрата с кровью. При постановке реакции оседания важно соблюдать точность соотношения цитрата и крови (1:4). Более концентрированный цитрат извлекает воду из эритроцитов и ускоряет оседание. Менее концентрированный цитрат (гипотонический) вызывает поступление воды в эритроцит и замедляет СОЭ.
За прототип принят способ определения динамики изменения скорости оседания эритроцитов [см. Патент РФ №2256917, МПК 7 G01N 33/49, публ. 20.07.2005 г., Бюл. №13], включающий смешивание исследуемой пробы крови с антикоагулянтом, забор полученного раствора крови с антикоагулянтом в капилляр, размещение его вертикально, с последующим измерением за равные промежутки времени высоты слоя плазмы, свободной от эритроцитов. При этом раствор крови с антикоагулянтом разливают с помощью автоматического дозатора в гематокритный капилляр, нижний конец которого герметично закупоривают, размещают капилляр вертикально в гнездо центрифуги и осуществляют измерение высоты слоя плазмы, свободной от эритроцитов, в режиме вращения центрифуги с угловой скоростью не более 50 об/мин через равные промежутки времени в течение заданного временного интервала, по полученным данным определяют максимальную величину оседания эритроцитов и строят график динамики оседания эритроцитов.
Недостатком прототипа является, низкая точность измерения из-за определения искомых значений по статистической градуировочной характеристике с множеством измерений.
Технической задачей является повышение точности определения действительной характеристики скорости оседания эритроцитов за счет исключения методической и динамической погрешности измерения.
Данная техническая задача решается за счет того, что в способе определения динамики изменения скорости оседания эритроцитов, включающем смешивание исследуемой пробы крови с антикоагулянтом, забор полученного раствора крови с антикоагулянтом в капилляр, размещение его вертикально, при этом раствор крови с антикоагулянтом разливают с помощью автоматического дозатора в гематокритный капилляр, нижний конец, которого герметично закупоривают, размещают капилляр вертикально в гнездо центрифуги и осуществляют измерение высоты слоя плазмы, свободной от эритроцитов, в режиме вращения центрифуги с угловой скоростью не более 50 об/мин, по полученным данным определяют максимальную величину оседания эритроцитов, в отличие от прототипа, динамику изменения скорости оседания эритроцитов определяют по трем импульсным динамическим характеристикам (ИДХ): ИДХ высоты слоя плазмы h(t), ИДХ скорости оседания эритроцитов ν(t), ИДХ ускорения эритроцитов g(t), значения h1, ν1, g1 которых фиксируют в единственный момент времени t1, по которому регистрируют максимальную величину Н оседания эритроцитов и постоянную времени Т=-ν/g, а также предельную скорость V, как отношение V=Н/Т, по которым определяют действительную характеристику скорости ν(t) оседания эритроцитов
.
Сущность предлагаемого способа поясняется на фиг. 1÷4. Предлагаемый способ включает 2 этапа:
1 этап:
a - измерение высоты слоя плазмы импульсной динамической характеристики;
б - измерение скорости оседания импульсной динамической характеристики;
в - измерение ускорения оседания эритроцитов импульсной динамической характеристики;
2 этап:
- регистрация информативных параметров по измеренным ИДХ;
- определение по информативным параметрам действительной характеристики скорости оседания эритроцитов.
Определение скорости оседания эритроцитов включает смешивание исследуемой пробы крови с антикоагулянтом, забор полученного раствора крови с антикоагулянтом в капилляр, размещение его вертикально. Раствор крови с антикоагулянтом разливают с помощью автоматического дозатора в гематокритный капилляр, нижний конец которого герметично закупоривают. Размещают капилляр вертикально в гнездо центрифуги и осуществляют измерение высоты слоя плазмы, свободной от эритроцитов, в режиме вращения центрифуги с угловой скоростью не более 50 об/мин, по полученным данным определяют максимальную величину оседания эритроцитов.
1а. Измеряют высоту слоя плазмы свободной от эритроцитов, в единичный момент времени t1 по импульсной динамической характеристике.
Экспериментальная зависимость h(t)=h динамического процесса измерения высоты слоя плазмы (фиг. 1, график 1) изменяется по дифференциальному уравнению
где H - максимальная величина оседания эритроцитов,
T - постоянная времени динамического процесса.
1б. Измеряют скорость оседания эритроцитов по импульсной динамической характеристике.
Экспериментальная зависимость скорости ν(r)=ν динамического процесса измерения высоты слоя плазмы (фиг. 1, график 2) является производной от первообразной (1), соответствующей дифференциальному уравнению второго порядка
или с учетом зависимости ν=dh/dt представляет дифференциальное уравнение первого порядка
1в. Измеряют ускорение оседания эритроцитов по импульсной динамической характеристике.
Экспериментальная зависимость ускорения g(t)=g динамического процесса измерения оседания эритроцитов (фиг. 1, график 3) изменяется как первая производная динамического процесса измерения скорости (2а) оседания эритроцитов по дифференциальному уравнению второго порядка:
или с учетом зависимости g=dν/dt представляет дифференциальное уравнение первого порядка
2. Регистрируют информативные параметры по измеренным ИДХ.
Для нахождения максимальной величины и постоянной времени оседания эритроцитов в единственный момент времени t1 измеряют (см. фиг. 1) амплитуду h1, скорость ν1 и ускорение g1, по которым регистрируют максимальные величины: высоту Н слоя плазмы, свободной от эритроцитов, скорость V эритроцитов, ускорение G оседания эритроцитов, а также постоянную времени Т.
Параметры Н и Т однозначно определяют динамические характеристики эксперимента по зависимостям (1), (2), (3), поэтому их целесообразно принять за информативные параметры динамического процесса оседания эритроцитов. Регистрация информативных параметров Н и Т организована по измеренным значениям амплитуды h, скорости ν, ускорения g в единственный момент времени t1.
Выразим из полученного уравнения (2а) алгоритм регистрации параметра Т
Согласно алгоритму (4) для регистрации постоянной времени Т необходимо одновременно измерить скорость ν, ускорение g и взять их отношение.
Для нахождения H подставим выражение (4) в уравнение (1)
,
а с учетом формул определения скорости ν=dh/dt и ускорения g(t)=g=dν/dt оседания эритроцитов преобразуем дифференциальное уравнение к алгоритму регистрации максимальной величины Н оседания эритроцитов
где h1, ν1, g1 - соответственно высота слоя, скорость и ускорение оседания эритроцитов в момент времени t1.
Алгоритм (5) показывает, что для регистрации параметра Н необходимо в момент времени t1 измерить высоту h1 слоя, скорость ν1 и ускорение g1 оседания эритроцитов.
Как отношение параметров Н и V к Т находят значения предельной скорости V
и предельного ускорения
которые следуют из пределов отношений скорости ν=dh/dt, а также ускорения g=dν/dt.
После регистрации предельных параметров (4-7) восстанавливают по формулам (1-3) действительные характеристики высоты h(t)=h слоя, скорости ν(t)=ν и ускорения g(t)=g оседания эритроцитов.
Адекватность предлагаемого способа физике эксперимента доказывает математическое моделирование исследуемых (1-3) ИДХ: исследуемой h(t) относительно эквивалента (1) экспериментальной ИДХ hэ(t) по полученным значениям (фиг. 1, графики 1, 4); исследуемой ИДХ ν(t) относительно эквивалента (2) экспериментальной ИДХ νэ(t) по полученным значениям (фиг. 1, графики 2, 5); исследуемой ИДХ g(t), относительно эквивалента (3) экспериментальной ИДХ gэ(t), по полученным значениям (фиг. 1, графики 3, 6).
Проводят оценку адекватности полученных зависимостей по формуле определения относительной погрешности
ее оценка (8) представлена на фиг. 2.
При этом погрешность ε отклонения исследуемых ИДХ относительно экспериментальных не превышает 1.5*10-11.
Аналогично, что ИДХ скорости ν(t) относительно νэ(t), не превышает 4*10-11.
Оценка погрешности (8а) аналогична оценке (8) на фиг. 2.
Повышение точности за счет учета методической и динамической погрешности приведем на примере оценки скорости оседания эритроцитов ν(t) (2).
1. Методическая погрешность определяется нелинейностью η скорости ν(t) (2):
Нелинейность (9) прототипа регламентирует методическую погрешность градуировкой характеристики ν(t), аппроксимируемой статистическим анализом множества измерений. В предлагаемом решении методическая погрешность исключена из-за определения предельной скорости V с единичной нелинейностью η=1 (фиг. 3, верхний график) как информативного параметра динамической характеристики ν(t). Из формулы (9) следует, что единичная нелинейность для прототипа регламентирована только при ν(t)=V в начальный момент времени t=0 и стремится к нулю при увеличении времени (фиг. 3, нижний график), когда высота h(t) слоя эритроцитов стремится к предельному H значению (см. фиг. 1 и 3).
2. Динамическая погрешность δ определяется также через нелинейность η
Из выражения (10) видно, что динамическая погрешность δ прототипа растет пропорционально времени t (фиг. 4, верхний график), в то время как мгновенное значение h(t) ИДХ стремится по асимптоте к максимальной высоте Н (фиг. 1), а ИДХ ν(t) уменьшается до 0. Для предлагаемого решения динамическая погрешность исключена и соответствует нулевому уровню (фиг. 4, нижний график).
Следовательно, предлагаемый способ, в отличие от прототипа, устраняет и методическую, и динамическую погрешность.
3. Повышение оперативности предлагаемого способа оценивает эффективность времени измерения t. В предлагаемом способе t≤T измерения не превышает постоянную времени, а для прототипа в 3-5 раз больше tn=(3-5)Т.
Из эффективности по времени 
для погрешности (5-1)% следует, что оперативность предлагаемого способа в 3-5 раз выше известных способов.
Значения погрешностей, возникающих в результате применения способа-прототипа и предлагаемого способа приведены в таблице.
Из таблицы видно, что точность предлагаемого способа на десять порядков выше известного решения.
Таким образом, определение динамики изменения скорости оседания эритроцитов по трем импульсным динамическим характеристикам: ИДХ высоты слоя плазмы h(t), ИДХ скорости ν(t) и ускорению g(t) оседания эритроцитов, значения которых фиксируют в единственный момент времени t1, по которому регистрируют максимальную величину Н оседания эритроцитов и постоянную времени Т, а также предельную скорость V как их отношение, по которым определяют действительную характеристику скорости оседания эритроцитов, в отличие от известных решений, повышает точность на несколько порядков, а оперативность не менее чем в 3 раза.
Способ определения динамики изменения скорости оседания эритроцитов, который содержит смешивание исследуемой пробы крови с антикоагулянтом, забор полученного раствора крови с антикоагулянтом в капилляр, размещение его вертикально, разливая раствор крови с антикоагулянтом с помощью автоматического дозатора в гематокритный капилляр, который с нижнего конца герметично закупоривают, размещают капилляр вертикально в гнездо центрифуги и осуществляют измерение высоты слоя плазмы, которая свободна от эритроцитов, в режиме вращения центрифуги с угловой скоростью не более 50 об/мин, по полученным данным определяют максимальную величину оседания эритроцитов, отличающийся тем, что динамику изменения скорости оседания эритроцитов определяют по трем импульсным динамическим характеристикам (ИДХ): ИДХ высоты слоя плазмы h(t), ИДХ скорости оседания эритроцитов ν(t), ИДХ ускорения эритроцитов g(t), значения h1, ν1, g1 которых фиксируют в единственный момент времени t1, по которым регистрируют максимальную величину Н оседания эритроцитов и постоянную времени Т=-ν/g, а также предельную скорость V как отношение V=Н/Т, по которым определяют действительную характеристику скорости ν(t)=ν оседания эритроцитов
