BR112016027392B1 - Método e sistema de detecção de hemólise - Google Patents

Abstract

MÉTODO E SISTEMA DE DETECÇÃO DE HEMÓLISE. A invenção refere-se a um método e a um sistema de detecção de hemólise, que compreende a medição de uma condutância de uma amostra de sangue em um módulo de teste de amostra, em uma pluralidade de entradas de corrente alternada (AC) de múltiplas frequências, providas por um módulo gerador de onda senoidal, calculando um valor de imitância para cada da pluralidade de entradas de corrente alternada de múltiplas frequências recebidas de um módulo conversor analógico/digital (A/D) de múltiplos canais, usando um módulo de processamento de computador, e submetendo cada valor de imitância calculado a uma função que mapeia valores de imitância para níveis de sangue lisado ou níveis de hematócritos que residem no módulo de processamento, com seguinte aplicação dos valores residentes de processamento em um módulo de memória, para produzir respectivo valor percentual lisado ou valor de hematócrito da amostra de sangue.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção

[0001] A presente invenção, de um modo geral, está correlacionada à hemólise. Particularmente, a presente invenção refere-se à medição de sangue lisado em uma amostra de sangue.

2. Descrição do Estado da Técnica

[0002] Os dispositivos analisadores que medem parâmetros de gás e eletrólito do sangue de todas as amostras de sangue têm sido projetados por algum tempo. Esses dispositivos analisadores podem experimentar interferências na medição de analitos, provenientes de diversos fatores. Um fator que pode influenciar os valores de medição é quando existe a ocorrência de que algumas das células do sangue foram lisadas. Quando uma célula é lisada, o conteúdo interno da célula se espalha dentro do plasma. A lise ocorre em experimentos clínicos, por exemplo, quando as células do sangue são submetidas a um excesso de trauma mecânico, como, por exemplo, pode ocorrer em uma retirada de sangue. Também, a fragilidade da célula de sangue pode variar entre os indivíduos, provocando ocasionais níveis de célula altamente lisada para os indivíduos que apresentam células de sangue fracas.

[0003] Um exemplo de um problema de interferência mais sério é quando a concentração do potássio do soro está sendo medida. Se uma amostra de medição contiver apenas um pequeno percentual de células lisadas, o potássio do soro pode ser falsamente elevado, conforme as diretrizes de 1988 do Clinical Laboratory Improvement Amendments (o "CLIA '88") que permite níveis de erro. Isso é descrito em um artigo escrito por M. Koseoglu et al., intitulado "Effects of hemolysis interferences on routine biochemistry parameters", Biochemica Medica, (2011), 21(1), páginas 7985, que é aqui incorporado por referência. A interferência na hemólise pode também afetar os componentes analisados (analitos) do sangue, tais como, amônia, fosfatase alcalina, creatinina, triglicerídeos, lactate desidrogenase, fósforo, hematócrito e ácido úrico, além de outros.

[0004] Métodos óticos para detectar a presença de hemoglobina no soro podem ser usados para detecção de células lisadas. Isto é possível, uma vez que, normalmente, não existe significativa quantidade de hemoglobina no soro, a menos que as células do sangue tenham sido lisadas. A absorbância ótica da hemoglobina no soro e a absorbância ótica da hemoglobina no interior de uma célula completa do sangue é a mesma. Assim, a técnica acima descrita de detecção da presença de hemoglobina no soro não é confiável, a menos que o soro tenha sido separado das células do sangue, por exemplo, por meio de centrífuga, de filtro (conforme descrito na Patente U.S. No. 5.416.026, concedida a Graham Davis, na data de 16 de Maio de 1995 e cedida à I-Stat Corporation), ou por meio de um analisador hematológico ((conforme descrito na Patente U.S. No. 6.623.972, concedida a Malin et al., na data de 23 de Setembro de 2003 e cedida à Bayer Corporation).

[0005] A Patente U.S. No. 8.478.546 (Katsumoto et al., 2013) divulga um método para medição de valores de propriedades físicas de uma célula, baseado emespectroscopia dielétrica e também nas características de modelagem elétrica, tais como, condutividade elétrica, permissividade elétrica, mudança dielétrica constante, e expressões de relaxamento dielétrico, a fim de se obter valores de capacitância de membrana e de condutividade citoplasmática da célula. Especificamente, Katsumoto et al., divulgam um método de utilização de espectroscopia dielétrica para células que apresentam formatos não isotrópicos, uma vez que os métodos padrões de espectroscopia dielétrica não podem ser aplicados a células que apresentam formatos diferentes de um formato esférico ou de um formato elipsoidal. De fato, os valores de propriedades físicas que exibem as características elétricas, tais como, condutividade elétrica Ki do citoplasma celular, e capacitância de membrana Cm, não foram determinados para as células lisadas no presente método.

[0006] Em alguns analisadores, as medições de imitância elétrica (isto é, impedância ou admitância) de amostras de sangue são usadas para determinar o hematócrito. O hematócrito é a proporção, em volume, do sangue que consiste de células do sangue vermelhas intactas. Nesses analisadores, uma pequena amostra de sangue (por exemplo, de alguns microlitros) é colocada entre eletrodos e uma corrente ou voltagem de acionamento é aplicada em uma ou duas frequências. A corrente ou voltage de resposta é medida e a imitância pode ser determinada a partir da proporção da corrente ou voltagem de acionamento para a corrente ou voltagem de resposta. Uma vez que a membrana de célula intacta é um isolante, a condutância em baixas frequências é aquela somente do plasma. Essa condutância é inversamente correlacionada ao valor percentual de hematócrito. A partir dessas medições, o valor de hematócrito pode ser calculado. Uma medição mais precisa do hematócrito pode ser obtida mediante compensação da concentração de eletrólitos no plasma, através da incorporação de sinais provenientes de um sensor de eletrólito, conforme ensinado na Patente U.S. No. 4.686.479 (Young et al., publicada em 1987). Um exemplo desse método de medição em uso para níveis de hematócrito (Hct) é o sensor de Hct usado em um analisador vendido sob a marca registrada pHOx® Ultra, disponível da Nova Biomedical Corporation, Waltham, MA (USA). Esse sensor de Hct usa atualmente uma única medição de condutividade, em 1 kHz, entre dois eletrodos cilíndricos, no percurso do fluido do sensor, com o valor de compensação da concentração do eletrólito provido pelo sensor de Na+.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0007] A invenção a ser aqui descrita utiliza um sensor de imitância, que mede a imitância em uma pluralidade de frequências, para obter o valor para o nível de sangue lisado em uma amostra, sem a necessidade de separar o plasma, para utilizar esse valor na correção dos analitos que foram afetados por lise da célula do sangue, e para obter um valor de hematócrito sem a necessidade de um sensor separado para medir a concentração de eletrólito, a fim de promover a compensação do mesmo. Essas são características bastante valiosas para um analisador de sangue em um local de cuidados da saúde, que se encontra em um ambiente onde não existe nenhum modo disponível para eficientemente conduzir o procedimento de separação do plasma do sangue, em que os analitos afetados pela lise da célula do sangue podem provocar um falso diagnóstico para o paciente, e onde um sensor separado de concentração de eletrólito não está disponível para compensar os valores de hematócrito.

[0008] O sensor de hemólise que é utilizado de acordo com a presente invenção é de um tipo similar ao do sensor de hematócrito agora descrito, com exceção da medição da imitância em uma pluralidade de frequências e submissão dessas imitâncias a um processo matemático, que permite o cálculo do nível de hemólise de uma amostra de sangue. derff

[0009] Constitui uma adicional característica da presente invenção que o nível de hemólise medido pela invenção pode também ser usado para corrigir os erros em outros valores de analitos do sangue que são afetados pela hemólise, mediante aplicação de um fator de correção correspondente ao nível de hemólise e ao específico analito então afetado.

[0010] Uma adicional característica da presente invenção é que as imitâncias medidas em múltiplas frequências para a hemólise podem ser também usadas para calcular o hematócrito, mediante aplicação de um segundo processo matemático. Os métodos para medição de imitância de hematócrito que usam apenas uma frequência precisam ser corrigidos para a concentração de eletrólito do sangue, usando um sensor ou sensores separados. Ao combinar as imitâncias de diversas e diferentes frequências, são feitas adicionais medições independentes da amostra, pelo que a necessidade de uso de sensores separados é eliminada.

[0011] Constitui um objeto da presente invenção, proporcionar um sistema e um método para medir a hemólise de uma amostra de sangue.

[0012] A presente invenção utiliza um sensor de condutividade para medições de impedância de corrente alternada (AC) de múltiplas frequências, para detectar mudanças de impedância, que são usadas para medir o percentual de sangue lisado, como em um analito. Essas medições de impedância são depois processadas para produzir a quantidade numérica de sangue lisado e/ou o valor percentual de sangue lisado.

[0013] O valor de hemólise assim determinado pode então ser subsequentemente usado em um processo para corrigir os valores de analitos afetados pela hemólise. Analitos conhecidos que são afetados por hemólise incluem potássio, amônia, fosfatase alcalina, creatinina, triglicerídeos, lactato desidrogenase, fósforo, hematócrito e ácido úrico, além de outros. Fatores ou funções de correção correspondentes ao nível de hemólise e ao analito afetado podem ser armazenados antecipadamente na unidade de processamento do analisador, podendo ser usados para modificar o valor do analito afetado, trazendo de volta para seu valor não afetado. Além disso, o analisador irá exibir um alerta de hemólise para o usuário e relatar para o usuário o valor numérico da hemólise.

[0014] As medições de impedância usadas para medir o valor do sangue lisado podem adicionalmente ser usadas no cálculo para determinação do nível de hematócrito. O uso de uma pluralidade de medições de impedância compensa os efeitos de interferência que a concentração do eletrólito impõe ao valor do hematócrito. As adicionais entradas separadas de sensor (por exemplo, a entrada de sódio) exigidas para se executar a compensação de eletrólito são, desse modo, eliminadas. A necessidade de um sensor separado de hematócrito no analisador é também, desse modo, eliminada.

[0015] Uma descrição geral do método de acordo com a presente invenção será agora apresentada. Uma relação matemática entre uma pluralidade de valores de imitância medidos (que podem incluir cada ou ambas de magnitude e fase de cada imitância) e um valor da quantidade de sangue lisado são determinados analítica ou empiricamente, usando conjuntos de dados de calibração de sangue lisado em uma quantidade conhecida. Convencionais funções de aplicação matemática, tais como, mínimos quadrados parciais, regressão linear, álgebra linear, redes neurais, curvas de regressão adaptadas multivariadas, ou outras máquinas de aprendizagem matemática são usados, com resultados obtidos a partir do conjunto de dados de calibração para determinar a relação empírica (ou função de mapeamento) entre os valores de imitância e a quantidade de sangue lisado. A relação estabelecida é depois usada em futuras medições de imitância de amostras desconhecidas, para medir sua quantidade de sangue lisado.

[0016] A quantidade medida e determinada de sangue lisado tem ainda uso na presente invenção como uma entrada para adicionais funções matemáticas, que produzem resultados que serão usados para alertar o usuário de potencial interferência, como, também, corrigir a interferência da hemólise presente nos valores de analitos do sangue, tais como, potássio, amônia, fosfatase alcalina, creatinina, triglicerídeos, lactato desidrogenase, fósforo, hematócrito e ácido úrico, além de outros. A quantidade de hemólise será também relatada para o usuário como um valor de hemólise do analito.

[0017] Os valores de impedância medidos para obtenção da quantidade de sangue lisado têm ainda uso na presente invenção como entradas para adicionais funções matemáticas, que produzem uma medição de hematócrito. Uma relação matemática entre uma pluralidade de valores de imitância medidos (que podem incluir cada ou ambas de magnitude e fase de cada imitância) e um valor de hematócrito de uma amostra de sangue são determinados analítica ou empiricamente, usando conjuntos de dados de calibração de hematócrito de sangue de um valor conhecido. Convencionais funções de aplicação matemática, tais como, mínimos quadrados parciais, regressão linear, álgebra linear, redes neurais, curvas de regressão adaptadas multivariadas, ou outras máquinas de aprendizagem matemática são usados, com resultados obtidos a partir do conjunto de dados de calibração para determinar a relação empírica (ou função de mapeamento) entre os valores de imitância e o valor de hematócrito do sangue. A relação estabelecida é depois usada em futuras medições de imitância de amostras desconhecidas, para medir seu hematócrito.

[0018] A presente invenção, conforme acima descrito, utiliza imitância elétrica para calcular a percentagem de células em uma amostra de sangue que foi lisada e rompida. Uma membrana de célula rompida não se considera mais como um isolante para proteger o conteúdo da célula de condução elétrica em baixas frequências, em vez disso, se torna um tipo de capacitor flutuante, que pode ser carregado e descarregado pela corrente que passa através da membrana de célula rompida. Ao medir a imitância elétrica em múltiplas frequências (pelo menos três), o sistema da presente invenção mede a imitância da amostra de sangue, e os valores medidos são usados para quantificar a percentagem de células do sangue que apresentam membranas rompidas.

[0019] Nenhum outro método descrito pelo estado da técnica obteve o resultado acima, em que medições de imitância elétrica em múltiplas frequências são usadas para determinar o grau de hemólise de uma amostra de sangue. Também, ao se fazer determinação de hemólise de uma amostra de sangue usando espectroscopia de imitância, esta análise nunca foi usada para alertar um usuário de analisador de sangue sobre potenciais problemas de interferência correlacionados com as medições realizadas pelo analisador de sangue, quando da determinação do nível de diversos componentes do sangue. Por exemplo, a medição dos níveis de potássio no sangue pode ser seriamente afetada pelas células de sangue vermelhas lisadas, uma vez que a concentração do potássio na célula de sangue vermelha é consideravelmente mais alta que a concentração de potássio no plasma. Essa consideração pode ser também usada para uma variedade de analitos no sangue, tais como, amônia, fosfatase alcalina, creatinina, triglicerídeos, lactato desidrogenase, fósforo, hematócrito e ácido úrico, além de outros.

[0020] Além disso, pode ser opcionalmente incluído um limite predefinido/pré-estabelecido de medição de hemólise, que poderia alertar um usuário do analisador de sangue sobre potenciais leituras imprecisas dos analitos na amostra de sangue. Além disso, o valor medido da quantidade de células de sangue lisadas (isto é, a medição de hemólise) pode também ser usado para corrigir os valores de analitos afetados e reduzir os erros devido à interferência causada pelas células de sangue lisadas. Um analisador configurado deve ser capaz de incluir um predefinido fator de correção no seu algoritmo de medição, baseado na medição de hemólise, para corrigir as leituras do analito.

[0021] A presente invenção alcança este e outros objetivos mediante provisão, dentro de uma modalidade da presente invenção, de um método para medição de hemólise em uma amostra de sangue. O método inclui a medição de uma condutância de uma amostra de sangue em uma pluralidade de entradas de corrente alternada (AC) de múltiplas frequências, calculando um valor de imitância para cada da pluralidade de entradas de AC de múltiplas frequências, e submetendo cada valor de imitância calculado a uma função que mapeia a imitância para o nível de sangue lisado, para produzir um valor de percentual de lise da amostra de sangue.

[0022] Em outra modalidade do método, o método inclui calcular a função que mapeia a imitância para o nível de sangue lisado, usando dados de imitância provenientes de uma pluralidade de amostras de sangue contendo percentuais de lise conhecidos, porém, variáveis, de células de sangue lisadas e quantidades de hemoglobina total.

[0023] Em uma adicional modalidade do método, o método inclui o cálculo da função de mapeamento de imitância para o nível de sangue lisado, através da medição de uma pluralidade de valores de imitância para o sensor predefinido de condutância, em uma pluralidade de predefinidas frequências de corrente alternada (AC), usando uma pluralidade de amostras de sangue contendo percentuais de lise conhecidos, porém, variáveis, de células de sangue lisadas, e a criação de um conjunto de dados de calibração usando uma função linear ou não linear, de modo a estabelecer uma relação entre uma primeira matriz Y de características conhecidas da amostra, incluindo células de sangue de percentual de lise, e uma segunda matriz X de valores de imitância medidos na pluralidade das predefinidas frequências de AC, em que a relação entre o conjunto de dados de calibração e a matriz é usada para determinar a função de mapeamento.

[0024] Em outra modalidade do método, o método inclui submeter cada valor de imitância a uma função de mapeamento linear ou não linear, selecionada do grupo que consiste de mínimos quadrados parciais, regressão linear, álgebra linear, redes neurais, curvas de regressão adaptadas multivariadas, e outras máquinas de aprendizagem matemática.

[0025] Em outra modalidade da presente invenção, é divulgado um sistema de detecção que inclui um módulo de teste de amostra de sangue, tendo um par de eletrodos espaçados entre si e dispostos em uma câmara de medição de amostra, um módulo conversor analógico/digital (A/D) eletricamente acoplado ao módulo de teste de amostra de sangue, um componente detector de corrente tendo um primeiro ponto de acoplamento eletricamente acoplado ao módulo conversor e a um de pelo menos um par de eletrodos do módulo de teste, um módulo gerador de onda senoidal eletricamente acoplado entre o segundo ponto de acoplamento do módulo conversor e o outro do dito pelo menos um par de eletrodos, em que o módulo gerador é adaptado para prover uma pluralidade de frequências de corrente alternada, e um módulo de processamento de computador tendo um módulo processador, um módulo de memória e uma função que mapeia valores de imitância para o nível de sangue lisado no módulo de memória, que é processado pelo módulo processador e converte um sinal digital recebido do módulo conversor em um valor medido, em que o valor medido é proporcional ao nível de hemólise de uma amostra determinada, que está sendo medida no módulo de teste.

[0026] Numa adicional modalidade da presente invenção, a função que mapeia os valores de imitância para o sangue lisado é determinada a partir de uma pluralidade de valores de imitância de amostras, que apresentam um percentual de lise conhecido para uma predefinida configuração do par de eletrodos e da câmara de medição de amostra.

[0027] Em outra modalidade da presente invenção, a função que mapeia os valores de imitância para o nível de sangue lisado é baseada em uma função linear.

[0028] Em uma adicional modalidade da presente invenção, a função que mapeia os valores de imitância para o nível de sangue lisado é baseada em uma função não linear.

[0029] Em outra modalidade da presente invenção, o sangue circula continuamente através da câmara de amostra, enquanto a medição do sangue lisado é feita quando solicitada, numa configuração incorporada.

[0030] Em ainda outra modalidade da presente invenção, o módulo de teste de amostra de sangue inclui dois eletrodos cilíndricos, eletricamente condutores, em um percurso de fluido que apresenta uma distância predefinida entre os eletrodos cilíndricos. Os eletrodos eletricamente condutores podem ser feitos de qualquer material eletricamente condutor, incluindo, sem que seja a isso limitado, ouro, platina, paládio, tungstênio, aço inoxidável, ligas eletricamente condutoras, e carbono, etc. Uma voltagem de acionamento é aplicada à célula de medição e um sistema analógico/digital (A/D) de múltiplos canais mede a voltagem e a corrente da amostra de sangue na célula de medição. A impedância ou admitância da amostra é então calculada a partir dessa informação. A medição é feita em diversas frequências, de modo a examinar o efeito dispersivo das células de sangue e das membranas de célula rompida.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0031] A figura 1 é uma vista plana simplificada, que ilustra uma modalidade da presente invenção, mostrando um percurso de fluxo contendo dois eletrodos cilíndricos, com um espaço predefinido entre os mesmos.

[0032] A figura 2 é uma ilustração esquemática de uma modalidade da presente invenção, incorporando os dois eletrodos cilíndricos mostrados na figura 1.

[0033] A figura 3 é uma ilustração gráfica mostrando uma comparação da medição de hemólise versus um percentual de lise conhecido.

[0034] A figura 4 é uma ilustração gráfica mostrando uma comparação da medição do íon de potássio (K+) do soro, versus hemoglobina (Hb) isenta de soro.

[0035] A figura 5 é uma ilustração gráfica mostrando uma comparação da medição de hematócrito versus um hematócrito conhecido.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0036] A presente invenção é ilustrada nas figures 1-5. A figura 1 mostra uma modalidade de uma célula de medição 10. A célula de medição 10 forma um percurso de fluxo, dentro do qual uma amostra de sangue é disposta para medição. A célula de medição 10 apresenta dois eletrodos tubulares 12, 14, e um conduto tubular 16 tendo uma distância predefinida D entre os eletrodos tubulares 12, 14. O diâmetro interno e o comprimento de cada eletrodo tubular 12, 14 são determinados com base no limite de tamanho da amostra de sangue que se deseja proceder a uma medição. Assim, por exemplo, na medida em que o diâmetro interno se torna menor, um menor volume total da amostra será exigido para ocupar o volume definido pelos dois eletrodos tubulares 12, 14 e o conduto tubular 16, disposto entre os eletrodos tubulares 12, 14. A medição da imitância usa pelo menos dois eletrodos, que na presente modalidade preferida são tubulares, mas que podem ser de diversos diferentes formatos, tais como, formato de anéis, fios de arame, postes, pinças definidas litograficamente, eletrodos interligados, etc., sem que haja afastamento do escopo da presente invenção.

[0037] Referindo-se agora à figura 2, é ilustrado um diagrama esquemático de uma modalidade do sistema de detecção de hemólise 100 da presente invenção. O sistema de detecção de hemólise 100 inclui o módulo de amostra de sangue 10, o qual inclui o par de eletrodos cilíndricos eletricamente condutores 12, 14, e o predefinido espaço tubular 16 entre os eletrodos 12, 14, um conversor analógico/digital (A/D) de múltiplos canais 20, um gerador de onda senoidal 30, um resistor de detecção de corrente 40, e um módulo de processamento de computador 60. O módulo de processamento de computador 60 inclui um módulo processador 64, um módulo de memória 68 e a função que mapeia os valores de imitância para o sangue lisado e hematócrito (enquanto corrige o nível do eletrólito) que se dispõem no módulo de memória 68 ou no módulo processador 64.

[0038] A medição da imitância na presente modalidade utiliza um gerador de onda senoidal para entrada, que produz sinais em frequências distintas separadas, porém, outros meios de medição de imitância dependente de frequência podem ser empregados, tais como, aplicando uma entrada que consiste de uma pluralidade de sinais de diferentes frequências ou sinais de banda larga, digitalizando a resposta e os sinais de entrada, e usando uma transformada de Fourier dos sinais ou outro processamento, de modo a se obter o espectro de imitância dependente de frequência.

[0039] A célula de amostra de sangue 10 mantém a amostra de sangue a ser medida. No exemplo aqui descrito, a célula de amostra de sangue 10, preferivelmente, inclui dois tubos de ouro 14K representando os eletrodos cilíndricos 12, 14, que apresentam um diâmetro interno (ID) de cerca de 0,71 mm, um diâmetro externo (OD) de cerca de 1,02 mm e um comprimento de cerca de 2,21 mm. O espaço tubular 16 apresenta uma extensão entre os eletrodos 12, 14 de cerca de 2,54 mm, com um ID praticamente igual ao ID dos eletrodos 12, 14. Os eletrodos 12, 14 são montados no interior de um bloco de acrílico, tendo o espaço tubular descrito 16. Os fluidos foram introduzidos e removidos da célula 10 através dos eletrodos tubulares 12, 14. Uma solução de descarga salina e ar foram usados para limpar a célula 10 entre as amostras, de modo a reduzir a interferência entre as amostras.

[0040] O conversor analógico/digital (A/D) 20 se constitui de um osciloscópio, disponível da Tektronics, modelo TPS2024, enquanto o gerador de onda senoidal 30 é também disponível da Tektronics, modelo AFG3102, ajustado para uma saída P-P de 1V. O resistor de detecção de corrente 40 se constitui de um resistor tendo um valor de resistência de 12,41 Kohms. O osciloscópio digitou as formas de ondas medidas (ondas de voltagem senoidal) e um computador foi usado para calcular a informação de amplitude RMS dos seguintes sinais: 1) voltagem ao longo da célula de amostra (Vsense), e 2) voltagem ao longo do resistor de detecção de corrente (Isense) (que são proporcionais à corrente através da célula de amostra). O osciloscópio também calculou o valor médio de corrente contínua (DC) do sinal de voltagem multiplicado por corrente no domínio do tempo (MVsenseIsense). Os dados foram coletados em frequências de 100 kHz, 500 kHz, 1 MHz, e 2 MHz.

[0041] Cálculos:

[0042] Os dados coletados foram usados para determiner valores de admitância para as amostras de sangue medidas na pluralidade de frequências de corrente alternada (AC). A admitância Y foi calculada a partir das medições do osciloscópio em cada frequência (f), usando as seguintes equações:

OBS: NA EQUAÇÃO 3, que está em “pdf”, o termo “sin” deve ser traduzido por “sen”. em que: - Y(f) é o valor de admitância complexo calculado em uma dada frequência; - Mag(f) é a magnitude da impedância da amostra; - Pha(f) é a fase da impedância da amostra; - R1 é o valor do resistor de detecção; - Vsense (f) é a voltagem através da célula em uma dada frequência; - Isense (f) é a voltagem através do resistor de detecção R1 em uma dada frequência; - MVsenseIsense (f) é a média calculada de corrente contínua (DC) do sinal de voltagem multiplicado por corrente, em uma dada frequência; - i é a raiz positiva da raiz quadrada de -1;

[0043] Modelo de Previsão.

[0044] A etapa seguinte do cálculo é criar um modelo de previsão. Usando um conjunto de dados de calibração inicial, a sequência de calibração de uma máquina de aprendizagem de algoritmo estabelece uma relação entre uma matriz de características de amostra conhecida (a matriz H) e uma matriz de valores de admitância medidos, em diversas frequências e, potencialmente, outros valores medidos (da matriz X). As partes reais e imaginárias da admitância em cada frequência podem ser consideradas como valores independentes e usadas separadamente ou em conjunto. Uma vez essa relação seja estabelecida, a mesma será usada por dispositivos analisadores para prever os valores de H desconhecidos, a partir das novas medições de X nas amostras. A matriz H do conjunto de calibração é construída conforme apresentado a seguir, a partir de valores conhecidos do conjunto de calibração da amostra de “n” amostras de sangue.INSERIR A MATRIZ INCLUÍDA NA PÁGINA 11 DO DOCUMENTO ORIGINAL WO, PARÁGRAFO onde o termo Lysed significa Lisado em que: - %Lysed (% de Lise) é a percentagem de células lisadas, e - %Hct é o volume percentual de hematócrito.

[0045] Embora o %Hct possa ser descartado sem que seja adversamente afetada a utilidade da presente invenção, pode ser observado que além de se extrair o valor de % de lise, o conjunto de calibração será estruturado para também extrair o %Hct dos dados medidos. Opcionalmente, as medições de imitância podem ser usadas para determinar simultaneamente o %Hct, proporcionando uma adicional produção útil.

[0046] A matriz X é estruturada como segue: INSERIR A MATRIZ X, INCLUÍDA NA PÁGINA 12 DO DOCUMENTO ORIGINAL WO, PARÁGRAFO [0046]. em que: - Í1, Í2, Í3 e Í4 são frequências de 100 kHz, 500 kHz, 1 MHz, e 2 MHz, respectivamente; - Imag representa tomar a parte imaginária da imitância complexa; e - Re representa tomar a parte real da imitância complexa.

[0047] A matriz X inclui contribuições das partes real e imaginária da admitância em diversas frequências. Opcionalmente, outros valores medidos, além da admitância, podem ser incluídos para reduzir os efeitos de interferência e aumentar a precisão da medição. Uma vez que o nível de hemoglobina total (tHb) é um potencial interferente na medição, o mesmo é incluído na matriz, em unidades de g/dL. Em um dispositivo analisador, esse valor é determinado por um sensor ou sensores separados, como, por exemplo, um oxímetro, e podem ser disponibilizados no momento da medição. Opcionalmente, o escopo da invenção inclui a adição de outras medições para calcular a redução desses efeitos interferentes. O fornecimento do valor de tHb também permite às funções matemáticas calcular o nível de sangue lisado em termos percentuais.

[0048] Uma vez essas matrizes são formadas, elas são usadas como um conjunto de calibração, e a função de mapeamento é calculada de acordo com procedimentos específicos para a máquina de aprendizagem de algoritmo escolhida.

[0049] Conforme descrito anteriormente, convencionais funções de aplicação matemática, tais como, mínimos quadrados parciais, regressão linear, álgebra linear, redes neurais, curvas de regressão adaptadas multivariadas, projeção ortogonal à base de kernel para estruturas latentes, ou outras máquinas de aprendizagem matemática são usadas, com resultados obtidos do conjunto de dados de calibração para determinar a relação empírica (ou função de mapeamento) entre os valores de imitância e a quantidade de sangue lisado. Tipicamente, um pacote de matemática é usado para gerar os resultados, em que o pacote geralmente apresenta opções para selecionar uma das máquinas de aprendizagem matemática, o que é do conhecimento dos especialistas versados na técnica. Diversos pacotes matemáticos existem e incluem, sem que seja a isso limitado, Matlab, da MatWorks of Natick, MA; "R" do Projeto R para Computação Estatística, disponível na Internet em www.r-project.org, Python, da Python Software Foundation e disponível na Internet em www.python.org, em combinação com o software de mineração de dados Orange, da Orange Bioinformatics, disponível na Internet em orange.biolab.si, para citar alguns exemplos.

[0050] Será mostrado que o método de Projeção Ortogonal à base de Kernel para Estruturas Latentes (KOPLS) pode ser usado como tipo de máquina de aprendizagem de algoritmo para gerar a função de mapeamento. Explanações e descrições relativas ao KOPLS são exemplificadas de uma maneira melhor pelas seguintes referências: Johan Trygg e Svante Wold, "Orthogonal projections to latent structures (O-PLS)", J. Chemometrics 2002; 16:119-128; Mattias Rantalainen et al., "Kernel-based orthogonal projections to latent structures (K-OPLS)", J. Chemometrics 2007; 21:376385; e Max Bylesjo et al., "K-OPLS package: Kernel-based orthogonal projections to latent structures for prediction and interpretation in feature space" BMC Bioinformatics, 2008, 9:106, cujas citações são aqui incorporadas por referência. A aplicação matemática à base de kernel é de utilidade na manipulação do comportamento não linear em sistemas, através do uso de uma função de kernel para mapear os dados originais para um maior espaço de ordem.Embora qualquer das máquinas de aprendizagem de matemática anteriormente descritas possa ser usada para possibilitar algum especialista versado na técnica a praticar a presente invenção, o método KOPLS apresenta uma adicional vantagem com relação a outros cálculos, como, por exemplo, o método convencional de mínimos quadrados parciais, pelo fato de poder não apenas estabelecer uma relação entre variações quantificadas e valores de analito a serem determinados, como, também, remover uma variação presente consistentemente ainda não quantificada nos dados originais. Essas variações não quantificadas podem ocorrer devido às características da amostra, variações no padrão do analisador, derivações, etc.

[0051] Usando um conjunto de dados inicial de treinamento, o modelo KOPLS estabelece uma relação (função de mapeamento) entre a matriz de características conhecidas da amostra (a matriz X) e uma matriz de valores de admitância medidos em diversas frequências e, potencialmente, outros valores medidos (da matriz X), conforme processado através de uma função de kernel, como especificado pelo método de KOPLS. As partes reais e imaginárias da admitância em cada frequência podem ser consideradas como valores independentes e usadas separadamente ou em conjunto. Uma vez os coeficientes de KOPLS dessa relação sejam estabelecidos, os mesmos serão usados com a função de kernel por dispositivos analisadores, para prever os valores de H desconhecidos, a partir das novas medições de X nas amostras.

[0052] A função de kernel usada nesse exemplo é uma função de kernel linear simples, descrita por Mattias Rantalainen et al., referência listada acima e representada pela seguinte equação:% (X,X) = (X,X) onde a matriz de valores medidos X é colocada dentro da função de kernel e submetida a posterior processamento, conforme especificado nas referências de KOPLS citadas acima (incorporadas por referência), para criação dos coeficientes de treinamento de KOPLS.

[0053] Uma vez o conjunto de coeficientes de treinamento, ou função de mapeamento, seja estabelecido, o mesmo é usado para prever o valor de % de lise de uma amostra de sangue de futuras medições. Uma matriz X de única fila é criada a partir de novas medições, depois, o valor dessa matriz X de única fila é colocado dentro da função de kernel e funções de mapeamento, de modo a produzir o valor de % de lise, conforme os procedimentos necessários para a função de mapeamento usada, de acordo com os procedimentos de KOPLS descritos em detalhes nas referências de KOPLS divulgadas anteriormente.

[0054] Os dados coletados acima descritos das amostras de sangue foram coletados através do método de KOPLS em um processo de validação cruzada. Validação cruzada é um processo para usar um conjunto de dados para testar um determinado método. Diversas filas de dados são reservadas e o restante é usado para criar uma função de mapeamento. Os valores reservados são depois usados como “novas” medições e seus valores de matriz H são calculados. Esse processo é repetido mediante reserva de outros valores medidos e cálculo de outra função de mapeamento. Mediante plotagem dos valores conhecidos de dados de sangue versus dados calculados, a eficácia do método pode ser determinada por verificação da plotagem.

[0055] Com referência agora à figura 3, é ilustrada uma plotagem dos resultados, comparando a medição de hemólise das amostras (teste) versus a percentagem conhecida de lise das amostras (referência), usando o método de KOPLS. O conjunto de dados de sangue usou amostras em que o percentual de amostras lisadas foi de 0%, 50% e 100% de lise. O teste também incluiu amostras tendo variáveis quantidades de hemoglobina total, variáveis percentuais de hematócrito e variáveis níveis de eletrólito. Três níveis de hemoglobina total (tHb) foram usados. Os valores de hemoglobina foram de 11,6 g/dL, 15,2 g/dL e 19 g/dL. O eixo horizontal apresenta unidades que representam o percentual de lise das amostras de referência, e o eixo vertical apresenta unidades que representam o percentual de lise das amostras de teste medidas. Conforme pode ser observado da plotagem, o método de determinação de hemólise de uma amostra é bastante eficaz.

[0056] Com referência agora à figura 4, é ilustrada uma plotagem de resultados comparando a medição de excesso de potássio do soro das amostras versus a quantidade conhecida de sangue lisado das amostras, conforme representado pela hemoglobina isenta de soro. O efeito interferente sobre os analitos causado pela hemólise é proporcional à quantidade de hemoglobina liberada pelas células de sangue lisado. Uma vez a quantidade de hemoglobina isenta de soro é conhecida, mediante medição do percentual de sangue lisado multiplicado pela hemoglobina total, a quantidade de potássio em excesso com relação aos níveis normais (onde a hemoglobina isenta de soro é zero) pode ser determinada a partir dos dados mostrados na figura 4, acompanhando a tendência de aumento acima do nível normal, como função da hemoglobina isenta de soro. Esse nível em excesso é subtraído do nível de potássio não corrigido medido para a amostra, e o valor do potássio corrigido é relatado para o usuário.

[0057] Com referência agora à figura 5, é ilustrada uma plotagem de resultados, comparando o percentual de hematócrito (%Hct) medido das amostras (teste) versus o %Hct conhecido das amostras (referência). Conforme pode ser observado da plotagem, o método de determinação de %Hct de uma amostra é bastante eficaz.

[0058] Conquanto que modalidades preferidas da invenção tenham sido aqui descritas, a descrição acima é meramente ilustrativa. Adicionais modificações da invenção aqui divulgada poderão ocorrer para os especialistas versados na técnica e todas essas modificações são acreditadas de se enquadrarem dentro do escopo da invenção, conforme definida pelas reivindicações anexas.

Claims (19)

1. Método de medição de hemólise ou hematócrito em uma amostra sanguínea, o método caracterizado pelo fato de que compreende: a) medir um valor de imitância de uma amostra sanguínea em uma pluralidade de entradas de corrente alternada (AC) de múltiplas frequências; b) calcular um valor de imitância para cada uma da pluralidade de entradas de corrente alternada (AC) de múltiplas frequências; e c) submeter cada valor de imitância calculado na etapa (b) a uma de (1) uma função que mapeia valores de imitância para níveis sanguíneos lisados e determinar o nível sanguíneo lisado na amostra ou (2) uma função que mapeia valores de imitância para níveis de hematócritos e determinar o nível de hematócritos na amostra enquanto compensando para o nível de eletrólito da amostra, em que a função de mapeamento é uma função de mapeamento selecionada a partir do grupo que consiste em mínimos quadrados parciais, regressão linear, álgebra linear, redes neurais, curvas de regressão adaptadas multivariadas e projeção ortogonal à base de kernel para estruturas latentes.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda computar a função (1) que mapeia valores de imitância para níveis sanguíneos lisados usando uma pluralidade de amostras sanguíneas contendo percentuais conhecidos porém variáveis de lise de células sanguíneas lisadas ou computar a função (2) que mapeia valores de imitância para os níveis de hematócrito enquanto compensando para os níveis de eletrólito da amostra usando uma pluralidade de amostras sanguíneas contendo porcentagens conhecidas porém variáveis de hematócritos e níveis variáveis de eletrólito.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar a função que mapeia valores de imitância tanto para sangue lisado quanto para hematócrito compreende ainda: - medir uma pluralidade de valores de imitância para um sensor de condutância predefinida em uma pluralidade de frequências de corrente alternada (AC) usando uma pluralidade de amostras sanguíneas contendo (1) percentuais conhecidos porém variáveis de lise de células sanguíneas lisadas ou (2) percentuais conhecidos porém variáveis de hematócrito e níveis variáveis de eletrólito; e - criar um conjunto de dados de calibração (1), quando a amostra sanguínea contém células sanguíneas lisadas, usando uma função que mapeia valores de imitância para níveis sanguíneos lisados para estabelecer uma relação entre uma primeira matriz H de características conhecidas da amostra, incluindo o percentual lisado de células sanguíneas, e uma segunda matriz X de valores medidos de imitância em uma pluralidade de frequências predefinidas de corrente alternada (AC), em que o conjunto de dados de calibração e a relação matricial são usados na computação da função que mapeia os valores de imitância para os níveis sanguíneos lisados, ou (2) quando as amostras sanguíneas contém porcentagens variáveis de hematócrito e níveis de eletrólito variáveis, usando uma função que mapeia os valores de imitância para os níveis de hematócrito enquanto compensando para os níveis de eletrólito para estabelecer uma relação entre uma primeira matriz H de características conhecidas da amostra, incluindo o percentual de hematócrito, e uma segunda matriz X de valores medidos de imitância em uma pluralidade de frequências predefinidas de corrente alternada (AC), em que o conjunto de dados de calibração e a relação matricial são usados na computação da função que mapeia os valores de imitância para os níveis de hematócrito enquanto compensando para os níveis de eletrólito.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa (c) inclui submeter cada valor de imitância a uma função de mapeamento criada a partir de uma máquina de aprendizagem matemática predefinida.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda usar o nível sanguíneo lisado para corrigir o efeito da interferência da hemólise em outros analitos sanguíneos.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda usar o nível sanguíneo lisado para corrigir o efeito da interferência da hemólise no potássio.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda usar a pluralidade de valores de imitância em uma computação para produzir o nível de hematócrito de uma amostra sanguínea.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda circular o sangue através um módulo de amostra sanguínea (10) possuindo uma configuração incorporada.

9. Sistema (100) de detecção de hemólise e/ou hematócrito caracterizado pelo fato de que compreende: - um módulo (10) de amostra sanguínea possuindo múltiplos eletrodos (12, 14) espaçados entre si por um conduíte, os múltiplos eletrodos e o conduíte formando um caminho de fluxo; - um módulo conversor (20) analógico/digital (A/D) eletricamente acoplado ao módulo (10) de amostra sanguínea; - um componente (40) sensorial de corrente possuindo um primeiro ponto de acoplamento e um segundo ponto de acoplamento, em que o primeiro ponto de acoplamento é eletricamente acoplado ao módulo conversor (20) e a um dos múltiplos eletrodos (12, 14) do módulo (10) de amostra sanguínea; - um gerador de onda senoidal (30) eletricamente acoplado entre o segundo ponto de acoplamento do módulo conversor (20) e o outro dos múltiplos eletrodos (12, 14), em que o gerador de onda senoidal (30) é adaptado para fornecer uma pluralidade de frequências de corrente alternada (AC); e - um módulo de processamento por computador (60) possuindo um módulo processador (64), um módulo de memória (68) e uma função (1) que mapeia valores de imitância para níveis sanguíneos lisados no módulo de memória (68) que é processado pelo módulo processador e converte um sinal digital recebido do módulo conversor (20) em um valor medido, em que o valor medido é proporcional a uma porcentagem de hemólise de uma amostra disposta em e que está sendo medida no módulo de amostra sanguínea (10), ou uma função (2) que mapeia os valores de imitância para os níveis de hematócrito enquanto compensando para os níveis de eletrólitos no modulo de memória (68) que é processado pelo módulo do processador e converte um sinal digital recebido do módulo conversor (20) em um valor mensurado, em que o valor mensurado é proporcional a porcentagem de hematócrito de uma amostra disposta em e sendo medida no módulo de amostra sanguínea (10), em que a função de mapeamento é uma função de mapeamento selecionada a partir do grupo que consiste em mínimos quadrados parciais, regressão linear, álgebra linear, redes neurais, curvas de regressão adaptadas multivariadas e projeção ortogonal à base de kernel para estruturas latentes.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a função (1) que mapeia os valores de imitância para os níveis sanguíneos lisados é gerada a partir de uma pluralidade de valores de imitância de amostras possuindo uma porcentagem lisada conhecida para uma configuração predefinida de pelo menos um par de múltiplos eletrodos (12, 14) e do conduíte (16), e em que a função (2) que mapeia os valores de imitância para os níveis de hematócrito enquanto compensando para os níveis de eletrólitos é gerada a partir de uma pluralidade de valores de imitância de amostras possuindo um percentual conhecido porém variável de hematócrito, e níveis variáveis de eletrólito para uma configuração predefinida dos pares de múltiplos eletrodos (12, 14) e do conduíte (16).

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a função (1) que mapeia os valores de imitância para o nível sanguíneo lisado é baseada em uma de uma função linear ou uma função não-linear e em que a função (2) que mapeia os valores de imitância para os níveis de hematócrito enquanto compensando para o nível de eletrólito é baseada em uma de uma função linear ou uma função não-linear.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o par de múltiplos eletrodos (12, 14) são eletrodos tubulares definindo uma parte do caminho de fluxo.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que cada um dos múltiplos eletrodos são feitos de um material selecionado a partir do grupo que consiste em ouro, platina, paládio, tungstênio, aço inoxidável, ligas eletricamente condutoras e carbono.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o componente sensorial atual é um resistor.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo o fato de que os eletrodos são interligados.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o nível do sangue lisado é usado para o cálculo da remoção do efeito da interferência da hemólise em outros analitos sanguíneos.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o nível do sangue lisado é usado para o cálculo da remoção do efeito da interferência da hemólise no potássio.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de imitâncias é adicionalmente usada no cálculo para produzir o nível de hematócrito de uma amostra sanguínea.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o sangue circula através de múltiplos eletrodos (12, 14) e do conduíte (16) em uma configuração incorporada.

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