CN109164253A - 一种音叉谐振式血小板收缩力测量装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种音叉谐振式血小板收缩力测量装置，包括恒温密封仓、设置在恒温密封仓内部的金属屏蔽罩、安装在金属屏蔽罩内的音叉传感器、与金属屏蔽罩内部连通的被测血液和试剂注入孔、与音叉传感器连接的音叉激励和检测电路、与恒温密封仓连接的温控电路、与控制音叉激励和检测电路以及温控电路进行通信的微控制器、与微控制器进行通信的智能终端。使用本发明只需要微量的血液即可完成血小板收缩力的精确测量。

Description

一种音叉谐振式血小板收缩力测量装置与方法

技术领域

本发明主要涉及一种用于快速检测血液中血小板收缩力的测量技术，尤其涉及一种基于音叉谐振式传感器的微量血液样品的血小板收缩力的测量装置和方法。

背景技术

当患者进行手术前，医生必须事先了解患者的止血功能，如止血功能不健全，患者术中可能会大出血导致意外情况。因此，在手术前了解患者的止血功能有无缺陷是必须进行的一项常规检查。血液中血小板在止血反应中起着至关重要的作用，当内皮细胞完整性受损时，内膜基质蛋白暴露出来，触发血小板快速粘附，形成止血栓。因此，血小板综合功能检测，尤其是血小板的收缩力测量对病人手术过程有着重要作用。

目前大多数用于检测血小板综合功能的方法主要是止血栓的相关收缩力的测量，主要的方法有：血栓弹力谱(TEG)、旋转血栓弹性测定法(ROTEM)、基于电磁传感器的血栓弹力检测等。此类方法成本昂贵，灵敏度低，且每次检测需要的血液量偏多，这对儿科确诊时显得尤为不足。

发明内容

为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供基于音叉谐振式血小板收缩力测量装置与方法，只需要微量的血液即可完成血小板收缩力的精确测量。

本发明的技术方案如下：

一种音叉谐振式血小板收缩力测量装置，包括恒温密封仓、设置在恒温密封仓内部的金属屏蔽罩、安装在金属屏蔽罩内的音叉传感器、与金属屏蔽罩内部连通的被测血液和试剂注入孔、与音叉传感器连接的音叉激励和检测电路、与恒温密封仓连接的温控电路、与控制音叉激励和检测电路以及温控电路进行通信的微控制器、与微控制器进行通信的智能终端。

在所述金属屏蔽罩内安装可拆卸的音叉固定座，音叉传感器安装在音叉固定座上，并引出两根引线与外部音叉激励和检测电路相连。

所述金属屏蔽罩为圆柱型结构，音叉固定座通过螺纹旋入在金属屏蔽罩顶部，音叉固定座中间设置带有螺纹的安装孔用于固定音叉传感器，安装孔一侧设置圆孔，用于与注入孔连通。

所述音叉传感器包括音叉固定盘、安装在音叉固定盘上的音叉叉指连接块、设置在音叉叉指连接块下方的两根音叉叉指，两根引线连接至对应的音叉叉指，音叉固定盘设置与音叉固定座的安装孔相配合的外固定螺纹。

所述恒温密封舱包括固定底座、安装在固定底座上的散热风扇、位于散热风扇上方的散热片、位于散热片上方的半导体制冷片以及位于半导体制冷片上方的密封仓外壳，在密封仓外壳内壁设置绝缘绝热层，绝缘绝热层内壁环绕电热丝，密封仓外壳内部设置温度传感器，顶部设置用于密封注入孔的孔盖。

所述音叉传感器尺寸范围为：音叉臂长为0.5～3.5mm，音叉臂宽：0.2～0.8mm，音叉臂厚0.05～0.35mm，两臂间距：0.25～0.5mm。

所述音叉激励和检测电路采用振荡电路频率测量或阻抗测量得到血小板收缩力变化。

所述音叉激励和检测电路采用振荡电路频率测量时，通过音叉传感器与振荡电路相连，产生的振荡频率信号和等精度频率测量电路相连，等精度频率测量电路输出信号送入微控制器。

所述音叉激励和检测电路采用阻抗测量时，采用内带微控制器的阻抗测量芯片ADUCM350，将音叉传感器接入ADUCM350选择开关接口，通过 ADUCM350输出激励信号，并采集反馈信号进行运算得到阻抗值。

一种音叉谐振式血小板收缩力的测量方法，包括如下步骤：

步骤1、设定恒温密封仓温度，对金属屏蔽罩内的温度进行预热或者降温，使其达到检测时需要的温度值；

步骤2、对全血和枸橼酸钠抗凝试剂按9：1比例混合均匀，经3000转/分钟，10分钟离心后分离血浆，将沉积于离心管底部的血小板用Tyrode缓冲液进行稀释，根据测试需要保证在不同测试批次时血小板浓度值相同，血小板浓度采用细胞计数器进行测量，稀释后的血小板溶液在水浴中进行复温，达到实验测试时需要的温度；

步骤3、用微量进样注射器将血小板溶液(10～20ul)通过注入孔注入到金属屏蔽罩内，同样步骤，将致聚剂试剂通过注入孔注入到金属屏蔽罩内；

步骤4、随着血小板收缩力的变化，音叉激励和检测电路采集音叉传感器信号，采用振荡电路频率测量时，音叉振荡频率发生变化；采用阻抗法测量时，音叉谐振时的阻抗发生变化，通过测量频率或者阻抗，并将测量值上传至PC，得到血小板收缩力的变化。

本发明的有益效果：

1、本发明采用音叉传感器作为主测元件进行血小板收缩力的测量，音叉传感器体积小、成本低廉且具有较好的一致性，在测试时只需要微量的血液即可精确的完成测试。

2、本发明的整体构造简单，便于加工制作和装配，具有较低的成本，可推广用于血小板收缩力检测的相关领域，音叉传感器和金属屏蔽罩设计为快拆式部件，可重复利用，也可作为一次性使用消耗品。

3、本发明音叉激励、检测电路简单，音叉传感器与音叉激励、检测电路直接相连，并获得有用信号，避免了现有产品需要复杂机械结构和测量电路的缺点。

4、本发明整体装置内容积小，温控调节速度快，其结构设计使得温控调节范围大，通用性强。

附图说明

附图1为音叉谐振式血小板收缩力测量装置示意图。

附图2为恒温密封仓正面示意图。

附图3为音叉固定座示意图。

附图4为音叉传感器示意图。

附图5为音叉激励、检测电路——振荡电路频率测量法电路原理框图。

附图6为音叉激励、检测电路——阻抗测量法电路原理框图。

附图7为频率测量法测得的血小板收缩力变化曲线图。

附图8为阻抗测量法测得的血小板收缩力变化曲线图。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

如图1所示，本发明基于音叉谐振式血小板收缩力测量装置包括：音叉传感器3、音叉固定座2、与音叉相连接的两根引线1、微型圆柱型金属屏蔽罩4、微型恒温密封仓5、被测血液和试剂注入孔7、音叉激励和检测电路8、微控制器9、用于控制微型恒温密封仓温度的温控电路12、人机界面10。

其中，音叉传感器3固定在音叉固定座2之上，并引出两根引线1与外部音叉激励和检测电路8相连。将音叉固定座2上装上可拆卸的微型圆柱型金属屏蔽罩4。将装有音叉传感器3和音叉固定座2的微型圆柱型金属屏蔽罩4置于微型恒温密封仓5内，并将音叉传感器3引出的两根引线1引出至微型恒温密封仓5之外。被测血液和试剂注入孔7由微型圆柱型金属屏蔽罩4内部延伸至微型恒温密封仓5外部。注入孔7用于向微型圆柱型金属屏蔽罩4内注入被测样品。音叉传感器3引出的两根引线1与音叉激励和检测电路8相连，音叉激励和检测电路8与微控制器9相连，微控制器9控制温控电路12实现对微型恒温密封仓5的恒温控制，同时与PC机11进行通信发送采集数据。

如图2所示，微型恒温密封仓5由散热风扇13、固定底座14、散热片15、半导体制冷片16、密封仓外壳17、绝缘绝热层18、温度传感器19、电热丝20 和孔盖21组成。

绝缘绝热层18为陶瓷纤维材料。密封仓外壳17内壁紧贴绝缘绝热层18，绝缘绝热层18内壁环绕电热丝20，电热丝20为螺旋型。温度测量采用两个温度传感器19。微型恒温密封仓5底部最内层为半导体制冷片16，中间层为散热片15，最下层为散热风扇13。孔盖21用于盖住注入孔7，降低外界对微型恒温密封仓5内的温度影响。微型恒温密封仓5温度调节范围为5～45度。

如图3所示，音叉固定座2中间带有内螺纹24的安装孔22用于固定音叉传感器3，圆孔25用于注入孔7的连通。外螺纹23用于连接固定微型圆柱型金属屏蔽罩4。

如图4所示，音叉传感器3包括音叉传感器两根引线1、两根音叉叉指28、音叉叉指连接块29、音叉固定盘26、固定螺纹27。音叉固定盘26和音叉固定座2中间带有内螺纹24的安装孔通过固定螺纹实现固定。

用于音叉传感器3采用石英制作，可以采用商用音叉，也可以是用MEMS工艺加工的音叉，其尺寸范围：音叉臂长：0.5～3.5mm，音叉臂宽：0.2～0.8mm，音叉音叉臂厚：0.05～0.35mm，两臂间距：0.25～0.5mm。

音叉激励和检测电路可采用振荡电路频率测量法，也可采用阻抗法测量。

音叉传感器3尺寸不同，其工作时谐振频率范围不同，阻抗值范围也不同。

如图5所示，采用振荡电路频率测量法时，将音叉Y1的两条引线分别与电容C1、C2一端相连。电容C1、C2另一端接地。电容C1和电阻R1、反向器IC1 输入端相连。电阻R2一端与电容C2和音叉Y1相连，另一端与电阻R1和反向器IC1输出端相连。反向器IC1输出端接入反向器IC2输入端，IC2输出端和 IC3输入端相连，IC3输出端接入等精度频率测量电路，等精度频率测量电路输出端与微控制器相连。

振荡电路频率测量法所使用的振荡电路和频率测量电路不限于本发明所实施的电路。

如图6所示，采用阻抗测量法测量时，采用内带微控制器的阻抗测量专用芯片ADUCM350，音叉传感器Y1接入ADUCM350选择开关接口，通过ADUCM350输出激励信号，并采集反馈信号进行运算得到阻抗值。

采用阻抗测量法测量时所使用电路，不仅限于本发明所实施的电路。

本发明所提供的血小板收缩力测量方法，包括如下步骤：

1.设定微型恒温密封仓5温度，对微型圆柱型金属屏蔽罩4内的温度进行预热或者降温，从而达到检测时需要的温度值。

2.对全血和枸橼酸钠抗凝试剂按9：1比例混合均匀，经3000转/分钟， 10分钟离心后分离血浆，将沉积于离心管底部的血小板用Tyrode缓冲液进行稀释。根据测试需要保证在不同测试批次时血小板浓度值相同。血小板浓度采用细胞计数器进行测量。稀释后的血小板溶液在水浴中进行复温，达到实验测试时需要的温度。

3.用微量进样注射器将血小板溶液(10～20ul)通过注入孔注入到圆柱型金属屏蔽罩4内。同样步骤，将致聚剂二磷酸腺苷(ADP)试剂通过注入孔注入到圆柱型金属屏蔽罩4内。

4.随着血小板收缩力的变化，采用振荡电路频率测量法时，音叉振荡频率发生变化；采用阻抗法测量时，音叉谐振时的阻抗发生变化。通过测量频率或者阻抗，并将测量值上传至PC，得到血小板收缩力的变化。

如图7所示，此图为采用频率测量法测得的血小板收缩力变化曲线。

0～t1时间段为未加入血小板溶液阶段，音叉在空气中谐振。

t1～t2时间段为加入血小板溶液阶段，音叉从空气中谐振转为在液体中谐振，频率迅速下降。

t3时刻为加入致聚剂二磷酸腺苷(ADP)试剂时刻，此时血小板溶液得到稀释，音叉谐振频率迅速上升。

t4～t5时间段，谐振频率缓慢下降，血小板开始聚集。

t5～t6时间段，谐振频率迅速下降，此过程血小板迅速聚集。

t6～t7时间段，大部分血小板聚已完成聚集，因此聚集速度减弱。

t7时刻后，血小板聚集基本完成，音叉传感器谐振频率趋于平缓，意味着检测完成。

如图8所示，此图为采用阻抗测量法测得的血小板收缩力变化曲线，

0～t1时间段为未加入血小板溶液阶段，音叉在空气中谐振。

t1～t2时间段为加入血小板溶液阶段，音叉从空气中谐振转为在液体中谐振，阻抗迅速上升。

t3～t4时间段，t3时刻为加入致聚剂二磷酸腺苷(ADP)试剂时刻，此时血小板溶液得到稀释，阻抗在t3～t4时间段内迅速下降。

t4～t5时间段，阻抗缓慢下降，血小板开始聚集。

t5～t6时间段，阻抗迅速下降，此过程血小板迅速聚集。

t6～t7时间段，大部分血小板聚已完成聚集，因此聚集速度减弱。

t7时刻后，血小板聚集基本完成，音叉传感器阻抗值趋于平缓，意味着检测完成。

Claims (10)

1.一种音叉谐振式血小板收缩力测量装置，其特征在于：包括恒温密封仓、设置在恒温密封仓内部的金属屏蔽罩、安装在金属屏蔽罩内的音叉传感器、与金属屏蔽罩内部连通的被测血液和试剂注入孔、与音叉传感器连接的音叉激励和检测电路、与恒温密封仓连接的温控电路、与控制音叉激励和检测电路以及温控电路进行通信的微控制器、与微控制器进行通信的智能终端。

2.如权利要求1所述的一种音叉谐振式血小板收缩力测量装置，其特征在于：在所述金属屏蔽罩内安装可拆卸的音叉固定座，音叉传感器安装在音叉固定座上，并引出两根引线与外部音叉激励和检测电路相连。

3.如权利要求2所述的一种音叉谐振式血小板收缩力测量装置，其特征在于：所述金属屏蔽罩为圆柱型结构，音叉固定座通过螺纹旋入在金属屏蔽罩顶部，音叉固定座中间设置带有螺纹的安装孔用于固定音叉传感器，安装孔一侧设置圆孔，用于与注入孔连通。

4.如权利要求3所述的一种音叉谐振式血小板收缩力测量装置，其特征在于：所述音叉传感器包括音叉固定盘、安装在音叉固定盘上的音叉叉指连接块、设置在音叉叉指连接块下方的两根音叉叉指，两根引线连接至对应的音叉叉指，音叉固定盘设置与音叉固定座的安装孔相配合的外固定螺纹。

5.如权利要求1所述的一种音叉谐振式血小板收缩力测量装置，其特征在于：所述恒温密封舱包括固定底座、安装在固定底座上的散热风扇、位于散热风扇上方的散热片、位于散热片上方的半导体制冷片以及位于半导体制冷片上方的密封仓外壳，在密封仓外壳内壁设置绝缘绝热层，绝缘绝热层内壁环绕电热丝，密封仓外壳内部设置温度传感器，顶部设置用于密封注入孔的孔盖。

6.如权利要求1所述的一种音叉谐振式血小板收缩力测量装置，其特征在于：所述音叉传感器尺寸范围为：音叉臂长为0.5～3.5mm，音叉臂宽：0.2～0.8mm，音叉臂厚0.05～0.35mm，两臂间距：0.25～0.5mm。

7.如权利要求1所述的一种音叉谐振式血小板收缩力测量装置，其特征在于：所述音叉激励和检测电路采用振荡电路频率测量或阻抗测量得到血小板收缩力变化。

8.如权利要求7所述的一种音叉谐振式血小板收缩力测量装置，其特征在于：所述音叉激励和检测电路采用振荡电路频率测量时，通过音叉传感器与振荡电路相连，产生的振荡频率信号和等精度频率测量电路相连，等精度频率测量电路输出信号送入微控制器。

9.如权利要求7所述的一种音叉谐振式血小板收缩力测量装置，其特征在于：所述音叉激励和检测电路采用阻抗测量时，采用内带微控制器的阻抗测量芯片ADUCM350，将音叉传感器接入ADUCM350选择开关接口，通过ADUCM350输出激励信号，并采集反馈信号进行运算得到阻抗值。

10.一种使用权利要求1～9任一项所述音叉谐振式血小板收缩力测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、设定恒温密封仓温度，对金属屏蔽罩内的温度进行预热或者降温，使其达到检测时需要的温度值；

步骤2、对全血和枸橼酸钠抗凝试剂按9：1比例混合均匀，经3000转/分钟，10分钟离心后分离血浆，将沉积于离心管底部的血小板用Tyrode缓冲液进行稀释，根据测试需要保证在不同测试批次时血小板浓度值相同，血小板浓度采用细胞计数器进行测量，稀释后的血小板溶液在水浴中进行复温，达到实验测试时需要的温度；

步骤3、用微量进样注射器将血小板溶液(10～20ul)通过注入孔注入到金属屏蔽罩内，同样步骤，将致聚剂试剂通过注入孔注入到金属屏蔽罩内；

步骤4、随着血小板收缩力的变化，音叉激励和检测电路采集音叉传感器信号，采用振荡电路频率测量时，音叉振荡频率发生变化；采用阻抗法测量时，音叉谐振时的阻抗发生变化，通过测量频率或者阻抗，并将测量值上传至PC，得到血小板收缩力的变化。