CN1856705A - 用于分析生物学液体的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于确定液体的凝固状态的方法和装置。使在放入磁场时会受到力的材料颗粒通过液体的样品运动，并且通过磁场传感器确定所述颗粒的位置和/或运动。通过注意所述颗粒响应于所施加的磁场作用所发生的变化，可以确定所述液体的凝固状态的变化。所述装置可以包括长形腔室，用于容纳液体样品，在它的相对的每一端分别放置有电磁铁和相关的磁场传感器。所述方法和装置特别适合测量血液或血浆的凝固时间。

Description

用于分析生物学液体的方法和装置

发明领域

本发明涉及确定液体样品何时凝固的方法，至少一个磁场传感器用于检测至少一个颗粒在液体中的运动和/或位置以便确定所述液体的凝固状态的用途，用于确定液体的凝固状态的装置，适合在测定读数仪上使用的测定测试条，用于确定血液或血浆的凝固时间的装置，以及用于确定血液或血浆的凝固时间的方法。

更具体地，但是并非唯一的讲，公开了用于分析生物学流体样品的方法和装置，以便确定导致粘度改变的止血的紊乱。在实施方案中，所述方法和装置可用于确定血液或血浆样品的凝固或凝血酶原时间(PT)。可以测定的止血的其他紊乱可以包括测量血小板聚集程度，凝块形成和/或凝块溶解的速度或量，形成血纤蛋白凝块所需要的时间，激活的部分促凝血酶原激酶时间(APTT)，激活的凝固时间(ACT)，C蛋白活化时间(PCAT)，Russell’s蝰蛇毒时间(RVVT)和凝血酶时间(TT)。

发明背景

血栓形成是世界范围内死亡的主要原因之一。诸如急性冠状动脉综合征和局部缺血性大脑梗塞的心血管疾病事件以易损的动脉粥样硬化斑块的破裂或侵蚀和随后的血栓形成为特征。血栓形成妨碍了血液流向重要器官和组织，限制了氧气的供应并且最终导致了细胞坏死。当这种现象出现在身体下部、心脏、肺或脑时对生命特别有威胁，会分别导致深部静脉血栓形成、急性心肌梗塞、肺栓塞或急性局部缺血性发作。

与动脉粥样硬化相关的各种危险因素包括血胆固醇过多、氧化氮形成、吸烟，以及遗传学因素。因此，某些个体比其他个体具有发展为心脏或血管疾病的更高的风险。

两种途径或凝固级联反应导致了凝块的形成，其被称作内在的和外在的途径。这两种途径是通过不同的机制启动的，但是沿着共同的途径汇聚。在没有受到组织损伤的情况下由于异常的血管壁而导致的凝块形成是内在途径的结果，而由于组织损伤所导致的凝块形成是外在途径的结果。凝固级联反应是非常复杂的，并且涉及被称作凝血因子的多种不同的蛋白。

患有心脏或血管疾病的人和进行过手术的患者存在发展为血液凝块的风险，这有可能导致威胁生命的临床状况。这样的人通常要用血液稀释或抗凝血剂药物治疗，如苄丙酮香豆素或阿斯匹林。不过，抗凝血剂在血流中的量必须保持在适当的水平：太少可能导致不希望的凝固，而太多可能会导致出血，产生威胁生命的后果。作为常规凝固筛选的结果，业已开发了测试方法，以便评估血液或血浆的凝固状态。

凝固是身体在受到血管损伤之后封闭受到损伤的血管壁的方式。血液凝块由包埋在不溶性血纤蛋白颗粒网络中的血小板塞组成。用于在血液中形成凝块的物质是血纤蛋白原，它是由肝脏合成的一种蛋白，在正常的凝固过程中它通过凝血酶切割形成血纤蛋白肽。凝血酶还能激活血纤蛋白稳定因子(因子XIII)，它随后使血纤蛋白交联成复杂的网络。在凝固期间，血纤蛋白链开始在血液中形成，从而导致血液变稠。所述变稠的血液及时发展为凝块。尽管凝块的形成是重要的，但这种凝块的持续对身体是有害的。因此，为了在凝固过程业已实现它的目的之后使对身体的损害最小化，凝块周围的健康细胞会释放纤溶酶，以便消化血纤蛋白，从而溶解凝块。

一种有用的凝固测量是所谓的凝血酶原时间(PT)试验，并且通常是在出现心血管疾病事件之后用苄丙酮香豆素治疗的患者上进行的。所述PT试验测量组织因子诱导的血液或血浆的凝固时间。由此可以提供对外在凝固途径的评估，并且对因子I、II、V、VII和X敏感。所述试验是通过向患者样品中添加诸如促凝血酶原激酶和Ca²⁺的凝固剂，然后测量凝块形成时间进行的。业已开发出了便携式凝固监控器，如CoaguChek Plus^TM凝固仪，它能测量凝血酶原时间，其中利用来自手指刺入(fingerstick)或切割装置的非抗凝固的毛细血管全血。业已证实这种监控器对于长期口服抗凝固治疗剂的患者来说是有价值的工具。

不过，PT试验结果的传统表达对于国际比较来说是不恰当的，因为所述值取决于所使用的促凝血酶原激酶的性质。这导致了对国际规格化比率(Internationalised Normalised Ratio)或INR的引用，以作为表达凝血酶原时间的方式。INR是通过下式确定的

INR＝(观察到的PT比率)exp ISI

其中，ISI是国际灵敏度指标，而PT比率＝患者PT/平均正常PT。

ISI来自多个样品的PT值的校准线，它是利用特定的促凝血酶原激酶相对于世界卫生组织(WHO)的促凝血酶原激酶(人类组合的67/40)国际参考制剂获得的。考虑了所使用的具体方法和促凝血酶原激酶的ISI的特定值，被指定给每一个PT系统，从而每一个PT比率可以转化成标准化比率。通过采用INR，患者应当能够保持令人满意的水平的凝固，该凝固水平与所使用的PT系统无关。PT以及因此INR值高于正常值意味着血液需要花费比通常更长的时间来形成凝块。INR的正常值为1.0，而使用心脏瓣膜假器官的患者的推荐值为2.5-3.5。可以利用INR值调节苄丙酮香豆素剂量，以便将患者调整到推荐的范围内，尽管可能需要考虑诸如维生素K的水平的其他因素。

测量在血液或血浆中凝固的另一种方法是激活的部分促凝血酶原激酶时间试验(APTT)。该试验是测量在激活内在途径时出现的凝固时间。这一目的是通过在存在钙离子和磷脂(部分促凝血酶原激酶)的条件下向样品中添加激活剂(高岭土)实现的。将APTT用于评估内在凝固途径，它包括因子I、II、V、VIII、IX、X、XI和XII。复合物在磷脂表面的形成，使得凝血酶原能够转化成凝血酶，这导致了凝块形成。

在手术过程中，APTT被用作监控肝素治疗的常规试验，用作手术前筛选试验，以分析出血倾向，并且用于评估患者凝固系统的总体能力。该试验通常是在中心实验室进行的。

激活的凝固时间试验(ACT)类似于APTT试验，并且被用于在涉及使用大量肝素的手术期间监控患者的凝固状态，所述手术如经皮腔内冠状动脉成形术(PCTA)和心肺旁路手术。ACT试验被认为是用于控制肝素治疗的最佳实验室试验之一，可用于进行治疗血栓栓塞性疾病的患者，和用于体外循环的患者。对于使用肝素的患者来说，ACT的延长与血液中肝素的浓度成正比。监控是重要的，并且肝素的用药量不足或用药过量可能分别导致病理学血栓形成或严重的出血状况。

凝血酶时间试验(TT)通过凝血酶对血纤蛋白原的作用测量血浆中血纤蛋白凝块形成的速度，与正常的血浆对照加以比较。该试验是通过将标准量的凝血酶添加到业已剥去了血小板的患者的血浆中，并且测量凝块形成所需的时间来实现的。业已将它用于诊断弥散性血管内凝血和肝脏疾病，并且通常是在中心实验室进行的。

业已开发了其他凝固试验，这些试验靶向特殊因子，如VIIIa因子，它是因子IX缺乏的指标。另一个例子是测定因子VIII，它构成了对血友病的检测。其他试验包括测定激活肽因子IXa、抗凝血酶、C蛋白和S蛋白的水平。业已开发了免疫化学测定，以便鉴定并且测量凝固和血栓形成的各种标记。

筛选血小板功能是一种重要的和常见的血液学试验。血小板是直径为大约2-4μm的无色的细胞碎片，并且存在于血液中。正常血小板计数为180,000-400,000/μL，不过，50,000/μL的血小板计数对于正常止血来说就足够了。在血管损伤之后，例如在手术之后，需要较大的血小板计数，有时，需要超过100,000/μL。血小板的用途是修复血管壁上的缺口，这通过它们自身的粘连或与受损的组织的粘连来实现。在细胞受损时，它们会释放能导致血小板从平圆形的形状变成球形形状并且变粘的某些化学物质，上述过程被称作聚集粘连反应。

血小板被认为在局部缺血性心脏病的发病机理中起着重要作用。急性心肌梗塞和不稳定的心绞痛是与较高浓度的某些血小板因子相关的临床状况。另外，血小板功能异常是在心肺旁路手术之后出血的若干种主要原因之一。血小板还被认为通过释放生长因子造成了动脉粥样化形成的长期过程，并且血小板功能还可能受到高和低密度脂蛋白的影响。因此，筛选血小板功能是一项重要并且常见的血液学试验。

业已开发出了各种仪器以在实验室中使用，并且作为即时检测(point of care testing)(POCT)。除此之外，业已开发出了使得患者能够在家中监控它们的血液凝固的装置。下面将示例说明这些装置的例子。

转让给International Technidyne Corporation的US5,534,226公开了用于对血液样品进行凝固时间试验的装置和方法，从而通过放置在一次性样品池中的容器将血液储存在毛细管中。然后使所述样品在所述毛细管中相互运动，并且迫使血液穿过受限制的区域。当血液通过所述受限制区域所需要的时间比先前的时间超出预定百分比时，就确定业已发生了凝固。

转让给Hemosense的US6,060,323公开了一次性使用的电子装置和检测卡，用于测量血液样品的凝固或裂解，通常体积为15μL。让所述样品接触电极，它能测量相应于样品凝固时的粘度改变的电阻的变化。

转让给Cardiovascular Diagnostics的US4,849,340公开了反应载玻片，用于光学测定凝血酶原时间的装置。所述反应载玻片包括反应室，所述反应室含有在其中包埋了多个均匀分布的磁性颗粒的干燥试剂基质。在来自永久磁铁的磁场的作用下，所述永久磁铁提供了平行于载玻片底部的磁场，所述颗粒被认为是平放在所述载玻片的底部，且在电磁铁的作用下，所述电磁铁提供了垂直于所述永久磁铁的磁场的场，所述颗粒被认为是直立的。检测光密度的改变，这种改变是由于所述磁性颗粒沿它们的两个方向的光散射效应造成的。

转让给Biotrack的US5,039,617公开了用于在全血样品上测定激活的部分促凝血酶原激酶时间(APTT)的装置和方法，这通过将样品应用到包括在外壳中的毛细管轨道中，其中，通过血液在毛细管轨道中流动的终止测量凝固时间。

US4,319,194公开了集合度计，它能够对全血进行血小板分析。将金属丝状的电极插入添加了聚集剂的血液样品中，并且作为时间的函数记录电阻的变化。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供了用于确定液体样品的凝固状态的方法，所述方法包括以下步骤：提供包括至少一个颗粒的液体样品，所述颗粒包括在放入磁场时会受到力的材料；对所述样品施加磁场；使用磁场传感器检测所述至少一个颗粒的运动和/或位置，从而确定所述液体样品的凝固状态。

根据本发明的第二方面，提供了至少一个磁场传感器用于检测至少一个颗粒在液体中的运动和/或位置，以便测定液体的凝固状态的用途，所述颗粒包括在放入磁场时会受到力的材料。

根据本发明的第三方面，提供了确定液体的凝固状态的装置，该装置包括：用于容纳要分析的液体样品的体积；放置在所述体积中的至少一个颗粒，所述至少一个颗粒包括在放入磁场时会受到力的材料；用于对所述体积的至少一部分施加磁场的工具，和至少一个磁场传感器，所述传感器可以有效检测所述至少一个颗粒的运动和/或位置，从而确定液体的凝固状态。

根据本发明的另一方面，提供了用于确定血液或血浆的凝固时间的装置，该装置包括容器和磁性装置，所述容器限定了用于容纳一定量的所述血液或血浆的腔室，并且所述腔室装有颗粒材料，而所述磁性装置与所述容器配合，并且被设置为用于提供磁场，所述磁场导致所述颗粒材料在所述腔室中通过未凝固的血液或血浆来回移动。

根据本发明的另一方面，提供了用于测定血液或血浆的凝固时间的方法，该方法包括以下步骤：使在放入磁场时会受到力的材料的颗粒通过所述血液或血浆运动；并且将所述血液或血浆的特性改变至少能减弱所述运动的瞬间视为所述凝固时间。

所述颗粒的运动可以是来回运动。

所述方法可以包括循环地提供第一和第二磁场，其中，所述第一磁场是从第一空间位置提供的，以便导致所述颗粒在第一方向平移，而所述第二磁场是从第二空间位置提供的，以便导致所述颗粒在第二方向平移。

该磁场可以为1-100mT。在一种实施方案中，所述磁场为10-50mT，而在另一种实施方案中，所述磁场为10-20mT。

每个磁铁的接通时间可以少于1秒钟。

磁场传感器的使用与光的使用相反，在选择容纳所述液体的材料时提供了较大的自由度。颗粒可以通过液体来回移动的结果是，对液体特性的评估不会局限于狭窄的带中，而某些以前的装置就存在这样的问题。

所述腔室可以具有任何合适的体积。在一种实施方案中，所述腔室的体积小于25μl。在另一种实施方案中，所述腔室的体积小于5μl。所述腔室可以具有任何常方便的形状。在一种实施方案中，所述腔室是以一次性支撑条的形式制成的，可将它从所述装置上取出。可以通过任何方便的方法将流体导入所述腔室，包括毛细管。所述腔室可以是任何合适的材料，它使得可以进行试验，并且可以用非磁性材料制成。

在一种实施方案中，用于填充所述容器的填充装置包括毛细管。在另一种实施方案中，所述填充装置包括柱塞。所述装置可以包括一个以上的腔室。所述腔室可以划分成两个、三个或多个区室。

在一种实施方案中，所述在放入磁场时会受到力的材料，或颗粒材料分别是铁磁的。在另一种实施方案中，所述材料是顺磁性的。在另一种实施方案中是超顺磁性的。

在一种实施方案中，所述至少一个颗粒大体上是球形的。在一种实施方案中，它的尺寸为2-500μm，而在另一种实施方案中，沿至少一个方向的尺寸为2-20μm。所述至少一个颗粒可以包括两种或两种以上不同材料，并且只有一种材料在暴露于磁场时需要受到力。

在另一种实施方案中，所述颗粒可以是长形的或对称性质的。

在一种类型的实施方案中，使用多个颗粒。

所述一个或多个颗粒必须具有足够的量和/或大小，以便使得它们能够在未凝固的流体样品中运动。

在测量之前，在每一个测试条中的或在特定测试条的每一个腔室或区室中的颗粒的量和/或质量可能是已知的。另外，可以通过首先测量未凝固的样品补偿所述量和/或质量。

在使用一个以上腔室或区室时，放置在每一个腔室或区室中的试剂可以不同，以便改变凝固速度和/或时间。另外，一个区室或腔室可以没有试剂，从而还可以测量不取决于凝固剂的凝固时间。

作为另一种替代方案，一个区室可以具有能抑制样品凝固的试剂，从而在试验期限内所述样品不会凝固。

可以采用一个检测仪或一对检测仪来确定存在于一个以上腔室或区室中的样品的凝固时间。在这种场合下，所述一个或多个检测仪测量在每一个腔室或区室中的颗粒的磁场强度的总和。在这种场合下，存在于每一个腔室或区室中的颗粒和/或试剂的量和/或质量应当进行选择，从而读数仪可以确定哪一个腔室或区室可以凝固。

可选择地，可以采用一个检测仪或一对检测仪来确定存在于每一个腔室或区室中的样品的凝固时间。

所述制剂开始可以放置在测试条的内部样品腔的任何合适的位置上，并且可以在导入要分析的流体样品之前放置在这里。例如，可以将试剂放置在腔室和/或区室中。作为替代，在添加到所述条上之前可以将磁性颗粒和/或凝固试剂与样品混合。

在测量期间，所施加的磁场可以保持为恒定的值，或者可以使它改变。

在测量期间，施加磁场的时间可以保持为恒定值，或者可以使它改变。

在所述实施方案中，在导入液体样品之前将多个颗粒放入所述腔室中。在所述实施方案中，所述颗粒被相对于所述腔室的内壁进行固定，并且被设置成在将液体样品导入所述腔室时进入液体样品中的悬浮液。在一种实施方案中，所述颗粒作为干燥的涂层分布在腔室壁上。

在导入要分析的样品之前，可以将凝固试剂放入所述腔室。用于测量PT的合适的试剂包括，ThromborelS^TM和Innovin^TM(由Dade生产)和ThromboTest^TM(由Axis Shield生产)。

用于提供磁场的工具可以包括两个分开的电磁铁。所述电磁铁可以放置在所述腔室的相互对立的两侧。另外，可以将它们放置在腔室的同一侧。每一个电磁铁可以是螺线管。所述螺线管可以是大体上同轴的。

在一种描述的实施方案中，所述磁铁是用直流电交替启动的，以便产生恒定的磁场。由一个磁铁产生的磁场的强度可能比另一个磁铁产生的磁场强度大。

至少一个磁场传感器可以是霍尔效应传感器。在所述实施方案中，提供了两个或两个以上传感器，每一个传感器与一个相应的磁铁结合。在工作时，由传感器测量的磁场会受到至少一个颗粒相对于传感器的位置的影响。因此，可以利用传感器的输出确定至少一个颗粒在所述腔室中的位置和/或运动。

在将两个传感器用于不同的测量时，随着噪音的降低而产生了灵敏度的提高。通过两个传感器同时检测任何外部影响，并因此抵消这种影响。因此，所述装置只能读出样品的变化。

在所述实施方案中，两个传感器是靠近长形腔室的相对的两端放置的，各自位于腔室和相应的磁铁之间。在分析腔室中的液体样品时，每一个磁铁被交替启动。在每一个磁铁被启动之后，使得每一个颗粒通过所述腔室移动一段时间。然后，获得所述传感器的一系列不同输出的测量值，并且计算平均值。然后启动另一个磁铁，并且重复以上过程。

所述装置可以包括用于测量从导入样品直到检测到凝固所经历的时间的电路。所述装置可以包括控制工具，该工具可以包括微处理器。所述装置可以包括显示器，它能够为用户显示信息。该装置可以显示凝固时间和/或INR值。

所述装置可以包括用于对所述腔室进行加热，以便将要分析的样品保持在需要的温度上的工具。

附图简述

为了更清楚地理解本发明，下面将通过举例形式参考附图对本发明的实施方案进行说明：

图1是体现本发明的装置的示意图；

图2是图1所示装置的电路框图；

图3表示图1在建立基线磁场值时所示装置的螺线管的电流对时间；

图4是图1所示装置的工作的流程图；

图5表示图1所示装置与一般的检测器输出的螺线管的电流对时间；

图6是血液样品的不同的传感器输出对时间的曲线图；

图7是转换时间对凝血酶原时间的曲线图；

图8是用于本发明的其他腔室的示意图；

图9是在图8的腔室中血液样品的检测器输出对时间的曲线图；

图10是表示传感器输出对时间的数据的图；

图11是表示使用本发明的装置获得的凝固时间对由视觉方法得到的凝固时间的图；和

图12表示用于本发明的样品腔室结构的透视分解图。

实施方案的详细说明

图1所示装置包括测量单元1和独立的样品腔室2，它在使用时被插入测量单元1。

在本实施方案中，样品腔室2是以载玻片样结构限定的，以下称之作条3(参见图12)。限定腔室2的结构的材料是非磁性的，并且所述腔室的体积为大约1μl。腔室2装有已知量的超顺磁性的颗粒4，和用于血液凝固的干燥试剂4a，它分布在腔室2的内表面上。合适的凝固剂是重组人组织因子(Innovin)。在本实施方案中的超顺磁性的颗粒4基本上是球形的，并且平均直径为大约10μm。毛细管5从位于条3上远离腔室2的点延伸到腔室2中。在使用时，放置在毛细管5的样品接收开口105的血液样品在毛细作用下沿毛细管流入腔室2。

测量单元1包括第一和第二分开放置的大体上同轴的螺线管6、7。第一螺线管6将第一霍尔效应传感器8支撑在它的表面上，朝向第二螺线管7。第二螺线管7将第二霍尔效应传感器9支撑在它的表面上，朝向第一螺线管6。霍尔效应传感器8、9是与螺线管6、7同轴的。测量单元1还包括各种相关的电路(具体参见图2)，其中包括微处理器10。该单元还包括电源(未示出)，显示器11和用于对要分析的样品加热的电阻加热元件12。

现在参见图12，该实施方案的条3具有三层100-2，它的材料是根据相关用途选择的。由于本发明的实施方案不需要本发明本身的任何特殊光学特性，所以所述材料可以自由地选择，当然应当牢记的是需要非磁性材料。例如，如果不希望使用玻璃或特殊类型的玻璃，就无需使用玻璃。第一层100是聚合材料基片，并且大体上是矩形的平板，在本实施例中，其长度100a大约为其宽度100b的四倍。第二层101是类似的材料，并且具有外部尺寸。在内部它限定了大体上为矩形的开口2，该开口构成了腔室2，并且它分布在层101的大部分宽度上。毛细管5是由较窄的通道形成的，这些通道与开口2的一端连通，并延伸到圆形孔105a，构成样品接收开口的一部分。第三层102具有与其他层类似的尺寸，并且具有第一和第二圆形孔105b和106。当这三层粘合在一起时，第三层的第一孔105b与第二层的圆形孔105a对齐。然后将第二孔106放置在开口2上，以便形成通气孔。

单元1具有未示出的支撑装置，用于支撑条3，从而当条3与支撑结构接合时，腔室2位于螺线管6、7之间并且大体上位于它们的轴线上。在这种部署中，第一和第二霍尔效应磁场传感器8、9靠近腔室2和与它结合的螺线管6、7放置，与腔室2接触。在另一种实施方案中，在传感器6、7和腔室2之间具有小的间隙。

还要安装电阻加热元件12，从而当条3被插入单元1时它与腔室2结合，从而使它可有效加热腔室2中的样品。

在另一种实施方案中，不提供电阻加热元件。相反，腔室2中的样品的任何必要的加热是通过如下方法实现的，即用高频交流电驱动螺线管6、7中的一个或两个以便产生交替的磁场，并且导致对腔室2中的超顺磁性的颗粒4感应性加热，并因此对腔室2中的任何样品进行加热。

微处理器10可有效通过每一个螺线管的相应的放大器13、14控制供给两个螺线管6、7的电流。

两个霍尔效应传感器8、9与不同的放大器15连接，它们将传感器的不同的输出通过ADC电路(未示出)提供给所述微处理器。

在使用时，用户启动所述单元，并且将条3插入单元1，从而腔室2位于螺线管6、7之间。

如果必要的话，微处理器10将腔室2加热到大约37℃的温度。在本实施方案中，所述微处理器还与霍尔效应传感器8、9的一个或两个连接，以便测量它的电阻，从而测量所述腔室的温度。当然其他技术也是可行的，包括测量加热元件12的电阻，或提供独立的热传感器。

在其他实施方案中，将腔室加热到37℃不是必需的。例如，可以使用其他较低的温度，因为在了解样品温度的前提下，由本发明的装置所确定的时间可以校正到如果使用标准的37℃将达到的值。在一种实施方案中，不进行加热，并且温度是通过诸如传感器的装置测定的，并且进行必要的校正。

在插入条3时，对所述装置进行编程，以便进行基线磁场测量，随后进入“等待”状态，并最终进行测量循环。为了启动所述基线测量，由条3操纵开关(未示出)，由它启动微处理器10，导致第一种强度的直流电流入第一螺线管6。在经过大约200μs的预定时间之后，以让所产生的磁场形成并且稳定，继续在大约800μs的预定时间测定霍尔效应传感器8、9的不同的输出大约500次的预定次数，在此期间，由螺线管6产生的磁场保持大体上恒定。保存所述测定结果，并且确定平均值。然后将所述平均值作为第一螺线管6(B1)的基线值保存。然后终止沿第一螺线管6流动的电流，并且在第二螺线管7上重复这一过程，只是所使用的电流具有比第一次所使用的电流小的第二种强度。由此确定了第二螺线管7的基线值(B2)。在图3中显示每一个螺线管6、7上施加的电流的曲线图。一旦记录并且保存了基线值B1和B2，则将螺线管6、7中的一个保持启动，并且所述装置做好了接收血液样品的准备。指示器(未示出)将这一信息通知用户。所述指示器可以是发光体，如LED，或蜂鸣器或任何其他合适的指示器。另外，可以提供诸如格栅的屏障，以便防止进入毛细管5，并且一旦所述装置做好了使用的准备，所述屏障就移动或解除锁定。

当用户将血液样品放置在条3上的毛细管5的一端时，所述血液随后流入腔室2。在进入腔室2时，所述血液与凝固试剂4a反应。所述血液还释放出超顺磁性的颗粒4，这些颗粒随后可以在血液的悬浮液中运动。

血液在腔室2中的存在，使得所述颗粒能够进入悬浮液。由此可导致霍尔效应传感器8、9的不同的输出结果在不同的放大器15的输出结果的增加。所述不同输出结果的改变主要是由于超顺磁性的颗粒4朝向被启动的一个螺线管6、7运动，并因此向与它结合的霍尔效应传感器8、9运动，从而影响了两个传感器在相反方向所经受的磁场。较小的效应是由血液本身的特性导致的。

微处理器10检测输出增加，并且根据这种增加启动定时器，以便开始测定系列。在该系列中，所述微处理器交替地以不重叠的方式激发螺线管6、7，并且记录不同放大器15的平均输出，其中使用与测量B1和B2时相同的操作顺序。对每一轮操作来说，微处理器10决定在第一螺线管6和第二螺线管7被激活时测量的不同放大器15的系列平均输出之间的差异是否大于B1-B2加上噪声因数。当满足这一条件时，就表明所述样品业已凝固。停止定时器，由钟表记录的经历的时间就是该样品的凝固时间，据此，根据对腔室2中凝固剂的了解，通过微处理器计算INR值。图4是表示在导入条3之后所述装置工作的流程图。

在其他实施方案中，进行了霍尔传感器输出的不同的分析，例如，测量输出的改变速度。在仅提供一个霍尔传感器的实施方案中，不同的结构是可行的。在一种实施方案中，对电流输出和原始输出进行比较，并且当差异超过设定的阈值时就提供了凝固指标。在另一种实施方案中，测定输出的改变速度。

为了更详细地解释操作，图5示出了电流的一次循环，所述电流在测定基线值期间从每一个螺线管6、7中流动，和测量顺序，以及霍尔效应传感器8、9在测定基线值11时和在血液样品业已导入腔室2时17的一般不同的输出。

在所述测量顺序中，将每一个螺线管6、7激发足够的时间，以便使得超顺磁性的颗粒4能够从腔室2的一端运动到另一端，至少在新鲜血液样品最初被导入腔室2时是这样。

随着血液在腔室2中凝固，超顺磁性的颗粒4通过血液的运动逐渐受到限制。对于选择的血液样品来说，以及通过对磁场的适当选择，达到了一定的时间，此时，颗粒4只能在由第一螺线管6产生的磁场的作用下运动，由于提供了更大的电流，该磁场强度比第二螺线管7的磁场强度大。因此，颗粒4将在靠近第一螺线管6的腔室2的一端积累和保留。

可以理解的是，非运动颗粒的条件对本实施方案来说是特定的；在其他测试结构中或对于其他血液样品来说，某些颗粒可能继续运动。

颗粒4在腔室2中的位置会影响霍尔效应传感器8、9的不同的输出。当颗粒4停止通过血液样品运动并且保持朝向腔室2的一端时，不同传感器输出的改变可用作血液业已凝固的指标。

图6表示在分析血液样品期间当第一螺线管6被激发时的霍尔效应传感器8、9的平均不同输出(较小的B1-以便显示超顺磁性的颗粒4在样品中的真实效应)小于当第二螺线管7被激发时(较小的B2)。

最初，在腔室2中不存在血液，并且所述值是低的。在18处导入血液，它导致所述值急剧上升。在该点上，微处理器10启动定时器。在凝块开始形成时19，不同的传感器输出开始下降，然后急剧下降并在凝固结束时20稳定。这种不同输出的急剧改变大大方便了关于凝固何时开始的确定，此时，微处理器10停止所述定时器。所述定时器则指示了凝固时间。一旦结束测量，就可以取出条3并且扔掉。将新的条用于未来的测量。

所述测量顺序的参数可以根据要分析的样品的特征和需要的精确度而改变。上述所讨论的测量顺序涉及大约1秒钟的螺线管开关时间。就是说每一个螺线管以交替顺序启动大约1秒钟。在样品凝固时间增加时，所述开关时间也可以增加，同时保持测量的凝固时间的精确度。例如，如果在20秒时INR为1的误差需要为5％的话，那么1秒钟的开关时间是合适的。如果在60秒时INR为8时需要相同的误差的话，那么8秒钟的开关时间是合适的。较长的开关时间的优点是，所导致的超顺磁性的颗粒4的运动对凝块形成具有较小的破坏作用，它可用于涉及较大INRs的场合，因为凝块形成有可能较弱。另一个优点是，较长的开关时间降低了该装置所需要的动力。

图7表示凝血酶原时间(PT)为10-100秒，误差为2-5％的实例性开关时间时间曲线。

当存在较高的INRs时，在一种实施方案中，磁场强度随着时间推移而减弱。这导致了对凝块形成的较小的干扰，并且降低了该装置所需要的动力。为了实现这一目的，本实施方案将来自两个螺线管的标准磁场强度保持最长为预定的时间阈值，然后逐渐降低所述磁场强度。

为了确定凝固时间，所述装置还可以通过测量超顺磁性的颗粒4通过腔室2的相对末端之间的已知距离所需要的时间来测量样品的粘度。

按以下方法对所述单元进行评估

新鲜血液是从IRN 2.2-5.5的当地的医院获得的，而一份标准INR血液是从健康供体获得的。使用Amelung KC10A微型台式凝固仪(coagulation meter)确定每一份血液样品的INR值，没有测量血细胞比容校正。

在实验之后对所述样品之一进行读数，并且作为盲试进行处理，以便了解该实施方案的装置是否能提供可以与其他已知值可比较的INR值。

将毛细管(Camlab 200□m试管，产品编号VD/3520-100。将它切割成25mm的)放入测量单元1，处在受控制的温度环境(37℃)下。为了在本实验的超顺磁性的颗粒14中使用，选择LiquidResearch Limited编码PM002颗粒或Polysciences Inc.目录号19233 12□范围的羧酸化顺磁颗粒。称出所述颗粒的重量，并且在Innovin(DADE BEHRING Innovin 10ml瓶，溶解在5ml的蒸馏水中)中制备成每体积悬浮液最高达3重量％。

使用涡旋混合器混合所述颗粒的3重量％的悬浮液和Innovin。将一部分悬浮液(10□1)分配到Eppendorf管中。

将血液样品(20□1)添加到Eppendorf管中。与此同时，启动测量单元1的计算机上的数据获取系统，和手持停表。在涡旋混合器上混合所述样品，并且将一部分血液样品(4□1)添加到所述毛细管的末端。

所述样品中的颗粒是用肉眼观察的。当所述颗粒停止运动时，霍尔效应Jig的数据采集系统观察到了相同的反应。

在测量单元1进行测试的同时，将Eppendorf管中的其余的样品用移液管尖的顶部混合。当Eppendorf管中的样品看上去业已凝固时，停止所述停表(参见表1，表中示出了通过测量留在Eppendorf管中的血液样品的凝固时间获得的停表时间)

表I

IRN	Rep	秒表时间	注释
				11111112.22.22.22.22.23.23.23.23.23.24.34.34.34.34.34.35.55.55.55.55.55.51B1B1B1B1B1B×××××	1234567123451234512345612345612345612345	17.416.916.617.116.817.2415.6232526.82429.529.830.023128.939.0642.541.141.538.238.7556.1857.161.55857.957.216.217.216.5518.1218.2516.23128.12827.128.26	血液溅到毛细管外面在填充时毛细管运动小量血液在毛细管外毛细管不能均匀填充观察到的颗粒桥连育试INR值

显示来自霍尔效应传感器8、9的读出，以便显示信号对时间的改变-参见图10。凝固被表示为在负峰值处的信号变化的点。

将从测量单元1的信号改变获得的数据与停表的数据进行比较。比较的结果如图11所示。

参见图8和9，所述装置的一种实施方案是自我校准的。为了实现这一目的，采用了腔室21，它具有三个或三个以上独立的区室，各自在内部涂有不同比例的凝固剂，并且装有不同量的超顺磁性的颗粒4。腔室2包括三个独立的区室A、B和C。区室A装有量为X的超顺磁性的颗粒4，和对于任何类型的血液来说都具有已知的短的凝固时间的试剂。区室B装有2X超顺磁性的颗粒4，和对于要分析的血液样品来说正常的凝固剂。区室C装有4X超顺磁性的颗粒4，和在任何类型的血液中具有已知的长的凝固时间的凝固试剂。所述区室之间的颗粒的比率可以相对上文所述改变，并且可进行选择，从而可以测定每一个区室的独立的凝固时间。

在使用该腔室21，并且同时用血液样品填充每一个区室时，开始测量顺序。颗粒4在区室A和C中应该停止运动的相对时间是已知的，且颗粒4在区室B中停止运动的时间是要测定的。因为每一个区室中颗粒4的数目是不同的，所以可能在颗粒4在每一个区室中停止运动时区分哪一个区室中颗粒4由于不同的传感器输出的改变而停止运动。

图9表示在使用图8所示的腔室2时所述装置的实例性输出。曲线表示在导入血液样品时输出开始急剧升高。在经过一段时间之后，所述输出急剧降低，降低的量表明量为X的超顺磁性的颗粒4业已停止运动，从而表明在区室A中的血液业已凝固。再过一段时间之后，输出降低一定的量，表明量为2X的超顺磁性的颗粒4业已停止运动，从而表明在区室B的血液业已凝固。最后，在经过第三段时间之后，所述输出再降低一定的量，表明量为4X的超顺磁性的颗粒4在腔室2中业已停止运动。第三次降低表明了区室C中的血液业已凝固。

可以将区室A和C的凝固时间用于校正所述装置，并且对区室B的测量的凝固时间进行任何必要的修正。

上述实施方案与现有技术的装置和方法相比具有显著的优点。特别是当血液样品凝固时，由于传感器的输出突然停止，所以可能仅使用非常少量的血液，通常为大约2μl，就可以精确地测量凝固时间。

尽管所述装置特别适合测定血液的凝固时间，但还可将它用于分析其他类型的液体。

上述实施方案只是是以实例形式说明的。在不超出所述权利要求书的范围的前提下，可能作出各种改变。

Claims (46)

1.一种测定液体样品的凝固状态的方法，其包括以下步骤：

提供包括至少一个颗粒的液体样品，所述颗粒包括在放入磁场时会受到力的材料；

对所述样品施加磁场；

使用磁场传感器检测所述至少一个颗粒的运动和/或位置，从而确定所述液体样品的凝固状态。

2.如权利要求1的方法，其包括循环提供第一和第二磁场，其中，所述第一磁场是从第一空间位置提供的，以便导致所述颗粒在第一方向平移，而所述第二磁场是从第二空间位置提供的，以便导致所述颗粒在第二方向平移。

3.如权利要求1或2的方法，其中，所述第一和第二磁场具有不同的强度。

4.如权利要求1-3中任意一项的方法，其中，所述施加的磁场强度为1-100mT。

5.如权利要求4的方法，其中，所述施加的磁场强度为10-50mT。

6.如权利要求2和从属于权利要求2时的权利要求3-5中任意一项的方法，其中，所述第一和第二磁场各自是以短于1秒钟的时间段循环施加的。

7.如前述权利要求中任意一项的方法，其中，所述液体样品的体积小于25μl。

8.如权利要求7的方法，其中，所述液体样品的体积小于5μl。

9.如前述权利要求中任意一项的方法，其中，所述或每一个颗粒的尺寸沿至少一个方向为2-500μm。

10.如权利要求9的方法，其中，所述或每一个颗粒的尺寸沿至少一个方向为2-20μm。

11.如前述权利要求中任意一项的方法，其中，所述或每一个颗粒包括超顺磁性材料。

12.如前述权利要求中任意一项的方法，其中，所述液体样品与能改变所述液体的凝固速度和/或时间的试剂组合。

13.如前述权利要求中任意一项的方法，其中，所述液体是血液。

14.一种用于确定液体的凝固状态的装置，该装置包括：

用于容纳要分析的液体样品的体积；

放置于所述体积内的至少一个颗粒，所述至少一个颗粒包括在放入磁场时会受到力的材料；

用于对所述体积的至少一部分施加磁场的工具；和

至少一个磁场传感器，所述传感器可以有效检测所述至少一个颗粒的运动和/或位置，从而确定所述液体的凝固状态。

15.如权利要求14的装置，其中，所述用于施加磁场的工具是循环地排列的，以便提供第一和第二磁场，其中，所述第一磁场是从第一空间位置提供的，以便导致所述颗粒在第一方向平移，而所述第二磁场是从第二空间位置提供的，以便导致所述颗粒在第二方向平移。

16.如权利要求14或15的装置，其中，所述用于施加磁场的工具所施加的磁场强度为1-100mT。

17.如权利要求16的装置，其中，所述用于施加磁场的工具所施加的磁场强度为10-50mT。

18.如权利要求15和从属于权利要求14时的权利要求16或17中任意一项的装置，其中，所述用于施加磁场的工具被设置为循环地施加少于1秒钟时间段的第一和第二磁场。

19.如权利要求14-18中任意一项的装置，其中，所述用于施加磁场的装置包括分别放置在所述体积相对两侧的两个电磁铁。

20.如权利要求19的装置，其包括被设置用于交替激发两个电磁铁的工具，从而一个电磁铁产生的磁场强度大于另一个电磁铁产生的磁场强度。

21.如权利要求14-20中任意一项的装置，其中，所述体积是由一次性支撑条限定的，所述条可以从所述装置的其余部分中取出。

22.如权利要求14-21中任意一项的装置，其包括用于填充所述体积的填充装置。

23.如权利要求14-22中任意一项的装置，其包括超过一个体积。

24.如权利要求14-23中任意一项的装置，其中，所述或每一个体积是由体积小于25μl的腔室限定的。

25.如权利要求24的装置，其中，所述或每一个体积是由体积小于5μl的腔室确定的。

26.如权利要求14-25中任意一项的装置，其中，所述或每一个颗粒沿至少一个方向的尺寸为2-500μm。

27.如权利要求26的装置，其中，所述或每一个颗粒沿至少一个方向的尺寸为2-20μm。

28.如权利要求14-27中任意一项的装置，其中，所述或每一个颗粒包括超顺磁性材料。

29.如权利要求14-28中任意一项的装置，其中，将能够改变液体的凝固速度和/或时间的试剂放置入所述或至少一个体积。

30.如从属于权利要求23时的权利要求29的装置，其中，所述试剂的类型和/或量在体积之间是不同的，从而在每一个体积中所述液体的凝固速度或时间受到所述试剂的存在或其他因素的不同的影响。

31.如权利要求23或从属于权利要求23时的权利要求24-30中任意一项的装置，其中，将包括在放入磁场时会受到力的材料的不同类型和/或量的一个或多个颗粒放入每一个体积。

32.如前述权利要求中任意一项的装置，其包括分别放置在所述或每一个体积的相对两侧的两个磁场传感器。

33.如从属于权利要求19时的权利要求32的装置，其中，将磁铁和磁场传感器放置在限定所述体积的长形腔室的每一端，所述传感器放置在与它相关的磁铁和腔室之间。

34.如权利要求32或33中任意一项的装置，其被设置用于确定两个磁场传感器的不同的输出。

35.如权利要求14-34中任意一项的装置，其包括用于测量从导入样品直到检测到凝固所经历的时间的工具。

36.如权利要求14-36中任意一项的装置，其包括控制工具和显示器，其可以有效地给用户显示包括凝固时间和/或INR值在内的信息。

37.如权利要求14-36中任意一项的装置，其包括用于对由所述体积限定的腔室进行加热的装置，以便将要分析的样品保持在需要的温度上。

38.如权利要求14-37中任意一项的装置，其用于确定血液或血浆的凝固时间。

39.至少一个磁场传感器用于检测液体中的至少一个颗粒的运动和/或位置以便确定液体的凝固状态的用途，所述颗粒包括在放入磁场时会受到力的材料。

40.如权利要求39的用途，其中，所述液体是血液或血浆。

41.一种测定血液或血浆的凝固时间的方法，该方法包括如下步骤：使在放入磁场时会受到力的材料的颗粒通过所述血液或血浆运动；并且将所述血液或血浆的特性改变至少能减弱所述运动的瞬间视为所述凝固时间。

42.如权利要求41的方法，其中，所述材料的颗粒是通过施加磁场导致运动的。

43.如权利要求41或42任意一项的方法，其中，使所述颗粒来回运动。

44.用于确定血液或血浆的凝固时间的装置，该装置包括容器和磁性装置，所述容器限定了用于容纳一定量的所述血液或血浆的腔室，并且所述腔室装有颗粒材料，而所述磁性装置与所述容器配合，并且被设置为用于提供磁场，所述磁场会导致所述颗粒材料在所述腔室中通过未凝固的血液或血浆来回移动。

45.如权利要求44的装置，其还包括一个或多个磁性传感器，所述传感器可有效确定所述颗粒材料的位置和/或运动。

46.如权利要求45的装置，其包括控制工具，所述工具可有效确定所述颗粒材料通过导入所述腔室的血液或血浆样品的运动何时受到样品凝固的影响，从而确定所述样品的凝固时间。

Images