DK169413B1 - Apparat til måling af modifikationstiden for den fysiske tilstand af et fluidt medium - Google Patents

Description

i DK 169413 B1 Nærværende opfindelse angår et apparat til at måle modifikationstiden for den fysiske tilstand af et fluidt medium og i særdeleshed måle koagulationstiden for blod, hvilket apparat består af et lodret bæger, som indeholder fluidet, så som plasma og nødvendige reagen-5 ter, og i hvilket en ferromagnetisk kugle er anbragt og roteret ved hjælp af et ydre magnetisk felt.

Et sådant apparat er beskrevet mere detaljeret i europæisk patent nr. 90.192, ifølge hvilket den således påvirkede kugle bevæger sig 10 frit på den flade, vandrette bund i et bæger. Når koagulationen af fluidet, som indeholdes i bægeret, finder sted, hvilket fluid i dette tilfælde er blodplasma, til- hvilket der er tilsat reagenter, bevæger kuglen sig i en kurve rettet mod bægerets indre tilsyneladende p.g.a. forøgelsen af den mekaniske modstand, som ydes af 15 bægerets indhold, og kuglens radiale bevægelse detekteres ved hjælp af i sig selv kendte midler.

Nøjagtigheden af de således foretagne målinger lader noget tilbage at ønske, eftersom kuglens radiale bevægelse ind mod centrum af et 20 bæger af meget ringe størrelse er en fysisk størrelse, som er vanskelig at detektere og evaluere tilfredsstillende. Yderligere er reproducerbarheden af sådanne målinger ikke god, især p.g.a. kompleksiteten af de fænomener, på hvilke målingerne er baseret.

Ifølge EP-A-0169794 føres bægeret mekanisk i en cirkulær, ikke roterende bevægelse, og kuglens resulterende cirkulære bevægelse bremses under koagulationen. Forløbet er imidlertid uregelmæssigt og variationerne forekommer ikke nøjagtige og ikke pålidelige.

30 Det er derfor formålet med nærværende opfindelse at angive et ' apparat af den ovenfor nævnte art til at måle koagulationstiden af blod, hvilket apparat overvinder ulemperne ved hidtil kendte apparater og især muliggør målinger, hvis nøjagtighed, pålidelighed og reproducerbarhed ligger over, hvad der hidtil er opnået med appa-

OC

03 rater af denne type.

Det er endvidere et formål med opfindelsen at tilvejebringe et måleapparat, som i alt væsentligt er automatisk, og ved hvilket den menneskelige indgriben er reduceret til et absolut minimum, og hvis DK 169413 B1 2 omkostninger ikke er prohibitive.

Dette formål såvel som andre, der-vil fremgå af det følgende, opnås ifølge opfindelsen gennem et måleapparat til måling af modifika-5 tionstiden for den fysiske tilstand af et fluidt medium og især til måling af koagulationstiden for blod og af den art, som har et lodret bæger, som indeholder fluidet, og til hvilket de nødvendige reagenter tilsættes, hvor en ferromagnetisk kugle er anbragt i bægeret og drives til rotation, hvor bægeret ved sin lavere del har 10 en ringformet løbebane for nævnte kugle, og apparatet omfatter et organ til at detektere variationer i kuglens bevægelse fremkaldt af koagulationen, hvilket måleapparat er ejendommeligt ved, at kuglen drives til rotation direkte af et eksternt roterende magnetfelt, og at organet til detektion er indrettet til at sammenligne rotations-15 hastigheden af kuglen med den af det roterende magnetfelt på tidspunktet for den fysiske modifikation.

Det vil ses, at kuglens bevægelse i en fastlagt løbegang og ikke længere tilfældigt på den flade bund af et bæger som i ovennævnte 20 europæsiske patent nr. 90.192 muliggør en stor nøjagtighed og god reproducerbarhed for målingerne, eftersom det er tilstrækkeligt at detektere variationerne i frekvensen af elektriske signaler, hvilket er en let operation for specialister på området. En sådan detektering er klart lettere og mindre udsat for fejl end den, som består i 25 at bestemme banen for en kugle af meget ringe størrelse ind mod bægerets centrum.

I en foretrukken udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen drives den ovenfor nævnte ferromagnetiske kugle til rotation af en 30 elektromotor, hvis udgangsaksel er i fast forbindelse med en ferromagnetisk stang, som er anbragt under bægeret, der indeholder kuglen, og som har samme akse som bægeret, og som passerer gennem en strømførende spole, og som ved sin øvre ende slutter med en ferromagnetisk finger anbragt centerforskudt eller asymmetrisk i forhold 35 til den fælles akse for stangen og bægeret.

Denne excentrisk anbragte finger bliver til en magnetisk pol ved påvirkningen fra spolen, gennem hvilken kernen passerer, og som er i fast forbindelse med spolen, hvorved fingeren bevæger kuglen, der DK 169413 B1 3 befinder sig i bægeret, til rotation med en vinkelhastighed, som svarer til fingerens egen, så længe koagulationen af blodet ikke har nedsat kuglens hastighed. Denne hastighed kan styres således, som det vil fremgå af det følgende, hvilket giver forskellige fordele, 5 som vil blive nærmere forklaret.

Hensigtsmæssigt har apparatet ifølge opfindelsen en første refleksdetektor af konventionel type, som samvirker med den roterende kugle, en anden refleksdetektor svarende til den første, og som 10 samvirker med den excentrisk anbragte finger, som driver kuglen, og en komparator forbundet til en mikroprocessor til at detektere enhver synkroniseringsforskel mellem signalerne, der afgives af de to ovennævnte detektorer. Det er derfor tilstrækkeligt at sammenligne signalerne fra disse to detektorer, som indbyrdes er iden-15 tiske, for at detektere koaguleringen af plasmaen i bægeret. Eftersom det således er et spørgsmål om at sammenligne to signaler og ikke at behandle et enkelt signal, og eftersom disse signaler endvidere kommer fra to identiske detektorer, forøges målenøjagtig-heden, og dens behandling ved hjælp af elektroniske midler lettes.

20

Til at rotere den ferromagnetiske kugle ifølge opfindelsen og ifølge en variation af denne kan den ovenfor beskrevne, roterende asymmetrisk eller excentrisk anbragte finger erstattes af et antal faste poler, som omgiver bægeret med kuglen og er anbragt i alt væsentligt 25 i samme plan som denne, og som magnetiseres af spolerne, der forsynes med variable strømme til at frembringe et roterende felt i kuglens plan.

Uanset hvilken metode, der benyttes til at bevæge kuglen, har 3° måleapparatet ifølge opfindelsen hensigtsmæssigt midler til at give kuglen en rotationshastighed og en drivkraft, der er variabel som en funktion af den udførte test og af målingens varighed.

I en foretrukken udførelsesform er denne rotationshastighed og denne 35 drivkraft højere i begyndelsen af målingen end i slutningen af denne med fortrinsvis en vandret strækning ved begyndelsen af målingen, hvor rotationshastigheden og drivkraften på kuglen er relativ høj, og en vandret strækning ved slutningen af målingen, hvor disse værdier er lavere, idet de to vandrette strækninger knyttes sammen DK 169413 B1 4 med progressive og f.eks. lineært aftagende værdier.

Denne bevægelseslov baseres på, at ved hæmostatiske afprøvninger, som der her er tale om, skabes der klumper af meget forskellige 5 viskositeter inden for tidsintervaller, som også er meget forskellige, idet der fremkommer kraftige klumper ved begyndelsen og svage klumper ved slutningen. Reguleringen ifølge opfindelsen af rotationshastigheden og drivkraften for kuglen gør det muligt at få god nøjagtighed på ca. 0,1 sekund for kraftige klumper til at harmonere 10 med høj sensitivitet for svagere klumper, idet nøjagtigheden opnås med en høj hastighed, som kan være på omkring 10 omdrejninger pr. sekund, og sensitiviteten med en reduceret drivkraft og hastighed, hvor den sidste kan svare til ca. 3 omdrejninger pr. sekund. I den ovenfor angivne udførelsesform, hvor kuglen drives frem af en 15 asymmetrisk, roterende finger, opnås en sådan regulering fortrinsvis p.g.a. af, at den kraftgivende motor er en jævnstrømsmotor, og p.g.a. at den ligesom dens tilhørende magnetiseringsspole tilføres strøm gennem respektive reguleringsmidler, som styres af en mikroprocessor. Hastigheden reguleres således meget simpelt ved at 20 variere jævnspændingen ved motorens terminaler og drivkraften ved at justere strømmen gennem spolen, idet variationsbetingelsen som funktion af tiden for disse to værdier styres af mikroprocessoren.

I en foretrukken udførelsesform kan apparatet ifølge opfindelsen 25 også omfatte et optisk densitometer med en lysgiverdiode, som får strøm fra en mikroprocessor, og som belyser en fotodiode gennem et optisk båndfilter, og hvor lysstrålen passerer gennem bægeret på apparatet ifølge opfindelsen oven over kuglen i bægeret, og hvor informationen fra fotodioden transmitteres til den ovenfor omtalte 30 mikroprocessor.

Skønt dette densitometer, som er beregnet til såkaldte kolorimetris-ke målinger, er uafhængigt af det mekaniske koagulometer, der er beskrevet ovenfor, simplificerer samvirken mellem disse to apparater 33 i en og samme enhed i væsentlig grad et antal operationer. Den gør det endvidere muligt at reducere omkostningerne, eftersom forskellige samvirkende dele, så som temperaturreguleringsmekanismerne, strømforsyningsenhederne og/eller i det mindste en del af mand/-maskine interface-enhederne benyttes til to forskellige formål, og DK 169413 B1 5 fordi disse elementer yderligere kan være fælles for adskillige målebægre anbragt i samme apparat. Yderligere kan kuglen i det mekaniske koagulometer også benyttes som røreværk i densitometeret.

5 Den følgende detaljerede beskrivelse, som ikke er af begrænsende art, vil vise, hvorledes nærværende opfindelse kan praktiseres. Beskrivelsen læses med henvisning til de vedføjede tegninger, i hvilke 1° fig. 1 skematisk viser et aksialt snit af måleapparatet ifølge opfindelsen; fig. 2 viser et skematisk diagram, som fremstiller de elektriske hovedkredsløb i apparatet; og 15 fig. 3 viser to kurver, som fremstiller bevægelsesloven som en funktion af tiden for apparatet.

I den i fig. 1 viste udførelsesform for måleapparatet ifølge opfin-20 del sen har apparatet et cylindrisk bæger 1, som med en simpel prespasning er indsat lodret i en øvre plade 2, og hvis bund har en central studs 3, som mellem studsen og bægerets væg definerer en ringformet løbegang 4 for en kugle 5 af ferromagnetisk metal, der almindeligvis er stål.

25 På undersiden af pladen 2 er fastskruet en måleblok 6, som er fastgjort til en nedre ramme 7 på en vandret basis 8, på hvilken en jævnstrømselektromotor 9 er monteret med en lodret aksel 10 opadret-tet og koaksial med bægeret 1. En blød jernkerne 11 omslutter ved 30 sin nedre ende akselen 10 på motoren 9, idet kernen er koaksial med akselen og er fastgjort til denne ved hjælp af en skruegang 12. Kernen 11 passerer gennem en lodret spole 13 forbundet til en jævnstrømskilde, som ikke er vist, og omgivet af en magnetisk skærm 13a. Kernen passerer derpå gennem et styreleje 14 anbragt i en øvre 35 del 15 af rammen 7 oven over hvilken kernen rager frem med en finger 16, der er asymmetrisk anbragt i forhold til den fælles akse for bægeret 1, motoren 9 og kernen 11.

En første refleksdetektor 17 af kendt type er monteret uden for, men DK 169413 B1 6 i umiddelbar nærhed af bægeret 1 og med horisontal akse og anbragt i al væsentligt på højde med kuglen 5. En anden refleksdetektor af samme art som den første og ligeledes med horisontal akse er monteret på højde med den asymmetrisk anbragte finger 16, som er monteret 5 oven over den roterende kerne 11. Disse detektorer 17 og 18 er hensigtsmæssigt monteret på en trykt kredsløbsplade 19, som igen er fastgjort til rammen 7.

Det vil ses, at forsyningen af elektrisk jævnstrøm til spolen 13 10 magnetiserer den roterende kerne 11, som passerer gennem spolen og herved ændrer den asymmetrisk anbragte finger 16 til en magnetisk pol, som igen får kuglen 5 til at rotere, idet den følger den ringformede løbegang 4.

I5 Når plasma er blevet hældt i bægeret 1, således at den dækker kuglen 5, roterer kuglen synkront med den asymmetrisk anbragte finger, og de elektriske signaler, som afgives af de to detektorer 17 og 18, vil tidsmæssigt være nøjagtigt sammenfaldende. Når plasmaen derpå begynder at koagulere i bægeret 1 som følge af tilsætningen af 20 passende reagenter, vil kuglens 5 hastighed blive afbremset, og signalerne fra detektoren 17, som samvirker med kuglen 5, og signalerne fra detektoren 18, der svarer til den roterende finger 16 begynde at blive forskubbet i forhold til hinanden. Denne information detekteres og benyttes af den elektroniske mekanisme, som er 25 vist på fig. 2.

I diagrammet på denne figur genfinder man kuglen 5, som roterer i bægeret 1 ved hjælp af den asymmetrisk anbragte finger 16 under påvirkning af motoren 9 og spolen 13, såvel som detektorerne 17 og 20 18, der samvirker med henholdsvis kuglen 5 og den roterende finger 16. Sensorerne 17 og 18 er forbundet ved filtrerende celler henholdsvis 20 og 21 til en komparatortæller 22, hvis informationer går ind i en mikroprocessor 23. Denne kontrollerer også jævnstrømsforsyningen til motoren 9 og spolen 13 gennem regulatorerne henholdsvis 35 24 og 25 og respektive forstærkere 26 og 27.

På denne måde detekterer komparatoren 22 afbremsningen af kuglen, når plasmaen begynder at koagulere. Mikroprocessoren 23, som herunder samvirker med komparatoren, benytter denne information f.eks.

DK 169413 B1 7 til at vise længden af koaguleringstiden ved at gengive den, oplagre den o.s.v. Sådanne operationer såvel som de apparater, der kræves til at udføre dem korrekt, er velkendte for specialister på området og vil derfor ikke blive beskrevet her.

5

Som omtalt ovenfor er det endvidere fordelagtigt at udforme bevægelsesloven som funktion af tiden for rotationshastigheden og drivkraften for kuglen 5, hvilket sker dels ved at regulere spændingen over terminalerne på motoren 9, og dels ved at regulere styrken af strømmen gennem spolen 13. Værdien af disse elektriske størrelser til ethvert tidspunkt lægges ind på mikroprocessoren 23 gennem regulatorerne 24 og 25 og forstærkerne 26 og 27.

Bevægelsesloven kan fremstilles ved hjælp af kurverne på fig. 3, som 15 med en funktion af tiden t i sekunder angiver variationerne i rotationshastigheden V for motoren 9 og for kuglen 5 ved kurven I og for drivkraften F for kuglen 5 ved kurven II.

Det vil ses af denne figur, når man starter ved starttidspunktet tQ

20 og går frem til tidspunktet tj, hvilket er en smule før begyndel sestidspunktet for selve undersøgelsen, som svarer til koordinat 0, at hastigheden lineært forøges op til en værdi Vj, som kan være lig med 10 omdrejninger/sekund, medens drivkraften bliver lig med en forholdsvis høj værdi Fj. Hastigheden forbliver konstant indtil et 23 efterfølgende tidspunkt t2, f.eks. 10 sekunder efter begyndelsen 0 for undersøgelsen, ligesom også drivkraften forbliver konstant, men efter at have antaget en ny værdi F2, der er mindre end den foregående værdi. De to nævnte værdier aftager derpå lineært til et tidspunkt t3, som kan være 60 sekunder senere, regnet fra begynde!-30 sestidspunktet 0 for undersøgelsen, og forbliver konstant indtil tidspunktet t^ ved afslutningen af undersøgelsen. Denne anden vandrette strækning svarer til en hastighed V2, som kan være på ca. tre omdrejninger/sekund, og til en drivkraft F3 svarende til ca.

halvdelen af F?.

35

Som forklaret ovenfor gør denne bevægelseslov det muligt at opnå en høj præcision på ca. 0,1 sekund ved begyndelsen af målingen og en god sensitivitet ved slutningen. Apparatet ifølge opfindelsen gør det derfor muligt at detektere kraftige klumper og derpå svage, DK 169413 B1 8 takket være en progressiv kontrolleret variation i tid af systemets parametre.

Idet der påny henvises til fig. 1 vil det yderligere ses, at appa-5 ratet ifølge nærværende opfindelse tillige kan have et optisk densitometer til at foretage såkaldte kolorimetriske målinger, og som er monteret på måleblokken 6, der også tjener til understøtning for det ovenfor beskrevne, mekaniske koagulometer.

10 Densitometeret består i alt væsentligt af en lyskilde i form af en lysdiode 30, et optisk båndfilter 31 og en optisk modtager i form af en fotodiode 32 efterfulgt af et elektronisk filter. Dioden 30 er anbragt på en trykt kredsløbsplade 30a monteret på måleblokken 6, medens filteret 31 og fotodioden 32 er anbragt på en anden trykt 15 kredsløbsplade 32a, som også er fastgjort på måleblokken 6. Disse elementer kan genfindes skematisk på fig. 2, som der nu vil blive refereret til, og i hvilken det elektroniske filter for fotodioden 32 er angivet ved henvisningsbetegnelsen 33.

20 I en særlig udførelsesform, der ikke angiver noget begrænsende eksempel, forsynes lysdioden 30, hvis maksimale lysintensitet er ca.

480 nm, med en reguleret strøm reduceret til nogle få kilohertz fra mikroprocessoren 23 gennem filteret 31, som transmitterer lyset op til ca. 500 nm. Denne diode 30 belyser fotodioden 32, som den er 25 placeret på linie med, således at lysstrålen passerer gennem plas-maen og bægeret 1 i et horisontalt plan oven over kuglen 5. Informationen, som afgives af fotodioden 32, transmitteres til mikroprocessoren 23 gennem filteret 33, der kun tilbageholder det reducerede signal fra kilden 30. Endelig er forstærkere 34 og 35 indskudt 30 mellem henholdsvis filtrene 31, 33 og dioderne 30, 32.

35

Claims (10)

1. Apparat til måling af modifikationstiden for den fysiske tilstand af et fluidt medium og især til måling af koagulationstiden 5 for blod og af den art, som har et lodret bæger, som indeholder fluidet, og til hvilket de nødvendige reagenter tilsættes, hvor en ferromagnetisk kugle er anbragt i bægeret og drives til rotation, hvor bægeret ved sin lavere del har en ringformet løbebane for nævnte kugle, og apparatet omfatter et organ til at detektere 10 variationer i kuglens bevægelse fremkaldt af koagulationen, kendetegnet ved, at kuglen drives til rotation direkte af et eksternt roterende magnetfelt, oct at organet til detektion (17,18) er indrettet til at sammenligne rotationshastigheden af kuglen med den af det roterende magnetfelt på tidspunktet for den fysiske 15 modifikation.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det til at sætte kuglen (5) i rotation har en elektromotor (9), hvis udgangsaksel (10) er fast forbundet med en ferromagnetisk kerne (11), 20 som er anbragt under bægeret (1) med kuglen, og hvis akse falder sammen med bægerets, og hvor kernen passerer gennem en strømforsynet spole (13) og ved sin øvre del ender i en ferromagnetisk finger (16) anbragt asymmetrisk eller excentrisk i forhold til den fælles akse af kernen og bægeret og placeret umiddelbart under dette. 25

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, k e n d e t e g n e t ved at det omfatter en første refleksdetektor (17), der samvirker med kuglen (5), en anden refleksdetektor (18) svarende til den første, og som samvirker med den asymmetrisk anbragte finger (16), der 30 driver kuglen, og en komparator (22) forbundet til en mikroprocessor (23) til at detektere enhver synkron uoverensstemmelse mellem signalerne, som afgives af de to detektorer.

4. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det til 35 at sætte kuglen i rotation har et antal faste poler, som omgiver bægeret (1) i alt væsentligt i samme plan som kuglens, og som magnetiseres af spoler, der forsynes med variable strømme, således at der frembringes et roterende felt i kuglens plan. DK 169413 Bl 10

5. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 4, k e n -detegnet ved, at det yderligere har midler til at bibringe kuglen (5) en variabel rotationshastighed og en variabel drivkraft som en funktion af den udførte undersøgelse og af varigheden af 5 målingen.

6. Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at midlerne til at bibringe kuglen (5) en variabel rotationshastighed og en variabel drivkraft er af en sådan art, at værdierne af disse stør- 10 reiser ved begyndelsen af målingen udviser en vandret strækning, hvor værdierne er relativt høje, og ved afslutningen af målingen udviser en anden vandret strækning, hvor værdierne er lave, og hvor disse to strækninger forbindes af en progressivt aftagende linie.

7. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 3, 5 og 6, kendetegnet ved, at såvel motoren (9) til at drive kuglen som spolen (13) strømforsynes gennem respektive reguleringsmidler (24-27), der styres af mikroprocessoren (23).

8. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 7, k e n - detegnet ved at det omfatter et optisk densitometer med en lysdiode (30), som strømforsynes fra mikroprocessoren (23), og som belyser en fotodiode (32) gennem et optisk filter (31), idet lysstrålen passerer gennem bægeret (1) oven over kuglen, og idet infor-25 mationen fra fotodioden transmitteres til mikroprocessoren.

9, Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 1-8, kendetegnet ved, at det inden for den samme ramme (2) har et antal bægre (1), der hver for sig samvirker med en uafhængig måleanordning 30 (9,13,16,17,18).

10. Apparat ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 9, k e n -detegnet ved at det omfatter en temperaturreguleringsanordning, en elektrisk forsyningskilde og/eller mand/maskine interface- 35 anordninger.