ES2951862T3 - Método y aparato para determinar la concentración de hemoglobina - Google Patents
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Abstract
Un aparato para determinar la concentración media de hemoglobina corpuscular (MCHC) en una muestra de sangre completa, que comprende: un soporte de muestra que incluye una cámara de muestra alargada que tiene un extremo abierto y un extremo cerrado; un miembro de sujeción adaptado para recibir y retener el soporte de muestra, en el que el miembro de sujeción puede girar alrededor de un eje de rotación, y en el que, cuando el soporte de muestra es recibido y retenido por el miembro de sujeción, la cámara de muestra es sustancialmente perpendicular al eje de rotación ; primera y segunda fuentes de luz colocadas en un lado del portamuestras, configuradas para emitir luz en respectivas frecuencias diferentes; y al menos un sensor de luz colocado en un segundo lado del portamuestras, opuesto al primer lado, de modo que la luz de la fuente de luz pueda pasar a través de la cámara de muestras, en al menos una posición rotacional del portamuestras, e incidir en el al menos un sensor de luz. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método y aparato para determinar la concentración de hemoglobina
Esta invención se refiere a un método y un aparato para determinar parte o la totalidad de la concentración de hemoglobina corpuscular media, el hematocrito y la concentración de hemoglobina en una muestra de sangre. Para muchos fines clínicos y/o diagnósticos es necesario determinar la concentración de hemoglobina y el hematocrito en una muestra de sangre de un sujeto. Sin embargo, la medición tanto de la concentración de hemoglobina como del hematocrito a partir de una sola muestra puede resultar difícil sin un equipo complejo o técnicas que llevan mucho tiempo. En consecuencia, muchos instrumentos médicos miden la hemoglobina o el hematocrito y calculan el otro.
Esto puede hacerse utilizando la "regla de tres", es decir, 1000 x Hct = 3 x Hb, donde Hb representa la concentración de hemoglobina y Hct representa el hematocrito. Dicha relación se establece partiendo del supuesto de que la concentración de hemoglobina corpuscular media es fija en todas las muestras, es decir, CHCM x Hct = Hb. Sin embargo, la "regla de tres" es una aproximación y puede ser significativamente inexacta en muchos casos clínicos. El documento EP0795129 divulga un aparato para analizar sangre o similares que dispone de un rotor de centrifugado con un medio para sostener visiblemente una muestra, y un brazo de exploración que atraviesa el rotor e incluye un medio para enviar luz a la muestra para detectar las interfaces de los componentes de la muestra. Se puede prever una segunda fuente de luz para la inspección colorimétrica de la muestra.
El documento US2014/273064 describe un método de preparación, medición y análisis de muestras que permite realizar una caracterización precisa de los hematíes, las plaquetas y los leucocitos, incluyendo un recuento diferencial de tres partes de los leucocitos, en pequeños volúmenes de una muestra biológica. Este método es compatible con una instrumentación compacta y portátil que permite recoger la muestra en el domicilio del sujeto y realizar el análisis en otro lugar mediante la transmisión de los datos a un laboratorio o a la consulta de un médico. El documento GB2525622 describe una cubeta para contener un fluido para su análisis que dispone de una carcasa que define un volumen interno dividido en varias cámaras interconectadas, que se extienden radialmente y están separadas circunferencialmente, siendo cada cámara de tipo ascendente o descendente. Una entrada comunica con al menos una cámara ascendente en una posición radialmente interior. Una salida comunica con al menos una cámara descendente en una posición radialmente interior. Dispone de al menos un pasaje de comunicación entre cada cámara ascendente y descendente en una posición radialmente exterior de las mismas. La muestra se extiende desde la entrada para llenar la cubeta. Un método de uso comprende llenar al menos parcialmente el volumen de la cubeta con una muestra de fluido, hacer girar la cubeta sobre un eje, pasar la radiación óptica a través de la muestra mientras la cubeta gira, y medir una propiedad óptica de la muestra como una función de tiempo y posición radial en la cubeta.
Un objeto de la invención es aumentar la facilidad con la que se puede realizar una determinación fiable de la hemoglobina y el hematocrito, particularmente en circunstancias en las que un profesional no tenga acceso a equipos de laboratorio, por ejemplo, cuando hay que diagnosticar o tratar a un paciente en un lugar alejado. En consecuencia, un aspecto de la presente invención proporciona un aparato para determinar la concentración de hemoglobina corpuscular media (CHCM) en una muestra de sangre total, que comprende: un portamuestras que incluye una cámara de muestras alargada que tiene un extremo abierto y un extremo cerrado; un elemento de sujeción adaptado para recibir y retener el portamuestras, donde el elemento de sujeción está configurado para girar alrededor de un eje de rotación, y donde, cuando el portamuestras es recibido y retenido por el elemento de sujeción, la cámara de muestras queda sustancialmente perpendicular al eje de rotación; una primera y segunda fuentes de luz dispuestas a un lado del portamuestras, configuradas para emitir luz en frecuencias diferentes respectivas, que corresponden a regiones del espectro en las que la absorción de la hemoglobina reducida (RHb) y la hemoglobina oxigenada (HbO2) varían significativamente; y al menos un sensor de luz dispuesto en un segundo lado del portamuestras, opuesto al primer lado, de modo que la luz procedente de cada una de las fuentes de luz primera y segunda puede atravesar la cámara de muestras, en al menos una posición de rotación del portamuestras, e incidir en al menos un sensor de luz, para permitir la determinación de la absorción de luz por las especies de RHb y HbO2.
Ventajosamente, la luz puede ser emitida desde cada una de la primera y segunda fuentes de luz, discurrir a lo largo de una trayectoria que no pasa a través de la cámara de muestras, e incidir sobre al menos un sensor de luz. Preferiblemente, el elemento de sujeción tiene una abertura o ventana formada a su través, separada del portamuestras, a través de la cual puede discurrir la luz.
Convenientemente, la luz puede discurrir a lo largo de una trayectoria que no pasa a través de una región anular definida por la rotación de la cámara de muestras alrededor del eje de rotación, e incidir sobre al menos un sensor de luz.
Ventajosamente, el portamuestras está formado al menos principalmente de un material que es transmisivo a la luz emitida por la primera y segunda fuentes de luz, y donde la luz puede discurrir a través de una región del portamuestras, separada de la cámara de muestras, que comprende una o más capas de material.
Preferiblemente, al menos un sensor de luz comprende una serie alargada de sensores de luz.
Convenientemente, en al menos una orientación rotacional del portamuestras, la serie alargada de sensores de luz está al menos sustancialmente alineada con la cámara de muestras.
Ventajosamente, el dispositivo comprende al menos una fuente de luz adicional, dispuesta y adaptada para emitir luz que puede pasar a través de la cámara de muestras y ser recibida por al menos un primer sensor de luz o por uno o más sensores de luz alternativos, para determinar la longitud de la cámara de muestras que está ocupada por los hematíes, y la longitud de la cámara de muestras que está ocupada por otros componentes sanguíneos.
Preferiblemente, al menos una fuente de luz adicional comprende una serie alargada de sensores de luz.
Convenientemente, en al menos una orientación rotacional del portamuestras, la serie alargada de fuentes de luz está al menos sustancialmente alineada con la cámara de muestras.
Ventajosamente, la serie alargada de sensores de luz está sustancialmente alineada con la serie alargada de fuentes de luz.
Preferiblemente, el dispositivo comprende una caja que está cerrada o sustancialmente cerrada para que la luz ambiente no pueda entrar en el interior de la caja, y donde la primera y segunda fuentes de luz y al menos un sensor de luz están dispuestos dentro de la caja.
Convenientemente, el dispositivo comprende además un motor adaptado para accionar el elemento de sujeción alrededor del eje de rotación.
Ventajosamente, el dispositivo comprende además al menos un procesador que está adaptado para recibir señales de, y proporcionar instrucciones a, la primera y segunda fuentes de luz y al menos un sensor de luz.
Preferiblemente, el dispositivo comprende además un procesador operable para recibir las señales de salida del al menos un sensor de luz, y para calcular la concentración de hemoglobina corpuscular media (CHCM) de los hematíes de la muestra de sangre a partir de las señales de salida.
Convenientemente, el procesador es operable para calcular el hematocrito de la muestra de sangre a partir de las señales de salida.
Ventajosamente, el procesador es operable para calcular la concentración de hemoglobina de la muestra de sangre a partir de la CHCM y el hematocrito de la misma.
Preferiblemente, el dispositivo comprende además un dispositivo de salida que es operable para emitir la CHCM, el hematocrito o la concentración de hemoglobina de la muestra de sangre. Convenientemente, el dispositivo de salida comprende una pantalla.
Otro aspecto de la presente invención proporciona un método para determinar la concentración de hemoglobina corpuscular media (CHCM) de una muestra de sangre, que comprende los pasos de: proporcionar un portamuestras; introducir una muestra de sangre en el portamuestras; montar el portamuestras en un elemento de sujeción; hacer girar el elemento de sujeción alrededor de un eje de rotación, de modo que la cámara de muestras está dispuesta sustancialmente perpendicular al eje de rotación; proporcionar una primera y una segunda fuentes de luz en un primer lado de la cámara de muestras; proporcionar al menos un primer sensor de luz en un segundo lado de la cámara de muestras, opuesto al primer lado; emitir luz desde la primera y la segunda fuentes de luz a frecuencias diferentes respectivas, que corresponden a regiones del espectro en las que la absorción de la hemoglobina reducida (RHb) y la hemoglobina oxigenada (HbO2) varían significativamente, de forma que la luz atraviesa la cámara de muestras y es detectada al menos por el primer sensor de luz; determinar separadamente la atenuación de la luz que pasa a través de las especies de RHb y HbO2 en la cámara de muestras, midiendo la atenuación de la luz emitida por la primera y la segunda fuentes de luz, y determinando así la concentración de hemoglobina corpuscular media (CHCM) de los hematíes de la muestra de sangre.
Ventajosamente, el método comprende además el paso de multiplicar la CHCM determinada por el hematocrito de la muestra de sangre para determinar la concentración total de hemoglobina de la muestra de sangre, donde el hematocrito comprende la ratio del volumen de hematíes de la muestra de sangre, durante la centrifugación, en el volumen total de la muestra de sangre.
Preferiblemente, el método comprende además el paso de medir el hematocrito de la muestra de sangre mientras la muestra de sangre está montada en el elemento de sujeción.
Convenientemente, los pasos del método se realizan usando un dispositivo que comprende el elemento de sujeción, la primera fuente de luz y el primer sensor de luz, y donde el dispositivo comprende además un procesador que es operable para calcular la CHCM, y opcionalmente también el hematocrito y/o la concentración de hemoglobina de la muestra de sangre a partir de señales de salida recibidas del primer sensor de luz.
Ventajosamente, el dispositivo comprende además un dispositivo de salida que está configurado para emitir la CHCM calculada y, opcionalmente también el hematocrito y/o la concentración de hemoglobina de la muestra de sangre.
Preferiblemente, el dispositivo de salida comprende una pantalla.
Convenientemente, el paso de emitir luz desde al menos una primera fuente de luz de manera que la luz pasa a través de la cámara de muestras y es detectada por al menos un primer sensor de luz se realiza mientras el elemento de sujeción gira alrededor del eje de rotación.
Para que la invención pueda comprenderse más fácilmente, a continuación, se describirán a modo de ejemplo, las realizaciones de la misma con referencia a las ilustraciones adjuntas, en las que:
Las Figuras 1a y 1b muestran esquemáticamente una muestra de sangre antes y después de la centrifugación, respectivamente;
La Figura 2 muestra un gráfico de absorción de diferentes longitudes de onda de la luz por las dos muestras principales de hemoglobina;
Las Figuras 3 y 4 muestran las partes de un dispositivo que encarna la presente invención; y
La Figura 5 es una vista esquemática de las partes de un dispositivo que encarna la presente invención. En algunas realizaciones de la invención, se efectúa una medición directa de la concentración de hemoglobina corpuscular media (CHCM). Para una muestra de sangre, la CHCM es una medida de la concentración de hemoglobina en los propios hematíes. En los métodos de la técnica anterior, la CHCM no se mide directamente, sino que se obtiene a partir de las mediciones de la concentración de hemoglobina y el hematocrito (que se han medido directamente mediante otras técnicas) de acuerdo con la siguiente fórmula:
Para medir la CHCM directamente, en las realizaciones de la invención primero se centrifuga una muestra de sangre, para que los hematíes se separen de los demás componentes de la muestra de sangre. Como el lector experto sabrá, una forma práctica de lograr esto es recoger una muestra de sangre utilizando una cubeta que incluye una cámara de muestras. Después, la cubeta se puede cargar en una centrifugadora, de modo que el eje longitudinal de la cámara de muestras queda alineado con el eje de rotación alrededor del cual girará la cubeta. La cubeta es entonces centrifugada, y los hematíes (al ser significativamente más densos que otros componentes de la sangre) se acumularán y compactarán en el extremo de la cámara de muestras que está más alejado del eje de rotación. Las Figuras 1a y 1b son representaciones esquemáticas de una muestra de sangre dentro de una cámara de muestras 1, que se muestra generalmente alargada y rectangular. En las realizaciones preferidas de la invención, la muestra que se analiza es una muestra de sangre total, aunque esto no es esencial. En la Figura 1a, la muestra de sangre aún no ha sido centrifugada, y los componentes de la sangre, incluyendo los hematíes, se encuentran generalmente distribuidos uniformemente por toda la muestra.
Tras la centrifugación alrededor de un eje de rotación 2, la muestra de sangre se separa en dos fases distintas, que comprenden los hematíes 3, que se compactan en un volumen 4 de la cámara de muestras 1 que está más alejado del eje de rotación, y los restantes componentes de la muestra de sangre (es decir, el plasma) en un segundo volumen 5, que está más cerca del eje de rotación 2.
En la determinación de la CHCM de la muestra de sangre se utiliza entonces la Ley de Beer-Lambert modificada. A modo de contexto, la ley de Beer-Lambert modificada relaciona la atenuación de la luz con las propiedades de un material. En este caso utilizamos la forma que relaciona la atenuación de la luz con la concentración de una sustancia. Hay que tener en cuenta que, para que se aplique la ley de Beer-Lambert modificada, hay que hacer algunas suposiciones sobre la sustancia que se analiza. También hay que señalar que la ley de Beer-Lambert modificada se utiliza aquí para tener en cuenta la dispersión, que no se considera en la ley de Beer-Lambert. Para una única sustancia esta relación se escribe como:
Donde A es la absorbancia, E es el coeficiente de extinción molar, C es la concentración de la sustancia, l es la longitud del paso de la luz, D es el factor de paso diferencial y G es un coeficiente independiente de dispersión y absorción. La absorbancia puede ser reescrita en términos de intensidad de luz de la forma siguiente:
Donde lo es el valor de intensidad de referencia (normalmente la intensidad de la luz que se transmite a través de la configuración sin muestra presente) e l es la intensidad de la luz que se transmite realmente a través de la configuración cuando la muestra está presente. Si hay más de un material ópticamente activo (materiales N) en la muestra, entonces esto se traduce en la ecuación genérica:
Por tanto, la absorción total a una determinada longitud de onda está relacionada con todas las sustancias presentes a lo largo de la trayectoria de luz.
Existen dos especies principales de hemoglobina en la sangre: la hemoglobina oxigenada (HbO2), que transporta al menos algo de oxígeno, y la hemoglobina reducida (RHb), que no transporta oxígeno. Juntas, estas dos especies constituyen la totalidad, o casi la totalidad, de la hemoglobina total de una muestra de sangre. Estas dos especies tienen espectros de absorción diferentes, los cuales se muestran en la Figura 2.
Para determinar la concentración de hemoglobina en la muestra de sangre, puede medirse la absorción de una o más longitudes de onda de luz seleccionadas a medida que la luz pasa por la muestra. Para determinar por separado las concentraciones de Rhb y HbO2, se seleccionan longitudes de onda que corresponden a porciones del espectro en las que la absorción de esa longitud de onda es significativamente diferente entre la Rhb y la HbO2. Con referencia a la Figura 2, puede verse que 660 nm (rojo) y 940 nm (IR cercano) corresponden a regiones del espectro en las que la absorción de la RHb y la HbO2 varían significativamente. Además, en estas regiones las líneas espectrales son relativamente "planas" (es decir, relativamente invariables con respecto a pequeños cambios en la longitud de onda), y por ambas razones estas regiones del espectro son efectivas para proporcionar mediciones que permitan determinar la absorción de la luz tanto por especies de Rhb como de HbO2.
El lector experto apreciará que esto es similar en determinados aspectos a la técnica utilizada en la oximetría de pulso (cooximetría), que implica la medición de la luz transmitida a través de una parte del cuerpo de una persona, por ejemplo, la yema del dedo de la persona.
El uso de dos longitudes de onda diferentes, como se ha comentado antes, permite diferenciar entre las dos especies principales de hemoglobina en la sangre.
La concentración total de hemoglobina puede expresarse como:
En términos de la ley de Beer-Lambert esto se traduce en lo siguiente:
Donde los subíndices O y R denotan las constantes asociadas con HbO2 y RHb respectivamente y i y 2 son las dos longitudes de onda. Resolviendo para Co y Cr respectivamente se obtiene lo siguiente:
Por tanto, para que el método sea efectivo, es necesario determinar con precisión las constantes £01, £02, £ri y £r2. En el caso de las fuentes de luz simples o de banda estrecha, esto es relativamente fácil, ya que pueden utilizarse las curvas de absorción de la Figura 2. Sin embargo, en la práctica es necesario utilizar LEDs de banda ancha para mantener bajos los requisitos de coste y espacio del dispositivo. Las constantes li , l2, Di , D2 y G también deben determinarse, pero generalmente son propiedades de la configuración.
Para determinar estas constantes para fuentes de luz LED, asumiendo que el amplio espectro puede promediarse a un coeficiente de extinción, debe realizarse un estudio empírico. Esto se hace normalmente mediante un análisis multivariante, y el lector experto comprenderá fácilmente cómo puede lograrse.
Las Figuras 3 y 4 muestran características de equipos adecuados para llevar a cabo la invención. Como se ha indicado antes, una muestra de sangre 6 se carga en una cubeta 7, que incluye una cámara de muestras alargada 8. La cámara de muestras 8 tiene un extremo abierto 9 en el que se introduce inicialmente la muestra de sangre, y un extremo cerrado 10. En el ejemplo mostrado, la cámara de muestras 8 tiene forma de sección transversal generalmente rectangular a lo largo de su longitud, aunque son posibles otras formas de sección transversal (si bien, como quedará claro a partir del debate que sigue, se prefiere que el tamaño y la forma de la sección transversal de la cámara de muestras 8 se mantengan iguales a lo largo de toda, o sustancialmente toda, su longitud). Adyacente al extremo cerrado 10 hay una región de referencia 11 de la cubeta, que comprende una región en la que toda la profundidad de la cubeta 7 está formada por una cantidad única e integral de material relativamente transmisivo. En realizaciones preferidas, la cubeta está formada de un material de vidrio o plástico relativamente transmisivo, y la región de referencia 11 de la cubeta 7 comprende una región integral e ininterrumpida de este material que ocupa toda la profundidad de la cubeta 7 en este punto.
En la realización mostrada en la figura 3, la cubeta tiene una longitud que pasa del extremo abierto 9 hacia el extremo cerrado 10 de la cámara de muestras 8, y se extiende más allá del extremo cerrado 10 de la cámara de muestras 8 para alcanzar un segundo extremo 12 de la propia cubeta 7. La región de referencia 11 de la cubeta 7 en este ejemplo comprende una región sólida, integral, del material del que está formada la cubeta 7, que se extiende al menos en parte entre el extremo cerrado 10 de la cámara de muestras y el segundo extremo 12 de la propia cubeta 7.
En realizaciones preferidas, la cubeta se carga en un portamuestras 18, que está adaptado para recibir y retener la cubeta 7 de forma estable mientras la cubeta 7 se somete a centrifugación. El portamuestras 18 puede adoptar la forma de un componente generalmente en forma de disco con una abertura central que está adaptado para montar en un eje de accionamiento central de la centrifugadora. El portamuestras 18 incluye una abertura que está al menos alineada con la cámara de muestras 8 de modo que, en la región de la cámara de muestras 8, el portamuestras 18 no presenta ninguna obstrucción óptica a la luz que pasa a través de la cámara de muestras 8 en una dirección que generalmente es paralela al eje de rotación 13.
En algunas realizaciones, la abertura puede ser aproximadamente del mismo tamaño y forma que la propia cubeta 7, de modo que toda la cubeta 7 puede montarse en la abertura.
En realizaciones de la invención, se proporciona una región de referencia en el portamuestras 18, en lugar de la cubeta 7, y puede por ejemplo comprender una ventana o abertura que pasa a través de la profundidad del portamuestras 18 en una posición que está radialmente separada de la ubicación en la que se sostiene la cubeta 7.
Una vez que la muestra de sangre 8 se ha introducido en la cámara de muestras 6 de la cubeta 7, ésta se carga en una centrifugadora (preferiblemente, como se ha comentado antes, montándola en un portamuestras 18 de la centrifugadora). La centrifugadora tiene un eje de rotación 13, y la cubeta 7 se introduce de modo que la cámara de muestras 6 se dispone con su longitud generalmente perpendicular al eje de rotación 13. El extremo abierto 9 de la cámara de muestras 6 se encuentra más cerca del eje de rotación 13, mientras que el extremo cerrado 10 de la cámara de muestras 6 se encuentra más alejado del eje de rotación 13.
Dos fuentes de luz están dispuestas en un lado de la cubeta 7 (en la orientación mostrada en la figura 3, las fuentes de luz 14 están dispuestas por encima de la cubeta 7). En esta realización, una de las fuentes de luz 14 está configurada para emitir radiación a o en la región de 660 nm, y la otra fuente de luz 14 está configurada para emitir radiación a o en la región de 940 nm. Es preferible que las dos fuentes de luz 14 estén próximas entre sí. En realizaciones preferidas, las dos fuentes de luz 14 se proporcionan en la misma, o sustancialmente en la misma posición con respecto a la longitud de la cámara de muestras, es decir, una al lado de la otra.
Dispuestos en el otro lado de la cubeta 7 (en la orientación mostrada en la figura 3, debajo de la cubeta 7) se disponen uno o más sensores de luz. Los sensores de luz están configurados para detectar la luz emitida por las fuentes de luz 14.
En la realización mostrada en la figura 3, se proporciona un sensor de luz lineal 15, colocado generalmente frente a las fuentes de luz 14 y dispuesto de modo que el eje longitudinal del sensor de luz lineal 15 se extiende generalmente alejado del eje de rotación El sensor de luz lineal 15 tiene un número de sensores de luz individuales dispuestos a lo largo del eje, y puede comprender, por ejemplo, un CCD alargado.
La disposición general de los componentes consiste en que, en al menos un punto de la rotación de la cubeta 7 alrededor del eje de rotación 13 de la centrifugadora, la luz 19 procedente de cada una de las fuentes de luz 14 puede ser emitida, pasar a través de la cámara de muestras 8 de la cubeta 7 y ser recibida por al menos una parte del sensor de luz lineal 15.
Asimismo, en al menos un punto de la rotación de la cubeta 7, los componentes están dispuestos de tal manera que la luz 20 puede ser emitida por cada una de las fuentes de luz 14, pasar a través de la región de referencia 11 de la cubeta 7, y ser recibida por una región del sensor de luz 15. En otras realizaciones, la luz emitida por cada una de las fuentes de luz puede pasar a través de una región de referencia en una parte diferente del portamuestras 18.
En un método que encarna la invención, la cubeta 7 gira alrededor del eje de rotación 13 hasta que los hematíes de la muestra de sangre se compactan de manera estable en una primera región 16 de la cámara de muestras 8, que es la más cercana al extremo cerrado 10 de la misma. Los componentes restantes de la sangre (es decir, el plasma) se acumulan en una segunda región 17 de la cámara de muestras 8, más cercana al extremo abierto 9 de la misma.
Cuando la cámara de muestras 8 está alineada entre las fuentes de luz 14 y el sensor de luz 15, se emite luz de cada una de las fuentes de luz 14 en una dirección tal que pasa a través de la primera región 16 de la cámara de muestras 8, y luego incide sobre el sensor de luz 15. Las señales del sensor de luz 15 permitirán determinar la intensidad de la luz procedente de las fuentes de luz 14 que ha llegado al sensor de luz 15.
En las realizaciones preferidas, las fuentes de luz 14 se iluminan secuencialmente de modo que, en cualquier rotación particular de la cubeta 7, sólo se emite luz de una fuente de luz. Esto permite que cada lectura recibida por el sensor de luz 15 se determine como correspondiente a la luz de una longitud de onda particular conocida que se ha transmitido a través de la cubeta 7. Además, durante al menos una rotación de la cubeta 7, se emite luz de cada una de las fuentes de luz, pasa a través de la región de referencia 11 de la cubeta 7, e incide sobre el sensor de luz 15. En otras realizaciones, durante al menos una rotación de la cubeta 7, se emite luz de cada una de las fuentes de luz, pasa a través de una región de referencia en una parte diferente del portamuestras 18, e incide sobre el sensor de luz 15.
En realizaciones de la invención, la luz de las fuentes de luz 14 no está "dirigida", y se emite en al menos una primera dirección que pasa a través de la primera región 16 de la cámara de muestras 8, y luego incide en el sensor de luz 15, y en una segunda dirección que pasa a través de la región de referencia 11 de la cubeta 7, e incide en el sensor de luz 15.
Sin embargo, en otras realizaciones, la luz de las fuentes de luz 14 puede dirigirse de modo que, en una primera configuración, cada fuente de luz 14 emite iluminación en una primera dirección, pasando a través de la primera región 16 de la cámara de muestras 8 y luego incide en el sensor de luz 15, y en una segunda dirección separada que pasa a través de la región referenciada 11 de la cubeta 7 y después incide en el sensor de luz 15.
En otras realizaciones de la invención, la luz de las fuentes de luz 14 no está "dirigida", y se emite al menos en una primera dirección que pasa a través de la primera región 16 de la cámara de muestras 6, y luego incide en el sensor de luz 15, y en una segunda dirección que pasa a través de una región de referencia en una ubicación diferente en el portamuestras 18, e incide en el sensor de luz 15.
Como apreciará el lector experto, la intensidad medida de la luz procedente de las fuentes de luz 14 que llega al sensor de luz 15 a través de la región de referencia 11 de la cubeta 7 representa el valor de intensidad de referencia lü de la luz. Esto puede utilizarse, junto con la intensidad medida de la luz que ha pasado a través de los hematíes
de la muestra, para determinar la absorbancia para una longitud de onda de luz particular, de acuerdo con la ecuación expuesta anteriormente.
En otras realizaciones, el lector experto apreciará que la intensidad de la luz medida procedente de las fuentes de luz 14 que llega al sensor de luz 15 a través de una región de referencia en una ubicación diferente del portamuestras 18 puede representar el valor de intensidad de referencia lü de la luz. Esto puede utilizarse, junto con la intensidad medida de la luz que ha pasado a través de los hematíes de la muestra, para determinar la absorbancia para una longitud de onda de luz particular, de acuerdo con la ecuación expuesta anteriormente. En los métodos de la técnica anterior, para determinar la concentración total de hemoglobina en una muestra, normalmente los hematíes tenían que estar distribuidos uniformemente por toda la muestra. La atenuación de la luz a través de la muestra o parte de ella se utiliza entonces para determinar la concentración total de hemoglobina. Sin embargo, utilizando el método descrito más arriba, todos los hematíes se compactan en un punto, que comprende un volumen celular empaquetado. Por tanto, la concentración local de hemoglobina aumenta debido a que toda la hemoglobina de la muestra está contenida en el volumen celular empaquetado. Dado que sólo los hematíes están contenidos en el volumen celular empaquetado, la concentración de hemoglobina medida a partir de este volumen es la concentración de hemoglobina corpuscular media (CHCM) de la muestra. Por tanto, la atenuación de la luz en el volumen celular empaquetado está linealmente relacionada con la CHCM.
Comparando el grado de atenuación de la luz que pasa a través de la primera región 16 de la cubeta 7, con la atenuación de la luz que pasa a través de la región de referencia 11 de la cubeta 7, puede realizarse una medición directa de la CHCM.
En realizaciones preferidas de la invención, también se realiza la medición del hematocrito de la muestra. En algunos aspectos de la invención, se realiza la medición del hematocrito de la muestra mientras la muestra de sangre está dentro del mismo dispositivo que se utiliza para medir la atenuación de la luz que pasa a través de la muestra. En otras realizaciones preferidas, se puede hacer la medición de la CHCM, como se ha comentado antes, y se puede hacer la medición del hematocrito de la muestra sin retirar la cubeta (u otro dispositivo que contenga la muestra de sangre) de la centrifugadora. Las dos mediciones pueden incluso realizarse durante la misma sesión de centrifugación, es decir, la muestra puede centrifugarse y realizar las dos mediciones mientras la muestra gira, sin detener la cubeta entre las dos mediciones.
Como el lector experto apreciará, la medición del hematocrito podría hacerse proporcionando una serie alargada de fuentes de luz en un lado de la cubeta, extendiéndose a lo largo de sustancialmente toda la longitud de la cámara de muestras 8, o al menos toda la longitud de la cámara de muestras 8 en la que estará contenida la muestra de sangre 8. Se puede disponer una serie lineal de sensores de luz en el lado opuesto de la cubeta 7 de la serie de fuentes de luz. La luz procedente de las fuentes de luz puede atravesar la cámara de muestras 8 y ser recibida por la serie lineal de sensores de luz. A partir de la información recibida de la serie lineal de sensores de luz, puede deducirse la longitud de la primera porción 16 de la muestra de sangre 8, junto con la longitud de la segunda porción 17 de la muestra de sangre 8. Como comprenderá el lector experto, los hematíes serán los menos transmisivos a la radiación, seguido de otros componentes de la muestra. Las otras regiones de la cubeta (es decir, las que no contienen ninguna parte de la muestra de sangre) serán aún más transmisivas. A partir de la intensidad relativa de la luz que incide en la serie lineal de sensores de luz, pueden calcularse las longitudes de las porciones primera y segunda 16, 17 de la muestra de sangre 8.
Como alternativa a lo anterior, la medición del hematocrito de la muestra puede llevarse a cabo utilizando una o ambas de las mismas fuentes de luz 14 que se utilizan en la medición de la atenuación de la luz por los hematíes de la muestra, aunque se prefiere usar una serie separada de fuentes de luz para medir el hematocrito.
En las realizaciones de la invención, se utiliza una serie lineal de fuentes de luz en la medición del hematocrito, y las dos fuentes de luz 14 que se utilizan en la medición de la atenuación de la luz por los hematíes de la muestra se disponen a ambos lados de esta serie lineal.
La ratio entre (a) la primera longitud y (b) el total de las dos longitudes puede calcularse para obtener el hematocrito, que (como se ha mencionado antes) se define como la relación entre el volumen de los hematíes y el volumen total de la muestra de sangre.
Una vez medidos la CHCM y el hematocrito de la muestra, puede determinarse la concentración total de hemoglobina mediante la fórmula:
El lector experto apreciará que lo anterior representa un aparato y un método sencillos para determinar la hemoglobina y el hematocrito de una muestra de sangre, que puede llevarse a cabo utilizando un aparato relativamente compacto y a un coste relativamente bajo.
En la explicación anterior, se utilizan dos fuentes de luz que emiten luz a diferentes frecuencias para determinar la concentración de las dos especies principales de hemoglobina en sangre. En la práctica, pueden utilizarse casi las dos frecuencias, y la invención no se limita a las frecuencias mencionadas anteriormente. Alternativamente, puede utilizarse una fuente de luz, que preferiblemente emite luz en una longitud de onda en la que la transmisividad de las dos especies es la misma, o sustancialmente la misma (esto se conoce como punto isosbéstico). Volviendo a la figura 2, 800 nm es un ejemplo de punto isosbéstico adecuado para analizar las especies de hemoglobina en sangre.
Es probable que la medición efectiva de la atenuación en el punto isosbéstico requiera un láser o una fuente de luz filtrada de banda estrecha que esté cuidadosamente sintonizada a la frecuencia correcta. En el momento de esta redacción, es probable que la inclusión de un láser de este tipo tenga un coste prohibitivo, aumente el tamaño del dispositivo y también exija el cumplimiento de medidas de seguridad relativamente estrictas. Aunque no se descarta esta posibilidad, actualmente se prefiere utilizar LEDs como fuentes de luz.
En la explicación anterior, se muestra que la luz se emite desde las fuentes de luz 14 en una dirección que pasa a través de los hematíes de la muestra de sangre, e incide en el sensor de luz 15. En las realizaciones preferidas, sin embargo, se toman varias lecturas diferentes de la transmisividad de los hematíes. Esto puede lograrse midiendo la intensidad de la luz recibida por la fuente de luz 15 a lo largo de varias trayectorias diferentes, separadas entre sí, cada una de las cuales atraviesa los hematíes e incide en el sensor de luz. En otras palabras, una primera trayectoria de luz puede atravesar los hematíes relativamente cerca del extremo cerrado de la cámara de muestras, una segunda trayectoria de luz puede atravesar los hematíes a una distancia mayor del extremo cerrado de la cámara de muestras, y así sucesivamente.
Con referencia a la figura 3, puede verse que en cualquier configuración particular, el ángulo con el que la radiación pasará a través de los hematíes cambiará de una trayectoria a la siguiente y, por lo tanto, la longitud de la trayectoria de la radiación a través de los hematíes también cambiará. Al considerar la intensidad de la luz recibida en el sensor de luz a lo largo de las distintas trayectorias de luz, es posible compensar este fenómeno utilizando la geometría para considerar la longitud correcta de la trayectoria recorrida por la luz a través de los hematíes. Lo mismo ocurre con la trayectoria de la luz a través de una región de referencia.
Como se ha comentado antes, la iluminación de cada fuente de luz 14 puede ser emitida de una manera generalmente uniforme sobre la longitud de la cámara de muestra, en este caso, se puede medir la intensidad de la luz recibida por el sensor de luz 15 en varios lugares diferente, con cada medición correspondiente a la luz que ha discurrido a lo largo de una trayectoria diferente a través de los hematíes de la muestra. En otras realizaciones, si la luz de las fuentes de luz 14 puede ser dirigida, la luz puede ser dirigida a lo largo de una serie de trayectorias diferentes, con la intensidad de la luz recibida en el sensor de luz 15 que se mide en cada caso.
El portamuestras puede incluir una o más características de calibración o temporización, que permitan determinar la posición rotacional del portamuestras dentro del dispositivo. Por ejemplo, el portamuestras puede tener (separada radialmente de la posición de la cubeta) una serie de aberturas de tamaño, espaciado y posición conocidos. Conforme el portamuestras gira, una de las fuentes de luz del dispositivo puede iluminarse, y los sensores de luz recibirán una serie de "destellos" a medida que las características de calibración/temporización se alinean respectivamente entre la fuente de luz y el sensor de luz. El uso de características como esta para coordinar el funcionamiento del dispositivo es conocido, por lo que se comentará en detalle en este documento.
En la práctica, el dispositivo que encarna la presente invención puede comprender una caja que se puede abrir/cerrar selectivamente y que tiene un interior, en el que toda o sustancialmente toda la luz ambiente está bloqueada desde el interior cuando el recinto está en la posición cerrada. La caja puede, por ejemplo, tener generalmente la forma de una caja con una tapa.
Dentro de la caja hay un eje de accionamiento, en el que puede montarse el portamuestras, y que puede accionarse para que gire a una velocidad adecuada para la centrifugación. Se ha previsto un motor del tipo adecuado para accionar el eje de accionamiento, y preferiblemente se dispone de forma compacta dentro del dispositivo.
Preferiblemente, el dispositivo también incluye uno o más procesadores 21, que están adaptados (como se muestra en la figura 5) para dar instrucciones al motor 22 y a las diversas fuentes de luz 14 del dispositivo, y para recibir señales de los diversos sensores de luz 15. El procesador también puede manipular los datos recogidos de los sensores de luz 15 para producir valores para una o más de las CHCM, el hematocrito y la concentración de hemoglobina. El dispositivo puede incluir una pantalla 23 en la que se presentan algunos o todos estos valores.
Alternativamente, o además, el dispositivo puede incluir una salida de datos, que puede posibilitar que los datos recogidos por el dispositivo se transmitan a otro dispositivo informático. En algunas realizaciones, los datos "brutos" recogidos por el dispositivo se transmiten a uno o más dispositivos informáticos, que después calculan la CHCM, el hematocrito y/o la concentración de hemoglobina a partir de esos datos brutos.
Preferiblemente, el dispositivo también comprende una primera memoria, en la que se almacenan instrucciones para el funcionamiento de los componentes del dispositivo, y una segunda memoria, en la que pueden almacenarse los datos recogidos por el dispositivo. La primera y la segunda memoria pueden comprender diferentes regiones/porciones de la misma memoria, que puede adoptar cualquier forma adecuada.
Preferiblemente, el dispositivo también comprende una fuente de alimentación, que proporciona energía para accionar los componentes del dispositivo. La fuente de alimentación puede consistir en una o varias baterías (que pueden ser recargables) y/o una conexión a una fuente de alimentación externa, como una fuente de alimentación de red. Se prevé que el dispositivo resulte especialmente útil en lugares remotos, en los que no se disponga fácilmente de una fuente de alimentación de red o similar, por lo que se prefiere que el dispositivo pueda funcionar con baterías.
La invención se refiere al análisis de una muestra de sangre que se ha tomado de un paciente. No está previsto devolver la sangre al paciente y, preferiblemente, la muestra de sangre se destruye o se desecha tras el análisis. El análisis se realiza in vitro (es decir, ex vivo) y la muestra se aísla del paciente.
Se apreciará que la presente invención proporciona métodos simples, robustos y fiables para determinar la hemoglobina y el hematocrito de una muestra de sangre. Como apreciará el lector, en las realizaciones de la invención, se puede recoger una muestra de sangre usando una cubeta, y cargarse en un dispositivo compacto y adecuado (que puede ser lo suficientemente pequeño como para ser fácilmente manual y portátil). A continuación, el dispositivo analiza la muestra rápidamente y presenta, en una pantalla del propio dispositivo, una medición directa fiable de la concentración de hemoglobina, hematocrito y/o CHCM de la muestra. Como comprenderán los expertos en la materia, se trata de una solución sencilla para la determinación de la hemoglobina y el hematocrito en comparación con los métodos existentes.
Cuando se utiliza en esta especificación y en las reivindicaciones, los términos "comprende" y "que comprende" y sus variantes significa que se incluyen características, pasos o enteros especificados. Los términos no deben interpretarse como excluyentes de la presencia de otras características, pasos o compuestos.
La invención viene definida por las reivindicaciones.
Claims (15)
1. Un aparato para determinar la concentración de hemoglobina corpuscular media (CHCM) en una muestra de sangre total, que comprende:
un portamuestras (7) que incluye una cámara de muestras alargada (8) que tiene un extremo abierto (9) y un extremo cerrado (10); un elemento de sujeción (18) adaptado para recibir y retener el portamuestras (7), donde el elemento de sujeción (18) está configurado para girar alrededor de un eje de rotación, y que cuando el portamuestras (7) es recibido y retenido por el elemento de sujeción (18) la cámara de muestras (8) es sustancialmente perpendicular al eje de rotación;
una primera y una segunda fuente de luz (14) dispuestas en un lado del portamuestras (7), configuradas para emitir luz en respectivas frecuencias diferentes, que corresponden a regiones del espectro en las que la absorción de la hemoglobina reducida (RHb) y la hemoglobina oxigenada (HbO2) varía significativamente; y
al menos un sensor de luz (15) dispuesto en un segundo lado del portamuestras (7), opuesto al primer lado, de modo que la luz procedente de cada una de la primera y segunda fuentes de luz (14) puede pasar a través de la cámara de muestras (8), en al menos una posición de rotación del portamuestras (7), e incidir en al menos un sensor de luz (15), para posibilitar la determinación de la absorción de luz por las especies de RHb y HbO2.
2. El aparato conforme a la reivindicación 1, donde la luz puede ser emitida desde cada una de la primera y segunda fuentes de luz (14), discurrir a lo largo de una trayectoria que no pasa a través de la cámara de muestra (8), e incidir al menos en un sensor de luz (15), y preferiblemente donde el elemento de sujeción (18) tiene una abertura o ventana formada a su través, separada del portamuestras (7), a través del cual la luz puede discurrir.
3. El aparato conforme a la reivindicación 2, donde la luz puede discurrir a lo largo de una trayectoria que no atraviesa una región anular definida por la rotación de la cámara de muestras (8) alrededor del eje de rotación, e incidir sobre al menos un sensor de luz (15), y, preferentemente, donde el portamuestras (7) está formado, al menos principalmente, de un material que es transmisivo a la luz emitida por la primera y segunda fuentes de luz (14), y donde la luz puede discurrir a través de una región del portamuestras (7), separada de la cámara de muestras (8), que comprende una o más capas del material.
4. El aparato conforme a cualquier reivindicación precedente, donde al menos un sensor de luz (15) comprende una serie alargada de sensores de luz (15), y preferiblemente donde, en al menos una orientación rotacional del portamuestras (7), la serie alargada de sensores de luz (15) está al menos sustancialmente alineada con la cámara de muestras (8).
5. El aparato conforme a cualquier reivindicación anterior, que comprende al menos otra fuente de luz, dispuesta y adaptada para emitir luz que puede pasar a través de la cámara de muestras (8) y ser recibida por al menos un primer sensor de luz (15) o por uno o más sensores de luz adicionales, para determinar la longitud de la cámara de muestras (8) que está ocupada por hematíes, y la longitud de la cámara de muestras (8) que está ocupada por otros componentes sanguíneos.
6. El aparato conforme a la reivindicación 5, donde al menos una fuente de luz adicional comprende una serie alargada de fuentes de luz (14), y preferiblemente donde, al menos una orientación rotacional del portamuestras (7), la serie alargada de fuentes de luz (14) está al menos sustancialmente alineada con la cámara de muestras (8), y más preferiblemente, cuando al menos una fuente de luz adicional comprende una serie alargada de fuentes de luz (14), donde la serie alargada de sensores de luz (15) está sustancialmente alineada con la serie alargada de fuentes de luz (14).
7. El aparato conforme a cualquier reivindicación precedente, comprende una caja que está cerrada o sustancialmente cerrada para que la luz ambiente no pueda entrar en el interior de la caja, y donde la primera y segunda fuentes de luz (14) y al menos un sensor de luz (15) están dispuestos dentro de la caja.
8. El aparato conforme a cualquier reivindicación precedente, comprende además un motor (22) adaptado para accionar el elemento de sujeción (18) alrededor del eje de rotación.
9. El aparato conforme a cualquier reivindicación precedente, comprende además al menos un procesador (21) que está adaptado para recibir señales de, y proporcionar instrucciones a, la primera y segunda fuentes de luz (14) y al menos a un sensor de luz (15).
10. El aparato conforme a cualquier reivindicación anterior, que comprende además un procesador (21) operable para recibir señales de salida del al menos un sensor de luz (15), y calcular la concentración de hemoglobina corpuscular media (CMCH) de los hematíes de la muestra de sangre a partir de las señales de salida, y preferiblemente donde el procesador (21) puede calcular el hematocrito de la muestra de sangre a partir de las señales de salida, y más preferiblemente donde el procesador (21) puede calcular la concentración de hemoglobina de la muestra de sangre de la CHCM y el hematocrito de la misma.
11. El aparato conforme a la reivindicación 10, donde el dispositivo comprende además un dispositivo de salida (23) es operable para producir la CHCM, el hematocrito o la concentración de hemoglobina de la muestra de sangre, y preferentemente donde el dispositivo de salida (23) comprende una pantalla.
12. Un método para determinar la concentración de hemoglobina corpuscular media (CHCM) en una muestra de sangre total, que comprende:
proporcionar un portamuestras (7);
Introducir una muestra de sangre en el portamuestras (7);
montar el portamuestras (7) en un elemento de sujeción (18);
hacer girar el elemento de sujeción (18) alrededor de un eje de rotación, de manera que la cámara de muestras (8) queda sustancialmente dispuesta perpendicular al eje de rotación;
proporcionar una primera y una segunda fuente de luz (14) en un primer lado de la cámara de muestras (8); disponer al menos un primer sensor de luz (15) en un segundo lado de la cámara de muestras (8), opuesto al primer lado;
emitir luz desde la primera y la segunda fuente de luz (14) a frecuencias diferentes respectivas, que corresponden a regiones del espectro en las que la absorción de la hemoglobina reducida (RHb) y la hemoglobina oxigenada (HbO2) varían significativamente, de manera que la luz pasa a través de la cámara de muestras (8) y es detectada por al menos un primer sensor de luz (15);
determinar por separado la atenuación de la luz que pasa a través de las especies RHb y HbO2 en la cámara de muestras (8), midiendo la atenuación de la luz emitida por la primera y la segunda fuente de luz (14), y determinar así la concentración de hemoglobina corpuscular media (CHCM) de los hematíes de la muestra de sangre.
13. Un método conforme a la reivindicación 12, que comprende además el paso de multiplicar la CHCM determinada por el hematocrito de la muestra de sangre para determinar la concentración de hemoglobina total de la muestra de sangre, donde el hematocrito comprende la relación entre el volumen de los hematíes de la muestra de sangre, durante la centrifugación, y el volumen total de la muestra de sangre, y preferiblemente donde el método comprende además el paso de medir el hematocrito de la muestra de sangre mientras la muestra de sangre está montada en el elemento de sujeción (18).
14. Un método conforme a la reivindicación 12 o 13, donde los pasos del método se realizan usando un dispositivo que comprende el elemento de sujeción (18), la primera fuente de luz (14) y el primer sensor de luz (15), y donde el dispositivo comprende además un procesador (21) que es operable para calcular la CHCM y opcionalmente también el hematocrito y/o la concentración de hemoglobina de la muestra de sangre a partir de las señales de salida recibidas del primer sensor de luz (15), y preferiblemente donde el dispositivo comprende además un dispositivo de salida (23) que está configurado para producir la CHCM calculada, y opcionalmente también el hematocrito y/o la concentración de hemoglobina de la muestra de sangre, y preferiblemente donde el dispositivo de salida (23) comprende una pantalla.
15. Un método conforme a cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, donde el paso de emitir luz desde al menos una primera fuente de luz (14) de manera que la luz pasa a través de la cámara de muestras (8) y es detectada por al menos un primer sensor de luz (15) se realiza mientras el elemento de sujeción (18) gira alrededor del eje de rotación.
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