JP2021522502A - ヘモグロビン濃度を決定するための方法及び装置 - Google Patents

ヘモグロビン濃度を決定するための方法及び装置 Download PDF

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Abstract

全血サンプル中の平均赤血球ヘモグロビン濃度（MCHC）を測定するための装置であって、開口端と閉口端を有する細長いサンプルチャンバを含むサンプルホルダーと、保持部材が回転軸の周りを回転してもよく、サンプルホルダーが保持部材によって受け取られ保持されるとき、サンプルチャンバが回転軸に対して実質的に垂直であり、サンプルホルダーを受け取り保持するように適合された保持部材と、サンプルホルダーの一方の側に配置され、それぞれ異なる周波数で光を照出するように構成された第１及び第２の光源と、光源からの光が、サンプルホルダーの少なくとも１つの回転位置において、サンプルチャンバを通過してもよく、少なくとも１つの光センサに衝突するように、第１の面とは反対側のサンプルホルダーの第２の面に配置された少なくとも１つの光センサを含む装置である。

Description

本発明は、血液サンプル中の平均赤血球ヘモグロビン濃度、ヘマトクリット値、及びヘモグロビン濃度の一部又はすべてを決定するための方法及び装置に関する。
多くの臨床的及び／又は診断目的のために、被験者からの血液サンプル中のヘモグロビン及びヘマトクリットの濃度を決定する必要がある。しかしながら、単一のサンプルからのヘモグロビンとヘマトクリットの両方の濃度の測定は、複雑な機器や時間のかかる技術がなければ困難な場合がある。その結果、多くのポイントオブケア機器はヘモグロビン又はヘマトクリットを測定し、もう一方を計算する。
これは、「３のルール」、つまり１０００×Ｈｃｔ＝３×Ｈｂを使用して実行できる。ここで、Ｈｂはヘモグロビン濃度を表し、Ｈｃｔはヘマトクリット値を表す。このような関係は、平均赤血球ヘモグロビン濃度がすべてのサンプルで固定されている、つまりＭＣＨＣ×Ｈｃｔ＝Ｈｂであるという仮定に基づいて確立されている。しかしながら、「３のルール」は概算であり、多くの臨床例では顕著に不正確となりえる。
本発明の目的は、特に開業医が遠隔地の患者を診断又は治療する場合など、実験装置にアクセスできない状況において、ヘモグロビン及びヘマトクリットの信頼できる決定を行うことができる容易さを高めることである。
したがって、本発明の一態様は、全血サンプル中の平均赤血球ヘモグロビン濃度（ＭＣＨＣ）を決定するための装置を提供し、開口端と閉口端を有する細長いサンプルチャンバを含むサンプルホルダーと、保持部材が回転軸の周りを回転してもよく、サンプルホルダーが保持部材によって受け取られ保持されるとき、サンプルチャンバが回転軸に対して実質的に垂直であり、サンプルホルダーを受け取り保持するように適合された保持部材と、サンプルホルダーの一方の側に配置され、それぞれ異なる周波数で光を照出するように構成された第１及び第２の光源と、光源からの光が、サンプルホルダーの少なくとも１つの回転位置において、サンプルチャンバを通過してもよく、少なくとも１つの光センサに衝突するように、第１の面とは反対側のサンプルホルダーの第２の面に配置された少なくとも１つの光センサと、を含む。
有利には、光が、第１及び第２の光源のそれぞれから照出され、サンプルチャンバを通過しない経路に沿って移動し、少なくとも１つの光ホルダーに衝突してもよい。
好ましくは、保持部材は、サンプルホルダーから離間して、それを通して形成された開口又は窓を有し、それを通って光が通過することができる。
好都合には、光は、回転軸の周りのサンプルチャンバの回転によって定義される環状領域を通過せず、少なくとも１つの光ホルダーに衝突する経路に沿って移動することができる。
有利には、サンプルホルダーは、第１及び第２の光源によって放射される光に対して透過性を有する材料から少なくとも主に形成されており、光は、そのサンプルチャンバから離間してサンプルホルダーの領域を通過してもよく、材料の１つ以上の層を含む。
好ましくは、少なくとも１つの光センサは、細長い配列の光センサを含む。
好都合には、サンプルホルダーの少なくとも１つの回転方向において、光センサの細長い配列は、サンプルチャンバに少なくとも実質的に整列している。
有利には、装置は、サンプルチャンバを通過し、少なくとも１つの第１の光センサ又は１つ以上の代替光センサのいずれかによって受光され、赤血球によって占有されるサンプルチャンバの長さ、及び他の血液成分によって占有されるサンプルチャンバの長さを決定するために、位置決めされ、かつ、サンプルチャンバを通過してもよい光を照出するように適合された少なくとも１つの光源をさらに含む。
好ましくは、少なくとも１つのさらなる光源は、細長い配列の光源からなる。
好都合には、サンプルホルダーの少なくとも１つの回転方向において、光センサの細長い配列は、サンプルチャンバに少なくとも実質的に整列している。
有利には、光センサの細長い配列は、光源の細長い配列に実質的に整列している。
好ましくは、装置は、周囲光がエンクロージャの内部に入らないように囲まれた、又は実質的に囲まれたエンクロージャを含み、第１及び第２の光源及び少なくとも１つの光センサがエンクロージャ内に配置されている。
好都合には、装置は、さらに回転軸を中心に回転を駆動するように適合されたモーターを含む。
有利には、装置はさらに、第１及び第２の光源及び少なくとも１つの光センサからの信号を受信し、第１及び第２の光源及び少なくとも１つの光センサに命令を提供するように適合された少なくとも１つのプロセッサを含む。
好ましくは、装置は、少なくとも１つの光センサからの出力信号を受信するために操作可能なプロセッサをさらに含み、出力信号から血液サンプルの赤血球ヘモグロビンの平均赤血球濃度（ＭＣＨＣ）を計算する。
好都合には、プロセッサは、出力信号から血液サンプルのヘマトクリット値を計算するように動作可能である。
有利には、プロセッサは、ＭＣＨＣ及びそのヘマトクリットから血液サンプルのヘモグロビン濃度を計算するように動作可能である。
好ましくは、この装置は、血液サンプルのＭＣＨＣ、ヘマトクリット値、又はヘモグロビン濃度を出力するように動作可能な出力装置をさらに含む。
好都合には、出力装置はスクリーンを含む。
本発明の別の側面は、サンプルホルダーを提供する血液サンプルをサンプルホルダーに導入するステップと、サンプルホルダーを保持部材に取り付けるステップと、サンプルチャンバが回転軸に対して実質的に垂直に配置されるように、保持部材を回転軸について回転させるステップと、サンプルチャンバの第１の側に少なくとも１つの第１の光源を提供するステップと、サンプルチャンバの第１の側とは反対側の第２の側に少なくとも１つの第１の光センサを提供するステップと、光がサンプルチャンバを通過し、少なくとも１つの第１の光センサによって検出されるように、少なくとも１つの第１の光源から光を照出するステップと、サンプルチャンバを通過する光の減衰を決定し、それによって血液サンプルの赤血球の平均赤血球ヘモグロビン濃度（ＭＣＨＣ）を決定するステップと、を含む血液サンプルの赤血球の平均赤血球ヘモグロビン濃度（ＭＣＨＣ）を決定する方法を提供する。
有利には、方法はさらに、決定されたＭＣＨＣを血液サンプルのヘマトクリットに乗算して、血液サンプルの総ヘモグロビン濃度を決定するステップをさらに含み、ヘマトクリットは、血液サンプルの総体積に対する遠心分離中の血液サンプルの赤血球の体積の比を含む。
好ましくは、方法は、血液サンプルが保持部材に取り付けられている間に、血液サンプルのヘマトクリットを測定するステップをさらに含む。
好都合には、方法のステップが、保持部材、第１の光源及び第１の光センサからなる装置を使用して実行され、装置はさらに、第１の光センサから受信した出力信号から血液サンプルのＭＣＨＣＣ、ヘマトクリット及び／又はヘモグロビン濃度を計算するように動作可能なプロセッサをさらに含む。
有利には、装置はさらに、血液サンプルの計算されたＭＣＨＣ、ヘマトクリット及び／又はヘモグロビン濃度を出力するように構成された出力装置をさらに含む。
好ましくは、出力装置はスクリーンを含む。
好都合には、保持部材が回転軸について回転している間に、光がサンプルチャンバを通過して、少なくとも１つの第１の光センサによって検出されるように、少なくとも１つの第１の光源から光を照射するステップが実行される。
本発明は、実施形態の以下の説明を添付の図面を参照して読むことにより、よりよく理解されるであろう。
図１ａ及び図１ｂは、それぞれ遠心分離前及び遠心分離後の血液サンプルを模式的に示す。 ヘモグロビンの２つの主要な種による異なる波長の光の吸収のグラフを示す。 本発明を具現化した装置の一部を示す図である。 本発明を具現化した装置の一部を示す図である。 本発明を具体化した装置の一部を示す概略図である。
本発明の実施形態では、平均赤血球ヘモグロビン濃度（ＭＣＨＣ）の直接測定が行われる。血液サンプルの場合、ＭＣＨＣは赤血球そのものに含まれるヘモグロビンの濃度を示す指標となる。ＭＣＨＣは、先行技術の方法では、直接測定されるのではなく、以下の式に従って、ヘモグロビン濃度及びヘマトクリット（他の技術によって直接測定されているであろう）の測定から導き出される。
Figure 2021522502
ＭＣＨＣを直接測定するために、本発明の実施形態では、血液サンプルは、赤血球が血液サンプルの他の成分から分離されるように、最初に遠心分離される。当業者は気付くであろうが、これを達成する便利な方法は、サンプルチャンバを含むキュベットを使用して血液のサンプルを採取することである。次に、サンプルチャンバの長手方向の軸が、キュベットが回転する回転軸と一致するように、キュベットを遠心分離機に装填することができる。その後、キュベットを遠心分離し、赤血球（血液の他の成分よりも著しく高密度である）は、回転軸から最も遠いサンプルチャンバの端に集まり、一緒に圧縮される。
図１ａ及び図１ｂは、サンプルチャンバ１内の血液サンプルの概略図であり、これは、一般的に細長い長方形であることが示されている。本発明の好ましい実施形態では、分析されるサンプルは全血サンプルであるが、これは必須ではない。図１Ａにおいて、血液サンプルはまだ遠心分離されておらず、赤血球を含む血液の成分はサンプル全体に概ね均一に分布している。
回転軸２の周りの遠心分離に続いて、血液サンプルは、回転軸から最も遠いサンプルチャンバ１の容積４に圧縮された赤血球３と、回転軸２に近い第２の容積５に圧縮された血液サンプルの残りの成分（すなわち血漿）とからなる２つの異なる相に分離している。
その後、修正されたＢｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔの法則が、血液サンプルのＭＣＨＣの決定に使用される。背景として、修正されたＢｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔの法則は、材料の特性に光の減衰に関連する。ここでは、光の減衰と物質の濃度を関連付ける形で使用する。修正されたＢｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔの法則を適用するためには、検査される物質についていくつかの仮定があることに留意すべきである。また、Ｂｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔの法則では考慮されていない散乱を説明するために、修正されたＢｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔの法則がここで使用されていることにも注意すべきである。単一物質の場合、この関係は次のように書かれている。
Figure 2021522502
ここで、Ａは吸収率、∈はモル吸光係数、ｃは物質の濃度、ｌは光の経路の長さ、Ｄは差動経路係数、Ｇは独立した散乱・吸収係数である。吸光度は光の強さで書き換えると次のようになる。
Figure 2021522502
ここで、Ｉ０は基準強度値（通常、サンプルが存在しない状態でセットアップを透過した光の強度）であり、Ｉはサンプルが存在する状態で実際にセットアップを透過した光の強度である。サンプル中に複数の光学活性物質（N種類の物質）がある場合、これは一般的な式に変換される。
Figure 2021522502
したがって、ある波長での全吸収は、光の経路に沿って存在するすべての物質に関係している。
血液中のヘモグロビンには、少なくともいくつかの酸素を運ぶ酸素化ヘモグロビン（ＨｂＯ２）と、酸素を運ばない還元型ヘモグロビン（ＲＨｂ）の２つの主な種類がある。この２つの種を合わせると、血液サンプル中の総ヘモグロビンのすべて、又はほぼすべてを構成している。この２つの種は、図２に示すように吸収スペクトルが異なる。
血液サンプル中のヘモグロビンの濃度を決定するために、光がサンプルを通過する際の１つ以上の選択された波長の光の吸収を測定することができる。ＲＨｂとＨｂＯ２の濃度を別々に決定するために、その波長の吸収がＲＨｂとＨｂＯ２で大きく異なるスペクトルの部分に対応する波長を選択する。図２を参照すると、６６０ｎｍ（赤）と９４０ｎｍ（近赤外）は、ＲＨｂとＨｂＯ２の吸収が大きく異なる領域に対応していることがわかる。さらに、これらの領域では、スペクトル線は比較的「平坦」（すなわち、波長の小さな変化に対して比較的不変）であり、両方の理由から、スペクトルのこれらの領域は、ＲＨｂとＨｂＯ２の両方の種による光吸収を決定することを可能にする測定を提供するのに有効である。
当業者は、これが、人の体の一部、例えば人の指先を透過する光を測定することを含むパルスオキシメトリ（コオキシメトリ）で使用される技術と特定の点で類似していることを理解するであろう。
上述したように、２つの異なる波長を用いることで、血液中の２つの主要なヘモグロビン種を区別することができる。
ヘモグロビンの総濃度は、次のように表すことができる。
Figure 2021522502
Ｂｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔの法則の観点からは、これは次のように解釈される。
Figure 2021522502
ここで、Ｏ及びＲの添え字はそれぞれＨｂＯ２及びＲＨｂに関連する定数を示し、１及び２は２つの波長を示す。ＣＯとＣＲをそれぞれ解くと、次のようになる。
Figure 2021522502
したがって、この方法を効果的に行うためには、定数∈Ｏ１、∈Ｏ２、∈Ｒ１及び∈Ｒ２を正確に決定する必要がある。単一帯域幅又は狭帯域幅の光源に対し、これは、図２の吸収曲線を使用できるので相対的に容易である。しかしながら、実際にはブロードバンドＬＥＤは、装置のコストとスペースの要件を抑えるために使用する必要がある。定数ｌ１、ｌ２、Ｄ１、Ｄ２、及びＧもまた決定する必要があるが、一般的には設定の特性が使用される。
ＬＥＤ光源の定数を決定するためには、広いスペクトルを平均化して1つの消光係数にすることができると仮定して、経験的な研究を行う必要がある。これは通常、多変量解析によって行われ、当業者は、これがどのようにして達成され得るかを容易に理解するであろう。
図３及び４は、本発明を実施するのに適した装置の特徴を示す。上述したように、血液サンプル６は、細長いサンプルチャンバ８を含むキュベット７に装填される。サンプルチャンバ８は、血液サンプルが最初に導入される開口端９と閉口端１０とを有する。示された例では、サンプルチャンバ８は、その長さに沿って一般的に長方形の断面形状を有しているが、他の断面形状も可能である（ただし、以下の議論から明らかになるように、サンプルチャンバ８の断面サイズ及び形状は、その長さのすべてに沿って、又は実質的にすべてに沿って同じままであることが好ましい）。閉口端１０に隣接して、キュベットの基準領域１１が設けられており、これは、キュベット７の深さ全体が、単一で一体的な比較的透過性材料から形成されている領域を構成している。好ましい実施形態では、キュベットは、比較的透過性のガラス又はプラスチック材料から形成され、キュベット７の基準領域１１は、この時点でキュベット７の深さ全体を占めるこの材料の一体的で切れ目のない領域から構成される。
図３に示された実施形態では、キュベットは、開口端９からサンプルチャンバ８の閉口端１０に向かって通過し、サンプルチャンバ８の閉口端１０を越えてキュベット７自体の第２の端１２に到達する長さを有する。本実施例のキュベット７の基準領域１１は、キュベット７が形成されている材料の固体の一体的な領域からなり、サンプルチャンバ８の閉口端１０とキュベット７自体の第２の端部１２との間の少なくともある方法で延びている。
好ましい実施形態では、キュベットは、キュベット７が遠心分離を受ける間、安定した方法でキュベット７を受け取り、保持するように適合されたサンプルホルダー１８に装填される。サンプルホルダー１８は、遠心分離機の中央駆動軸に取り付けられるように適合された中央開口部を有する一般的な円盤状の部品の形をしていてもよい。サンプルホルダー１８は、サンプルチャンバ８の領域において、サンプルホルダー１８が回転軸１３と一般的に平行な方向にサンプルチャンバ８を通過する光に対して光学的な障害物を提示しないように、少なくともサンプルチャンバ８と整列している開口部１９を含む。
いくつかの実施形態では、開口部１９は、キュベット７の全体が開口部１９に取り付けられるように、キュベット７自体とほぼ同じ大きさ及び形状であってもよい。
本発明の実施形態では、基準領域は、キュベット７ではなくサンプルホルダー１８内に設けられ、例えば、キュベット７が保持されている位置から半径方向に離間した位置でサンプルホルダー１８の深さを通る窓又は開口部を含んでもよい。
血液サンプル８がキュベット７のサンプルチャンバ６内に導入されると、キュベット７は遠心分離機に装填される（好ましくは、上述したように、遠心分離機のサンプルホルダー１８内に装着されることによって）。遠心分離機は回転軸１３を有しており、キュベット７は、サンプルチャンバ６がその長さが回転軸１３に対して概ね垂直な状態で配置されるように導入される。サンプルチャンバ６の開口端９は回転軸１３に最も近くにあり、サンプルチャンバ６の閉口端１０は回転軸１３から最も遠い。
２つの光源１４は、キュベット７の一方の側に配置されている（図３に示す向きでは、光源１４はキュベット７の上方に配置されている）。この実施形態では、光源１４の一方は、６６０ｎｍの領域で、又は６６０ｎｍの領域で放射線を放射するように構成され、光源１４の他方は、９４０ｎｍの領域で、又は９４０ｎｍの領域で放射線を放射するように構成されている。２つの光源１４は、好ましくは近接して提供される。好ましい実施形態では、２つの光源１４は、サンプルチャンバの長さに関して同じ位置、すなわち横並びに、実質的に同じ位置に提供される。
キュベット７の反対側（図３に示す向きでキュベット７の下側）に配置された１つ以上の光センサが設けられている。光センサは、光源１４から発せられた光を検出するように構成されている。
図３に示す実施形態では、線状光センサ１５が設けられており、光源１４に概ね対向して配置され、線状光センサ１５の長手方向軸が回転軸から概ね離れて延びるように配置されている。線状光センサ１５は、軸に沿って配置された複数の個別光センサを有しており、例えば細長いＣＣＤで構成されていてもよい。
全体的な構成要素の配置は、遠心分離機の回転軸１３を中心としたキュベット７の回転における少なくとも１点において、各光源１４からの光１９が出射され、キュベット７のサンプルチャンバ８を通過し、線状光センサ１５の少なくとも一部で受光されてもよいように配置されている。
また、キュベット７の回転の少なくとも１つの点では、光２０が光源１４の各々から出射され、キュベット７の基準領域１１を通過し、光センサ１５の領域によって受光されてもよいように、構成要素が配置されている。他の実施形態では、各光源によって照出された光は、サンプルホルダー１８の異なる部分の基準領域を通過してもよい。
本発明を実施化する方法では、血液サンプルの赤血球が、その閉口端１０に最も近いサンプルチャンバ８の第１の領域１６に安定した方法で圧縮されるまで、キュベット７を回転軸１３の周りに回転させる。血液の残りの成分（すなわち血漿）は、その開口端９に最も近いサンプルチャンバ８の第２の領域１７に蓄積される。
サンプルチャンバ８が光源１４と光センサ１５との間に整列されているとき、光源１４の各々からの光は、サンプルチャンバ８の第１の領域１６を通過して光センサ１５に衝突するような方向に放射される。光センサ１５からの信号は、光センサ１５に到達した光源１４からの光の強度を決定することを可能にする。
好ましい実施形態では、光源１４は、キュベット７の任意の特定の回転において、１つの光源からの光のみが照出されるように、順次点灯される。これにより、光センサ１５によって受光された各読取値は、キュベット７を透過した特定の既知の波長の光に対応するものとして決定される。
さらに、キュベット７の少なくとも１つの回転の間に、光源の各々からの光が照出され、キュベット７の基準領域１１を通過し、光センサ１５に衝突する。他の実施形態では、キュベット７の少なくとも１つの回転の間に、各光源からの光が照出され、サンプルホルダー１８の異なる部分の基準領域を通過し、光センサ１５に衝突する。
本発明の実施形態では、光源１４からの光は「指向性」を持たず、サンプルチャンバ８の第１の領域１６を通過して光センサ１５に衝突する少なくとも第１の方向に放射され、キュベット７の基準領域１１を通過して光センサ１５に衝突する第２の方向に放射される。
しかしながら、他の実施形態では、光源１４からの光は、第１の構成において、各光源１４が、サンプルチャンバ８の第１の領域１６を通過して光センサ１５に衝突する第１の方向と、キュベット７の参照領域１１を通過して光センサ１５に衝突する別個の第２の方向とに照明光を放射するように向けてもよい。
本発明の他の実施形態では、光源１４からの光は、「指向性」を持たず、サンプルチャンバ６の第１の領域１６を通過して光センサ１５に衝突する少なくとも第１の方向と、サンプルホルダー１８上の別の位置の参照領域を通過して光センサ１５に衝突する第２の方向とに出射される。
当業者であれば理解するであろうが、キュベット７の基準領域１１を通って光センサ１５に到達する光源１４からの光の測定された強度は、光の基準強度値Ｉ０を表す。これは、サンプルの赤血球を通過した光の測定された強度とともに、上述の式に従って、特定の波長の光に対する吸光度を決定するために使用することができる。
他の実施形態では、当業者は、サンプルホルダー１８上の異なる位置の基準領域を通って光センサ１５に到達する光源１４からの光の測定された強度が、光の基準強度値Ｉ０を表すことができることを理解するであろう。これは、サンプルの赤血球を通過した光の測定された強度とともに、上述の式に従って、特定の波長の光に対する吸光度を決定するために使用することができる。
先行技術の方法では、サンプル中の総ヘモグロビン濃度を決定するためには、典型的には、赤血球がサンプル全体に均一に分布していなければならない。次いで、サンプル又はサンプルの一部を通る光の減衰が、総ヘモグロビン濃度を決定するために使用される。しかしながら、上述の方法を使用すると、赤血球のすべてが一箇所に圧縮されており、これはパックされた細胞体積を構成している。したがって、サンプル中のヘモグロビンの全てがパックされた細胞体積内に含まれているため、局所的なヘモグロビン濃度が上昇する。赤血球のみがパックセル体積内に含まれているため、この体積から測定されるヘモグロビン濃度は、サンプルの平均赤血球ヘモグロビン濃度（ＭＣＨＣ）となる。したがって、パックセル体積内の光の減衰量はMCHCに直線的に関係している。
キュベット７の第１の領域１６を通過する光の減衰の程度を、キュベット７の基準領域１１を通過する光の減衰と比較することにより、ＭＣＨＣの直接測定を行うことができる。
本発明の好ましい実施形態では、サンプルのヘマトクリットの測定も行われる。本発明の側面において、サンプルのヘマトクリットの測定は、血液サンプルがサンプルを通過する光の減衰を測定するために使用されるのと同じ装置内にある間に行われる。さらなる好ましい実施形態では、上述したように、ＭＣＨＣの測定は、遠心分離機からキュベット（又は血液サンプルを保持する他の装置）を取り外すことなく、サンプルのヘマトクリットの測定を行うことができる。２つの測定は、遠心分離の同じセッション中に行うこともできる。すなわち、サンプルを遠心分離し、２つの測定の間にキュベットを停止させることなく、サンプルが回転している間に２つの測定を行うことができる。
当業者であれば理解するであろうが、ヘマトクリットの測定は、サンプルチャンバ８の長さの実質的に全体に沿って延びる、又は血液サンプル８が含まれるであろうサンプルチャンバ８の長さの少なくとも全てに沿って延びる、キュベットの一方の側に光源の細長い配列を提供することによって行われ得る。光センサの直線状の配列は、光源の配列からキュベット７の反対側に配置されてもよい。光源からの光は、サンプルチャンバ８を通過して、直線状に配列された光センサによって受光されてもよい。光センサの直線状の配列から受信した情報から、血液サンプル８の第１の部分１６の長さが、血液サンプル８の第２の部分１７の長さとともに導出されてもよい。当業者であれば理解するであろうが、赤血球は放射線の透過性が最も低く、血液の他の成分がそれに続く。キュベットの他の領域（血液サンプルの一部が含まれていない領域）は、さらに透過性が高くなる。光センサの直線状の配列に衝突する光の相対的な強度から、血液サンプル８の第１及び第２の部分１６，１７の長さが計算されてもよい。
上記の代替として、サンプルのヘマトクリットの測定は、サンプル中の赤血球による光の減衰の測定に使用される同じ光源１４の一方又は両方を使用して行われてもよいが、ヘマトクリットを測定するために別個の光源配列が使用されることが好ましい。
本発明の実施形態では、ヘマトクリットの測定には光源の直線状の配列が使用され、サンプル中の赤血球による光の減衰の測定に使用される２つの光源１４は、この直線状の配列の両側に配置される。
次に、（ａ）第１の長さと（ｂ）２つの長さの合計との間の比を計算して、（上述したように）血液サンプルの総体積に対する赤血球の体積の比として定義されるヘマトクリットを与えることができる。
ＭＣＨＣとサンプルのヘマトクリットが測定されると、式を使用して、総ヘモグロビン濃度を決定することができる
Figure 2021522502
当業者は、上記が、比較的コンパクトな装置を使用して比較的低コストで実施できる、血液サンプルのヘモグロビン及びヘマトクリットを決定するための簡単な装置及び方法を表していることを理解するであろう。
上述の議論では、異なる周波数で光を発する２つの光源が、血液中の２つの主要なヘモグロビン種の濃度を決定するために使用される。実際には、ほぼ任意の２つの周波数が使用されてもよく、本発明は上記で議論された周波数に限定されない。別法として、１つの光源を使用してもよく、好ましくは、２つの種の透過率が同じか、実質的に同じである波長で発光する（これは、等辺点として知られている）。図２に戻るが、８００ｎｍは血液中のヘモグロビン種の分析に適した等辺点の一例である。
アイソスベスティックポイントでの減衰量を効果的に測定するためには、レーザーや、適切な周波数に慎重に調整された狭帯域フィルタリング光源が必要となる可能性が高い。執筆時点では、この種のレーザーを含めることは法外に高価であり、装置のサイズが大きくなり、また、比較的厳しい安全対策を遵守する必要があると思われる。その可能性も否定できないが、現在では光源としてＬＥＤを使用することが好まれている。
上述の議論では、光は、血液サンプルの赤血球を通過する方向に光源１４から放射され、光センサ１５に衝突するように示されている。しかし、好ましい実施形態では、赤血球の透過率のいくつかの異なる読み取りが行われる。これは、複数の異なる、間隔をあけて配置された多数の経路に沿って光源１５によって受光された光の強度を測定することによって達成されてもよく、それぞれの経路は赤血球を通過し、光センサに衝突する。言い換えれば、第１の光の経路は、サンプルチャンバの閉口端に比較的近い赤血球を通過してもよく、第２の光の経路は、サンプルチャンバの閉口端からより大きな距離で赤血球を通過してもよい。
図３を参照すると、どのような特定のセットアップにおいても、放射線が血球を通過する角度は、１つの光の経路から次の光の経路へと変化し、したがって、赤血球を通過する放射線の経路長も変化することがわかる。様々な光の経路に沿って光センサで受光する光の強度を考慮する場合、これは、幾何学を使用して、光が通過した赤血球を通る正しい経路の長さを考慮することによって補正することができる。基準領域を通る光の経路についても同様である。
上述したように、各光源１４からの照明は、サンプルチャンバの長さにわたって一般的に均一な方法で放射されてもよく、この場合、いくつかの異なる位置で光センサ１５によって受光された光の強度が測定されてもよく、各測定は、サンプルの赤血球を通る異なる経路に沿って移動した光に対応している。他の実施形態では、光源１４からの光が指向されてもよく、光センサ１５で受光された光の強度がそれぞれの場合に測定されるように、光は多数の異なる経路に沿って指向されてもよい。
サンプルホルダーは、装置内のサンプルホルダーの回転位置を決定することを可能にする１つ以上の較正又はタイミング機能を含んでいてもよい。例えば、サンプルホルダーは、（キュベットの位置から半径方向に離間して）既知のサイズ、間隔及び位置の一連の開口部を有していてもよい。サンプルホルダーが回転すると、装置の光源の１つが照明されてもよく、光センサは、較正／タイミング機能がそれぞれ光源と光センサの間で整列されるように、いくつかの「閃光」を受ける。装置の動作を調整するためにこのような機能を使用することは知られており、ここでは詳細には論じられない。
実際には、本発明を実施化する装置は、内部を有する選択的に開閉可能なエンクロージャを構成してもよく、このエンクロージャは、エンクロージャが閉位置にあるときに、すべて又は実質的にすべての周囲光が内部から遮断される。エンクロージャは、例えば、一般的に、蓋を有する箱の形態をとることができる。
エンクロージャ内にはドライブシャフトがあり、これにサンプルホルダーが取り付けられ、遠心分離のために適切な速度で回転するように駆動される。駆動軸を駆動するために適当な種類のモーターが提供され、好ましくは装置内にコンパクトに配置される。
好ましくは、装置はまた、モーター２２及び装置の様々な光源１４に命令を提供し、様々な光センサ１５から信号を受信するように適合された（図５に示すように）１つ又は複数のプロセッサ２１を含んでいる。プロセッサはまた、ＭＣＨＣ、ヘマトクリット、及びヘモグロビン濃度のうちの１つ以上の値を生成するために、光センサ１５から収集されたデータを操作することができるかもしれない。装置は、これらの値の一部又は全部が表示されるスクリーン２３を構成してもよい。
別法として、又はそれに加えて、装置は、データ出力を構成してもよく、これにより、装置によって収集されたデータが、さらなるコンピューティング装置に送信されてもよい。いくつかの実施形態では、装置によって収集された「生」データは、１つ又は複数のさらなるコンピューティング装置に送信され、この装置は、この生データからＭＣＨＣ、ヘマトクリット、及び／又はヘモグロビン濃度を計算する。
好ましくは、装置はまた、装置の構成要素の動作のための命令が記憶されている第１のメモリと、装置によって収集されたデータが記憶されていてもよい第２のメモリとから構成される。第１のメモリと第２のメモリは、同じメモリの異なる領域／割合で構成されていてもよく、任意の好適な形態をとってもよい。
好ましくは、装置はまた、装置の構成要素を駆動するための電力を供給する電源を構成する。電源は、１つ以上の電池（充電式電池であってもよい）、及び／又は主電源などの外部電源への接続で構成されていてもよい。この装置は、主電源などが容易に利用できない遠隔地で特に有用性を見出すことが想定されており、したがって、この装置は電池を使用して動作可能であることが好ましい。
本発明は、患者から採取された血液サンプルの分析に関する。血液が患者に戻されることは意図されておらず、好ましくは、分析後に血液サンプルが破壊されるか、又は廃棄される。分析はインビトロ（すなわち、ｅｘ ｖｉｖｏ）で行われ、サンプルは患者から単離される。
本発明は、血液サンプルのヘモグロビン及びヘマトクリットを決定するための簡単で堅牢で信頼性の高い方法を提供することが理解されるであろう。当業者は理解されるであろうが、本発明の実施形態では、血液サンプルはキュベットを使用して収集され、コンパクトで便利な装置（これは、簡単に手に持って持ち運べるように十分に小さいかもしれない）に装填されてもよい。この装置は、サンプルを迅速に分析し、装置自体のスクリーン上で、サンプルのヘモグロビン、ヘマトクリット及び／又はＭＣＨＣ濃度の信頼性の高い直接測定を提供する。当技術分野に熟練した者は気づくであろうが、これは、既存の方法と比較して、ヘモグロビン及びヘマトクリットの決定のための簡単な解決策である。
本明細書及び特許請求の範囲で使用される場合、用語「構成する」及び「含む」及びその変形は、指定された特徴、ステップ又は整数が含まれることを意味する。用語は、他の特徴、ステップ又は化合物の存在を排除するように解釈されるべきではない。
説明、又は以下の特許請求の範囲、又は添付の図面に開示された特徴は、それらの特定の形態で、又は開示された機能を実行するための手段、又は開示された結果を達成するための方法又はプロセスの観点から、適宜表現され、別々に、又はそのような特徴の任意の組み合わせで、本発明の多様な形態を実現するために利用することができる。

Claims (26)

  1. 全血サンプル中の平均赤血球ヘモグロビン濃度（ＭＣＨＣ）を決定する装置であって、
    開口端及び閉口端を有する細長いサンプルチャンバを含むサンプルホルダーと、
    前記サンプルホルダーを受容及び保持するべく適合されて回転軸まわりに回転することができる保持部材であって、前記サンプルホルダーが前記保持部材により受容及び保持されるときに前記サンプルチャンバは前記回転軸に実質的に垂直である保持部材と、
    前記サンプルホルダーの一側に配置されてそれぞれ異なる周波数の光を放出するべく構成された第１光源及び第２光源と、
    前記第１側から反対の前記サンプルホルダーの第２側に配置された少なくとも一つの光センサと
    を含み、
    前記光源からの光が、前記サンプルホルダーの少なくとも一つの回転位置において前記サンプルチャンバを通過して前記少なくとも一つの光センサに衝突する、装置。
  2. 光は前記第１光源及び前記第２光源のそれぞれから放出され、前記サンプルチャンバを通過しない経路に沿って進行し、前記少なくとも一つの光センサに衝突する、請求項１に記載の装置。
  3. 前記保持部材は、前記サンプルホルダーから離間して前記保持部材を貫通するように形成された開口部又は窓を有し、前記開口部又は窓を通して前記光が進行する、請求項２に記載の装置。
  4. 前記光は、前記回転軸まわりの前記サンプルチャンバの回転によって画定される環状領域を通過することのない経路に沿って進行して少なくとも一つの光センサに衝突することができる、請求項２又は３に記載の装置。
  5. 前記サンプルホルダーは、少なくとも一次的に、前記第１光源及び前記第２光源が放出する光を透過する材料から形成され、
    前記光は、前記サンプルホルダーの前記サンプルチャンバから離間した前記サンプルホルダーの一領域を通って進行し、
    前記一領域は、前記材料の一以上の層を含む、請求項４に記載の装置。
  6. 前記少なくとも一つの光センサは、複数の光センサの細長い配列体を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
  7. 前記サンプルホルダーの少なくとも一つの回転配向において前記光センサの細長い配列体は、前記サンプルチャンバに少なくとも実質的に整列する、請求項６に記載の装置。
  8. 少なくとも一つのさらなる光源を含み、
    前記さらなる光源は、赤血球が占めるサンプルチャンバの長さ、及び他の血液成分が占めるサンプルチャンバの長さを決定するべく、前記サンプルチャンバを通過して少なくとも一つの第１光センサ又は一つ以上の代替光センサのいずれかによって受光され得る光を放出するように配置及び適合される、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
  9. 前記少なくとも一つのさらなる光源は、複数の光源の細長い配列体を含む、請求項８に記載の装置。
  10. 前記サンプルホルダーの少なくとも一つの回転配向において前記光源の細長い配列体は、前記サンプルチャンバに少なくとも実質的に整列する、請求項９に記載の装置。
  11. 前記光センサの細長い配列体は、前記光源の細長い配列体に実質的に整列する、請求項７に従属するときの請求項１０に記載の装置。
  12. エンクロージャを含み、
    前記エンクロージャは、周囲光が前記エンクロージャの内部に入らないように封入され又は実質的に封入され、
    前記第１光源及び前記第２光源並びに前記少なくとも一つの光センサが前記エンクロージャ内に配置される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
  13. 前記保持部材を前記回転軸まわりに駆動するべく適合されたモーターをさらに含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
  14. 前記第１光源及び前記第２光源並びに前記少なくとも一つの光センサから信号を受信してこれらに命令を与えるべく適合された少なくとも一つのプロセッサをさらに含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置。
  15. 前記少なくとも一つの光センサから出力信号を受信するべく、及び前記出力信号から前記血液サンプルの赤血球の平均赤血球ヘモグロビン濃度（ＭＣＨＣ）を計算するべく動作可能なプロセッサをさらに含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
  16. 前記プロセッサは、前記出力信号から前記血液サンプルのヘマトクリットを計算するべく動作可能である、請求項１５に記載の装置。
  17. 前記プロセッサは、前記ＭＣＨＣ及び前記ヘマトクリットから前記血液サンプルのヘモグロビン濃度を計算するべく動作可能である、請求項１６に記載の装置。
  18. 前記装置はさらに、前記血液サンプルのＭＣＨＣ、ヘマトクリット又はヘモグロビン濃度を出力するべく動作可能な出力装置を含む、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の装置。
  19. 前記出力装置はスクリーンを含む、請求項１８に記載の装置。
  20. 血液サンプルの平均赤血球ヘモグロビン濃度（ＭＣＨＣ）を決定する方法であって、
    サンプルホルダーを与えるステップと、
    血液サンプルを前記サンプルホルダーの中に導入するステップと、
    前記サンプルホルダーを保持部材に取り付けるステップと、
    前記保持部材を回転軸まわりに回転するステップであって、前記サンプルチャンバは前記回転軸に実質的に垂直となるように配列されるステップと、
    少なくとも一つの第１光源を前記サンプルチャンバの第１側に与えるステップと、
    少なくとも一つの第１光センサを前記第１側から反対の前記サンプルチャンバの第２側に与えるステップと、
    前記少なくとも一つの第１光源から光を放出させるステップであって、前記光は前記サンプルチャンバを通過して前記少なくとも一つの第１光センサにより検出されるステップと、
    前記サンプルチャンバを通過する光の減衰を決定することにより、前記血液サンプルの赤血球の平均赤血球ヘモグロビン濃度（ＭＣＨＣ）のを決定するステップと
    を含む、方法。
  21. 前記決定されたＭＣＨＣに前記血液サンプルのヘマトクリットを乗算して前記血液サンプルの総ヘモグロビン濃度を決定するステップをさらに含み、
    前記ヘマトクリットは、遠心分離中の前記血液サンプルの全体積に対する前記血液サンプルの赤血球の体積の比を含む、請求項２０の方法。
  22. 前記血液サンプルが前記保持部材に取り付けられている間に前記血液サンプルのヘマトクリットを測定するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
  23. 前記方法のステップは、前記保持部材、第１光源及び第１光センサを含む装置を使用して実行され、
    前記装置はさらに、前記第１光センサから受信した出力信号から前記血液サンプルのＭＣＨＣ、ヘマトクリット及び／又はヘモグロビン濃度を計算するべく動作可能なプロセッサを含む、請求項２０から２２の少なくとも一項に記載の方法。
  24. 前記装置はさらに、前記計算された前記血液サンプルのＭＣＨＣ、ヘマトクリット及び／又はヘモグロビン濃度を出力するべく構成される出力装置を含む、請求項２３に記載の方法。
  25. 前記出力装置はスクリーンを含む、請求項２４に記載の方法。
  26. 前記少なくとも一つの第１光源から光を放出させるステップであって、前記光は前記サンプルチャンバを通過して前記少なくとも一つの第１光センサにより検出されるステップは、前記保持部材が前記回転軸まわりに回転されている間に実行される、請求項２０から２５のいずれか一項に記載の方法。
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