KR20050083662A

KR20050083662A - 적혈구 세포 지수의 초음파 결정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20050083662A
Application number: KR1020057003421A
Authority: KR
Inventors: 키쓰 립포드; 새무엘 리드; 브라이언 머피; 스콧 코레이; 존 알 세이커스
Original assignee: 세퍼레이션 테크놀러지, 아이엔씨
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-08-26
Also published as: AU2003268214B2; JP2006506607A; CA2497157C; EP1545802A4; WO2004020112A1; WO2004020112B1; CN1681607A; US7838296B2; CA2497157A1; EP1545802A1; JP4659457B2; CN100374831C; US20040054283A1; AU2003268214A1

Abstract

본 발명은 초음파를 사용하여 혈액의 특성을 측정하기 위한 장치와 방법을 제공한다. 본 발명은 특별히 혈액의 HCT, HGB, MCV, RBC, MCHC, MCH 또는 TPC를 측정하는데 적합하다.

Description

적혈구 세포 지수의 초음파 결정 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR ULTRASONIC DETERMINATION OF RED BLOOD CELL INDICES}

본 발명은 혈액 샘플링에 관한 것으로, 더 구체적으로는 분리된 혈액 샘플의 적혈구용적 및/또는 헤모글로빈 농도 뿐만 아니라, 적혈구평균용적, 적혈구수, 적혈구평균혈색소량, 혈색소평균농도, 및 전체 단백질 농도와 같은 다른 특성을 측정하는 초음파 장치에 관한 것이다.

의사들은 일반적으로 진단과정의 일부로써 혈액 파라미터(parameter)를 테스트 한다. 전혈검사(CBC)는 이러한 테스트의 가장 일반적인 형태이다. 의사들은 혈액의 세포 성분의 양과 상태를 진단하기 위해 그 결과를 이용한다. 전혈검사의 세가지 요소, 즉 적혈구용적, 적혈구평균용적, 및 적혈구수는 샘플안에 있는 적혈구의 크기와 수를 설명하기 위해 사용된다. 나아가, 네가지 다른 혈액 특성, 즉 헤모글로빈 농도, 전체 단백질 농도, 적혈구평균혈색소량, 및 혈색소평균농도는 적혈구 세포의 산소 이동 능력을 설명한다. 본 출원에서 사용되는 약어는 아래와 같다.

HCT-적혈구용적(Hematocrit)-(대표 단위:퍼센트 또는 단위없는 비율)

HGB-헤모글로빈 농도(Hemoglobin Concentration)-(대표 단위: g/dl)

MCV-적혈구평균용적(Mean Cellular Volume)(대표 단위: fl)

RBC-적혈구수(Red Blood Cell Count) (대표 단위: 세포수/㎕)

MCHC-혈색소평균농도(Mean Cellular Hemoglobin Concentration)(대표 단위: g/dl)

MCH-적혈구평균혈색소량(Mean Cellular Hemoglobin)(대표 단위: pg)

TPC-전체 단백질 농도(Total Protein Concentration)(대표 단위: g/dl)

적혈구용적(HCT)은 전혈검사에 의해 측정되는 가장 중요한 혈액 파라미터 중의 하나이다. HCT는 전체 혈액중에서 적혈구가 차지하는 부피를 말하는 것이다. 이 부피 단위는 십진법(예, 리터/리터) 또는 퍼센트(예, 리터/리터 x 100%)로 표현될 수 있다. 의사는 HCT 측정을 통하여 대표적으로 헤모글로빈 농도(HGB) 또는 전체 단백질 농도(TPC)와 같은 정보-혈액의 산소 이동 능력-를 얻을 수 있다-정상적인 생리상태 아래서 혈액 안에 있는 전체 단백질의 대부분은 헤모글로빈이고 이것은 적혈구에 포함되기 때문이다.

적혈구평균용적(MCV)은 적혈구 용적의 평균치이다. 적혈구수(RBC)는 혈액의 단위 부피당 적혈구 수, 특히 마이크로리터(㎕) 당 세포수를 표시한다. 적혈구평균혈색소량(MCH)은 각 적혈구 안에서 발견 될 수 있는 헤모글로빈의 평균 질량이다. 반대로, 혈색소평균농도(MCHC)는 적혈구 안에 있는 헤모글로빈의 평균 농도(질량 대신)이다.

이러한 혈액의 성질은 특별히 HCT 또는 HGB의 경우, 빈혈, 예리한 피 손실, 탈수증, 및 다른 상태를 진단하기 위해 사용될 수 있다. HCT 또는 HGB는 또한 혈액의 산소 이동능력을 평가하기 위해 사용될 수 있다. 의사들은 장기적으로 정확하게 HCT와 HGB를 모니터링하고 측정된 수치의 2% 만큼 정도의 작은 변화를 토대로 판단을 내릴 수 있다.

이러한 일곱가지 혈액 측정기준은 본질적으로 서로 관련되어 의존적이다. 예를 들어, 상기한 특성들 사이의 한 관계로써, 혈액속에 있는 헤모글로빈의 농도는 헤모글로빈의 질량을 단순히 그것이 차지하고 있는 용적으로 나눈 값을 의미하는 것이다:MCHC = MCH / MCV를 의미하는 MCHC는 독립적으로 계산될 수 있는 대신에 다른 두 가지로부터 계산될 수 있다. 백혈구와 혈소판은 전혈검사에서 기술된 혈액의 다른 요소에 포함된다. 전혈은 적혈구, 백혈구, 혈소판 및 혈액의 모든 다른 요소를 포함하는 혈액으로 정의된다.

의료 환경에 있어서, 전혈검사는 일반적으로 혈액 연구실에서 이루어진다. 혈액 샘플은 작은병(vial)에 담겨지고 테스트를 수행하는 자동화된 시스템이 있는 중앙 혈액 연구동으로 넘겨진다. 그 결과는 비교적 정확하지만, 즉시 이용 가능한 것이 아니다(일반적으로 1시간 당 10분이 소요된다). 택일적으로, 일부 휴대할 수 있는 혈액 파라미터 장치는 염려되는 순간에 측정이 가능하지만, 이러한 장치에 내재된 비교 불확실성은 이러한 진단 장치의 한계이다. 급박한 의료 상황에서, 자동화된 혈액 연구 시스템과 같은 정확도로 당해 분야에서 HCT를 측정하는 정확한 방법은 없다. 위에서 서술된 휴대 가능한 장치는 사용하기에 어렵고 또는 충분히 정확하지도 않다.

왜상성 장애 또는 재난의 희생자와 같이 적혈구용적 검진이 필요한 환자는 이러한 정보가 정확히 측정될 수 있기에 앞서서 혈액 연구실이 있는 병원 또는 클리닉으로 이송되기를 기다려야만 한다. 실제로 정확한 결과가 이용 가능하다면, 환자가 병원에 도착했을때 환자를 선별하고 적절한 의학적 치료를 신속하게 하는 의료진의 능력을 향상시킬 것이다.

실제로, 내부에서 피를 흘리는 상처입은 환자까지 진단하기는 어려울 수 있다. 환자의 HCT는 피를 흘림으로써 감소된다. 따라서, 연속적인 HCT 측정이 출혈의 정도를 표시하는 유효한 지표가 될 수 있다. 응급실의 의료진보다 환자의 숫자가 많은 경우에, 의료 보호가 필요한 사람들에 대한 HCT의 빠르고 정확한 측정장치는 중요한 경우에 그들의 능력을 집중 시켜서 응급 의료진의 능력을 크게 향상시킬 것이다. 그러므로, HCT를 빠르고 정확하게 측정하는 장치와 방법은 현장진료(point-of-care)하는 대중 및 군사 응급 의료 시설에 중요한 필요성을 가진다.

HCT의 정확한 측정이 필요한 개인 진료 의사들은 현재 인접한 혈액 연구실로 혈액을 보내거나, 천천히 측정하거나, 헛도는(spun) 적혈구용적 또는 미시적 검사와 같이 인간이 실수하기 쉬운 부정확한 손 기술을 사용하는 것으로 제한된다.

현재에는 아래와 같은 네가지 방법이 HCT를 측정하는데 이용될 수 있다:

·원심분리기,

·세포수 카운트,

·광학적 특성, 및

·전기적 특성.

원심분리 방법은 가장 일반적인 기술이다. 이 원심분리기는 휴대할 수 없다. HCT를 측정하기 위해서는, 정해진 시간동안(장치에 따라 다르지만, 일반적으로 5~30분) 혈액 샘플을 원심분리기(예를 들어, READACRIT(R)) 안에 넣고 돌려야 한다. 스핀은 혈액 샘플을 세 층으로 분리한다. 맨 윗층은 주로 물과 용해된 고체로 만들어진 플라즈마이다. 다음 층은 백혈구, 플라즈마 단백질, 및 혈소판으로 구성된 얇은 백혈구연층(buffy coat)이다. 바닥층은 밀접하게 쌓여진 적혈구를 포한한다. 기술자는 저울을 사용하여 부피를 바로 알 수 있다. 돌려진 적혈구용적의 정확도는 저울을 읽는 사용자의 실수, 적혈구 내에 잡혀진 플라즈마, 그리고 적혈구 크기의 변화에 영향을 받을 수 있다.

일반적으로, 준비장치로 실험되어 돌려진 적혈구용적의 정확성 결과는 측정된 수치의 2 내지 5% 범위이다. 본 출원의 다른 정확도와 마찬가지로, 이러한 정확도는 평균적으로 95%의 신뢰범위를 가지는 것으로 보고된다.

세포수 측정은 가장 직접적인 측정 기술이다. 혈액 샘플은 알려진 비율로 희석되고, 각 세포는 수동적으로 또는 자동으로 세어진다. 수동적으로 세포수를 세는 기술은 단조롭고, 수행자의 기술에 따라 샘플의 적절한 준비가 이루어진다. 자동으로 세포수를 세는 장치(예를 들어, COULTER@ GEN S^TM 시스템)는 일반적으로 하나의 샘플당 1분의 소요시간을 가지고, 측정된 수치의 2.0~3.5% 범위에서 정확도를 가지며, 지루함과 조작의 의존성을 줄인다. 실질적으로, 현장진료에서는 혈액 샘플이 환자에서 중앙에 위치한 연구실로 이송되어 진행되고, 결과가 현장진료 장소로 다시 보고되야만 하기 때문에 소요시간은 일반적으로 30분에서 12시간이다. 게다가, 자동화된 시스템은 일반적으로 값이 비싸고 휴대할 수 없다.

광학적 측정 기술은 비교적 새로운 것이다. 이러한 기술을 사용하는 장치는 흐르는 혈액을 통과하거나 이로부터 반사되어 전송된 빛의 양을 측정한다. 이러한 장치(예를 들어, 3M^TM CDI^TM 시스템 500)는 심장수술 기간에 사용하도록 제작되었고, 혈액 서킷을 필요로 하며, 휴대할 수 없다.

헤모큐(HemoCue(R))는 혈액 헤모글로빈 농도를 광도계적으로(photometrically) 측정하는 휴대가능한 장치의 일례이다. 그러한 휴대 가능한 광도계 장치는 1분의 사이클을 가지지만, 정확도는 일반적으로 3%에 이른다. 의사는 기록수치(reading)의 1~2% 정도 만큼의 작은 변화를 토대로 결정을 내리 수 있기 때문에, 높은 정확도를 가진 휴대 가능한 장치는 유용하다.

전기적 전도체는 현재 적혈구용적을 포함하여 다양한 혈액 파라미터를 측정하기 위해 사용된다. 예를 들어, I-STAT(R) 시스템은 혈액 샘플의 전도성을 측정하고, 이온 농도를 수정하며, 보통의 적혈구와 단백질 수준을 가정함으로써 적혈구용적을 계산하여 보고한다. 전기적 전도체를 사용하는 기구는 휴대할 수 있는 반면에, 일반적인 전도성에 토대를 둔 적혈구용적 기록장치의 정확성은 ±6%로, 이것은 실질적으로 의학적 가치를 감소시킨다.

혈액 초음파 분야에서, 대부분의 연구는 도플러 효과를 이용한 혈액 흐름 속도 측정 장치에서 초음파 후방산란을 분석하는데 집중되어 있다. 이러한 연구는 초음파와 혈액 사이의 관계를 이해하는데 유용하다. 또한, 많은 조사자들은 이러한 성질들이 어떻게 이미지 및 음파홀로그래피(sonography) 장치를 가능하게 하고 또는 방해 할 수 있는지에 관해 이해하는 것을 목적으로 혈액의 초음파 특성을 연구하고 있다.

슈네디츠 등(미국 특허번호 제5,830,365호)은 소리-속도(sound-speed) 센서를 만들어 전체 단백질 농도를 측정하는 방법을 통해 그것을 계산했다. 상기 장치는 그것이 혈액 투석 기계에 있는 것처럼 환자 혈액안에서 혈류의 이동을 추적하도록 제작되었다. 이러한 혈류 이동은 전체 단백질 농도가 변함에 따라 스스로 나타나게 될 것이다. 슈네디츠는 이러한 혈류 이동을 알아내기 위하여 전체 단백질 농도와 소리의 속도 사이의 상관관계를 연구했다. 그는 하나의 직선 경로를 따라 이동하는 시간을 특정함으로써 소리의 속도를 측정하였다. 슈네디츠 장치의 단점은 환자로부터 혈액이 공급되고 다시 환자로 돌아가면서 순환하는 혈액 공급이 계속해서 이루어질 때만 상기 장치가 작동한다는 것으로(예를 들어, 인라인 혈액투석 장치와 같이), 여기서 혈액은 플라즈마에서 혈액 세포의 고정을 피하기 위하여 끊임없이 흐르고, 그것은 부정확한 기록수치를 발생 시킨다. 다른 단점은 그것이 자동온도조절장치된 500mL 전해조로부터 관으로 연결되어 순환하는 많은 양의 혈액을 필요로 한다는 것과, 소리의 속도가 정확하게 알려진 기준 유체와의 비교를 요한다는 점이다.

슈네디츠 장치는 백혈구가 의도적으로 제거된 포르신 혈액(돼지 혈액)으로(백혈구층에 있는 다른 혈액 요소로) 수행되어 진다. 백혈구의 부재 및 포르신 혈액과 인간 혈액의 물리적인 차이는 혈액에 대한 초음파 반응을 상당히 바꿀 수 있고, 그러므로 슈네디츠 등의 상관분석 및 방법은 모든 혈액 또는 인간 혈액에는 적용될 수 없는 것이다.

자동온도조절장치로 제어되는 욕조를 포함하여, 온도를 측정하는 종래의 방법은 번거롭고 비실용적이다. 온도 탐침으로 혈액과 직접 접촉하는 다른 방법은 세정과 오염이 복합된다.

아래에 참조된 각각의 전체 내용은 여기서 참고적으로 통합되었다:

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미국특허 제5,767,407.호

위에 기술된 장치 또는 방법의 어떤 것도 적혈구용적 또는 헤모글로빈 농도 측정에서 스피드, 정확성, 및 운반가능성의 문제를 해결하지 못하였다. 단지 본 발명만이 이러한 모든 세가지 목적을 동시에 달성할 수 있는 것이다.

본 발명의 더 나은 이해와 다른 장점은 첨부된 도면과 관련하여 아래의 상세한 설명을 참조로 더 이해되고, 용이하게 파악될 수 있을 것이다. 여기서:

도 1은 전기장치 단계의 작용을 개략적으로 나타내는 시스템 수준의 블럭도이다.

도 2는 초음파를 사용하여 혈액 특성을 측정할 수 있는 가능성을 테스트하기 위해 실험장치로 사용된 실시예이고, 이것은 종판(end plates), 변환기 캐리어(transducer carriers), 반사기(reflector), 및 샘플 챔버(sample chamber)가 움직이도록 하는 두개의 레일을 가진 샘플 설비를 포함한다.

도 3은 바람직한 샘플 챔버 실시예를 보여주는 것으로, 샘플 챔버의 한쪽 끝에서 이중 단계 반사기(double step reflector)를 반향시키기에 충분할 만큼 넓은 빔(beam)을 투사하는 변환기를 포함한다. 택일적으로, 이원 요소 변환기(dual element transducer) 각각은 반사기 단계에서 반사를 되돌려보내면서, 혈액 샘플에 두개의 좁은 빔을 투사할 수 있다.

도 4는 전기장치의 블럭도를 나타낸다.

도 5는 모의(preliminary) 후방산란 결과 그래프이다.

도 6은 소리 결과의 모의 속도 그래프이다.

도 7은 모의 감쇠 결과 그래프이다.

도 8은 두개의 변환기가 혈액의 반대쪽에 위치한 혈액 보관기의 바람직한 실시예을 나타낸다. 초음파에 의한 많은 경로 중 몇가지 예가 개략적으로 나타나있다. 수신된 초음파는 의학적 결과를 산출하기 위하여 하나 또는 다중 경로로 분석될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 혈액의 적혈구용적을 측정하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 혈액의 헤모글로빈 농도를 측정하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 혈액의 적혈구평균용적, 혈액의 적혈구수, 혈액의 적혈구평균혈색소량, 혈액의 혈색소평균농도, 및 혈액의 전체 단백질 농도와 같은 혈액의 다른 요소 및 특성을 측정하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 적혈구용적과 헤모글로빈 농도 뿐만 아니라 적혈구평균용적, 적혈구수, 적혈구평균혈색소량, 혈색소평균농도, 및/또는 혈액의 전체 단백질 농도의 간단하고 정확하며 빠른 측정을 가능하게 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 95% 신뢰구간에서 (기록수치의) +/-2% 범위의 정확성으로 적혈구용적 및 헤모글로빈을 측정할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 30초내에 측정할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 1 ml 보다 작은 양의 혈류에 적합하고, 바람직하게는 정맥에 반대되는 미량의 모세혈관 혈액을 사용하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 휴대가 가능하도록 밧데리로 작동하고 운반 가능한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 비침투적(non-invasive), 체내(in-vivo) 측정에 사용할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명자들은 적혈구용적(HCT)과 헤모글로빈 농도(HGB) 뿐만 아니라 혈액의 적혈구평균용적(MCV), 적혈구평균혈색소량(MCH), 혈색소평균농도(MCHC), 전체 단백질 농도(TPC), 및 적혈구수(RBC)는 초음파 방법을 사용하여 정확하게 결정될 수 있다는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명의 한 실시예는 초음파를 사용하여 혈액의 특성을 측정하는 수단을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 실시예는 초음파를 사용하여 혈액의 특성을 측정하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 한 실시예는 초음파를 사용하여 혈액의 특성을 측정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다양한 다른 목적, 형태 및 이에 따른 장점은 아래 상세한 설명의 바람직한 실시예로부터 더 이해되고 충분히 인식될 것이다.

개요

도 1은 본 발명의 적혈구용적 측정 방법을 개략적으로 나타내는 시스템 수준의 블럭도이다. 본 방법은 일반적으로 단계 10에서 하나 또는 그 이상의 전기적 펄스를 일으키는 단계를 포함한다. 단계 20에서, 하나 또는 그 이상의 변환기는 전기적 펄스를 초음파 펄스로 변환 시키고, 전체 혈액 샘플에 상기 초음파를 받도록 하며, 그로부터 전송/반사를 탐지하도록 하는데 사용된다. 단계 30에서, 초음파 특성은 아래의 사항을 포함하는 전송/반사로부터 결정된다: (a) 혈액 샘플로부터의 후방산란(backscatter), (b) 혈액 샘플을 통한 초음파 펄스의 감쇠, 또는 (c) 혈액 샘플을 통한 소리의 속도. 단계 40에서 특성 (a), (b) 또는 (c)는 하나만이 사용될 수 있거나 관련된 의학적 파라미터(HCT, HGB, MCV, RBC, MCH, MCHC, TPC) 하나 또는 그 이상을 결정하기 위하여 조합되어 사용될 수도 있다.

본 발명에 따른 초음파 적혈구용적 측정 방법 및 장치는 적혈구용적과 헤모글로빈 농도 뿐만 아니라 적혈구평균용적, 적혈구수, 전체 단백질 농도, 적혈구평균혈색소량, 및 혈색소평균농도를 적어도 ±7% 그리고 국제 표준 규격으로 확인된 것과 같이 ±1% 만큼의 작은 정도로 정교하고 정확하게 측정하는 것을 가능하게 할 수 있다.

본 발명에 따라 초음파를 사용해서 혈액 특성을 측정하는 방법은 바람직하게는 혈액 샘플을 통하여 소리 속도를 측정하는-소리 측정 기술의 속도에 기초하고 있지만, 택일적으로 몇가지 다른 방법을 적용할 수 있고, 여기에 제한되는 것은 아니지만 아래의 사항을 포함한다:

·후방산란 - 혈액 샘플의 구성요소로부터 반사되는 에너지를 측정.

·감쇠 계수 - 혈액 샘플을 통해 단위 길이당 에너지 감쇠를 측정.

·주파수 분석 - 하나의 주파수 이상에서 초음파에 대한 혈액 챔버의 반응을 측정.

작동함에 있어서는, 일반적인 측정 기술이 본 발명에 따라 수행되는 것이고, 이것은:

·혈액 샘플에 하나 또는 그 이상의 초음파 신호를 전달

·에코된 소리를 감지 및 분석

·대상 주파수에 대한 후방산란 계수, 소리의 속도, 및/또는 감쇠 계수를 계산

·소리의 속도, 감쇠 계수, 주파수 및/또는 후방산란 계수와 상기 혈액 특성간의 상관관계를 사용해서 하나 또는 그 이상의 HCT, MCV, HGB, TPC를 결정. 이러한 결과로부터, RBC, MCH, 및 MCHC의 수치는 정의 RBC = HCT/MCV, MCH = HGB/RBC, 그리고 MCHC = MCH/MCV를 사용하여 바람직하게 계산된다.

혈액 특성을 측정하는 다른 장치와 비교하여 본 발명의 잇점은 본 발명이 휴대 가능한 형태로 제작되어 다른 운반 가능한 장치 및 자동화 세포 검출기에 비하여 정확도가 의학적으로 현저하게 향상된 효과를 가진다. 나아가, 본 발명은 현장진료에서 즉각적인 결과를 제공한다. 마침내, 본 발명은 (측정 챔버안에 매우 작은 혈액 샘플을 가지는 샘플 수거 장치를 사용하여) 소형화 내부측정 장치에 적합하고, (피부 밖에서 몸속으로 초음파를 보내면서) 비침투적 체내 침투장치로 사용될 수 있다.

본 장치는 바람직하게 전자장치 하위 시스템과 하드웨어 시스템을 포함한다. 상기 전자장치는 신호 버스트(burst)를 만들어내고, 기록하며, 그 결과 만들어진 에코(echoes)를 분석한다. 상기 하드웨어는 샘플을 포함하고, 다양한 구성요소의 배열을 유지 시킨다. 더 특별하게, 본 장치는 분리된 혈액 샘플을 수거하는 샘플 수거 장치와 혈액 샘플을 보관하는 샘플 챔버, 샘플 챔버 안에 있는 혈액에 초음파 펄스를 보내는 펄스 발생기와 변환기, 혈액 샘플로부터 하나 또는 그 이상의 반사 초음파 신호를 수신하는 적어도 하나 이상의 변환기, 그리고 (a) 혈액 샘플로부터의 후방산란, (b) 혈액 샘플을 통한 초음파 펄스의 감쇠, 및 (c) 혈액 샘플을 통한 소리의 속도로 구성된 그룹으로부터 물리적 파라미터를 측정하기 위한 수신기를 포함한다. 덧붙여서, 상기한 측정 물리적 파라미터를 토대로, HCT, HGB, MCV, RBC, MCH, MCHC, 및 TPC로 구성된 그룹으로부터 혈액의 하나 또는 그 이상의 의학적 파라미터를 계산하는 프로세서(processor)를 포함한다.

작동의 원칙

적혈구용적은 혈액 샘플안에 있는 적혈구의 부피로써 정의된다. 혈액에서 소리의 속도는 혈액안에서 적혈구용적(HCT)의 직접적인 작용이고, 헤모글로빈(HGB) 양의 직접적인 작용이다. 이러한 관계는 적혈구와 헤모글로빈이 주위에 있는 플라즈마와는 다른 물질적 성질을 가지고 있고 그로 인해 차이가 나는 소리의 속도를 가지고 있기 때문에 발생하는 것이다. 전체 혈액의 소리의 속도는 대략 그 구성요소 대부분의 평균적인 소리의 속도이다. 다시 말해서, 적혈구 농도가 높아질수록, 혈액의 소리의 속도는 플라즈마 대신에 적혈구 속도에 근접할 것이다. 적혈구가 혈액 용적의 거의 50%를 차지하고 있기 때문에, HCT와 HGB는 소리의 속도에 있어서 현저히 강한 동력원(drivers)이다. 다양한 다른 혈액 구성요소(백혈구, 혈소판, 여분의 세포성 단백질)가 소리의 속도를 약간 변화시켜서 본 발명의 정확성을 떨어뜨릴 수 있지만, 그것들의 영향은 기록될 실험에서 물질적으로 중요하지 않을 만큼 작다.

헤모글로빈의 대부분은 보통의 물리역학적 상태에서 적혈구 안에 있기 때문에, HGB와 HCT는 일반적으로 의사에게 동일한 정보를 제공한다. 그것들은 혈액의 산소 이동 능력을 나타낸다. 아래의 일반화된 상관함수는 HCT와 온도에 따른 소리의 속도의 물리적 의존성을 설명한다:

Cf = g(HCT, T)

Cf = f(HGB, T)

여기서: Cf는 혈액안에서 소리의 속도이고, HGB는 헤모글로빈의 농도이다. HCT는 적혈구용적이고, T는 온도이며, f와 g는 실험적으로만 결정되는 함수이다.

소리의 속도는 HGB와 HCT의 함수이기 때문에, 소리의 속도를 측정하고 계산식을 변경함으로써 HGB 및/또는 HCT 표시에 그것을 대입할 수 있다.

유사하게, 초음파는 순수한 헤모글로빈 또는 플라즈마에서보다 적혈구에서는 다른 정도로 감쇠되기 때문에, 혈액에서 감쇠 계수는 혈액 HGB 및 HCT의 직접적인 작용에 따른다. 이러한 감쇠는 전체 혈액을 구성하는 다양한 물질에 있는 점성 손실(viscous losses)에 의해 부분적으로 야기된다. 이러한 감쇠는 또한 적혈구의 벽과 같은 물질 경계를 후방산란 시키는 초음파에 의해 부분적으로 야기된다. 이러한 이유에서, 상기 감쇠 또한 혈액 MCV의 작용이고, 이러한 관계에도 불구하고 일부의 경우에 그것은 무시될만큼 약하다.

α= f(HCT, MCV, T, F) ~ f(HCT, T,F)

여기서:

α는 감쇠 계수이고, HCT는 적혈구용적이며, MCV는 적혈구평균용적이고, T는 온도이며, F는 주파수이고, f는 실험적으로만 결정되어야 하는 함수이다.

실시형태에 있어서, 감쇠계수와 MCV의 관계는 과도한 정확성을 희생시키는 일 없이 무시될 수 있고, 나머지 측정은 진행될 수 있다. 감쇠계수와 소리의 속도는 둘다 독립적으로 적혈구용적 및 헤모글로빈 농도를 계산하기 위해 사용될 수 있다. 그리고, 상기 두 계산은 에러 탐지로 비교될 수 있고/있거나 정확성을 향상 시키기 위하여 평균화 될 수 있다. 택일적으로, 상기 두 측정은 혈액 또는 온도에서 소리가 이동하는 거리와 같이 다른 공통의 변수를 제거하기 위해 함께 사용될 수 있다. 후방산란은 샘플이 변하는 동안 혈액 성분에서 반사되는 음향학적 에너지이다. 이러한 반사는 적혈구를 확산시키는 것에서부터 거의 전체적으로 시작되고, 후방산란 에너지는 혈액 샘플의 MCV 및 HCT의 복합 작용이다. 그러나, 상기 작용은 단지 단편적이고 15% 이하의 HCT 수준에서 쉽게 발생한다. 바람직하게는, 샘플의 MCV 및 HCT를 정확하게 결정하기 위하여 후방산란 에너지를 사용하려면, HCT를 15% 이하로 달성하도록 혈액 샘플은 먼저 희석되어야 하고, 그 장치는 계산에 있어서 상기 희석치를 바람직하게 보상한다.

Bks = f(HCT, MCV, T, F)

여기서:

Bks는 후방산란 에너지이고, HCT는 적혈구용적이며, MCV는 적혈구평균용적이고, T는 온도이며, F는 주파수이고, f는 실험적으로 결정되어야 하는 함수이다.

초음파 후방산란 계수를 측정하고 HCT와의 관계를 이용함으로써, 희석된 샘플의 HCT를 결정하고, 그럼으로써 본래 샘플의 적혈구용적을 결정할 수 있다. 후방산란 방법은 또한 상기 관계가 단편적이지 않기 때문에 더 복잡하지만 비희석된 샘플에서도 사용될 수 있다. 비희석된 샘플에서 후방산란을 측정하도록 하는 원인은 몸속으로 초음파를 보내고 수신함으로써 혈액 파리미터를 비침투적으로 결정하는 것이다.

본 발명의 후방산란 기술과 감쇠계수 기술은 HCT 결과치와의 바람직한 관계를 제공한다. 소리의 속도 기술은 더 바람직하고 더 정확하게 설명하며, 더 쉽게 수행되고, MCV 또는 RBC의 정확한 측정을 필요로 하지 않는다. 반대로, 후방산란 기술의 수행은 부수적으로 MCV 또는 RBC의 독립적인 측정을 요구한다.

소리의 속도 측정

소리의 속도를 계산하는 바람직한 방법은 알고 있는 거리에 대한 짧은 초음파 펄스의 이동 시간을 측정함으로써 가능하다.

Cf = d/t

여기서:

Cf는 소리의 속도이고, d는 샘플을 통해 소리가 이동하는 거리이며, t는 상기 거리를 소리가 이동하는데 걸린 시간이다.

송신하고 수신하는 사이의 시간은 그것이 전자장치에서의 지연을 포함하고 컨테이너 벽과 같이 연구되지 않은 물질을 통해 지나가는 초음파 파장의 지연을 포함하기 때문에 샘플을 통한 변화 시간보다 대게 현저히 길다. 바람직하게, 샘플을 통한 변화 시간은 직접적으로 측정되지는 않지만, 대신에 두개의 다른 측정간의 차이로 결정된다: 전체 변화 시간(이것은 혈액에서의 두가지 지연과 바라지 않은 지연을 포함한다)에서 단지 바라지 않은 지연을 통한 변화 시간을 빼는 차이점이다.

t_blood = t_total - t_delays

여기서:

t_blood는 초음파가 샘플을 통해 이동하는데 걸린 변화 시간이고, t_total 는 바라지 않은 지연을 포함하여 송신부터 수신하는 기간 동안 측정된 시간이며, t_delays 는 샘플을 통한 변화를 제외한 모든 지연의 측정 시간이다.

이 시간 차이를 측정하는 한가지 바람직한 방법은 이동 축을 따라 알려진 거리에 의해 나뉘어진 두개 또는 그 이상의 반사기에서 이동의 왕복시간을 측정하는 것이다(도 3 참조).

도 3은 바람직한 샘플 챔버 실시예를 나타내고, 이것은 하나 또는 그 이상의 변환기(T1...Tn)를 포함한다. 적어도, 하나의 변환기 T1은 샘플 챔버 12의 한쪽 끝에서 이중 단계 반사기 14를 반향시킬 만큼 충분히 넓은 빔을 투사하는 것이 필요하다. 택일적으로, 이원 요소 변환기 T1, T2는 혈액 샘플을 통해 두개의 좁은 빔(beam)을 투사할 수 있고, 각 빔은 계단 모양의 반사기 14로부터 반사로 되돌아 온다.

초음파 U는 하나의 빔으로 발송된다. 빔 U1의 나머지가 두번째 반사기를 에코시키기 위해 이동을 계속하는 동안, 초음파 U2 일부는 근접한 반사기에서 에코된다. 반사기 사이의 거리를 두배로 나누는 이러한 왕복시간 간의 차이는 샘플안에서 소리의 속도이다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는 정확하게 알려진 크기의 챔버를 사용하고, 이를 통해 변환기는 송-수신(pitch-catch) 모드로 펄스를 보낸다(도 8 참조). 챔버의 에지(edges) E1, E2에서 펄스-에코(pulse-echo) 측정을 함으로써, 본 발명은 소리가 혈액을 통해 이동하면서 소비하는 시간을 제외한 모든 지연 시간을 공제한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 혈액은 유동적인 챔버안에 있으며, 알고 있거나 측정할 수 있는 거리로 챔버를 변형시켜서, 그 전과 후 모두에서 이동시간을 측정한다.

본 발명의 한 실시예에서, 혈액은 두개의 정확하게 위치한 벽 사이 공간을 채우고 있는 유동적인 컨테이너(container) 안에 있다. 컨테이너 물질은 쉽게 제어되어서 그것의 시간 지연을 쉽게 알 수 있고 공제 될 수 있는 것이다. 바람직하게, 이러한 유동적인 벽을 통한 소리의 속도는 혈액을 통한 소리의 속도와 대략적으로 매치되고(matched), 벽의 두께를 측정하는데 있어서의 부정확함에 의한 에러는 전송시간에 무시할 정도 만큼의 영향을 미칠 것이다.

온도는 소리의 속도, 감쇠 계수, 및 후방산란에 영향을 미쳐서, 그 결과는 온도에 따라 바람직하게 조정된다. 나아가, 본 발명을 위해 선택된 물질에 기초하여, 온도는 그 구성요소의 크기와 모양에 영향 미친다는 것을 설명할 필요가 있을 수 있다.

감쇠 계수 측정

혈액에서 감쇠 계수를 측정하는데 사용되는 기술은 소리의 속도를 측정하는데 사용되는 기술과 유사하다. 반사의 RMS 폭이 측정되었다. 다른 길이의 혈액을 통한 두 경로의 폭 비율은 데시벨로 표현되고 경로 길이차에 의해 나누어진다.

A = 20Log(V2/V1) / (D2-D1)

여기서:

A는 dB/in 단위의 감쇠 계수이고, V2와 V1는 두 수신 신호의 폭이며, D2와 D1은 샘플을 통해 이동하는 두 신호 사이의 거리이다.

소리의 속도 데이터와 감쇠 계수 데이터는 일반적으로 각 샘플마다 같은 시간에 수집된다. 나아가, 계산은 혈액의 온도와 신호의 주파수에 따라 보상되어야만 한다.

후방산란 측정

후방산란 측정은 희석된 혈액 샘플로부터 초음파 에코를 분석하고, 되돌아온 신호 범위에서 특정된 시간 창(windows)의 RMS 전압을 측정하는 것으로 수행된다. 변환기 T1은 바람직하게는 신호를 보내는 변환기의 중심 주파수 100 사이클을 포함하는 버스트(burst)를 발생시킨다. 에너지는 혈액-챔버 표면으로부터 재차 반사되고, 혈액 샘플의 구성요소에 의해 다시 산란되는 에너지가 즉각 이어진다. 단지 샘플에 의해 발생되는 에너지를 측정하는 RMS 측정으로 시작해서, 50개 이상의 샘플 신호를 평균화함으로써, 평균적인 후방산란 전력이 측정된다.

다른 초음파 측정

본 발명은 또한 연속적인 파장으로 챔버를 여기시킴으로써 의학적 파라미터(HCT, HGB, MCV, RBC, MCHC, MCH 또는 TPC)를 결정할 수 있다. 이 연속된 파장의 주파수는 각 주파수에서 혈액의 응답을 분석하기 위해 천천히 바뀐다. 공명 주파수에서 정상파가 발생되었고, 이것은 파장길이가 챔버의 용적과 직접적으로 관련된다는 사실을 나타낸다. 공명 주파수를 결정함으로써 파장길이를 계산하고 적혈구용적에 맞게 파장길이를 수정하는 것이 가능하다. 나아가, 공명 주파수 피크의 밴드폭(즉,반치전폭(full width at half-maximum))은 유효하게 감쇠의 다른 표시가 된다(예를 들어, 미국특허 제5,767,407호, 그것의 전체 내용은 여기서 참고적으로 통합되었다). 주파수 피크가 넓어질수록, 감쇠계수는 더 높아진다. 비슷한 정보를 제공하는 다른 관련된 초음파 측정은 상변이 또는 신호폭을 포함한다.

음향임피던스 또한 헤모글로빈과 다른 혈액 구성요소의 음향임피던스가 순수한 플라즈마 임피던스의 음향임피던스보다 높기 때문에, 음향임피던스 또한 적혈구용적 및/또는 헤모글로빈에 대한 표시가 된다. 그러므로, 헤모글로빈과 적혈구의 농도가 더 높으면, 순수한 플라즈마에서 전체 물질의 음향임피던스는 증가할 것이다. 음향임피던스는 초음파가 표면에서 반사되는 정도를 측정함으로서 계산될 수 있다. 혈액의 음향임피던스가 컨테이너 벽의 임피던스와 매치(match)된다면, 어떤 초음파 에너지도 표면에서 반사되지 않을 것이다. 음향임피던스의 미스매치(mismatch)가 많으면 많을수록, 표면에서 반사되는 에너지는 더 많아지게 된다. 본 발명은 바람직하게는 헤모글로빈 및 다른 혈액 구성요소가 혈액을 통해서 그리고 음향임피던스를 측정하기 위해 사용되는 물질 표면을 따라 고르게 분포된다는 것을 보장하기 위해 이 방법을 수행하기 전에 적혈구를 용해(lyses)시킨다.

생리학적 파라미터를 표시하는 마지막 초음파 측정은 굴적각(refraction angle)이다. 물질 표면에서 초음파의 굴절각은 스넬의 법칙(Snell's Law)에서 보여진 것처럼 소리의 속도를 표시한다. 그러므로, 굴적각은 생리학적 적혈구용적 및/또는 헤모글로빈에 의해 직접적으로 영향을 받을 것이다. 굴절각 측정을 수행하는 하나의 바람직한 방법은 프리즘(prism)과 같이 작용하는 삼각형 혈액 컨테이너로 초음파를 보내는 것이다. 초음파는 컨테이너 표면에서 수직으로 혈액속으로 들어간다. 그러나, 컨테이너의 삼각형 모양 때문에, 초음파는 알려진 입사각으로 챔버의 먼 벽에 부딪힌다. 스넬의 법칙에 따라, 파장은 혈액에서 소리의 속도에 기초한 각에서 컨테이너 벽을 통해 이동할 것이다. 그 각을 측정함으로써 본 발명은 혈액안에서 소리의 속도를 다시 계산할 수 있고, 적혈구용적 및/또는 헤모글로빈을 계산하기 위한 실험적 보정을 가능하게 한다.

스넬의 법칙(Snell' Law): Sin(θ1) / C1 = Sin(θ2) / C2

여기서:

θ1은 입사각이고, C1은 물질1에서 소리의 속도이며,

θ2는 반사각이고, C2는 물질2에서 소리의 속도이다.

전자장치

전자장치는 도 1에 나타난 4가지 작용에 근거한다: 단계 10에서 정확하게 제어된 전기신호를 발생하는 것, 단계 20에서 초음파를 보내고 수신하는 것, 단계 30에서 수신된 파장을 분석하는 것, 그리고 단계 40에서 의학적으로 관련된 결과를 처리하는 것. 따라서, 전자장치는 일반적으로 신호를 발생시키고, 신호를 수신하며, 분석하는 것을 포함한다. 이러한 다양한 수단은 분리된 장치로 존재하는 것을 뜻하고, 또는 하나의 구성요소처럼 통합될 수 있다.

도 4는 전자장치의 블럭도를 나타낸다. 송신하는 단계는 바람직하게 프로그램화된 신호 발생기, (신호 증폭, 필터링, 및/또는 줄이는) 신호 상태 구성요소, 및 전력 증폭기로 구성되는 신호 발생 회로 30를 포함한다. 신호 발생 회로 30은 하나 또는 그 이상의 음향 신호를 발생시킨다. 그 신호는 게이트된 사인곡선(gated sinusoid), 사각 펄스, 잠재적인 지연을 가진 스파이크(spike) 또는 다른 작용일 수 있다. 이러한 신호는 일반적으로 샘플에 도달되는 에너지양을 최소화 하기 위해 사용되는 변환기의 중심주파수와 매치되는 중심 주파수를 가진다. 주파수 스위프(sweep)를 위해, 주파수 범위는 바람직하게는 변환기 T1의 사용가능한 밴드폭내에 위치한 것에서 선택된다. 신호 발생 회로 30은 바람직하게는 송-수신(pitch-catch) 또는 펄스-에코(pulse-echo) 모드에서 변환기를 작동시키기 위하여 전기적 펄스를 발생시킬 것이다. 신호의 주파수는 제작되는 측정기구의 유형과 샘플 챔버의 크기에 따라 1 내지 50 Mhz 범위가 될 수 있고. 바람직하게는 적어도 6 Mhz 이어야 하며, 일반적으로는 10 Mhz 가 가장 적합하다. 시간 해상도(time resolution)를 증가시키거나 적혈구 직경 길이로 파장의 길이를 근접시키기 위해서, 소리가 단지 혈액을 통해 짧은 거리를 이동해야 한다면, 더 높은 주파수가 선택되어야 한다. 낮은 주파수는 감쇠를 최소화시키기 위해서 긴 경로로 선택되어야 한다. 버스트 길이는 50~200 사이클로 장착되는 것이 더욱 바람직하고, 후방산란의 경우에는 100 사이클이 바람직하며, 소리의 속도와 감쇠 계수에 대해서는 0~5 사이클(바람직하게는 0.5사이클)이 바람직하다. 신호 발생기 30의 진폭은 높은 신호대잡음비(signal-to-noise)를 제공하기에 충분할 정도로 유지되는 것이 바람직하다.

입력 신호단계로부터의 신호는 변환기 T1, T2...Tn에 전달된다. 변환기는 높은 효율을 가진, 하나의 변환기가 바람직하다. 상업적으로 이용 가능한 다양한 변환기가 본 발명에서 사용하기에 적합하다. 각 변환기 T1, T2...Tn는 중심 주파수, 밴드폭, 포커싱(focusing), 민감도, 및 빔 패턴을 토대로 챔버 형상과 매치되도록 선택될 수 있다. 후방산란 측정에 있어서, 주파수 범위는 레일리 산란(Rayleigh scattering)을 위해 15 MHz 내외 범위의 수치를 포함하도록 선택된다. 상기 조회(interrogating) 주파수는 6.5, 10, 20, 30, 및 40 MHz을 포함한다. 일반적으로, 시간 해상도(time resolution)를 증가시키거나 적혈구 직경 길이로 파장의 길이를 근접시키기 위해서, 소리가 단지 혈액을 통해 짧은 거리를 이동해야 한다면, 더 높은 주파수가 선택되어야 한다. 낮은 주파수는 감쇠를 최소화시키기 위해서 긴 경로로 선택되어야 한다.

모든 형태와 측정장치에 대해서, 변환기 요소 지름은 빔 각(angle)이 챔버 형태에 적합하게 이루어지도록 선택되어야 한다. 빔 폭은 상기 장치와 간섭하는 바라지 않은(undesired) 소리 경로의 변화를 최소화 하도록 충분히 좁게 설정되어야 한다. 나아가, 그 구성요소 직경은 변환기가 샘플로부터 떨어져 있어야 하는 거리(먼 필드 거리)에 영향을 준다. 촛점이 맞추어 지거나 좁은-빔-폭 변환기는 빔 폭과 먼 필드 거리(far field distance)를 줄이는데 도움을 줄 수 있다. 일부 선호되는 변환기 지름은 3mm, 6mm, 및 12mm를 포함한다. 변환기 T1....Tn은 그것들이 챔버에 관련해서 어떻게 배열되는지에 따라서 펄스 에코 모드(pulse echo mode) 및/또는 송 수신 모드(pitch catch mode)로 사용될 수 있다. 경로 사이 또는 이러한 두가지 작동 모드상의 시간 차이를 측정하면 전자장치 또는 샘플 홀더에서의 지연과 같이 보이지 않는 것을 제거할 수 있다.

샘플로부터 되돌아오는 신호는 변환기로 하여금 수신단계를 따라 지나가는 전자장치 신호를 발생시킬 수 있다. 수신단계는 바람직하게 증폭기 40, 디지타이저(A/D Converter) 50, 및 마이크로프로세서 60 또는 마이크로콘트롤러 및 RAM, 마그네틱 저장장치 또는 CD와 같이 데이터를 수집하고 분석하는 수단을 포함한다. 이러한 형태에 있어서, 변화 시간과 폭을 포함하는 신호 측정 및 계산은 마이크로프로세서에 의해 디지털화된 신호를 토대로 계산된다.

다른 바람직한 수신 단계 형태는 신호 조절, 증폭기, 아날로그 피크 탐지 회로(peak detect circuit) 및 타이밍 회로(timing circuit)를 포함한다. 피크 탐지 회로는 신호 피크 폭을 측정하기 위해 사용되고, 타이밍 회로는 신호 전송으로부터 수신되는 결정하기 위해 사용된다.

신호가 디지티이저(digitizer)에 의해 쉽게 잡히고/잡히거나 아날로그 전자장치에 의해 쉽게 분석되는 수준까지 증폭되도록 하기 위해서는 증폭기가 필요하다. 그러므로, 증폭기는 필요한 결과를 갖도록 선택되어야 한다. 증폭기는 또한 의도된 측정에 적합한 밴드폭을 가지도록 선택되어야 한다. 증폭기는 또한 내장된 하나 또는 그 이상의 필터를 포함해야 한다. 필터는 측정된 주파수 바깥에 위치한 잡음을 제거하기 위해 사용된다. 적합한 필터는 능도 및 수동 필터, RC 필터를 포함한다.

본 발명은 또한 바람직하게는 적절한 장치 제어, 신호 처리 및 탐지 연산을 포함한다. 장치 제어는 탑재된 프로세서, 프로그램가능 논리 제어로 가능하거나 불연속적인 논리 블럭으로 이루어질 수 있다. 신호 처리 알고리즘은 바람직하게는 아래사항 중 하나 또는 그 이상을 포함한다: 아날로그 및 디지털 잡음 필터, 평균화, 게이팅(gating) 그리고 자동이득제어(automatic gain control). 탐지 연산은 바람직하게는 0교차검파(zero-crossing detection)를 포함하고, 이것은 신호의 변화 시간과 증폭 또는 전력 측정을 계산하기 위하여 신호가 0을 교차하는 정확한 시간을 자동으로 측정한다.

하드웨어

하드웨어는 바람직하게 샘플 챔버와 변환기 T1...Tn을 포함한다(도 1 및 8에 나타난 바와 같이). 샘플 챔버 또는 홀더는 혈액 샘플을 포함하고, 샘플의 혼합을 가능하게 하였으며(후방산란 측정의 경우), 변환기와 샘플 사이의 배열 및 거리를 유지하도록 디자인되었다. 바람직한 실시형태에 따른 샘플 챔버는 수집 수단에 의해 챔버안에 분비된 혈액 샘플을 포함하기 위하여 벽으로 둘러싸여 있는 것이다. 그러나, 다른 실시형태는 혈액이 계속적으로 흐를 수 있는 튜브 조각으로 이루어질 수 있다(ex-체내(vivo)). 다른 실시예에서 챔버는 혈액 샘플의 크기 또는 모양이 제어되거나 조절될 수 있도록, 고무와 같이 유동적인 물질로 만들어진다. 택일적으로, 혈액 챔버는 체내에서 또는 비침투 수단의 경우에 그 자체로 환자의 몸을 구성할 수 있다.

수집 수단은 생기있는 혈액을 모으기 위한 허용차(allowances)를 포함한다. 본 수집 방법은 수집 장치와 샘플 챔버가 결합되어 작용하는 기성품인(off the shelf) 주사기(shelf syringe), 창(lance) 또는 맞춤용(custom) 장치일 수 있다. 나아가, 챔버는 혈액이 흐르는 튜브일 수 있다.

샘플 챔버는 처분하기 쉽고 작은 것이 바람직하다. 바람직한 샘플 챔버 물질은 유리, 폴리스틸렌, 폴리아미드, 폴리비닐클로라이드, 폴리카보네이트, 실리콘, 폴리프로필렌, 래텍스 또는 폴리에틸렌을 포함한다. 챔버 및/또는 덧붙여진 반사기(사용된다면)는 정확하게 알고있는 용적으로 제조되는 것이 바람직하며, 소리 경로 길이는 +/-0.2%로 알려진 것이 바람직하고, +/-0.05%로 알려진 것은 더욱 바람직하다. 이동 시간을 측정하는 것으로부터 소리의 속도를 정확하게 계산하기 위해서는 정확하게 알려진 경로 길이가 바람직하다. 챔버가 정확하게 측정될 수 없다면, 경로 길이는 본 발명 자체에 의하거나 다른 독립된 장치로 측정되는 것이 바람직하다. 상기 독립된 장치에 의한 결과는 바코드와 같은 수단에 의해 자동으로 본 발명에 제공되는 것이 바람직할 것이다.

혈액 및/또는 샘플 챔버와 음향학적으로 접촉하고 있는 샘플 챔버 및/또는 장치 부분은 1000m/s 내지 2500m/s 사이 범위에서 혈액안에 있는 소리의 속도와 어울리는 소리의 속도를 가진다. 바람직한 물질은 플라스틱, 고무, 납 및 이것들의 조합을 포함한다.

샘플 챔버는 0.05 내지 10 mL면 충분할 것이지만, 1ml 이하의 혈액 샘플을 포함하는 크기가 바람직하다.

샘플의 온도는 직접적으로 또는 간접적으로 측정될 수 있다. 간접수단은 샘플이 그것의 환경과 평형을 유지하도록 기다리는 것과 혈액 온도 대신에 주변 또는 컨테이너 온도를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 혈액의 온도가 빠르게 변한다면(예를 들어 혈액이 신선하게 유입된다면) 반복된 초음파 측정을 통해 본 발명은 샘플이 주변과 온도평형에 이르는 흐름을 예상하고 최종 기록수치는 어떨 것이라는 것을 예측할 수 있다. 어떤 장치 또는 컨테이너에서 소리의 속도는 온도와 관련되어 변하기 때문에, 컨테이너 벽의 온도는 벽을 통한 소리의 속도를 측정함으로써 예측될 수 있다. 어떤 온도 변화도 측정에 영향을 미치지 않도록 온도 또한 제어될 수 있다.

샘플 챔버와 수집 수단은 또한 하나의 구성요소로 결합될 수 있고, 여기서 혈액 샘플은 수집 수단 안에 수집되며, 이것은 초음파 방법이 사용되면서 샘플 챔버로 작용한다. 나아가, 수집 수단과 샘플 챔버는 튜브형 배열로 구성되어서 혈액은 정맥천자(venipuncture) 바늘 또는 다른 바늘 장치를 통하여 환자에게서 얻어지고, 여기서 혈액은 튜브길이를 따라 흐른다. 튜브 길이는 샘플 챔버에 따라 다를 수 있고, 특별하게 감쇠 계수 및 소리의 속도에 대한 측정 방법은 튜브 길이를 따라 흐르는 샘플에서 수행된다. 후방산란을 기초로 한 방법은 튜브를 통한 적혈구의 움직임 때문에 흐르는 샘플을 사용하기 때문에 덜 바람직하다. 어떤 경우에, 주파수 교정(calibration)은 샘플 챔버를 통해 흐를때 조차, 독립적으로 측정된 적혈구용적 샘플을 사용하여 HCT, MCV 및/또는 RBC를 측정을 수행함으로써 얻어질 수 있다.

본 장치는 미량의 정맥 혈액을 사용하여 작동하는 것으로 의도되었지만, 더 바람직하게는 모세혈관에 적용하도록 최적화 되어있다. 모세혈관은 정맥 또는 동맥 혈액보다 미세하게 다른 구성요소의 결합을 가지고 있다. 예를 들어, 샘플된 모세혈관의 HCT 및 HGB는 일반적으로 혈관에서 얻어진 샘플보다 2~5% 높고, 이것은 의사가 다른 결정을 하게 만드는 중요한 차이점이다. 동맥 혈액이 테스트 튜브에서 직접 만들어지는 EDTA와 같이 혈액의 응고를 막는 물질로 취급된다는 것 또한 주목할만 하고, 이에 반해 정맥은 사용자의 수집과정을 단순히 하기 위해 응고를 막는 물질 없이 테스트 되는 것이 바람직하다. 따라서, 초음파 신호 및 상관관계에 대한 해석은 유입되는 타입에 따라 의도되는(tailored) 것이 바람직하다. 모세혈관의 잇점은 환자의 손가락으로부터 빠르고 안전하게 발견될 수 있으며, 반면에 정맥을 찌르는 것은 더 많은 관련된 과정을 거쳐야 하고, 환자에게 더 큰 불안과 복잡한 위험요소를 가져다 준다. 그러므로, 피침으로 모세혈관을 찌르고 수집 도구안에 혈액 샘플을 수집함으로써 손가락에서 미량의 모세혈관 혈액을 얻는 것이 바람직하다(이에 반해 정맥은 팔에 있는 큰 정맥으로부터 전체 테스트 튜브를 채워서 직접적으로 얻는다). 서술된 바와 같이, 본 발명은 빔 각을 줄이고 측정의 해상도를 증가시키는 기술을 사용함으로써 손가락에서 나오는 미량의 혈액으로 작업하기에 적합하도록 제작되었다.

샘플 챔버에 대한 물질과 표면의 마무리는 응고의 시작을 연장하기 위해서 선택하는 것이 바람직하다. 이것은 특별히 처리되지 않은 모세혈관을 사용할때 바람직하다. 응고의 생화학적 과정은 시간에 있어서 소리의 속도를 변화시키는 것으로 설명된다. 응고현상을 최소화하기 위해 선호되는 물질은 스테인레스 강철, 놋쇠, 또는 폴리스틸렌과 같은 폴리머를 포함한다. 표면 마무리는 표면부위를 최소화하고 세정을 간단히 하기 위해서 부드럽게 하는 것이 가장 바람직하다. 2분 이하로 테스트 시간을 줄이는 것이 응고의 영향을 줄인다. 적혈구를 왜곡시키지 않고 응고을 지연시키기 위해 분말화된 해파리 응고방해물질을 샘플 챔버 또는 수집 수단 안에 주입할 수 있지만, EDTA 및 다른 응고방해물질 또한 이용 가능하다. 또한, 샘플 챔버의 표면에 적용될 수 있는 생체교감가능 표면 처리가 다양하게 존재하고, 각각의 경우에 장치는 응집된 잡음 또는 이러한 표면으로부터의 상 전이 결과에 따라 신호의 변화를 보상할 필요가 있다.

한가지 바람직한 샘플 챔버의 실시예는 샘플 챔버의 한쪽 끝에 있은 계단 모양의 반사기에서 반사를 되돌려 보내고, 혈액 샘플을 통해 빔을 투사하는 일원 또는 이원 요소 변환기를 포함한다(도 3과 같이). 이러한 단계에서 왕복시간의 차이는 테스트 샘플에 있어서 소리의 속도를 계산하는데 사용될 수 있다.

계단모양의 반사기 14 디자인은 그것이 움직이는 부분을 가지고 있지 않다는 관점에서 바람직하고, 그것은 변환기 커플란트(couplant) 지연과 같이 샘플 챔버 외부의 변하는 시간 지연에 영향을 받지 않는다.

다른 바람직한 샘플 챔버는 견고한 평행 벽 E1, E2와 단지 혈액 한 두 방울만으로 챔버를 채울 수 있을 정도의 깊이를 가지는 작은 챔버를 포함한다. 소리는 도 8에서 보는 바와 같이 벽 E1, E2의 수직 깊이를 따라 챔버를 통해 전달된다.

다른 바람직한 샘플 챔버는 고무 낭(bladder)으로 구성된다. 이것은 전자장치 유니트에 위치하여 혈액을 채우도록 특정되었고, 하나의 고정된 변환기와 반사기 사이 또는 전자장치 단위에 있는 두개의 고정된 변환기 사이의 공간을 채우기 위해 팽창한다.

또 다른 바람직한 샘플 챔버는 모세관 현상, 샘플 카드 및 통합적으로 처분 가능한 변환기를 포함하는 것들에 의해 혈액샘플을 수집할 만큼 밀폐된 벽으로 둘러싸인 챔버를 포함한다. 모세관 샘플 챔버는 한쪽 끝이 캡핑된 튜브일 수 있다. 이러한 타입의 튜브는 이 분야 기술자에게 알려진 미세-적혈구용적 테스트의 일부로 의학 분야에서 일반적으로 사용되는 것과 유사하거나 동일한 것이다. 샘플 카드는 평평하고, 넓은 샘플 챔버안에 미량의 혈액을 모은다. 샘플 카드는 선택적으로 사용자 손가락에 적합하도록 엄지 검표(tab)를 포함한다.

반사기는 챔버의 내부 또는 외부에 있을 수 있다. 가장 바람직하게, 챔버 모양 자체는 제조하기 쉽도록 반사기와 같은 역할을 할 것이다. 반사기의 성분이 특별히 제한되는 것은 아니다. 경로 길이의 차이도 이와 같이 특별히 제한되는 것은 아니고, 바람직하게는 1mm 내지 10cm 범위 일 수 있다. 더 긴 경로는 측정의 정확성을 향상 시키지만, 더 짧은 경로는 더 작은 혈액을 필요로 한다. 움직이는 반사기도 가능하다. 모든 형태에 있어서, 수직 또는 수평의 초음파 경로는 빔 안에 있는 적혈구 농도가 일정하게 유지되는한 사용될 수 있다. 만약 그렇지 않다면, 세포는 기록에 에러를 일으키는 빔의 내부 또는 외부에 우선하여 부착될 수 있다. 또한, 빔의 다른 부분은 왜곡된 대답을 일으키면서 세포의 다른 농도로 통과 할 수 있다. 이와 같이, 챔버 디자인은 초음파가 더 따듯하거나 더 추운 부위에서 선택적으로 측정되는 대신에 혈액의 모든 온도층을 통하여 이동하도록 온도층이 발생하는 기회를 줄이거나 또는 온도층이 전체적으로 단일화 되도록 해야만 한다.

변환기는 고체 혈액 컨테이너에 음향학적 커플런트(couplant)로써 액체 또는 구리스를 사용할 수 있고, 샘플 컨테이너에 직접적으로 연결될 수 있으며(건조 연결), 또는 고체 대신 액체 또는 가스안에 직접적으로 소리를 보낼 수 있다. 변환기는 샘플에 음향학적 연결을 확실히 하기 위하여 고정장치로 설치될 수 있다. 하나의 바람직한 실시예에 있어서, 변환기는 사용후 처분 가능하며 샘플 챔버안에 만들어진다. 상기 처분 가능한 변환기는 처분 가능한 챔버에 결합되고, 그 챔버는 음향학적인 대신에 전기적으로 테스트 장치와 연결되는 것이 바람직하다.

변환기는 샘플 챔버의 형상에 따른 공전(stray) 반사에 의해 야기되는 간섭성 잡음을 피하기 위해 초점이 맞거나 또는 좁은 빔을 사용하는 것이 바람직하다. 20 MHz 변환기가 가장 선호되지만, 바람직하게는1 MHz 내지 50 MHz, 더 바람직하게는 5 내지 20 MHz의 중심 주파수를 가진 변환기가 사용될 수 있다. 더 높은 주파수를 가진 변환기는 더 짧은 경로 길이와 더 정확한 타이밍을 가진다. 변환기 T1, T2 쌍은 도 8에 나타난 바와 같이 수집 샘플의 한쪽에 하나씩 사용하는 것이 가장 바람직하다.

하드웨어는 사용자 인터페이스(interface)와 장치 패키징(packaging)을 위한 수단을 포함한다. 변환기와 샘플 챔버 형태는 운반 가능하고, 밧데리 전력을 가지는, 자급식 장치로 결합될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예는 다른 테스트 또는 작용을 수행하는 장치에 하위 시스템으로써 본 발명을 결합시키는 것을 포함한다.

바람직한 하드웨어 하위 구성부품은 다음 사항을 포함한다:

·케이스,

·표시부,

·변환기,

·샘플 홀더,

·챔버,

·사용자 버튼,

·전력 시스템, 및

·회로 보드

본 발명은 특별히 휴대 가능하거나 운반 가능한 장치에 적합하지만, 그것은 또한 탁상용 또는 고정장치에도 적합하다.

본 발명에서 특별하게 선호되는 바람직한 장치를 아래에 나타내었다:

바람직한 실시예 A:

하나의 바람직한 실시예(A)는 미량의 혈액을 사용하고 하나 또는 그 이상의 고정 변환기 T1..Tn를 사용하는데 적합한 휴대 가능한 장치를 포함한다. 아래에 서술된 본 실시예에서, 사용자는 손가락 또는 힐 스틱(heel stick)으로 환자로부터 미량의 혈액을 채취하고 작은 수집수단(예를 들어, 튜부, 샘플 카드)에 혈액을 수집한다. (수집 수단을 통한) 샘플은 장치 안에 위치하고 상기 장치는 적혈구용적, 헤모글로빈 양 , 적혈구수, 적혈구평균용적, 적혈구평균혈색소량, 혈색소평균농도, 및/또는 전체 단백질 농도를 표시할 것이다. 본 실시예는 휴대 가능하고, 밧데리 전력을 가지며, 운반 가능한 장치가 바람직하다. 샘플 챔버는 처분 가능한 것이 바람직하다.

테스트 챔버

세가지 유형의 테스트 챔버가 본 장치에 적합하고, 그것들은 모두 몇 방울 또는 미량의 혈액을 사용한다. 첫번째는 모세관 현상, 예를 들어, 한쪽 끝에 캡핑된 것이 바람직한 모세관 튜브에 의해 혈액 샘플을 수집할 정도로 충분히 가까운 벽을 가진 챔버가 될 것이다. 이러한 유형의 튜브는 당해 기술분야의 기술자에게 널리 알려진 미세-적혈구용적 테스트의 일부로써 의학용 장치에 일반적으로 사용되는 것과 유사하거나 동일한 것이다. 두번째 바람직한 실시예는 샘플 카드로, 이것은 초음파 측정장치가 만들어 질 수 있는 작은 수직 구멍안에 미량의 혈액을 수집하기 위한 것이다. 샘플 카드는 사용자 손가락에 적합한 엄지 검표(tab)를 선택적으로 포함한다. 이러한 타입의 샘플 카드 또한 당해 기술분야에서는 알려진 것이며, 특별히 제한되지 않는다. 세번째 선호되는 실시예는 샘플 카드로, 이것은 도수계(meter) 내에 있는 두개의 정확한 위치 벽 사이의 공간을 채우는 유동적인 얇은 벽 챔버에 미량의 혈액을 수집하는 것이다.

변환기

본 바람직한 실시예에 따른 변환기는 6 내지 100 MHz 범위이고(적어도 6 Mhz), 10 MHz가 가장 바람직하다. 측정장치는 단지 하나의 변환기로 만들어질 수 있지만, 수집된 샘플의 각각의 면에 위치한 T1, T2 쌍이 가장 바람직하게 사용된다. 이러한 방식으로 쌍을 위치시킴으로써 두가지 송-수신(pitch-catch) 그리고 펄스-에코(pulse-echo) 신호가 도 8에 나타난 것처럼 측정되도록 한다. 이러한 변환기를 가지고 있는 장치는 바람직하게 샘플 챔버와 변환기 사이에서 연결되는 학실한 음향을 보장한다.

신호 발생기

신호 발생기는 변환기를 작동시키기 위해 충분한 시간과 진폭을 가진 간단한 전자 신호를 발생시킨다. 신호의 주파수는 선택된 변환기에 적합하도록 하고, 길이는 0.25 내지 3 사이클이 바람직하다. 신호의 진폭은 변환기의 비율을 초과하지 않는 범위에서 가능한 높아야 한다. 다른 진폭 회로는 신호대 잡음 비율을 최소화 할 필요가 있을 수 있다. (위에 서술된) 적절한 전자장치를 통하여 본 하드웨어는 그것이 각 주파수에서 얼마나 공명하는지를 결정하기 위해, 챔버의 주파수 반응을 측정하는 다른 측정장치를 사용하여 관련된 의학적 파라미터를 또한 결정할 수 있다.

장치 제어, 신호 프로세스, 탐지 논리

장치 제어는 탑재된 프로세서 60 또는 프로그램가능한 논리 제어부를 통해 이루어질 수 있다. 신호 프로세싱 알고리즘은 바람직하게는 다음의 하나 또는 그 이상을 포함한다: 잡음 필터링, 및 자동 이득 제어, 이것은 초음파 또는 전기 기술분야에서 보통의 지식을 가진자가 이해할 수 있는 것으로, 특별히 제한되지 않는다. 탐지 논리는 바람직하게는 0교차검파(zero-crossing detection)를 포함한다. 0교차검파는 파장 버스트 같은 신호가 도달하는 순간에 시간을 정확하게 측정하는 방법이다. 이 방법에 있어서, 파장은 신호가 0으로 교차될 때를 정확하게 탐지함으로써 시간이 정해진다(timed). 가장 일반적인 버스트가 몇 사이클 지속되어 0 복합 시간을 대비하기 때문에, 하나의 교차가 본 방법의 주어진 응용에서 일관되게 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하나의 실시예는 일정한 타이밍 포인트로써 모든 버스트의 2^nd (또는 3^rd 또는 5^th)번째 0 교차를 사용하는 것이다.

케이스와 표시부

케이스는 바람직하게는 샘플 챔버, 변환기, 표시부 및 지원 전자장치(surpporting electronics)를 포함할 것이다.

교신

하나 또는 그 이상의 인터페이스가 병원 장치 네트워크를 통해 다른 의학적 장치와 교신하도록 포함될 수 있다. 또한 상기 인터페이스와 장치 두가지가 포함될 수 있다.

바람직한 실시예 B:

다른 바람직한 실시예(B)는 미량의 혈액을 사용하기에 적합한 휴대 가능한 장치이고, 처분 가능한 변환기 T1..Tn을 사용한다. 실시예(A)와 같이, 이와 같은 실시예는 아래에 서술된 것처럼 휴대 가능한 장치를 포함하고, 적혈구용적, 헤모글로빈 용적, 및/또는 다른 적혈구 세포 지수를 측정할 것이다. 실시예(A)와는 다르지만, 실시예(B)는 바람직하게는 처분 가능한 변환기를 포함하고, 이것은 바람직하게는 샘플 챔버로 통합된다.

테스트 챔버

본 실시예의 테스트 챔버는 실시예(B)에서의 테스트 챔버를 제외하고는 실시예(A)에서 서술된 포맷 중 하나일 수 있고, 바람직하게는 테스트 챔버 안에 만들어진 하나 또는 두개의 처분 가능한 변환기를 포함할 수 있다. 이러한 챔버는 음향학적 연결 대신에 테스트 장치와의 전기적 연결을 사용할 것이다. 이러한 처분 가능한 변환기는 비용을 최소화 하기 위하여 미세전자기계시스템(MEMS)을 사용하여 제조하는 것이 바람직할 것이다.

처분가능한 변환기

처분가능한 변환기는 6 내지 100 MHz 범위가 바람직하고(적어도 6 Mhz), 가장 바람직하게는 10 MHz이다. 이러한 변환기 쌍은 수집 샘플의 각 면에서 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 처분 가능한 변환기는 유입 혈액 샘플과 인접할 수도 또는 인접하지 않을 수도 있다.

다른 구성요소

다른 구성요소는 실시예(A)에서 서술된 것과 같다.

바람직한 실시예 C:

다른 바람직한 실시예(C)는 아래에 서술된 바와 같이, 혈액 튜브를 사용하고 고정된 변환기를 사용하는데 적합한 휴대 가능한 장치이다. 본 실시예는 큰 부피의 혈액이 사용된다는 점에서 (A) 및 (B)와는 다르다. 본 실시예에서, 사용자는 정맥주사를 통해 환자로부터 혈액 튜브를 끌어낸다. 샘플은 장치 안에 위치하고, 상기 장치는 적혈구용적, 헤모글로빈 용적, 및/또는 적혈구평균용적을 나타낸다. 상기 장치는 바람직하게는 휴대가능하고, 밧데리 전력을 가지며, 운반 가능하다. 샘플 챔버는 바람직하게는 처분 가능하다.

테스트 챔버

테스트 챔버는 표준 의학 튜브이다. 상기 튜브는 본 발명에 포함되고 변환기는 그것의 외부 표면에 직접적으로 연결된다. 신호 전달의 두가지 모드가 바람직하다. 첫번째로, 신호는 튜브 축에 수직으로 전송되고, 송-수신 측정을 위한 튜브로 전송되며, 도 8에 나타난 바와 같이 펄스-에코 측정을 위해 벽에 반사된다. 두번째 모드로, 신호는 튜브 축을 따라 또는 수직으로 이동하지만, 도 3에 나타난 바와 같이 이미 튜브로 삽입된 알려진 크기의 처분 가능한 2단계 반사기에서 반사된다.

다른 구성요소

다른 구성요소는 실시예(A)에 서술된 것과 같다.

바람직한 실시예 D:

본 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명은 위에 서술된 바와 같이 작동하고, 그것은 다른 혈액 테스트를 수행하는 장치로 통합된다. 이 경우에, 샘플 챔버와 변환기 형태의 세부사항은 위에서 서술된 실시예와 공통되지만, 수행되는 다른 혈액 테스트와 함께 작동되도록 선택되어야 한다.

바람직한 실시예 E:

본 마지막 실시예에 있어서, 측정은 환자로부터 어떤 혈액을 뽑는 것 없이 체내에서 수행된다. 장치는 환자의 피부에 장착되고 환자의 몸속으로 초음파를 보낸다. 후방산란, 소리의 속도, 감쇠 및 다른 초음파 측정은 수신된 신호로부터 계산되고 혈액 특성을 예측하기 위해 사용된다.

테스트 챔버

본 실시예에서, 테스트 챔버는 환자의 몸이다.

변환기

장치를 통해 소리 빔을 동적으로 조정하고 큰 정맥 또는 혈관을 찾기 위한 초점 길이를 변형 시키기 위해서는 배열(array) 변환기가 바람직하다.

신호 발생기

배열 변환기가 선택되었다면, 배열을 제어하고 빔-조정을 위해 적절한 신호 발생기가 선택되어야만 할 것이다.

본 실시예의 다른 요소는 앞에 서술된 실시예와 유사한 것이 바람직하다.

다른 변화는 당해 기술분야 보통의 지식을 가진자에게 디자인상의 문제로 간주되고 이것은 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

실시예

본 발명이 일반적으로 서술되었다면, 본 발명은 단지 설명을 목적으로 하고, 특정되지 않았다고 제한하는 의도가 아닌 목적으로, 여기에 제공된 어떤 특정의 실시예를 참고로 하여 더 이해될 수 있다.

실험 장치

도 2는 초음파를 사용하여 혈액 특성을 측정하는 가능성을 테스트 하기 위해 실험 장치로 사용되는 본 발명의 실시예를 보여주고, 이것은 종판 플레이트(end plates), 변환기 캐리어, 반사기 및 샘플 챔버의 길잡이(guide)로 작용하는 두개의 레일(rail)을 가지는 샘플 설비를 포함한다. 유입 변환기와 샘플 배열이 사용되었다. 이 형태는 수용액 전해조(Water bath), 유입 변환기 T1, 조절가능한 (슬라이딩) 반사기, 및 샘플을 포함한다. 샘플은 혈액 챔버에 포함되며, 이것은 혈액을 포함하고 샘플의 벽에서 초음파 반사를 줄이기 위해 늘여진(streched) 래텍스(latex) "창(windows)"으로 디자인 되었다. 전해조 안에 있는 수용액은 효과적이고 값이 싼 도파관(waveguide) 및 커플런트(couplant)이다. 다른 커플런트 수단과 샘플 챔버 또한 적합하다.

테스트의 대부분은 생리학적인 적혈구용적 범위에서 소리-HCT의 속도 및 감쇠계수-HCT 상관관계에 중점되어 있다. 상관관계 또한 HGB 및 잠재적인 간섭 요소에 대해서 발전된다. 도 6은 수집된 소리 데이터의 속도 그래프이다(샘플 크기 65). 소리의 속도와 적혈구용적간의 선형 상관관계가 기대된다. 이 데이터 장치에 대한 선형의 상관관계 계수는 0.990으로, 강한 상관관계를 보인다.

도 7은 수집된 감쇠 상관관계 데이터 그래프이다(샘플 크기 65). 이러한 데이터 포인트 또한 RBC 보존(preservative) 타입을 위해 수정된다. 감쇠 상관계수와 적혈구용적 사이에는 대략적인 선형 상관관계가 기대된다. 이 데이터 장치에 대한 선형의 상관관계 계수는 0.975이다. 다시 한번, 산란의 일부가 샘플의 MCV 안에 있는 변화에 의해 발생하지만, 샘플 크기 제한과 데이터 산란은 MCV로는 통계적으로 중요한 상관관계를 만들지 못하게 한다.

후방산란 결과가 도 5에 도해되어 있다(샘플 크기 10). 나타난 포인트는 0% 내지 15% HCT이다. 여기서, 데이터는 선형이어야 한다. 직선 라인 상관관계는 0.932이다. 이것은 좋은 상관관계가 후방산란과 HCT 사이에서 확인되었지만, 소리의 속도 또는 감쇠에서 만큼 강하지는 않다는 것을 보여준다.

온도와 보존(preservative)에 대한 수정 이후에, 결과는 역선형회귀(reverse linear regression)를 사용하여 분석된다. 이러한 선형회귀를 사용하면, HCT, 헤모글로빈 농도(HGB), 및 소리의 속도와 감쇠 계수에 의해 주어진 적혈구수를 예측하는 정확성은 90% 신뢰구간으로 계산된다. (도 1에 나타난) 결과는 HCT 및 HGB와 소리의 속도간의 정확한 상관관계 뿐만 아니라 HCT 및 HGB와 감쇠계수 및 후방산란간의 상관관계가 나타나고 있음을 보여준다. 실험 에러의 원인은 현격한 정확성 향상의 결과, 실질적으로 줄어들 수 있는 것으로 확인되었다.

측정된 파라미터	확인된정확성(95% 신뢰구간)		잠재적인 정확성(95% 신뢰구간)
측정된 파라미터	소리의 속도	감쇠계수	소리의 속도	감쇠계수
HGB (% of 기록수치)	5.5%	20%	1.0%	1.0%
HCT (% of 기록수치)	3.0%	11%	1.0%	1.0%
RBC (% of 기록수치)	9.9%	15%	1.4%

표 1 - 상관관계 불확실성(Correlation Uncertainties)

* - RBC의 확대된 정확성은 소리의 속도와 감쇠 두가지가 동시에 측정되고 HCT 및 MCV를 계산하는데 사용될 수 있다는 것을 가정한다. RBC는 그것이 사용하는 MCV가 가정된 수치가 아닌 계산된 수치이기 때문에 이러한 상황에서 더 정확하게 계산될 수 있다.

상관관계의 정확성에 영향을 주는 에러의 알려진 중요한 원인은 아래의 사항을 포함한다:

ㄱ. (+/-2%로 특정된) 참조 세포수의 부정확

ㄴ. 테스트 설비의 용적의 정확성

ㄷ. 혈액 샘플안에서 실질적인 양과 보존 타입의 변화

ㄹ. 온도 수정의 정확성

ㅁ. 채취된 혈액 샘플의 수명

기준 세포수는 혈액 파라미터에 대한 유일한 비교 원인이고, 그것은 2%이하의 반복성을 특정하기 때문에, 이것은 초음파 측정과 참조 혈액 파라미터 사이에서 산란의 원인을 가져오는 것 중의 하나이다. 자동화된 카운터의 에러가 본 발명의 에러를 수정하지 않는다고 가정하면, 두 장치 사이에서 확인되 3% 에러는 본 발명이 절대 기준 표준과 비교하여 실제로는 2% 정확성을 달성한다는 것을 나타내는 것이 된다. 이 가정은 에러의 나머지가 자동화된 카운터기에 기인한다는 것을 제안하고, 이것은 본 발명과 다름없이 수행된다는 것을 특정한다. 위에 서술된 에러의 다른 원인은 모든 에러의 그럴듯한 원인(driver)이다. 보존 없이 새로운 혈액을 테스트하고 여러가지 기준(국제 기준 표준을 포함하여)와 비교되어 향상된 장치(용적의 정확성과 온도 측정에서 더 정밀한)는 표 1에서 보여진 기록수치를 +/-1% 정확성으로 설명할 수 있을 것이다.

실험의 결론

우수한 상관관계는 소리의 속도 및 감쇠 계수에 HCT를 관련시키고, 소리의 속도 및 감쇠 계수에 HGB를 관련시킴으로써 발달되었다. 정확하고, 운반가능하며, 엄격한 장치에 적합하도록 HCT 및 HGB 측정 방법을 발달시키는 목적은 칭찬할만한 성공을 달성하게 되었다.

본 발명의 방법은 소리의 속도로 적혈구용적을 측정하는데 있어서, ±3%의 정확성을 가진다. 기준 측정의 에러를 줄이는 것과 새로운 혈액 샘플을 사용하는 것은 보존과 샘플 수명을 포함하여 에러의 많은 중요한 원인을 줄일 것이다. 최종 장치의 정확성은 기준 표준에 의해 측정된 수치의 1% 이내로 기대된다. 유사한 정확성이 감쇠 계수 상관관계를 토대로 달성될 수 있다. 본 장치는 어떤 다른 운반가능한 HCT 도수계보다 훨씬 더 정확하다.

본 발명으로 정확한 적혈구용적 및 헤모글로빈 농도 측정이 단지 1분의 소요시간 안에 제공되고, 샘플에서 결과까지 거리는 시간을 90% 이상 줄일 수 있다. 그러므로, 간단하고 정확한 HCT 및 HGB 측정이 지연되지 않고 가능하다. 본 발명은 공공부분과 군사적으로 급한 의료 환경에 유용하다. 본 발명은 긴급한 순간에 빠르게 수행될 수 있도록 작고, 가벼우며, 필요한 것이 완비된 상태이고, 견고한 장치로 수행될 수 있다. 본 발명은 어려운 상황에서 사용되기 쉽고 빠르게 사용될 수 있다. 가장 중요하게는, 긴급한 의료진이 자신감있게 수행할 수 있고 환자가 응급실에 도착하자마자 유용한 정보를 제공할 수 있을 만큼 본 발명은 정확하다.

본 발명은 또한 개인 진료 의사에게 제공된다. 본 장치는 높은 정확성을 가진 결과가 즉각적으로 필요할때 혈액 분석 연구실에 가는 것에 대한 대안을 제공한다. 본 장치의 속도와 정확성은 같은 방문 기간에 그들이 사용할 수 있는 정보를 의사에게 제공하여, 이어지는 방문과 전화에 걸리는 시간을 줄인다.

아래 표 2는 상업적으로 이용가능한 적혈구용적 및 헤모글로빈 장치와 본 발명의 장점을 비교한 것이다.

기술	일반적인 정확성(기준치의 ±% , 95% 신뢰구간)	이동성	왕복시간POC(측정 분)	현재 및 잠정적 시장	단점
원심분리기	2-5	No	5-30	개인실습사무실	느림, 그리고 사람의 기술에 따른 정확성
세포수 카운트-자동	2-3.5	No	30+	병원	비쌈,운반할수 없음
광학상	6	No	1	심장질환 OR	작동을 위해 혈액 회로 필요
전기적(전도체)	6	Yes	1	병원, 개인 진료 의원	유일한 스크리닝(screening)
광도계	3	Yes	1	병원	유일한 스크리닝;헤마토크릿이 아닌 헤모글로빈 측정
초음파(본 발명)	1-2	Yes	1	병원, EMS, 개인 진료 의원	없음

표 2- 상업적으로 이용가능한 적혈구용적 및 헤모글로빈 장치와 본 발명의 장점 비교.

본 발명은 다음의 사항 각각에 대해서 종래의 장치와는 다른 현저한 우수한 효과를 가진다:

운반성- 장치에 있는 구성요소들은 작고, 내구성이 있으며, 가볍다. 목표 무게는 10 파운드보다 작고, 이것은 자동화 세포수 카운터보다도 무게가 3분의 1 수준이다.

속도 - 하나의 초음파 펄스 및 측정 사이클은 순식간이고 펌웨어(firmware) 신호 분석은 거의 즉각적인 결과를 가져다준다. 목표 사이클 시간은 60초 이하이고, 이것은 혈액 연구실에서 진행하는데 필요한 10분과 비교하여 거의 90% 향상된 것이다.

정확성 - 존재하는 이동 가능한 장치의 2배이다. 목표 정확성은 ±2% 이상이다.

본 발명은 종래의 초음파 시스템과 비교하여 다른 많은 차이점과 효과를 가진다. 본 발명은 TPC 뿐만 아니라 HCT, HGB, RBC, MCV, MCHC, 및 MCV에도 적용될 수 있는 것이다. 이러한 여러가지 측정을 수행하기 위해서, 본 발명은 바람직하게는 소리의 속도가 아니라 이동 시간, 감쇠, 후방산란, 연속된 파장 반응, 주파수 반응 및 반사를 포함하는 다양한 초음파 측정은 이용한다. 슈네디츠 등이 하나의 직선 경로(반사 없음)를 따라 이동 시간을 측정함으로써 소리의 속도 측정을 수행하였지만, 본 발명에 따르면 복합 에코과 경로가 결합되어 분석될 수 있다. 본 발명의 한가지 실시예는 거리 또는 온도와 같이 제어되지 않는 변수를 제거하기 위하여 종합적으로 복합 특징(소리의 속도 및 감쇠와 같이)을 이용한다.

본 발명의 다른 특징은 피부로 초음파를 보냄으로써 체내 또는 비침투 측정에 적용될 수 있다는 것이다. 이러한 장치를 위해 본 발명의 특별히 적합한 실시예는 피부, 지방 또는 혈관벽을 통한 이동에 따른 지연을 없애기 위해 복합 에코 또는 신호 경로의 이동 시간을 빼는 방법 또는 후방산란 방법에 제한되지 않는 것을 포함한다.

바람직하게, 본 발명은 단지 환자로부터 혈액을 계속 순환시키고 보내는 것에 제한되지 않는다. 본 발명은 또한 고정된 혈액에 적합하다.

적절하게, 본 발명은 용적이 큰 혈액을 필요로 하지 않는다. 예를 들어, 슈네디츠 등의 장치는 500mL 전해조로부터 튜브로 순환하는 대략 60mL의 혈액을 사용하는 반면에, 본 발명은 0.05mL 또는 그 이하(1 방울)로 사용하는 것이 적합하다. 이것은 스케일면에서 양자 비약(quantum leap)이다(부피로 100-1000 율). 본 발명의 다른 실시예는 번거롭고, 비실용적이며, 온도탐침으로 혈액과 직접 접촉하고, 세정과 오염의 복합단계를 거치는 온도조절기-제어 전해조처럼 온도를 측정하는 종래의 방법과 관련된 문제를 해결한다. 적절하게, 본 발명은 바람직하게는 컨테이너의 초음파 측정을 사용하여 온도를 자동으로 측정하고, 점근하는 결과를 토대로 온도를 측정하며, 또는 혈액의 주변 온도를 측정하고, 온도 평형을 빠르게 도달시키는 장치를 디자인한다.

본 발명은 전체적으로 서술되었고, 당해 기술분야에서 보통의 지식을 가진자가 여기서 출발하여 본 발명의 기술 또는 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 많은 변화와 변경을 할 수 있다는 것은 명백하다.

의료진은 일반적으로 진단 과정의 일부로써 혈액 파라미터를 테스트한다. 전혈검사(CBC)는 이러한 테스트 중 가장 일반적인 것이다. 의사는 혈액의 세포성 구성요소에 대한 양과 상태를 평가하기 위해 그 결과를 이용한다. 전혈검사의 세가지 구성요소는 샘플안에 있는 적혈구 크기와 수를 서술하기 위해 사용된다: 적혈구용적, 적혈구평균용적, 적혈구수. 나아가, 네가지 다른 혈액 특성이 적혈구의 산소 이동 능력을 설명한다: 헤모글로빈 농도, 전체 단백질 농도, 적혈구평균혈색소량, 및 혈색소평균농도. 현재, 적혈구용적 또는 헤모글로빈 측정에 있어서, 스피드, 정확성 및 이동가능성의 문제를 해결하는 어떤 장치 또는 방법은 없다. 본 발명은 초음파를 사용하여 혈액의 특성을 측정하기 위한 장치와 방법을 제공한다. 본 발명은 특별히 혈액의 HCT, HGB, MCV, RBC, MCHC, MCH 또는 TPC를 측정하는데 적합하고, 이것은 스피드, 정확성 및 운반가능성 모두를 제공한다.

Claims

혈액 샘플을 보관하는 샘플 챔버(chamber);

상기 샘플 챔버 안에 있는 혈액에 초음파 신호를 보내기 위한 초음파 펄스 발생기;

상기 혈액 샘플에 하나 또는 그 이상의 초음파 신호를 보내고 받기 위한 적어도 하나의 초음파 변환기; 와

상기 하나 또는 그 이상의 반사된 초음파 신호로부터 초음파 특성, (a) 혈액 샘플로부터의 후방산란, (b) 혈액 샘플을 통한 초음파 신호의 감쇠, (c) 혈액 샘플을 통한 소리의 속도로 이루어진 군에서 하나 또는 그 이상이 선택되어 이루어진 물리적 파라미터를 측정하기 위해 상기 변환기와 연결된 수신기; 및

상기 측정된 물리적 파라미터를 기초로 HCT, HGB, MCV, RBC, MCH, MCHC, 및 TPC로 이루어진 군에서 혈액의 하나 또는 그 이상의 의료용 파라미터를 계산하기 위한 프로세서로 구성되는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 수신기는 95% 신뢰구간에서 기록수치 7% 이상으로 HCT 및/또는 HGB를 측정하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 샘플 챔버는 1ml 이하의 혈액 샘플을 포함하기 위한 크기인 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 초음파 펄스 발생기는 상기 샘플 챔버 안에 있는 혈액에 적어도 6 Mhz 주파수의 초음파 신호를 보내는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 초음파 펄스 발생기는 상기 샘플 챔버 안에 있는 혈액에 대략 10 Mhz 주파수의 초음파 신호를 보내는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 변환기는 다중 에코 또는 다중 신호 경로를 감지하고, 상기 수신기는 이동(tansit) 지연 또는 다른 지연을 제거하기 위하여 상기 다중 에코 또는 다중 신호 경로의 이동 시간을 측정하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제1항에 있어서, 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제7항에 있어서, 상기 온도 센서는 상기 혈액과 직접적으로 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제8항에 있어서, 상기 프로세서는 간접 온도 측정을 보상하고, 상기 보상된 온도 측정과 부합하도록 상기 의료용 파라미터를 조절하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 샘플 챔버는 적어도 하나의 유동적인 벽을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 샘플 챔버는 상기 혈액 샘플을 수집하기 위한 수집 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제11항에 있어서, 상기 수집 수단은 모세혈관의 샘플을 수집하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 샘플 챔버 및/또는 수집 수단은 모세관 현상에 의해 혈액 샘플을 수집하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 변환기는 샘플 챔버의 벽에 직접 음향학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 변환기는 상기 샘플 챔버의 벽에 고정된 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 변환기는 표유(stray) 반사에 의한 간섭(coherent) 잡음이 없도록 집중(focused) 또는 좁은(narrow) 빔(beam) 폭 변환기인 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제16항에 있어서, 상기 변환기에 따른 좁은 빔은 상기 초음파 발생기의 주파수와 어울리는 중심주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 변환기는 한 쌍의 변환기인 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 수신기는 상기 수신기에 수신된 신호를 탐지한 시간에 대하여 상기 변환기 여기상태의 시간을 직접 측정하는 것에 의하여 혈액 샘플로 소리의 속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.

[청구항 19]

제1항에 있어서, 상기 프로세서는 퓨리에(Fourier) 또는 다른 분광 변형(spectral transforms)을 적용함으로써 상기 혈액의 의료용 파라미터를 계산하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제1항에 있어서, 운반 가능한 휴대장치용 밧데리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
1ml 이하의 혈액 샘플을 포함하도록 하는 크기의 샘플 챔버(chamber);

상기 샘플 챔버 안에 있는 혈액에 초음파 신호를 보내기 위한 초음파 펄스 발생기;

상기 혈액 샘플속으로 또는 샘플로부터 하나 또는 그 이상의 초음파 신호를 보내고 받기 위한 적어도 하나의 초음파 변환기; 와

상기 하나 또는 그 이상의 수신된 초음파 신호로부터, (a) 혈액 샘플로부터의 후방산란, (b) 혈액 샘플을 통한 초음파 신호의 감쇠, (c) 혈액 샘플을 통한 소리의 속도로 이루어진 군에서 하나 또는 그 이상이 선택되어 이루어진 물리적 파라미터를 측정하기 위해 상기 변환기와 연결된 수신기; 및

상기 측정된 물리적 파라미터를 기초로 HCT, HGB, MCV, RBC, MCH, MCHC, 및 TPC로 이루어진 군에서 혈액의 하나 또는 그 이상의 의료용 파라미터를 계산하기 위한 프로세서로 구성되는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제21항에 있어서, 상기 초음파 펄스 발생기는 상기 샘플 챔버 안에 있는 혈액에 적어도 6 Mhz 주파수의 초음파 신호를 보내는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제22항에 있어서, 상기 초음파 펄스 발생기는 상기 샘플 챔버 안에 있는 혈액에 대략 10 Mhz 주파수의 초음파 신호를 보내는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제21항에 있어서, 상기 적어도 하나의 변환기는 다중 에코 또는 다중 신호 경로를 감지하고, 상기 수신기는 일시적인(transient) 지연 또는 다른 지연을 제거하기 위하여 상기 다중 에코 또는 다중 신호 경로의 이동 시간을 측정하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제21항에 있어서, 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제21항에 있어서, 상기 온도 센서는 상기 혈액과 직접적으로 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제26항에 있어서, 상기 프로세서는 간접 온도 측정을 보상하고, 상기 보상된 온도 측정과 부합하도록 상기 의료용 파라미터를 조절하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제21항에 있어서, 상기 샘플 챔버는 적어도 하나의 유동적인 벽을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제21항에 있어서, 상기 수신기는 95% 신뢰구간에서 기록수치 7% 이상으로 HCT 및/또는 HGB를 측정하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제21항에 있어서, 상기 샘플 챔버 및/또는 수집 수단은 모세관 현상에 의해 혈액 샘플을 수집하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제21항에 있어서, 상기 변환기는 샘플 챔버의 벽에 직접 음향학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제21항에 있어서, 상기 변환기는 표유(stray) 반사에 의한 간섭(coherent) 잡음이 없도록 집중(focused) 또는 좁은(narrow) 빔(beam) 폭 변환기인 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제32항에 있어서, 상기 집중 또는 좁은 빔 폭 변환기는 상기 초음파 발생기의 주파수와 어울리는 중심주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.

[청구항 33]

제21항에 있어서, 상기 적어도 하나의 변환기는 한 쌍의 변환기인 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제21항에 있어서, 상기 수신기는 상기 수신기에 수신된 신호를 탐지한 시간에 대하여 상기 변환기 여기상태의 시간을 직접 측정하는 것에 의하여 혈액 샘플로 소리의 속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제21항에 있어서, 상기 프로세서는 퓨리에(Fourier) 또는 다른 분광 변형(spectral transforms)을 적용함으로써 상기 혈액의 의료용 파라미터를 계산하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제21항에 있어서, 운반 가능한 휴대장치용 밧데리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
혈액 샘플을 보관하는 샘플 챔버(chamber);

상기 샘플 챔버 안에 있는 혈액에 초음파 신호를 보내기 위한 초음파 펄스 발생기;

상기 혈액 샘플에 하나 또는 그 이상의 초음파 신호를 보내고 받기 위한 적어도 하나의 초음파 변환기; 와

상기 초음파 신호로부터, (a) 혈액 샘플로부터의 후방산란, (b) 혈액 샘플을 통한 초음파 신호의 감쇠, (c) 혈액 샘플을 통한 소리의 속도로 이루어진 군에서 하나 또는 그 이상이 선택되어 이루어진 물리적 파라미터를 측정하기 위해 상기 변환기와 연결된 수신기; 및

상기 측정된 물리적 파라미터로부터 상기 혈액 샘플안에 있는 헤모글로빈 농도를 계산하기 위한 프로세서로 구성되는 것을 특징으로 하는 혈액의 헤모글로빈 농도를 결정하는 장치.
제37항에 있어서, 상기 수신기는 상기 샘플 챔버 안에 있는 혈액 샘플을 통하여 소리의 속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 혈액의 헤모글로빈 농도를 결정하는 장치.
제37항에 있어서, 상기 수신기는 95% 신뢰구간에서 기록수치 7% 이상으로 헤모글로빈 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 혈액의 헤모글로빈 농도를 결정하는 장치.
제37항에 있어서, 상기 샘플 챔버는 1ml 이하의 혈액 샘플을 포함하기 위한 크기인 것을 특징으로 하는 혈액의 헤모글로빈 농도를 결정하는 장치.
제37항에 있어서, 상기 초음파 펄스 발생기는 상기 샘플 챔버 안에 있는 혈액에 적어도 6 Mhz 주파수의 초음파 신호를 보내는 것을 특징으로 하는 혈액의 헤모글로빈 농도를 결정하는 장치.
제37항에 있어서, 상기 초음파 펄스 발생기는 상기 샘플 챔버 안에 있는 혈액에 대략 10 Mhz 주파수의 초음파 신호를 보내는 것을 특징으로 하는 혈액의 헤모글로빈 농도를 결정하는 장치.
제37항에 있어서, 상기 적어도 하나의 변환기는 다중 에코 또는 다중 신호 경로를 감지하고, 상기 수신기는 이동(tansit) 지연 또는 다른 지연을 제거하기 위하여 상기 다중 에코 또는 다중 신호 경로의 이동 시간을 측정하는 것을 특징으로 하는 혈액의 헤모글로빈 농도를 결정하는 장치.
제37항에 있어서, 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제37항에 있어서, 상기 온도 센서는 상기 혈액과 직접적으로 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제45항에 있어서, 상기 프로세서는 간접 온도 측정을 보상하고, 상기 보상된 온도 측정과 부합하도록 상기 의료용 파라미터를 조절하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제37항에 있어서, 상기 샘플 챔버는 적어도 하나의 유동적인 벽을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제37항에 있어서, 상기 변환기는 샘플 챔버의 벽에 직접 음향학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제37항에 있어서, 상기 적어도 하나의 변환기는 상기 초음파 발생기의 주파수와 어울리는 중심주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제37항에 있어서, 상기 적어도 하나의 변환기는 한 쌍의 변환기인 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제37항에 있어서, 상기 수신기는 상기 수신기에 수신된 신호를 탐지한 시간에 대하여 상기 변환기 여기상태의 시간을 직접 측정하는 것에 의하여 혈액 샘플로 소리의 속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제37항에 있어서, 상기 프로세서는 퓨리에(Fourier) 또는 다른 분광 변형(spectral transforms)을 적용함으로써 상기 혈액의 의료용 파라미터를 계산하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.

[청구항 51]

제37항에 있어서, 운반 가능한 휴대장치용 밧데리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.

[청구항 52]

혈액 샘플을 보관하는 샘플 챔버(chamber);

상기 샘플 챔버 안에 있는 혈액에 초음파 신호를 보내기 위한 초음파 펄스 발생기;

상기 혈액 샘플속으로 또는 샘플로부터 하나 또는 그 이상의 초음파 신호를 보내고 받기 위한 적어도 하나의 초음파 변환기; 와

상기 초음파 신호로부터, (a) 혈액 샘플로부터의 후방산란, (b) 혈액 샘플을 통한 초음파 신호의 감쇠, (c) 혈액 샘플을 통한 소리의 속도로 이루어진 군에서 하나 또는 그 이상이 선택되어 이루어진 물리적 파라미터를 측정하기 위해 상기 변환기와 연결된 수신기; 및

상기 측정된 물리적 파라미터로부터 상기 혈액 샘플안에 있는 적혈구용적을 계산하기 위한 프로세서로 구성되는 것을 특징으로 하는 혈액의 적혈구용적을 결정하는 장치.
제52항에 있어서, 상기 수신기는 상기 샘플 챔버 안에 있는 혈액 샘플을 통하여 소리의 속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 혈액의 적혈구용적을 결정하는 장치.
제52항에 있어서, 상기 수신기는 95% 신뢰구간에서 기록수치 7% 이상으로 헤모글로빈 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 혈액의 적혈구용적을 결정하는 장치.
제52항에 있어서, 상기 샘플 챔버는 1ml 이하의 혈액 샘플을 포함하기 위한 크기인 것을 특징으로 하는 혈액의 적혈구용적을 결정하는 장치.
제52항에 있어서, 상기 초음파 펄스 발생기는 상기 샘플 챔버 안에 있는 혈액에 적어도 6 Mhz 주파수의 초음파 신호를 보내는 것을 특징으로 하는 혈액의 적혈구용적을 결정하는 장치.
제52항에 있어서, 상기 초음파 펄스 발생기는 상기 샘플 챔버 안에 있는 혈액에 대략 10 Mhz 주파수의 초음파 신호를 보내는 것을 특징으로 하는 혈액의 적혈구용적을 결정하는 장치.
제52항에 있어서, 상기 적어도 하나의 변환기는 다중 에코 또는 다중 신호 경로를 감지하고, 상기 수신기는 이동(tansit) 지연 또는 다른 지연을 제거하기 위하여 상기 다중 에코 또는 다중 신호 경로의 이동 시간을 측정하는 것을 특징으로 하는 혈액의 적혈구용적을 결정하는 장치.
제52항에 있어서, 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제59항에 있어서, 상기 온도 센서는 상기 혈액과 직접적으로 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제59항에 있어서, 상기 프로세서는 간접 온도 측정을 보상하고, 상기 보상된 온도 측정과 부합하도록 상기 의료용 파라미터를 조절하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제52항에 있어서, 상기 샘플 챔버는 적어도 하나의 유동적인 벽을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제52항에 있어서, 상기 변환기는 샘플 챔버의 벽에 직접 음향학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제52항에 있어서, 상기 적어도 하나의 변환기는 상기 초음파 발생기의 주파수와 어울리는 중심주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제52항에 있어서, 상기 적어도 하나의 변환기는 한 쌍의 변환기인 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제52항에 있어서, 상기 수신기는 상기 수신기에 수신된 신호를 탐지한 시간에 대하여 상기 변환기 여기상태의 시간을 직접 측정하는 것에 의하여 혈액 샘플로 소리의 속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제52항에 있어서, 상기 프로세서는 퓨리에(Fourier) 또는 다른 분광 변형(spectral transforms)을 적용함으로써 상기 혈액의 의료용 파라미터를 계산하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제52항에 있어서, 운반 가능한 휴대장치용 밧데리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.
제52항에 있어서, 모세혈관 샘플을 수집하기 위한 수집 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액의 의료용 파라미터를 결정하는 장치.