RU2142832C1

RU2142832C1 - Method of patient's blood taking for analysis

Info

Publication number: RU2142832C1
Application number: RU98105598A
Authority: RU
Inventors: С.В. Усов; Н.Е. Горбатова; В.Г. Полушкин; М.М. Кокоулин; И.В. Колобаев; С.В. Матвеев; А.Е. Шнырев; П.А. Бахарев; Ю.А. Белобратов; К.Г. Чибисов; Д.В. Серебряков; Е.М. Данилова
Original assignee: Открытое акционерное общество АК "Туламашзавод"
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-12-20

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: blood is taken by contactless perforation of sterilized integument of finger. Blood is taken by high-concentration laser radiation with use of erbium laser at wavelength of 2.7-3.0 mcm. Finger is preliminarily fixed by pressing it in blood taking zone with force of 0.8-1.8 N, and position of laser radiation focus and place of puncturing by means of "pilot" light source are visualized. Radiation is focused into focal spot in form of extended narrow strip with distinct boundaries, 0.8-1.0 mm long and 0.1-0.12 mm wide for performance of perforation. This strip is surrounded with uniform halo, 0.2 mm wide from focal spot for sterilization. Sterilization and perforation are performed simultaneously in multimode condition of free generation at pulse duration of 100-150 mcs and energy of 0.2-0.4 J+-10%. Given method prevents transfer of infectious diseases, sterilization of mechanical scarificators and enables standardization of blood taking procedure. EFFECT: prompt adhesion of wounds. 3 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к медицине, а именно к способам забора капиллярной крови пациента для последующих анализов и устройствам для взятия крови с использованием лазерной перфорации. The present invention relates to medicine, namely to methods for collecting capillary blood of a patient for subsequent analyzes and devices for collecting blood using laser perforation.

Известен способ забора крови путем перфорации кожного покрова высококонцентрированным лазерным излучением (эрбиевым лазером) длиной волны 2,7-3,0 мкм, длительностью импульса 10^-5 - 10^-3 секунды и энергией от 0,1 Дж до 5,0 Дж (1).A known method of blood sampling by perforation of the skin with highly concentrated laser radiation (erbium laser) with a wavelength of 2.7-3.0 μm, a pulse duration of 10 ^-5 - 10 ^-3 seconds and an energy of 0.1 J to 5.0 J (1 )

Недостатком известного способа является то, что при проведении перфорации пальца пациента сложно обеспечить точность фокусировки лазерного излучения в заданную точку на пальце, что приводит к усилению болевых ощущений в момент прокола и уменьшению количества крови, истекающей из микрораны. The disadvantage of this method is that when conducting perforation of the patient’s finger, it is difficult to ensure the accuracy of focusing laser radiation at a given point on the finger, which leads to increased pain at the time of puncture and a decrease in the amount of blood flowing from the microran.

Устранение вышеуказанных недостатков является задачей заявляемого способа
Указанная задача решается следующим образом.The elimination of the above disadvantages is the task of the proposed method
The specified problem is solved as follows.

В способе забора крови путем бесконтактной перфорации кожного покрова пальца при взятии крови пациента для анализа высококонцентрированным лазерным излучением при воздействии эрбиевым лазером длиной волны 2,7 - 3,0 мкм, предварительно фиксируют палец нажатием в зоне взятия крови усилием 0,8-1,8 H, визуализируют положение фокуса лазерного излучения и место прокалывания "пилотным" источником света, фокусируют излучение в фокальное пятно вытянутой формы в виде узкой полоски с четкими границами длиной 0,8-1 мм и шириной 0,1- 0,12 мм для осуществления перфорации, окруженную равномерным ореолом, шириной 0,2 мм от фокального пятна для осуществления стерилизации, и производят одновременную стерилизацию и перфорацию в многомодовом режиме свободной генерации при длительности импульса 100-150 мкс и энергии (02,-0,4)±10% Дж. In the method of blood sampling by non-contact perforation of the skin of a finger while taking blood of a patient for analysis by highly concentrated laser radiation when exposed to an erbium laser with a wavelength of 2.7-3.0 μm, the finger is preliminarily fixed by pressing in the blood collection zone with a force of 0.8-1.8 H, visualize the position of the focus of the laser radiation and the puncture site with a “pilot” light source, focus the radiation into an elongated focal spot in the form of a narrow strip with clear boundaries of 0.8-1 mm long and 0.1-1.12 mm wide for perforations surrounded by a uniform halo, 0.2 mm wide from the focal spot for sterilization, and they simultaneously sterilize and perforate in multimode free generation mode with a pulse duration of 100-150 μs and energy (02, -0.4) ± 10% J .

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена блок- схема устройства для перфорации кожи; на фиг. 2 - общий вид устройства для фиксации пальца пациента; на фиг. 3 - схема возможной установки пальца пациента на упор. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a block diagram of a device for perforating a skin; in FIG. 2 is a general view of a device for fixing a patient’s finger; in FIG. 3 is a diagram of a possible installation of a patient’s finger against the stop

Заявляемый способ осуществляется следующим образом. The inventive method is as follows.

Использование лазера в качестве скальпеля давно известно и широко используется в медицине. Но при взятии крови на анализ, одно из основных преимуществ скальпеля - производить почти бескровный разрез, поскольку с рассечением тканей коагулируют края раны, как бы "заваривая" мелкие сосуды, становится отрицательным фактором. The use of a laser as a scalpel has long been known and is widely used in medicine. But when taking blood for analysis, one of the main advantages of a scalpel is to make an almost bloodless incision, since wound edges coagulate with dissection of the tissues, as if "brewing" small vessels, it becomes a negative factor.

Для определения режимов забора крови были проведены исследования особенностей формирования раны в коже излучением YAG:Er³⁺ - лазера, работающего как в режиме свободной генерации, так и с модуляцией добротности. В результате исследований оценивался характер взаимодействия лазера на кожу пальца пациентов из одного и того же четвертого пальца кисти в типичном для этого исследования месте, с позиций морфологии, гистологических исследований и др. По результатам исследований выбраны оптимальные режимы, создающие необходимые условия для перфорации кожи пациента для последующего забора крови. Перфорация кожи происходила при плотности излучения лазерного луча на поверхности ткани в пределах 10-16 Дж/см.To determine the modes of blood sampling, studies were conducted on the features of the formation of a wound in the skin by radiation from a YAG: Er ³⁺ laser, operating both in free-running mode and with Q-switching. As a result of the studies, the nature of the interaction of the laser on the skin of the fingers of patients from the same fourth finger of the hand in a place typical for this study, from the positions of morphology, histological studies, and others, was evaluated. Based on the results of the studies, the optimal regimes were selected that create the necessary conditions for perforation of the patient’s skin for subsequent blood sampling. Perforation of the skin occurred at a radiation density of the laser beam on the surface of the tissue in the range of 10-16 J / cm.

Была измерена удельная выносимая масса. В режиме свободной генерации она составила 540 мкг/Дж, а в режиме модуляции добротности - 480 мкг/Дж. Меньшая величина массы во втором случае обусловлена, по-видимому, большим поглощением лазерного излучения в эрозионном факеле, где возможно образование плазмы. Другой причиной, снижающей эффективность абляции при модуляции добротности, может являться эффект просветления воды, содержащейся в биотканях. The specific tolerated mass was measured. In the regime of free generation, it amounted to 540 μg / J, and in the mode of Q switching, it was 480 μg / J. The smaller mass in the second case is apparently due to the large absorption of laser radiation in an erosion plume, where plasma formation is possible. Another reason that reduces the efficiency of ablation during Q-switching can be the effect of the clarification of water contained in biological tissues.

Морфологические исследования показали, что ширина зоны тепловых повреждений составляет 10...50 мкм в случае свободной генерации (длительность импульса 100 мкс) и 5...10 мкм в случае модулированной добротности, т.е. в обоих случаях значительно превосходит как глубину проникновения излучения в ткань (α^-1= 1...3 ), так и длину тепловой диффузии (5 мкм и 0,2 мкм, соответственно для для τ_u= 100 мкс и 100 нс). По-видимому, такое расхождение эксперимента с простыми теоретическими оценками объясняется наличием "расплавленной" ткани на стенках раны.Morphological studies have shown that the width of the zone of thermal damage is 10 ... 50 μm in the case of free generation (pulse duration 100 μs) and 5 ... 10 μm in the case of modulated Q factor, i.e. in both cases, it significantly exceeds both the depth of radiation penetration into the tissue (α ^-1 = 1 ... 3) and the thermal diffusion length (5 μm and 0.2 μm, respectively, for τ _u = 100 μs and 100 ns). Apparently, this discrepancy between the experiment and simple theoretical estimates is explained by the presence of “molten” tissue on the walls of the wound.

Длительность импульса была выбрана 100-150 мкс из следующих соображений: получить величину меньше 100 мкс проблематично из-за технических характеристик лазера; при величине больше 150 мкс процесс испарения переходит в процесс плавления, а это приводит в свою очередь к увеличению ширины зоны термического воздействия. The pulse duration was chosen 100-150 μs from the following considerations: to obtain a value of less than 100 μs is problematic due to the technical characteristics of the laser; at a value of more than 150 μs, the evaporation process goes into the melting process, and this in turn leads to an increase in the width of the heat-affected zone.

Уровень энергии изменялся в зависимости от характера кожи. Кровотечение из образованного перфорационного отверстия было свободно в объеме, достаточно для гематологических исследований, определения кислотно-щелочного равновесия, содержания глюкозы и протромбинового времени. Максимальный объем, который удалось собрать без гемолиза, составил 1 000 мкл. Взятие выделяющейся крови осуществлялось с помощью стеклянного лабораторного оборудования. В результате исследований были определены оптимальные режимы энергии лазерного излучения, которые приведены в таблице. The energy level changed depending on the nature of the skin. Bleeding from the formed perforation hole was free in volume, sufficient for hematological studies, determination of acid-base balance, glucose content and prothrombin time. The maximum volume that could be collected without hemolysis was 1,000 μl. The collection of released blood was carried out using glass laboratory equipment. As a result of the studies, the optimal laser energy regimes were determined, which are listed in the table.

Таким образом, как видно из таблицы, оптимальными режимами являются режимы энергии лазерного излучения - (0,2 -0,4)±10% Дж. Thus, as can be seen from the table, the optimal modes are laser energy modes - (0.2 -0.4) ± 10% J.

Для лучшей ориентации места воздействия лазерным лучом были предусмотрены визуализация положения фокуса лазерного излучения за счет использования "пилотного" источника света для визуализации положения фокуса "рабочего" излучения, и фиксация пальца относительно визуализированного положения фокуса "рабочего" излучения, за счет нажатия с усилием 0,8-1,8 H лаборантом пальца пациента в зоне взятия крови, чтобы дополнительно обеспечить первоначальный хороший кровоток после перфорации. For better orientation of the laser beam, visualization of the position of the focus of laser radiation was provided by using a "pilot" light source to visualize the position of the focus of the "working" radiation, and fixing the finger relative to the visualized focus position of the "working" radiation, by pressing with a force of 0, 8-1.8 H laboratory assistant finger of the patient in the area of blood collection, to further ensure the initial good blood flow after perforation.

Таким образом, при использовании лазерного луча стадия формирования профиля лунки включает следующие этапы:
- стадия стерилизации кожного покрова пальца при действии плазменного канала лазерного излучения. Температура плазменного факела достигает ≈ 10 000^oC, поэтому происходит мгновенная стерилизация поверхности кожи пальца, что создает возможность формирования "ювенильного надреза", свободного от каких-либо инфекций;
- стадия перфорации с образованием перфорированного надреза с образованием "ювенильно чистых поверхностей";
- стадия выхода капли крови на поверхность пальца, определяемая естественным течением жидкости через надрез, и диапазоном механического давления на палец пациента.Thus, when using a laser beam, the stage of formation of the profile of the hole includes the following steps:
- stage of sterilization of the skin of the finger under the action of a plasma channel of laser radiation. The temperature of the plasma torch reaches ≈ 10,000 ^o C, so there is an instant sterilization of the surface of the skin of the finger, which creates the possibility of the formation of a "juvenile incision", free from any infections;
- the stage of perforation with the formation of a perforated notch with the formation of "juvenile clean surfaces";
- the stage of release of a drop of blood on the surface of the finger, determined by the natural flow of fluid through the incision, and the range of mechanical pressure on the patient’s finger.

Результаты экспериментов были использованы нами при создании медицинского лазера для бесконтактного забора крови, обеспечивающего бактерицидное действие. The results of the experiments were used by us to create a medical laser for non-contact blood sampling, providing a bactericidal effect.

Исходя из требований простоты и надежности лазера и проведенных исследований, был выбран многомодовый режим свободной генерации. В конструкции прибора были учтены все основные требования к приборам такого назначения: длина волны - 2,94 мкм; длительность импульса 100-150 микросекунды и энергией (0,2 - 0,4)±10% Дж; фокусировка излучения в фокальное пятно сильно вытянутой формы (полоса длиной 0,8 - 1,8 мм и шириной 0,1-0,12 мм) с равномерным ореолом, шириной 0,2 мм от фокального пятна, чтобы обеспечить хороший кровоток, заживление раны и стерилизацию; использование "пилотного" источника света для визуализации положения фокуса "рабочего" излучения. Based on the requirements of the simplicity and reliability of the laser and the studies performed, a multimode mode of free generation was chosen. The design of the device took into account all the basic requirements for devices for this purpose: wavelength - 2.94 microns; pulse duration of 100-150 microseconds and energy (0.2 - 0.4) ± 10% J; focusing radiation into the focal spot of a very elongated shape (strip 0.8 - 1.8 mm long and 0.1-0.12 mm wide) with a uniform halo, 0.2 mm wide from the focal spot to ensure good blood flow, wound healing and sterilization; using a “pilot” light source to visualize the focus position of the “working” radiation.

Конструкция перфоратора состоит из квантрона - YAG:Er³⁺ - лазера 1, зарядного устройства 2, блока накопительных конденсаторов 3, схемы поджога 4, схемы управления 5, ламп 6 и 7, образующих "пилотный" источник света, пульта управления 9 и устройства для фиксации пальца пациента, размещенных в одном корпусе и внешнего блока питания 8.The design of the perforator consists of a quantron - YAG: Er ³⁺ - laser 1, charger 2, block of storage capacitors 3, arson 4, control circuit 5, lamps 6 and 7, forming a "pilot" light source, control panel 9 and device for fixing the patient’s finger, housed in one housing and an external power supply 8.

Энергия импульса лазерного излучения зависит от энергии вспышки импульсной лампы 1 (фиг. 1) лазерного излучателя. The pulse energy of the laser radiation depends on the flash energy of the flash lamp 1 (Fig. 1) of the laser emitter.

Зарядное устройство 2 осуществляет зарядку блока накопительных конденсаторов 3 до необходимого напряжения. The charger 2 charges the block of storage capacitors 3 to the required voltage.

Регулирование энергии осуществляется путем изменения напряжения заряда блока накопительных конденсаторов 3. Energy regulation is carried out by changing the charge voltage of the block of storage capacitors 3.

Для возникновения вспышки необходимо ионизировать газ внутри лампы лазерного излучателя 1. Ионизация газа осуществляется импульсом высокого напряжения, для формирования которого служит схема поджога 4. For an outbreak to occur, it is necessary to ionize the gas inside the lamp of the laser emitter 1. Ionization of the gas is carried out by a high voltage pulse, for the formation of which the arson circuit 4 is used.

Схема управления 5 выполняет следующие функции:
- управляет работой зарядного устройства 2;
- задает и контролирует уровень напряжения на накопительном конденсаторе 3;
- формирует управляющий сигнал для работы схемы поджога 4;
- формирует сигнал звуковой и световой индикации.The control circuit 5 performs the following functions:
- controls the operation of the charger 2;
- sets and controls the voltage level at the storage capacitor 3;
- generates a control signal for the operation of arson 4;
- generates a sound and light indication signal.

Лампы 6 и 7 образуют систему подсветки - "пилотный" источник света. Lamps 6 and 7 form a backlight system - a “pilot” light source.

Для питания электрической схемы перфоратора служит внешний блок питания 8. To power the electric circuit of the punch, an external power supply unit 8 is used.

Выбор уровня энергии импульса лазерного излучения осуществляется с помощью пульта управления 9. The choice of the energy level of the laser pulse is carried out using the control panel 9.

При конструировании прибора большое внимание было уделено безопасности его использования для лаборанта: луч лазера не должен отражаться ни от каких поверхностей и предметов. When designing the device, much attention was paid to the safety of its use for the laboratory assistant: the laser beam should not be reflected from any surfaces and objects.

Устройство для фиксации пальца состоит из опоры 10, позволяющей размещать и фиксировать на ней палец пациента при перфорации кожи в выбранном месте, кроме того в исходном состоянии опора препятствует случайному выходу лазерного излучения за пределы защитного кожуха 11, 12, выполненного из тонированного органического стекла. Пружина 13 обеспечивает плавное перемещение оси 14 с опорой 10 в вертикальном направлении, что позволяет правильно выбрать место проведения перфорации кожи независимо от размеров пальца пациента. Пружина и ось заключены в корпус 15. Винт 16 служит для демонтажа устройства. Кроме того, защитный кожух состоит из двух частей: одна из которых 11 защищает объектив излучателя 17 и ограничивает воздействие яркой вспышки света на лаборанта и пациента в момент проведения перфорации, а другая 12 - в закрытом состоянии защищает объектив излучателя от повреждения и пыли, а в отрытом, как показано на фиг.2, дополнительно, - от случайного выхода луча. The device for fixing the finger consists of a support 10, which allows you to place and fix the patient’s finger on it when the skin is perforated in a selected place, in addition, in the initial state, the support prevents the laser radiation from passing outside the protective casing 11, 12 made of tinted organic glass. The spring 13 provides a smooth movement of the axis 14 with the support 10 in the vertical direction, which allows you to choose the right location for the perforation of the skin, regardless of the size of the finger of the patient. The spring and the axis are enclosed in the housing 15. The screw 16 is used to dismantle the device. In addition, the protective casing consists of two parts: one of which 11 protects the lens of the emitter 17 and limits the effect of a bright flash of light on the laboratory assistant and the patient at the time of perforation, and the other 12, in the closed state, protects the emitter lens from damage and dust, and in open, as shown in figure 2, additionally, from the random exit of the beam.

Устройство отличается простотой обслуживания. Лаборант выбирает режим перфорации в зависимости от типа кожи - 02,-0,4 Дж, затем устанавливает палец 18 на опору 10 и производит его фиксацию относительно "пилотного" источника света (фокусирует луч на коже пациента таким образом, чтобы две светящиеся полосы 19 перекрестились) с усилием 0,8-1,8 H в зависимости от типа кожи и по приходу перфоратора в режим "готовности" производит перфорацию. The device is easy to maintain. The laboratory assistant selects the perforation mode depending on the skin type - 02, -0.4 J, then sets finger 18 on the support 10 and fixes it relative to the “pilot” light source (focuses the beam on the patient’s skin so that the two luminous bands 19 intersect ) with a force of 0.8-1.8 H, depending on the type of skin and when the punch comes into readiness mode, it perforates.

При необходимости, лаборант производит легкое надавливание на мякоть, чтобы появились капли крови. If necessary, the laboratory assistant makes a slight pressure on the pulp, so that blood drops appear.

Использование взятия крови с помощью лазерной перфорации позволяет:
- исключить возможность переноса таких инфекционных заболеваний, как СПИД и вирусный;
- более быстро заживить раны;
- исключить стерилизацию механических скарификаторов;
- стандартизовать процедуру взятия крови.The use of blood sampling using laser perforation allows you to:
- eliminate the possibility of the transfer of such infectious diseases as AIDS and viral;
- more quickly heal wounds;
- exclude sterilization of mechanical scarifiers;
- standardize the procedure for taking blood.

Источники информации
1. Заявка с положительным решением на выдачу патента на изобретение N 4757882/14, приоритет 19.10.89 г.Sources of information
1. Application with a positive decision on the grant of a patent for the invention N 4757882/14, priority 19.10.89

Claims

The method of taking a patient’s blood for analysis by non-contact perforation, sterilized skin of the finger with highly concentrated laser radiation when exposed to an erbium laser with a wavelength of 2.7 - 3.0 μm, characterized in that the finger is pre-fixed by pressing in the blood collection zone with a force of 0.8 - 1 , 8 N, visualize the position of the focus of the laser radiation and the site of piercing with a "pilot" light source, focus the radiation into an elongated focal spot in the form of a narrow strip with clear boundaries of 0.8 - 1 mm long and 0.1 - 0 wide, 12 mm for perforation, surrounded by a uniform halo, 0.2 mm wide from the focal spot for sterilization, and they simultaneously sterilize and perforate in multimode free generation with a pulse duration of 100 - 150 μs and energy (0.2 - 0.4) ± 10% J.