RU2395812C2

RU2395812C2 - Analysis device for spatial coagulation of blood and components thereof

Info

Publication number: RU2395812C2
Application number: RU2008144909/14A
Authority: RU
Inventors: Фазоил Инаятович Атауллаханов (RU); Фазоил Инаятович Атауллаханов; Михаил Александрович Пантелеев (RU); Михаил Александрович Пантелеев; Сергей Сергеевич Карамзин (RU); Сергей Сергеевич Карамзин; Василий Иванович Сарбаш (RU); Василий Иванович Сарбаш
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Медицинские инновации"
Priority date: 2008-11-14
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2010-07-27
Also published as: RU2008144909A

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: device comprises a window thermostatically controlled chamber filled with a liquid wherein there is a tray with an analysed blood sample and a coagulation activator; light-emitting diodes illuminating a clot formed at the activator; a digital chamber opposite to the window and fixing the growing clot, and the computer for data processing. A tray is arranged in a holder with its longitudinal axis located at an angle 20-40 degrees to a vertical line and being longitudinal with an internal vertical passage. The shooting window is provided in a lateral wall of the chamber.

EFFECT: improved accuracy and reliability of spatial analysis of coagulation of blood or components thereof.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для исследования характеристик крови и ее компонентов, в частности их свертываемости, и может быть использовано в биологии и медицине для исследования параметров свертывания крови и ее компонентов как животных, так и человека в клинической диагностике заболеваний, а также при проведении экспериментальных исследованиях крови и ее составных частей.The invention relates to devices for studying the characteristics of blood and its components, in particular their coagulability, and can be used in biology and medicine to study the coagulation parameters of blood and its components, both animals and humans, in the clinical diagnosis of diseases, as well as during experimental studies blood and its components.

Исследования свертывания крови представляют практический интерес, поскольку не только позволяют диагностировать отдельные заболевания, но и оценивать активность препаратов, влияющие на параметры свертывания крови.Blood coagulation studies are of practical interest, because they not only allow you to diagnose individual diseases, but also evaluate the activity of drugs that affect blood coagulation parameters.

Известны различные устройства для определения скорости свертываемости, как цельной крови, так и ее плазмы, получаемой путем центрифугирования крови.Various devices are known for determining the coagulation rate of both whole blood and its plasma obtained by centrifuging blood.

Известны устройства - тромбоэластографы - приборы с графической регистрацией изменений вязкости и упругоэластических свойств образующегося сгустка, предназначенные для измерения времени образования сгустка плазмы в коагулометрических тестах и содержащие кювету, в которую помещается исследуемая проба плазмы и погруженный в нее вибрирующий с определенной частотой и амплитудой стержень. По мере превращения жидкой плазмы в более плотный сгусток, стержень, вибрирующий в загустевающей плазме, испытывает все более нарастающее сопротивление со стороны густеющей жидкости вплоть до полной его остановки. По временной диаграмме движения стержня оценивают время превращения жидкой плазмы в гелеобразный сгусток, характеризующее работу системы свертывания крови пациента. Справочник по гематологии под редакцией А.Ф.Романовой, Кuïв: Здоров'я, 1997 гKnown devices are thromboelastographs — devices with graphical registration of changes in the viscosity and elastic properties of the formed clot, designed to measure the time of formation of a plasma clot in coagulometric tests and containing a cuvette in which the studied plasma sample is placed and a rod immersed in it with a certain frequency and amplitude. As the liquid plasma becomes a denser clot, the rod vibrating in the thickening plasma experiences more and more increasing resistance from the side of the thickening liquid until it stops completely. The time diagram of the motion of the rod evaluates the time of transformation of liquid plasma into a gel-like clot, which characterizes the operation of the patient's blood coagulation system. Handbook of Hematology edited by A.F. Romanova, Kuïv: Health'ya, 1997

Данное устройство позволяет с высокой производительностью осуществлять исследования большого количества проб плазмы крови, однако при этом оно обладает рядом существенных недостатков, главным из которых является то, что данное исследование проводится в гомогенной системе с постоянным перемешиванием. За счет того что весь объем плазмы от момента начала эксперимента и вплоть до его окончания постоянно перемешивается, все факторы свертывания, образующиеся в процессе образования сгустка плазмы, гомогенно распределяются по всему пространству исследуемой пробы, и поэтому образование сгустка идет одновременно во всем объеме исследуемой пробы. Эта ситуация по своей физиологической сути принципиально отличается от тех условий, в которых сгусток образуется в живом организме. В кровеносной системе человека и животных сгусток пространственно образуется не во всем объеме плазмы крови, а строго локально - только в небольшой зоне повреждения стенки кровеносного сосуда. При этом факторы свертывания закономерным образом распределяются в небольшом объеме плазмы, и лишь в нем и образуется тромб. Это отражает основные защитные механизмы работы системы гемостаза (специально созданные в процессе эволюции) - предотвращение нарушения целостности кровеносного русла за счет образования тромба в месте повреждения.This device allows high-performance studies of a large number of blood plasma samples, however, it has a number of significant drawbacks, the main of which is that this study is carried out in a homogeneous system with constant mixing. Due to the fact that the entire plasma volume from the moment the experiment begins and up to its end is constantly mixed, all coagulation factors formed during the formation of a plasma clot are homogeneously distributed throughout the entire space of the test sample, and therefore, the formation of a clot occurs simultaneously in the entire volume of the test sample. This situation in its physiological essence differs fundamentally from those conditions in which a clot forms in a living organism. In the circulatory system of humans and animals, a clot is spatially formed not in the entire volume of blood plasma, but strictly locally - only in a small area of damage to the wall of the blood vessel. In this case, coagulation factors are naturally distributed in a small volume of plasma, and only in it does a blood clot form. This reflects the main protective mechanisms of the hemostasis system (specially created in the process of evolution) - preventing the violation of the integrity of the bloodstream due to the formation of a blood clot at the site of damage.

Наиболее близким к изобретению является устройство для исследования пространственной динамики свертывания плазмы крови, позволяющее наиболее полно смоделировать ту пространственную ситуацию, в которой кровь свертывается непосредственно в кровеносном сосуде. В этом устройстве плазма крови помещается в прозрачную полистироловую чашечку, опущенную в термостатируемую камеру, жидкость в которой непрерывно перемешивается. Это необходимо для того, чтобы выровнять температуру по всему объему камеры, в которую помещена чашечка, и полностью исключить конвективные тепловые потоки в тонком слое плазмы на дне помещенной в камеру чашечки. В пробу плазмы, налитой в чашечку, помещают стеклянный шарик. Стекло локально активирует плазму, заставляя ее свертываться только вокруг шарика, что является хорошим аналогом локального повреждения стенки кровеносного сосуда. Микроскопный столик, на котором помещена емкость, позволяет выставить место локального свертывания в центр поля зрения цифровой фотокамеры, при помощи которой осуществляется непрерывная регистрация всей картины роста сгустка. Чашечка снизу через окно в дне термостатируемой емкости подсвечивается светодиодами, а изображение тромба, растущего вокруг шарика, последовательно кадр за кадром регистрируется цифровой фотокамерой. Оцифрованные файлы изображения каждого кадра передаются в компьютер, где в дальнейшем сравниваются друг с другом и анализируются по определенному алгоритму. Патент РФ на полезную модель № 64785.Closest to the invention is a device for studying the spatial dynamics of coagulation of blood plasma, which allows you to most fully simulate the spatial situation in which blood coagulates directly in a blood vessel. In this device, blood plasma is placed in a transparent polystyrene cup, lowered into a thermostatically controlled chamber, the liquid in which is continuously mixed. This is necessary in order to equalize the temperature throughout the volume of the chamber in which the cup is placed and to completely eliminate convective heat fluxes in a thin plasma layer at the bottom of the cup placed in the chamber. A glass ball is placed in a plasma sample poured into a cup. Glass locally activates the plasma, causing it to coagulate only around the ball, which is a good analogue of local damage to the wall of a blood vessel. The microscope stage, on which the container is placed, allows you to set the place of local coagulation in the center of the field of view of the digital camera, with the help of which continuous recording of the whole picture of the clot growth is carried out. The cup from below through the window at the bottom of the thermostatically controlled container is illuminated by LEDs, and the image of the thrombus growing around the ball is sequentially recorded frame-by-frame by a digital camera. The digitized image files of each frame are transferred to a computer, where they are further compared with each other and analyzed according to a specific algorithm. RF patent for utility model No. 64785.

Такой непрерывный анализ роста тромба в пространстве позволяет более детально изучать процесс свертывания крови и более точно осуществлять диагностику работы системы свертывания как в норме, так и при различных патологиях гемостаза.Such a continuous analysis of thrombus growth in space allows a more detailed study of the blood coagulation process and a more accurate diagnosis of the coagulation system both in normal conditions and in various pathologies of hemostasis.

Недостатком этого устройства является то, что под дном чашечки с плазмой, расположенной в устройстве горизонтально, и объективом камеры находится слой термостатируемой жидкости, где могут образовываться пузырьки воздуха, которые, находясь между тромбом и объективом камеры, искажают реальную картину процесса свертывания и результаты компьютерного анализа.The disadvantage of this device is that under the bottom of the plasma cup located horizontally in the device and the camera lens there is a layer of thermostatically controlled liquid, where air bubbles can form, which, being between the thrombus and the camera lens, distort the real picture of the coagulation process and the results of computer analysis .

Кроме того, чашечку с налитой плазмой заранее нужно снабдить активатором (стеклянным шариком), герметично закрыть, опустить в термостатируемую камеру, закрепить там и только после этого начинать измерение. При этом из анализа выпадает регистрация начальной фазы свертывания, важной для качественного проведения анализа.In addition, the cup with the poured plasma must be provided with an activator (a glass ball) in advance, tightly closed, lowered into a thermostatically controlled chamber, fixed there and only after that start the measurement. In this case, the registration of the initial phase of coagulation, which is important for high-quality analysis, falls out of analysis.

К недостаткам можно также отнести и тот факт, что излучение направленных на плазму светодиодов вызывает локальный нагрев плазмы, что приводит к возникновению паразитных конвективных потоков, искажающих реальную картину роста тромба.The disadvantages include the fact that the radiation from the LEDs directed to the plasma causes local heating of the plasma, which leads to the appearance of spurious convective currents that distort the real picture of the growth of the thrombus.

Во время наливания плазмы в горизонтально расположенную чашечку и помещения в нее активатора вся поверхность тонкого слоя плазмы, включая и зоны, непосредственно прилегающие к активатору, открыта для попадания в нее из окружающего воздуха посторонних частиц (например, пыли), которые также могут играть роль паразитных активаторов, искажающих результаты исследования.When a plasma is poured into a horizontally located cup and the activator is placed in it, the entire surface of a thin plasma layer, including the zones immediately adjacent to the activator, is open for foreign particles (for example, dust) to enter into it, which can also play the role of parasites activators that distort the results of the study.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение точности и достоверности пространственного определения свертываемости крови или ее компонентов.The technical task of the present invention is to improve the accuracy and reliability of the spatial determination of blood coagulability or its components.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в том, чтобы исключить паразитное влияние на процесс свертывания крови пузырьков воздуха в слое термостатируемой жидкости под кюветой, предотвратить возникновение паразитных конвективных потоков и попадания посторонних частиц в кювету, что искажает реальную картину роста тромба.The technical result achieved using the present invention is to eliminate the parasitic effect on the blood coagulation process of air bubbles in the layer of thermostatically controlled fluid under the cell, to prevent the occurrence of parasitic convective flows and the ingress of foreign particles into the cell, which distorts the real picture of thrombus growth.

Для достижения указанного технического результата устройство для исследования пространственного свертывания крови и ее компонентов, содержащее термостатируемую, заполненную жидкостью камеру с окном, внутри которой расположена кювета с исследуемым образцом крови, помещенный внутрь кюветы активатор свертывания, светодиоды, освещающие образующийся у активатора сгусток, цифровую камеру, размещенную напротив окна и фиксирующую растущий сгусток, и компьютер для обработки полученных данных, снабжено держателем, в котором размещена кювета, сама кювета выполнена продольной с вертикальным каналом внутри, при этом продольная ось держателя расположена под углом 20-40° к вертикали, а окно для съемки расположено в боковой стенке камеры. Кювета выполнена преимущественно одноразовой.To achieve the specified technical result, a device for the study of spatial coagulation of blood and its components, containing a thermostatically controlled, fluid-filled chamber with a window, inside which there is a cuvette with a test blood sample, a coagulation activator placed inside the cuvette, LEDs illuminating the clot formed at the activator, a digital camera, located opposite the window and fixing the growing clot, and a computer for processing the obtained data is equipped with a holder in which the cell is placed Itself formed cuvette with a vertical longitudinal channel inside, with the longitudinal axis of the holder extends at an angle 20-40 ° to the vertical, and the window for shooting is arranged in a side wall of the chamber. The cuvette is made primarily disposable.

Держатель кюветы может быть укреплен на корпусе термостатируемой камеры. Активатор свертывания представляет собой продольную вставку прямоугольного или иного сечения, вставляемую внутрь кюветы, на нижней торцевой поверхности которой нанесено вещество, инициирующее запуск процесса свертывания.The holder of the cell can be mounted on the body of the thermostatically controlled chamber. The coagulation activator is a longitudinal insert of a rectangular or other cross-section, inserted into the cell, on the lower end surface of which a substance is deposited that initiates the start of the coagulation process.

В качестве вещества, способствующего инициации процесса свертывания, может быть использован: белок, так называемый - тканевый фактор (тромбопластин), иммобилизованный различными способами на торцевую поверхность вставки; а также другие материалы организменного происхождения, представляющие собой препараты клеток и тканей. В качестве активатора можно использовать и другие тромбогенные вещества: стекло; каолин, пластик и т.п.As a substance that promotes the initiation of the coagulation process, the following can be used: a protein, the so-called tissue factor (thromboplastin), immobilized in various ways on the end surface of the insert; as well as other materials of an organismic origin, which are preparations of cells and tissues. As an activator, you can use other thrombogenic substances: glass; kaolin, plastic, etc.

Кроме того, устройство дополнительно снабжено шторкой, закрывающей объектив цифровой камеры, и блоком синхронизации включения светодиодов и поднятия шторки.In addition, the device is additionally equipped with a shutter that covers the lens of the digital camera, and a synchronization unit for turning on the LEDs and raising the shutter.

Выполнение кюветы (вместо горизонтальной чашечки) продольной с узким вертикальным каналом внутри, вставляемой снаружи в держатель, ось которого расположена под углом 20-40° к вертикали, позволяет расположить верхнюю часть кюветы вне термостатируемой камеры, поэтому активатор свертывания можно поместить в кювету в любой момент и сразу же после этого начинать измерение. При этом, проникновение посторонних частиц в кювету практически сведено к минимуму. А чтобы внутри образца плазмы не возникало паразитных конвекционных потоков за счет локального разогрева плазмы излучением светодиодов, последние включены через блок синхронизации и вспыхивают кратковременно - только на момент съемки каждого кадра, в момент поднятия шторки, закрывающей объектив цифровой камеры. Кювета в держателе после ее установки может быть зафиксирована в нем любым возможным способом.The execution of the cuvette (instead of the horizontal cup) longitudinal with a narrow vertical channel inside, inserted externally into the holder, the axis of which is located at an angle of 20-40 ° to the vertical, allows you to place the upper part of the cuvette outside the thermostatically controlled chamber, so the coagulation activator can be placed in the cuvette at any time and immediately after that start the measurement. At the same time, the penetration of foreign particles into the cell is practically minimized. And so that parasitic convection flows do not appear inside the plasma sample due to local heating of the plasma by LED radiation, the latter are turned on through the synchronization unit and flash briefly - only at the time of shooting each frame, at the moment of raising the curtain that covers the lens of the digital camera. The cuvette in the holder after its installation can be fixed in it in any way possible.

Предлагаемое устройство представлено на чертежах, где на фиг.1 показан общий вид устройства, а на фиг.2 - вид кюветы с держателем.The proposed device is presented in the drawings, where Fig. 1 shows a general view of the device, and Fig. 2 is a view of a cuvette with a holder.

Устройство содержит термостатируемую при помощи электронного термостата 1 камеру 2, заполненную прозрачной жидкостью. Внутри камеры 2 размещен укрепленный на ее корпусе держатель 3 с размещенной в нем кюветой 4, в канал 5 которой налита плазма 6, в которую помещена вставка 7 с нанесенным на ее нижнем торце веществом 8, способствующем свертыванию. Термостатируемая камера 2 снабжена прозрачным стеклянным окном 9, через которое одним или несколькими светодиодами 10 освещают сгусток плазмы, образующийся вокруг нижнего торца вставки 7. Изображение этого растущего сгустка фиксируется цифровой фотокамерой 11, снабженной объективом 12. Цифровая камера 11 электрически связана с компьютером 13, связанным с блоком синхронизации, и снабжена электромеханической шторкой 14, также электрически связанной с блоком синхронизации 15, который управляет светодиодами 10 и шторкой 14. Для того чтобы под вставкой 7 не скапливались пузырьки воздуха, кювета 3 наклонена под углом 20-40° к вертикали.The device contains a thermostatically controlled chamber 2 using an electronic thermostat 1, filled with a transparent liquid. Inside the chamber 2 there is a holder 3 mounted on its housing with a cuvette 4 placed in it, into the channel 5 of which a plasma 6 is poured, into which an insert 7 is placed with a substance 8 applied on its lower end that promotes coagulation. The thermostatic chamber 2 is equipped with a transparent glass window 9 through which one or more LEDs 10 illuminate a plasma clot formed around the lower end of the insert 7. The image of this growing bunch is captured by a digital camera 11 equipped with a lens 12. The digital camera 11 is electrically connected to a computer 13 connected with a synchronization unit, and is equipped with an electromechanical shutter 14, also electrically connected to the synchronization unit 15, which controls the LEDs 10 and the shutter 14. In order to 7 nd not accumulate air bubbles cuvette 3 is inclined at an angle of 20-40 ° to the vertical.

Устройство работает следующим образом. За счет работы электронного водяного термостата 1 температура прозрачной жидкость в термостатируемой камере 2 поддерживается на заданном уровне, и жидкость равномерно обогревает кювету 4, в которую помещают исследуемый образец, например, тестируемую плазму 6. Поскольку кювета 4 имеет для размещения плазмы длинный и узкий канал 5, а площадь поверхности раздела плазма-воздух минимальна, то и попадание в плазму посторонних частиц из воздуха также минимально. После того как температура по всему объему плазмы установится одинаковой и конвекционные потоки в плазме прекратятся, в нее медленно (чтобы не создать паразитных потоков) погружают вставку 7 таким образом, чтобы тромгенное вещество 8, нанесенное на торец этой вставки 7, коснулось поверхности плазмы 6. Одновременно с этим включают цифровую камеру 11, связанную с компьютером 13, в которую через прозрачное окно 9 и объектив 12 начинают поступать изображения растущего у конца вставки 7 тромба. Эти оцифрованные изображения поступают в память компьютера 13 для дальнейшей компьютерной обработки. После включения цифровой камеры 11 компьютер 13 при помощи специальной программы начинает управлять блоком синхронизации 15, сигналы с которого через заданные интервалы времени одновременно поступают и на шторку 14, открывая ее, и на светодиоды 10, включая их лишь на то краткое время, когда шторка 14 открыта и осуществляется процесс съемки. Такой режим работы светодиодов 10 обеспечивает минимальное время засветки плазмы, сводя к минимуму ее локальный нагрев и, тем самым, уменьшая паразитные конвекционные потоки, возникающие за счет этого локального разогрева.The device operates as follows. Due to the operation of the electronic water thermostat 1, the temperature of the transparent liquid in the thermostatically controlled chamber 2 is maintained at a predetermined level, and the liquid evenly heats the cuvette 4, in which the test sample is placed, for example, the test plasma 6. Since the cuvette 4 has a long and narrow channel 5 for accommodating the plasma , and the plasma-air interface is minimal, then the ingress of foreign particles into the plasma from the air is also minimal. After the temperature across the entire plasma volume is established to be the same and the convection flows in the plasma cease, insert 7 is slowly immersed in it (so as not to create spurious flows) so that the thromogenic substance 8 deposited on the end face of this insert 7 touches the surface of plasma 6. At the same time, a digital camera 11 is connected, connected to a computer 13, into which images of a thrombus growing at the end of insert 7 begin to flow through a transparent window 9 and lens 12. These digitized images enter the memory of the computer 13 for further computer processing. After turning on the digital camera 11, the computer 13 with the help of a special program starts controlling the synchronization unit 15, the signals from which at predetermined time intervals simultaneously arrive at the curtain 14, opening it, and at the LEDs 10, including them only for that brief time, when the curtain 14 The shooting process is open and ongoing. This mode of operation of the LEDs 10 provides a minimum time of exposure to the plasma, minimizing its local heating and, thereby, reducing the parasitic convection currents arising from this local heating.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет более точно и более детально исследовать все фазы процесса свертывания плазмы в пространстве, что повышает точность и достоверность проведения клинических анализов плазмы крови как в норме, так и при различных патологиях.Thus, the proposed device allows a more accurate and more detailed study of all phases of the plasma coagulation process in space, which increases the accuracy and reliability of clinical analyzes of blood plasma both in normal and in various pathologies.

Claims

1. A device for the study of spatial coagulation of blood and its components, containing a thermostatically controlled, liquid-filled chamber with a window, inside which there is a cell with a test sample, a coagulation activator placed inside the cell, LEDs illuminating the clot formed at the activator, a digital camera located opposite the window in the camera and fixing the growth of the bunch, and a computer for processing the obtained data, characterized in that it is equipped with a holder in which the cell is placed, while the holder with Veta angled at 20-40 ° to the vertical, longitudinal itself cuvette performed with the vertical channel inside, and the window is placed in the side wall of the chamber.

2. The device according to claim 1, characterized in that the holder is mounted on the camera body.

3. The device according to claim 1, characterized in that the coagulation activator is a longitudinal insert placed in the cuvette channel, on the lower end surface of which a coagulation-promoting substance is applied.

4. The device according to claim 3, characterized in that as a substance that promotes coagulation, thromboplastin is used, immobilized on the end surface of the insert.

5. The device according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with a synchronization unit and a shutter that opens the lens of the digital camera when the LEDs are turned on simultaneously.