RU2517784C1 - Способ определения коэффициента вязкости крови с использованием капиллярных трубок - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области биомедицинских технологий, касается способа определения коэффициента вязкости крови с использованием стандартного медицинского лабораторного оборудования, которое может быть использовано для гемореологического экспресс-анализа, непосредственно во время процедуры забора крови для лабораторных анализов осуществлять определение (замер) вязкости крови - важного информативного и диагностического показателя как самой крови и сосудистой системы, так и некоторых органов, изменяющих при заболеваниях реологические свойства крови. Способ определения коэффициента вязкости крови с использованием капиллярных трубок включает регистрацию отсчетных значений занимаемого кровью положения в этих капиллярных трубках в выбранные моменты времени, определяемые математической формулой, определяющей значение вязкости (коэффициента вязкости) крови через полученные отсчетные значения. Причем регистрацию отсчетных значений расстояний, пройденных кровью в капиллярной трубке к заданным последовательным моментам времени, осуществляют в процессе венепункции. При этом выполняют две серии замеров с использованием для каждой серии замеров разного, но известного пониженного по сравнению с атмосферным давления, создаваемого на выходном конце капиллярной трубки путем присоединения к нему вакуумированной пробирки с нужным давлением внутри, полученные отсчетные значения расстояния, проходимого кровью по капиллярной трубке в последовательные моменты времени, одинаковые для обеих серий замеров, обрабатывают согласно математической формуле

$$\eta =\frac{R^2}{4}\left({\left(p_{возд}\right)}_1-{\left(p_{возд}\right)}_2\right)\cdot \frac{t_i}{{\left(l^2\left(t_i\right)\right)}_2-{\left(l^2\left(t_i\right)\right)}_1}$$

,

где η - коэффициент вязкости крови, R - внутренний радиус капиллярной трубки, (р_возд)₁ - давление в 1-ой вакуумированной пробирке для 1-й серии замеров, (р_возд)₂ - давление во 2-й вакуумированной пробирке для 2-й серии замеров, t_i - моменты времени (одни и те же для обеих серий замеров) в процессе протекания крови по капиллярной трубке, в которые производятся замеры пройденного кровью расстояния, (l²(t_i))₁ - квадраты расстояний, пройденных кровью по капиллярной трубке к моментам времени t_i в первой серии замеров, (l²(t_i))₂ - квадраты расстояний, пройденных кровью по капиллярной трубке к моментам времени t_i во второй серии замеров. Техническим результатом является повышение точности, сокращение времени проведения исследования и его упрощение. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области биомедицинских технологий, касается способа определения коэффициента вязкости крови с использованием стандартного медицинского лабораторного оборудования, которое может быть использовано для гемореологического экспресс-анализа, непосредственно во время процедуры забора крови для лабораторных анализов осуществлять определение (замер) вязкости крови - важного информативного и диагностического показателя как самой крови и сосудистой системы, так и некоторых органов, изменяющих при заболеваниях реологические свойства крови.

Исторически вязкость (заметим, что использование понятия «вязкость жидкости» подразумевает более точный термин «коэффициент вязкости жидкости») являлась первоначально важной физической (реологической) характеристикой любой текучей субстанции (Физический энциклопедический словарь. М.: науч. изд-во «Большая российская энциклопедия», 1995) в т.ч. и крови как суспензии с физической точки зрения. Однако за последнее десятилетие этот параметр в отношении крови и других биожидкостей все больше наполняется медицинским содержанием и раскрывает свои диагностические возможности при мониторинге состояния организма, его отдельных органов и физиологических процессов (Аникеева Т.В. Изменение реологических свойств крови при ишемической болезни сердца // Международный медицинский журнал. 2010. №2. С.35-37; Киричук В.Ф., Железнякова Н.А., Калюгпа Т.Ю. и др. Изменения вязкости крови у больных с ишемической болезнью сердца и фибрилляцией предсердий: механизм патогенеза или компенсации? // Вестник аритмологии. 2004. №38. С.13-16).

Однако, как известно, живая кровь находится в метастабильном состоянии (Гурия Г. Т. Как теоретическая физика трактует явление свертывания крови. Наука 09 Сколково, Коммерсант. С.54-57, декабрь 2011), и сразу после извлечения из сосуда начинается процесс ее свертывания, если не консервировать кровь введением специальных антикоагулянтов (Баландина А.Н., Пантелеев М.А., Атауллаханов Ф.И. Система свертывания крови и ее регуляция. Природа. 2011. №3. С.32-38). При этом вязкость крови сильно изменяется. Следовательно, лучшим способом определения вязкости будет ее измерение либо внутри кровеносного сосуда, либо в процессе венепункции - взятия пробы для стандартного биохимического анализа. Измерения вязкости крови в процессе венепункции дают оценку истинного значения вязкости, не возмущенного процессом свертывания или биохимическими добавками, останавливающими процесс коагуляции.

Венепункции являются самыми распространенными медицинскими процедурами. Только в США их проводится порядка 1 млрд в год (Appold К. Important Updates Added to Standard That Details the Collection of Blood Specimens // LABMEDICINE. 2008. V.39. №3. P.145-146). При оценке следует учитывать, что венепункции включают в себя и внутривенное вливание лекарственных препаратов, и переливание крови.

Известно, что стеклянные капиллярные трубки всегда использовались при проведении анализа крови в качестве простых и удобных элементов лабораторного оборудования как на стадии взятия пробы крови, так и при дальнейших манипуляциях с этими пробами в процессе их анализа (Ройтберг Г.Е., Струтынский А.В. Лабораторная и инструментальная диагностика заболеваний внутренних органов. - М.: Бином, 1999). Например, в известном методе Панченкова с помощью капиллярных стеклянных трубок определяется скорость оседания эритроцитов (СОЭ). Их применяют для анализа плотности (удельного веса) крови, процентного содержания гемоглобина, растворимых в крови газов и для определения других характеристик. Также капиллярные трубки часто являются составным элементом автоматизированных анализаторов крови и ее составных частей. Однако везде и всегда капиллярные трубки использовались и используются до сих пор как простые и удобные мерные микроемкости.

Такой простой элемент, как стеклянная капиллярная трубка приобретает значение динамического измерительного элемента на основе применения довольно полного и точного описания движения вязкой жидкости в капиллярной трубке с учетом действия капиллярных сил, что позволяет по отсчетным точкам продвижения крови по капилляру определять абсолютное значение ее коэффициента вязкости.

Принимая во внимание только формальный признак использования капиллярной трубки в конструкции вискозиметра, необходимо указать на целый класс существующих, промышленно выпускаемых и продолжаемых совершенствоваться и разрабатываться вискозиметров, которые «официально» составляют класс капиллярных вискозиметров, которые часто используются и в медицинских целях, в т.ч. для определения коэффициента вязкости крови (а также других биожидкостей). Общим принципом их работы является фиксация времени протекания через капилляр при известном перепаде давления (чаще, под действием силы тяжести) заданного объема исследуемой жидкости. Разновидностями являются капиллярные вискозиметры прямого тока, когда жидкость вытекает из известного объема (например, серия вискозиметров ВПЖ), и вискозиметры обратного тока, когда жидкость заполняет известный объем (например, серия вискозиметров ВНЖ). Также большинство капиллярных вискозиметров действует по принципу сравнения протекания эталонной жидкости (чаще - дистиллированной воды) и исследуемой жидкости. При этом определяется относительный коэффициент вязкости для «нужной» жидкости.

Недостатком существующих вискозиметров для измерения вязкости крови является то, что они не приспособлены непосредственно «сопрягаться» с процедурой взятия крови из вены (т.е. с венепункцией).

Известен способ сертификации гемореологических нарушений при хирургическом лечении ишемической болезни сердца (RU 2155348 C2, кл. G01N 33/86, A61B 5/00, опубл. 27.08.2000 г.), при котором осуществляют исследование реологических свойств крови, в том числе и ее вязкости, в динамике на 5, 10, 15 и 30-й минуте реперфузионного периода. Исследование проводят на ротационном вискозиметре АРК-2. Для этого осуществляют забор крови из лучевой артерии через катетер, стабилизируют ее 3,8% раствором цитрата натрия и хранят с момента ее забора до проведения измерения при температуре +4…+10°C в течение не более 2-х часов, при этом образцы крови в объеме 0,8 мл заливают в пластмассовую измерительную ячейку, тестируют в течение 5 мин в термостате анализатора, а в ячейку, заполненную кровью, опускают сухой металлический цилиндр и критерием правильного заполнения измерительной камеры считают способность металлического цилиндра плавать в образце. Измерения ВЦК начинают с области высоких скоростей сдвига 200 с^-1, затем 100 с^-1 и 20 с^-1. Общее время измерения при всех скоростях сдвига не превышает 10 мин.

Недостатком известного способа является его сложность, поскольку пробы крови переносят в пространстве и времени к соответствующему измерительному комплексу; при этом для остановки процесса свертывания крови образец модифицируют соответствующей порцией антикоагулянта. Таким образом, результаты измерения не соответствуют реальным значениям вязкости как из-за необратимых изменений структуры образца, так и по условиям его нахождения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ определения относительной кинематической вязкости биологической жидкости, в том числе крови, в двух капиллярах, защищенный патентом RU 2337347 C2, кл. G01N 11/04, G01N 33/487, опубл. 20.04.08 г., принятый за ближайший аналог (прототип).

В способе по прототипу судят о вязкости исследуемой жидкости по ее движению относительно эталонной. Предварительно капилляры располагают под углом к горизонту и определяют высоту капиллярного поднятия эталонной жидкости в поле тяжести и высоту капиллярного поднятия исследуемой жидкости в поле тяжести, затем корпус располагают горизонтально, измеряют длины одновременного растекания эталонной и исследуемой жидкостей по горизонтальным капиллярам с помощью измерительной ленты и определяют относительную кинематическую вязкость из соотношения

$$\nu =\alpha {\nu }_{э}\cdot \frac{h{R}^2}{h_{э}{R}_{э}^2}\cdot \frac{L_{э}^2}{L^2}$$

где ν_э, ν - кинематические вязкости эталонной и исследуемой жидкостей,

h_э, h - высоты капиллярного поднятия эталонной и исследуемой жидкостей в поле тяжести,

R_э, R - радиусы капилляров, по которым текут соответственно эталонная и исследуемая жидкость,

L_э, L - длина растекания эталонной и исследуемой жидкостей,

α - коэффициент пропорциональности.

Преимуществом и общим признаком с предлагаемым изобретением является регистрация и обработка отсчетных значений, полученных в процессе продвижения жидкости по капиллярной трубке.

Однако недостатками прототипа являются:

- во-первых, сложность из-за необходимости использования эталонной жидкости;

- во-вторых, неточность из-за невозможности использования для измерения вязкости крови, поступающей непосредственно из вены, в процессе венепункции.

В задачу изобретения положено создание нового способа определения коэффициента вязкости крови с использованием стандартного медицинского лабораторного оборудования в процессе венепункции.

Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является повышение точности, сокращение времени проведения исследования и его упрощение.

Это достигается тем, что в способе определения коэффициента вязкости крови с использованием капиллярных трубок, включающем регистрацию отсчетных значений занимаемого кровью положения в этих капиллярных трубках в выбранные моменты времени, определяемые математической формулой, определяющей значение вязкости (коэффициента вязкости) крови через полученные отсчетные значения, регистрацию отсчетных значений расстояний, пройденных кровью в капиллярной трубке к заданным последовательным моментам времени осуществляют в процессе венепункции, при этом выполняют две серии замеров с использованием для каждой серии замеров разного, но известного пониженного по сравнению с атмосферным давления, создаваемого на выходном конце капиллярной трубки путем присоединения к нему вакуумированной пробирки с нужным давлением внутри, полученные отсчетные значения расстояния, проходимого кровью по капиллярной трубке в последовательные моменты времени, одинаковые для обеих серий замеров, обрабатывают согласно математической формуле

$$\eta =\frac{R^2}{4}\left({\left(p_{возд}\right)}_1-{\left(p_{возд}\right)}_2\right)\cdot \frac{t_i}{{\left(l^2\left(t_i\right)\right)}_2-{\left(l^2\left(t_i\right)\right)}_1}$$

Где η - коэффициент вязкости крови, R - внутренний радиус капиллярной трубки, (р_возд)₁ - давление в 1-ой вакуумированной пробирке для 1-ой серии замеров, (р_возд)₂ - давление во 2-ой вакуумированной пробирке для 2-ой серии замеров, t_i - моменты времени (одни и те же для обеих серий замеров) в процессе протекания крови по капиллярной трубке, в которые производятся замеры пройденного кровью расстояния, (l²(t_i))₁ - квадраты расстояний, пройденных кровью по капилляру к моментам времени t_i в первой серии замеров, (1²(t_i))₂ - квадраты расстояний, пройденных кровью по капилляру к моментам времени t_i во второй серии замеров; требуемые две серии замеров расстояний, пройденных кровью в капиллярной трубке к заданным последовательным моментам времени при разных перепадах давления, создаваемых разным пониженным давлением на выходном конце трубки осуществляют путем поочередного использования двух разных трубок с разными подходящими длинами, входные концы которых посредством гибкой трубки присоединяют к медицинской игле, введенной в кровеносный сосуд, а выходные концы соединены с вакуумированными пробирками с различным пониженным по отношению к атмосферному внутренним давлением; регистрацию отсчетных значений расстояний, пройденных кровью в капиллярной трубке к заданным последовательным моментам времени, осуществляют с помощью двух линейных матриц фотодиодов - излучающей и принимающей, между которыми помещается капиллярная трубка, а сами матрицы фотодиодов соединены с цифровым устройством для перевода отсчетных данных в цифровую форму, далее оцифрованные отсчетные значения серии замеров передают на запоминающе-обрабатывающее устройство; используют капиллярные трубки из стекла с внутренним радиусом 0.3-0.4 мм и длиной 250-300 мм, причем данные размеры обоснованы самим требуемым способом измерения вязкости.

Движение жидкости в капиллярной трубке предполагает заметное проявление действия капиллярных сил (за счет поверхности двухфазного (жидкость-воздух) контакта и линии трехфазного (стекло-жидкость-воздух) контакта; это действие естественно сравнивать с проявлением других основных типов сил: инерции, вязкости и силой тяжести (при горизонтальном расположении капилляра последнее не актуально). Данные условия приводят к неравенствам (чем они сильнее, тем более заметно проявление капиллярности) относительно чисел подобия We - числа Вебера (отношение действия силы инерции к силе поверхностного натяжения), Ca - числа капиллярности (отношение силы вязкого трения к силе поверхностного натяжения) и Bo - числа Бонда (отношения силы тяжести к силе поверхностного натяжения), т.е.

$$\text{}We\equiv 2\rho R{U}^2/\alpha <\mathrm{1,}Ca\equiv \eta U/\alpha <\mathrm{1,}Bo\equiv 4\rho g\text{}{R}^2/\alpha <\mathrm{1,}\left(1\right)$$

где ρ - плотность протекающей жидкости (для крови плотность мало отклоняется от значения 1.06 г/см),

η - коэффициент динамической вязкости («стандартное» значение ~4·10^-3 Па·с),

α - коэффициент поверхностного натяжения (~0.06 Н/м),

U - характерное значение скорости течения в капиллярной трубке.

Характерным значением скорости U можно считать ~20 см/с - среднюю скорость течения крови в игле для венепункции в режиме «самотека» (Pirofsky В. The Determination of Blood Viscosity in Man by a Method Based on Poiseuille's Law // J. Clin. Invest. 1953. V.32. P.292-298). Из приведенных данных видно, что неравенства (1) начинают выполняться с верхней границы значений для радиуса капиллярной трубки ~0.5 мм. Вместе с тем, имеется и нижняя граница (достаточно близкая к верхней) для возможного выбора капиллярной трубки с внутренним каналом того или иного радиуса. При протекании крови через капиллярные (в т.ч. и искусственные) трубки проявляется ее свойство суспензии и из-за возникающей стратификации числа эритроцитов по радиусу (эффект Фареуса-Линквиста), коэффициент кажущейся (эффективной) вязкости крови при протекании по все меньшему по радиусу каналу, начиная с радиуса ~ 0.2 мм сначала уменьшается, причем при малых значениях радиуса, сравнимых с максимальным размером эритроцита, достигается минимум коэффициента, а при еще меньших радиусах этот коэффициент резко возрастает (Pries A.R., Neuhaus D. and Gaehtgens Blood viscosity in tube flow: dependence on diameter and hematocrit // Am. J. Physiol. 1992. V.263 (Heart Circ. Physiol. V.32), С.H1770-H1778). Потому для предлагаемой в изобретении измерительной процедуры для вязкости однородной крови необходимо выбирать капиллярные трубки с радиусом внутреннего канала из следующего интервала значений:

$$0.2мм<R<0.5мм,\left(2\right)$$

при этом имеет смысл согласовывать этот радиус с радиусом внутреннего канала используемой при венепункции медицинской иглы (для локтевой вены в нормальном состоянии чаще всего используют иглы 21-го калибра с радиусом внутреннего канала 0.4 мм).

Основа теоретической модели заявленного в изобретении способа состоит в описании движения вязкой жидкости в капиллярной трубке на основе введения средней скорости $$\tilde{u}=\frac{dl}{dt}$$

(l - координата мениска) осевого направления (Fazio R., Iacono S., Jannelli A., et all. Extended scaling invariance of one-dimensional models of liquid dynamics in a horizontal capillary // Math. Meth. Appl. Sci. 2012. V.35. P.935 -942).

Уравнение количества движения вязкой жидкости в капиллярной трубке $$\frac{d\left(m\tilde{u}\right)}{dt}={\displaystyle \sum _i{F}_i}$$

с учетом «втягивающей» капиллярной силы

$$\raisebox{1ex}{$2\alpha \cos \theta $}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$R$}\right.$$

(θ - угол смачивания материала стенки капиллярной трубки жидкостью), перепада давления δp на концах капиллярной трубки, силы вязкого трения жидкости о стенку, для подсчета которой используется пуазейлевский профиль скорости $$u(r)=2\tilde{u}\left(1-r^2/R^2\right),$$

приобретает следующий вид для координаты l движущегося раздела между жидкостью в капилляре и еще не заполненной его части

$$\frac{d^2{l}^2}{d{t}^2}=\frac{4\alpha \cos \theta }{\rho R}+\frac{2\delta p}{\rho }-\frac{8\nu }{R^2}\frac{d{l}^2}{dt}\left(3\right)$$

с начальными условиями $$l\left(0\right)=\frac{dl\left(0\right)}{dt}=0.\left(4\right)$$

В уравнении (3) ρ и ν - это соответственно плотность и кинематическая вязкость жидкости в капилляре.

Данное уравнение имеет следующее аналитическое решение:

$$l^2(t)=AT\left(t-T\left(1-e^{-\frac{t}{T}}\right)\right),(5)$$

здесь $$A=\frac{4\alpha \cos \theta }{\rho R}+\frac{2\delta p}{\rho },T=\raisebox{1ex}{$R^2$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$8\nu $}\right.$$

В силу того, что для практических приложений данного изобретения, связанных с движением крови в капилляре радиуса из указанного интервала (2) величина характерной временной постоянной Т мала (<8·10^-3 с), то практически мгновенно после начала движения крови в капиллярной трубке она движется согласно «асимптотической» закономерности, следуемой из (5):

$$l^2\left(t\right)=ATt\left(6\right)$$

Отметим, что асимптотическое решение (6) совпадает (с точностью до коэффициента перед временем) с известным решением Вашбурна (Washburn Е.W. The dynamics of capillary flow // Phys. Rev. 1921. V.17(3). P.273-283) для закономерности движения жидкости в капиллярной трубке в пренебрежении в силами инерции и в отсутствие заданного перепада давления в уравнении (3).

Для заявленной измерительной процедуры оценим величину множителя перед временем в (6), который определяет пройденное в капиллярной трубке кровью расстояние за единицу времени, что важно для выбора длины рабочей части капиллярной трубки:

$$AT=\frac{\alpha R\cos \theta }{2\eta }+\frac{\left(p_{вена}-p_{возд}\right)R^2}{4\eta }.\left(7\right)$$

Здесь перепад давления δp на концах капиллярной трубки конкретизирован как разность между венозным давлением в месте отбора крови Р_вена (это же давление является «входным» для измерительной системы) и давлением р_возд на другом, не занятом кровью, а заполненном воздухом конце капиллярной трубки («выходное» давление). Выходное давление обычно является атмосферным, но в силу того, что оно точно не известно, а также в силу того, что в измерительной процедуре понадобятся два разных выходных давления, удобно использовать для создания на выходном конце строго заданного давления присоединением к нему вакуумированной пробирки (не в качестве емкости для сбора крови, для чего она стандартно используется как существующий элемент лабораторного оборудования, а только для создания и поддержания нужного давления). Как отмечалось выше, разность давлений в (7) в случае открытого выходного конца капиллярной трубки равна 5-9 мм рт.ст. или примерно 650-1200 Па, множитель $$\raisebox{1ex}{$R^2$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$4\eta $}\right.$$

равен 0.1 (Па·с)^-1 см² (при R=0.4 мм). Первое слагаемое в (7) примерно равно 60 см² с^-1. Таким образом, при открытом выходном конце кровь в капиллярной трубке за первую секунду продвинется не более чем на 14 см, а за вторую - не более чем на 18 см. Естественно, что сильное понижение давления на выходном конце капиллярной трубки заметно увеличит продвижение крови в капилляре, что не удобно по причине увеличения габаритов измерительной системы. Поэтому необходимы выкуумированные пробирки с внутренним давлением, меньшим атмосферного на 100-1000 Па. Несмотря на то, что полученные соотношения (6), (7) дают простой и явный алгоритм определения коэффициента η по полученным парам отсчетных значений $$l_i^2\left(t_i\right)$$

, однако точность искомого коэффициента вязкости может быть недостаточна, поскольку в (7) фигурируют две точно не известных величины: венозное давление и атмосферное давление (если выходной конец капилляра открыт). Неопределенность с атмосферным давлением снимается, если, как говорилось выше, использовать на конце «источник» постоянного давления в виде вакуумированной пробирки (из-за ничтожно малого изменения объема «воздушной» части капилляра и присоединенной к нему выкуумированной пробирки при продвижении крови по капиллярной трубке это давление можно считать неизменным).

Ценность полученного соотношения (6) состоит также в том, что на его основе можно предложить измерительную процедуру, которая бы исключала неизвестное значение венозного давления на «входе» из рассмотрения. Действительно, для этого достаточно проводить две серии измерений с подсоединением к внедренной в вену медицинской игле последовательно во времени двух одинаковых капиллярных трубок, но с разным давлением (р_возд)₁ и (p_возд)₂ внутри вакуумированных пробирок, присоединенных к их выходному концу. После начала движения крови в одни и те же моменты времени t_i фиксируются координаты l(t_i). Далее, согласно (6), (7), разности квадратов этих координат и дают соотношения для нахождения коэффициента вязкости при исключении неизвестного венозного давления (замечательно, что при этом исключаются и другие «собственные» характеристики измерительной системы, что повышает точность определения нужного коэффициента вязкости)

$${\left(l^2\left(t_i\right)\right)}_2-{\left(l^2\left(t_i\right)\right)}_1=\frac{R^2}{4\eta }\cdot \left({\left(p_{возд}\right)}_1-{\left(p_{возд}\right)}_2\right)\cdot t_i$$

или

$$\eta =\frac{R^2}{4}\left({\left(p_{возд}\right)}_1-{\left(p_{возд}\right)}_2\right)\cdot \frac{t_i}{{\left(l^2\left(t_i\right)\right)}_2-{\left(l^2\left(t_i\right)\right)}_1}\left(8\right)$$

Соотношение (8) является определяющим для заявленного изобретения. Это же соотношение показывает два (и даже больше) способа определения коэффициента вязкости. Первый - это «минималистский» способ, когда η согласно (8) определяется по одному отсчетному значению в каждом из двух подключений капиллярной трубки с разными «выходными» давлениями. При втором способе получают несколько (много) отсчетных значений в каждом из двух «подключений» капиллярной трубки, и числовое значение последней дроби в (8) определяется путем усреднения многих значений, что занимает больше времени, но дает большую точность.

На фиг.1 приведен схематический рисунок установки для осуществления способа определения коэффициента вязкости крови с использованием капиллярных трубок.

Конструктивно установка для осуществления способа определения коэффициента вязкости крови с использованием капиллярных трубок на фиг.1 содержит:

1 - медицинскую иглу;

2 - гибкий капилляр;

3 - капиллярную трубку;

4 - вентиль-клапан;

5 - вакуумированную пробирку;

6 - штатив;

7 - излучающую матрицу фотодиодов;

8 - принимающую матрицу фотодиодов;

9 - цифровое устройство для перевода отсчетных данных в цифровую форму;

10 - запоминающе/обрабатывающее устройство.

Конструктивной основой установки, составляющей техническую часть изобретения, являются стандартные элементы медицинского лабораторного оборудования (медицинская игла 1, капиллярные трубки 3, вакуумированные пробирки 5), используемого для широко используемой рутинной процедуры забора крови из вены руки для анализа.

В качестве основного элемента в заявленном изобретении выступает капиллярная трубка 3, причем для требуемого наблюдения за продвижением крови внутри трубки она предполагается прозрачной, например стеклянной. Данный лабораторный элемент, широко применяемый в практике, далее будет рассматриваться и как элемент, задающий динамику продвижения крови по его внутреннему каналу (отметим его «активную функцию» за счет действия на внутреннюю жидкость капиллярных сил), и как элемент, обеспечивающий наблюдательную функцию и считывание данных о движении внутренней жидкости. Отметим, что использование трубки с маленьким радиусом внутреннего канала имеет несколько преимуществ: а) дает основание для построения и использования однородно-одномерной (без учета изменения характеристик по радиусу) модели движения жидкости внутри трубки, б) ярко выраженный по цвету узкий «столбик» жидкости с малым размером неплоского мениска удобен для наблюдения и фиксации числовых данных, характеризующих его движение.

Также в заявленном изобретении новые функции возлагаются на такой элемент лабораторного оборудования для взятия крови, как вакуумированная пробирка 5, являющаяся герметично закрытой емкостью с пониженным (по отношению к атмосферному) внутренним давлением. В существующей технологии изъятия венозной крови такие пробирки используются лишь для более быстрого и удобного наполнения их через иглу венозной кровью; знание величины внутреннего пониженного давления в этом случае не требуется. В заявленном изобретении на данные пробирки возлагается новая функция нормированного «источника» пониженного давления с известным значением того давления.

Способ определения коэффициента вязкости крови с использованием стандартного медицинского лабораторного оборудования осуществляют следующим образом.

Перед началом процедуры собирают измерительную установку для 1-го этапа измерений (измерение с 1-й капиллярной трубкой). Первую капиллярную трубку 3 с закрытым вентилем 4 на одном конце выходным концом соединяют с первой вакуумированной пробиркой 5 (путем протыкания ее герметично закрытой крышки). Всю эту систему «капиллярная трубка+вакуумированная пробирка» располагают горизонтально в штативе 6 таким образом, чтобы капилляр 3 находился между двумя линейными матрицами фотодиодов 7 и 8. Включают электронную часть системы. После этого система готова для работы с поступающей из вены кровью.

Измерительную процедуру начинают с того, что с соблюдением необходимых инструкций в локтевую вену вводят медицинскую иглу 1. После проверки того, что эта часть процедуры прошла успешно и из иглы 1 поступает кровь, основание иглы 1 соединяют посредством гибкого капилляра 2 с входным концом капиллярной трубки 3, после чего открывают вентиль 4. Кровь начинает поступать в капиллярную трубку 3.

Далее в течение нескольких секунд, пока кровь продвигается по капиллярной трубке 3, работает электронная часть установки. Электронная часть установки содержит цифровое устройство для перевода отсчетных данных в цифровую форму 9, в качестве которого используют, например, контроллер ввода информации, АЦПУ и запоминающе/обрабатывающее устройство 10, в качестве которого используют например, запоминающее устройство калибровки, ОЗУ К. При подходе крови к выходному концу капиллярной трубки 3 электронная часть установки автоматически отключается. После этого закрывают вентиль 4, отсоединяют гибкий капилляр 2 от медицинской иглы 1 и 1-я трубка с вакуумированной пробиркой могут быть удалены из держателя. Однако после отключения электронной части установки можно дождаться, когда вакуумированная пробирка 5 заполнится кровью полностью и только после этого удалить 1-ю капиллярную трубку 3 с вакуумированной пробиркой 5 из штатива 6. При этом заполненная вакуумированная пробирка 5 готова для отправки в лабораторию с целью проведения других аппаратурных анализов крови.

На следующем (2-м) этапе в штатив 6 вставляют 2-ю капиллярную трубку 3 со 2 -й вакуумированной пробиркой 5 на конце, давление в которой несколько меньше, чем в 1-й. Используют вакуумированные пробирки 5 с различным значением внутреннего давления, изготовленные промышленным образом. Далее посредством гибкого капилляра 2 капиллярную трубку 3 присоединяют к медицинской игле 1, находящейся в кровеносном сосуде, и все повторяют в соответствии с описанием на 1-м этапе.

После снятия с помощью двух линейных матриц фотодиодов - излучающей 7 и принимающей 8 отсчетных значений при движении крови по второй капиллярной трубке 3, электронная часть установки производит обработку поступивших 2-х серий отсчетных значений и сразу же выдает величину коэффициента вязкости крови в соответствии с формулой (8).

Определение коэффициента вязкости крови с использованием стандартного медицинского лабораторного оборудования в процессе венепункции обеспечивает повышение точности, сокращение времени исследования и его упрощение.

Точность метода определяется еще и тем, что использование вакуумированных пробирок с разным (но известным) внутренним пониженным давлением дает возможность в алгоритме определения вязкости крови по полученным отсчетным значениям серии замеров исключить неизвестное значение венозного давления в месте введения медицинской иглы в кровеносный (напомним, что венозное давление «не поддается» таким простым способам измерения, как артериальное; известно, что значения этого давления в месте венепункции - в локтевой вене - могут лежать в интервале 5-9 мм рт.ст. по отношению к атмосферному).

Claims (4)

1. Способ определения коэффициента вязкости крови с использованием капиллярных трубок, включающий регистрацию отсчетных значений занимаемого кровью положения в этих капиллярных трубках в выбранные моменты времени, определяемые математической формулой, определяющей значение вязкости (коэффициента вязкости) крови через полученные отсчетные значения, отличающийся тем, что регистрацию отсчетных значений расстояний, пройденных кровью в капиллярной трубке к заданным последовательным моментам времени осуществляют в процессе венепункции, при этом выполняют две серии замеров с использованием для каждой серии замеров разного, но известного пониженного по сравнению с атмосферным давления, создаваемого на выходном конце капиллярной трубки путем присоединения к нему вакуумированной пробирки с нужным давлением внутри, полученные отсчетные значения расстояния, проходимого кровью по капиллярной трубке в последовательные моменты времени, одинаковые для обеих серий замеров, обрабатывают согласно математической формуле
$$\eta =\frac{R^2}{4}\left({\left(p_{возд}\right)}_1-{\left(p_{возд}\right)}_2\right)\cdot \frac{t_i}{{\left(l^2\left(t_i\right)\right)}_2-{\left(l^2\left(t_i\right)\right)}_1}$$

где η - коэффициент вязкости крови,
R - внутренний радиус капиллярной трубки,
(p_возд)₁ - давление в 1-й вакуумированной пробирке для 1-й серии замеров,
(p_возд)₂ - давление во 2-й вакуумированной пробирке для 2-й серии замеров,
t_i - моменты времени (одни и те же для обеих серий замеров) в процессе протекания крови по капиллярной трубке, в которые производятся замеры пройденного кровью расстояния,
(l²(t_i))₁ - квадраты расстояний, пройденных кровью по капилляру к моментам времени t_i в первой серии замеров,
(l²(t_i))₂ - квадраты расстояний, пройденных кровью по капилляру к моментам времени t_i во второй серии замеров.

2. Способ по п.1 отличающийся тем, что требуемые две серии замеров расстояний, пройденных кровью в капиллярной трубке к заданным последовательным моментам времени при разных перепадах давления, создаваемых разным пониженным давлением на выходном конце трубки, осуществляют путем поочередного использования двух разных трубок с разными подходящими длинами, входные концы которых посредством гибкой трубки присоединяют к медицинской игле, введенной в кровеносный сосуд, а выходные концы соединены с вакуумированными пробирками с различным пониженным по отношению к атмосферному внутренним давлением.

3. Способ по п.1 отличающийся тем, что регистрацию отсчетных значений расстояний, пройденных кровью в капиллярной трубке к заданным последовательным моментам времени, осуществляют с помощью двух линейных матриц фотодиодов - излучающей и принимающей, между которыми помещается капиллярная трубка, а сами матрицы фотодиодов соединены с цифровым устройством для перевода отсчетных данных в цифровую форму, далее оцифрованные отсчетные значения серии замеров передают на запоминающе-обрабатывающее устройство.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют капиллярные трубки из стекла с внутренним радиусом 0.3-0.4 мм и длиной 250-300 мм, причем данные размеры обоснованы самим требуемым способом измерения вязкости.