RU2750839C1 - Apparatus and method for express estimation of aggregative activity of formed elements of blood - Google Patents
Apparatus and method for express estimation of aggregative activity of formed elements of blood Download PDFInfo
- Publication number
- RU2750839C1 RU2750839C1 RU2020117392A RU2020117392A RU2750839C1 RU 2750839 C1 RU2750839 C1 RU 2750839C1 RU 2020117392 A RU2020117392 A RU 2020117392A RU 2020117392 A RU2020117392 A RU 2020117392A RU 2750839 C1 RU2750839 C1 RU 2750839C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microcontroller
- blood
- cuvette
- display
- laser diode
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицины, конкретно к устройствам и способам оценки агрегационной активности форменных элементов крови.The invention relates to medicine, specifically to devices and methods for assessing the aggregation activity of blood corpuscles.
Функциональное состояние системы гемостаза играет важную роль в поддержании нормального кровотока, предупреждении и купировании геморрагии, тромбозов, ишемий и инфарктов органов, защите от диссеминации бактериями и токсинами из очагов поражения. В этом состоит важнейшее общебиологическое значение системы гемостаза в патогенезе заболеваний [3].The functional state of the hemostasis system plays an important role in maintaining normal blood flow, preventing and stopping hemorrhages, thrombosis, ischemia and organ infarctions, protection from dissemination by bacteria and toxins from lesions. This is the most important general biological significance of the hemostasis system in the pathogenesis of diseases [3].
В случае нарушений состояния системы гемостаза наибольший терапевтический эффект достигается в результате целенаправленной коррекции этих нарушений [1, 2]. Активное применение в клинической практике современных высокоэффективных антикоагулянтов прямого и непрямого действия, антиагрегантов и тромболитиков требует контроля за состоянием свертывающей системы крови в режиме реального времени у постели больного. Все перечисленное определяет высокую значимость гемостазиологических исследований в медицинской практике.In the case of violations of the state of the hemostasis system, the greatest therapeutic effect is achieved as a result of targeted correction of these disorders [1, 2]. Active use in clinical practice of modern highly effective anticoagulants of direct and indirect action, antiplatelet agents and thrombolytics requires monitoring the state of the blood coagulation system in real time at the patient's bedside. All of the above determines the high importance of hemostasiological studies in medical practice.
Для предотвращения тромботических осложнений, как при кардиологических заболеваниях, так и при других нозологиях, требуется корректная антиагрегантная терапия, с помощью ингибиторов ЦОГ-1 тромбоцитов, блокаторов Р2У12-рецепторов, антагонистов GPIIb/IIIa-рецепторов, ингибиторов фосфодиэстеразы и т.д., применяемых в виде монотерапии, а также в виде двойной антиагрегантной терапии. Множество из проводимых исследований выявляют не только резистентность к получаемой антиагрегантной терапии, но также и извращенный ответ, проявляющийся повышением функциональной активности форменных элементов крови после приема антиагреганта. Вышеперечисленное диктует необходимость мониторинга эффективности применения антиагрегантов для профилактики развития тромботических осложнений на фоне длительной, а зачастую пожизненной, терапии.To prevent thrombotic complications, as in cardiac diseases as well as in other nosologies, requires correct antiplatelet therapy by platelet COX-1 inhibitors, blockers of P 2 Y 12 receptor antagonists, GPIIb / IIIa-receptor, phosphodiesterase inhibitors, etc. ., used in the form of monotherapy, as well as in the form of dual antiplatelet therapy. Many of the studies conducted reveal not only resistance to the antiplatelet therapy received, but also a perverse response, manifested by an increase in the functional activity of blood corpuscles after taking an antiplatelet agent. The above dictates the need to monitor the effectiveness of the use of antiplatelet agents to prevent the development of thrombotic complications against the background of long-term, and often lifelong, therapy.
Максимально ранняя и точная диагностика нарушений в системе гемостаза - фактор, от которого зависит своевременное лечение больного и начало профилактических мероприятий по предотвращению осложнений [2, 3].The earliest possible and accurate diagnosis of disorders in the hemostasis system is a factor on which the timely treatment of the patient and the beginning of preventive measures to prevent complications depend [2, 3].
На сегодняшний день существует широкий спектр общепринятых методов исследования системы гемостаза, основанных на оценке цитратной венозной крови с длительной преаналитикой [6], что не позволяет своевременно и корректно оценить функциональное состояние анализируемой системы, поскольку не дает целостной картины всей системы. Развернутое исследование всех звеньев гемостаза является трудоемким, требует большого количества крови обследуемого, в ряде случаев недостаточно оперативно и носит преимущественно исследовательский, а не прикладной характер.To date, there is a wide range of generally accepted methods for studying the hemostasis system based on the assessment of citrated venous blood with long-term preanalytics [6], which does not allow timely and correct assessment of the functional state of the analyzed system, since it does not provide a holistic picture of the entire system. A detailed study of all the links of hemostasis is laborious, requires a large amount of the patient's blood, in some cases it is insufficiently operative and is predominantly research rather than applied in nature.
В настоящее время, самым распространенным в клинической практике способом оценки агрегационной активности тромбоцитов является способ, включающий ее определение до и после назначения антиагреганта через 2-3 и 5 дней. Золотым стандартом в лабораторной практике является определение агрегационной активности тромбоцитов турбодиметрическим методом Борна и О'Брайена, основанном на исследовании изменений оптической плотности плазмы. Контроль проводят с использованием агрегометра, по динамике снижения функции тромбоцитов богатой тромбоцитами плазмы больного на фоне приема антиагреганта (метод по Борну и О'Брайену) [4]. Распространенность явления - аспиринорезистентности, по многочисленным данным достигает от 2% до 46% [5], такая вариабельность связана в первую очередь, с отсутствием общепринятой методики оценки указанного состояния, широкой вариабельностью и малой воспроизводимостью результатов известных тестов. Агрегацию тромбоцитов исследуют в образце обогащенной тромбоцитами плазмы (ОТП), стабилизированной каким-либо антикоагулянтом. В зависимости от задач исследования возможно применение различных антикоагулянтов (цитрат Na, кислый цитрат-декстрозный раствор, гепарин гирудин и т.д.). Кроме того, в исследовательской практике иногда выделяют тромбоциты в среде заданного состава. Для исследования агрегации тромбоцитов готовят обогащенную тромбоцитами плазму (ОТП) и бедную тромбоцитами плазмы (БТП). Наиболее часто в качестве антикоагулянта используют 130 мМ раствор цитрата натрия - 3,2% раствор безводного цитрата натрия.Currently, the most common method in clinical practice for assessing platelet aggregation activity is a method including its determination before and after the administration of an antiplatelet agent in 2-3 and 5 days. The gold standard in laboratory practice is the determination of platelet aggregation activity by the Born and O'Brien turbodimetric method, based on the study of changes in plasma optical density. Control is carried out using an aggregometer, according to the dynamics of a decrease in platelet function in platelet-rich plasma of a patient while taking an antiplatelet agent (method according to Born and O'Brien) [4]. The prevalence of the phenomenon - aspirin resistance, according to numerous data reaches from 2% to 46% [5], such variability is primarily associated with the lack of a generally accepted method for assessing this condition, wide variability and low reproducibility of the results of known tests. Platelet aggregation is examined in a platelet-rich plasma (PRP) sample stabilized with an anticoagulant. Depending on the tasks of the study, it is possible to use various anticoagulants (Na citrate, acidic citrate-dextrose solution, heparin, hirudin, etc.). In addition, in research practice, platelets are sometimes isolated in a medium of a given composition. For the study of platelet aggregation, platelet-rich plasma (PRP) and platelet-poor plasma (PRP) are prepared. Most often, 130 mM sodium citrate solution is used as an anticoagulant - a 3.2% solution of anhydrous sodium citrate.
Подготовленная к исследованию ОТП разливают по 0,3 мл в кюветы для агрегометра, и хранят при комнатной температуре до начала исследования. В кювету с подготовленной к исследованию ОТП помещают магнитную мешалку (скорость перемешивания 800 об/мин) и устанавливают кювету в ячейку лазерного анализатора агрегации тромбоцитов, для предварительной инкубации на 3 минуты, при температуре 37°С, далее запускают процесс исследования. После открытия окна записи через 10 секунд, по звуковому сигналу пипеткой добавляют в кювету (не вынимая ее из рабочей ячейки) необходимую дозу индуктора (АДФ, ФАТ, коллаген, арахидоновая кислота). При исследовании агрегации традиционным методом по Борну и О'Брайену результаты исследований принято представлять в процентах, причем за 0% агрегации принимается начальное состояние обогащенной тромбоцитами плазмы (ОТП), а за 100% принимают состояние бедной тромбоцитами плазмы (БТП). [3, 6].The PRP prepared for the study is poured into 0.3 ml cuvettes for the aggregometer and stored at room temperature until the start of the study. A magnetic stirrer (stirring speed 800 rpm) is placed in the cuvette with the PRP prepared for the study and the cuvette is installed in the cell of the laser platelet aggregation analyzer for preliminary incubation for 3 minutes at a temperature of 37 ° C, then the research process is started. After opening the recording window, after 10 seconds, by a sound signal, add the required dose of the inductor (ADP, PAF, collagen, arachidonic acid) to the cuvette (without removing it from the working cell) with a pipette. In the study of aggregation by the traditional method according to Born and O'Brien, the research results are usually presented as a percentage, and the initial state of platelet-rich plasma (PRP) is taken as 0% of aggregation, and the state of platelet-poor plasma (PRP) is taken as 100%. [3, 6].
Для оценки эффективности проводимой терапии, проводят вышеописанное исследование повторно через 2-3 и 5 дней. По степени изменения интенсивности агрегации на 50% и более от исходного уровня считают терапию эффективной, а состояние, при котором происходит изменение агрегации тромбоцитов на 20% менее исходного уровня определяют, как аспиринорезистентность.To assess the effectiveness of the therapy, the above-described study is repeated after 2-3 and 5 days. According to the degree of change in the intensity of aggregation by 50% or more from the initial level, therapy is considered effective, and the state in which there is a change in platelet aggregation by 20% less than the initial level is defined as aspirin resistance.
Основными недостатками данного метода являются:The main disadvantages of this method are:
- длительность проведения исследования;- the duration of the study;
- сложность пробоподготовки;- the complexity of sample preparation;
- невозможность проведения исследования у постели больного;- the impossibility of conducting research at the patient's bedside;
- вариабельность результатов;- variability of results;
- недостаточная информативность и достоверность результатов в связи с использованием подготовленной к исследованию пробы крови.- insufficient information content and reliability of the results in connection with the use of a blood sample prepared for the study.
Наиболее близким к предлагаемому выбранным в качестве прототипа, является способ определения агрегационной активности с помощью низкочастотной пьезотромбоэластографии (НПТЭГ) [5] с использованием аппаратно-программного комплекса АРП-01М «Меднорд» (Р.С. 2010/09767) [7], согласно которому для проведения исследования у испытуемого из кубитальной вены производят забор венозной крови в количестве 0,5 мл, которую незамедлительно переносят в кювету, находящуюся в термостатируемой ячейке прибора, куда помещают иглу-резонатор, закрепленную на пьезоэлектрическом элементе, регистрируют вязкостно-хронометрические характеристики крови и по результатам изменения показателей tl (период реакции, представляющий время от начала исследования до достижения максимального снижения амплитуды - А1, в мин) и ИКК (интенсивность контактной фазы коагуляции), делается заключение об агрегационной активности форменных элементов крови и об эффективности проводимой терапии - увеличение времени t1 в 2 и более раз, снижение ИКК в 2 и более раз, свидетельствует об эффективности проводимой антиагрегантной терапии.Closest to the proposed one selected as a prototype is a method for determining aggregation activity using low-frequency piezothromboelastography (LPTEG) [5] using the hardware and software complex ARP-01M "Mednord" (RS 2010/09767) [7], according to which, to conduct a study from the subject from the cubital vein, venous blood is taken in an amount of 0.5 ml, which is immediately transferred into a cuvette located in a thermostatted cell of the device, where a resonator needle fixed on a piezoelectric element is placed, the viscosity-chronometric characteristics of the blood are recorded and based on the results of changes in the tl indicators (the reaction period, representing the time from the start of the study to the achievement of the maximum decrease in the amplitude - A1, in min) and ICC (intensity of the contact phase of coagulation), a conclusion is made about the aggregation activity of blood corpuscles and the effectiveness of the therapy - an increase in
Недостатками метода НПТЭГ являются:The disadvantages of the NPTEG method are:
- недостаточная точность и информативность способа, ввиду значительного влияния на агрегацию адгезивных свойств тромбоцитов, за счет физического контакта сенсора с пробой и адгезии поверхностью емкости, в которую помещают пробу крови в объеме 0,5 мл;- insufficient accuracy and information content of the method, due to a significant effect on the aggregation of the adhesive properties of platelets, due to the physical contact of the sensor with the sample and adhesion to the surface of the container, into which the blood sample is placed in a volume of 0.5 ml;
- высокая стоимость комплекса;- high cost of the complex;
- необходимость высокой квалификации персонала.- the need for highly qualified personnel.
Новый технический результат - повышение точности и информативности способа за счет снижения влияния на результат исследования адгезии форменных элементов крови вследствие отсутствия физического контакта сенсора с пробой, а также расширение области использования метода благодаря снижению объема используемой крови до 50-100 мкл.The new technical result is an increase in the accuracy and information content of the method by reducing the effect on the study result of the adhesion of blood corpuscles due to the lack of physical contact of the sensor with the sample, as well as expanding the area of application of the method due to a decrease in the volume of blood used to 50-100 μl
Для достижения нового технического результата в устройстве для экспресс-оценки агрегационной активности форменных элементов крови, состоящем из измерительного блока, включающего кювету для размещения пробы крови и блок регистрации и анализа показателей характеристик крови, измерительный блок дополнительно содержит расположенные соосно с кюветой: лазерный диод и цифровую камеру, при этом, кювета размещена на подвижном основании, в центре которого выполнено отверстие для обеспечения прохождение лазерного луча от установленного под ним лазерного диода, а цифровая камера расположена над кюветой с возможностью регулировать расстояние на 5-10 см относительно ее верхнего края, также цифровая камера подключена к блоку обработки и отображения информации, состоящему из микроконтроллера или микропроцессора, модуля памяти, клавиатуры, дисплея, модуля Wi-Fi, USB-контроллера, блока питания, при этом выход блока питания соединен со входом микроконтроллера, выход микроконтроллера соединен со входом дисплея, выход микроконтроллера соединен со входом драйвера лазерного диода, который соединен с лазерным диодом, выходы клавиатуры соединены со входами микроконтроллера, выходы модуля Wi-Fi, USB-контроллера и дисплея соединены со входами микроконтроллера также, как и выходы микроконтроллера соединены со входами модуля Wi-Fi, USB-контроллера и дисплея, измерительный блок устройства соединен с персональным компьютером с помощью USB-кабеля.To achieve a new technical result in a device for the rapid assessment of the aggregation activity of blood corpuscles, consisting of a measuring unit, including a cuvette for placing a blood sample and a unit for recording and analyzing blood characteristics, the measuring unit additionally contains coaxially located with the cuvette: a laser diode and a digital the camera, in this case, the cuvette is placed on a movable base, in the center of which a hole is made to ensure the passage of the laser beam from the laser diode installed under it, and the digital camera is located above the cuvette with the ability to adjust the distance by 5-10 cm relative to its upper edge, also digital the camera is connected to an information processing and display unit, consisting of a microcontroller or microprocessor, memory module, keyboard, display, Wi-Fi module, USB controller, power supply, while the output of the power supply is connected to the input of the microcontroller, the output of the microcontroller is connected to the input di splice, the output of the microcontroller is connected to the input of the laser diode driver, which is connected to the laser diode, the keyboard outputs are connected to the inputs of the microcontroller, the outputs of the Wi-Fi module, USB controller and display are connected to the inputs of the microcontroller as well as the outputs of the microcontroller are connected to the inputs of the Wi module -Fi, USB controller and display, the measuring unit of the device is connected to a personal computer using a USB cable.
Также, кювета изготовлена методом 3D-печати и покрыта изнутри силиконом.Also, the cuvette is 3D-printed and covered with silicone on the inside.
В способе экспресс-оценки агрегационной активности форменных элементов, включающем помещение пробы крови в кювету, воздействие на нее физическим фактором с последующей регистрацией характеристик крови и сравнением их значений с референтными аналогичными значениями, определенными у здоровых добровольцев для различных возрастных групп, принимаемыми за норму, в качестве физического фактора используют рассеянное лазерное излучение, мощностью 5-10 мВт и длиной волны 600-1200 нм, которым воздействуют на пробу нативной крови объемом 50-100 мкл помещенную в кювету высотой 200-500 мкм, толщиной дна 300-500 мкм и диаметром 10-12 мм измерительного блока устройства по п. 1, одновременно регистрируют спекл-изображения цифровой камерой через интервалы времени 10-50 мс в течение 10 минут в модуль памяти, далее с помощью программного обеспечения рассчитывают коэффициент корреляции цифровых спекл-изображений, записанных в модуль памяти, выводят кривую коэффициента корреляции на дисплей, по которой определяют время агрегационной активности форменных элементов крови, как интервал между значением времени начала исследования и значением времени, соответствующему достижения максимальной амплитуды (МА) кривой коэффициента корреляции и при увеличении времени относительно нормы определяют состояние гиперкоагуляции, а при его снижении относительно нормы определяют состоянии гипокоагуляции.In the method for the rapid assessment of the aggregation activity of the shaped elements, which includes placing a blood sample in a cuvette, exposing it to a physical factor, followed by registration of blood characteristics and comparing their values with similar reference values determined in healthy volunteers for different age groups, taken as the norm, in As a physical factor, scattered laser radiation with a power of 5-10 mW and a wavelength of 600-1200 nm is used, which is applied to a sample of native blood with a volume of 50-100 μL placed in a cuvette with a height of 200-500 microns, a bottom thickness of 300-500 microns and a diameter of 10 -12 mm of the measuring unit of the device according to claim 1, speckle images are simultaneously recorded with a digital camera at time intervals of 10-50 ms for 10 minutes into the memory module, then the software calculates the correlation coefficient of digital speckle images recorded in the memory module , display the curve of the correlation coefficient on the display, according to which the the time of the aggregation activity of the blood corpuscles is divided as the interval between the value of the start time of the study and the value of the time corresponding to the achievement of the maximum amplitude (MA) of the correlation coefficient curve, and with increasing time relative to the norm, the state of hypercoagulation is determined, and when it decreases relative to the norm, the state of hypocoagulation is determined.
Новым в устройстве является то, что в устройстве измерительный блок дополнительно содержит расположенные соосно с кюветой: лазерный диод и цифровую камеру, при этом, кювета размещена на подвижном основании, в центре которого выполнено отверстие для обеспечения прохождение лазерного луча от установленного под ним лазерного диода, а цифровая камера расположена над кюветой с возможностью регулировать расстояние на 5-10 см относительно ее верхнего края, также цифровая камера подключена к блоку обработки и отображения информации, состоящему из микроконтроллера или микропроцессора, модуля памяти, клавиатуры, дисплея, модуля Wi-Fi, USB-контроллера, блока питания, при этом выход блока питания соединен со входом микроконтроллера, выход микроконтроллера соединен со входом дисплея, выход микроконтроллера соединен со входом драйвера лазерного диода, который соединен с лазерным диодом, выходы клавиатуры соединены со входами микроконтроллера, выходы модуля Wi-Fi, USB-контроллера и дисплея соединены со входами микроконтроллера также, как и выходы микроконтроллера соединены со входами модуля Wi-Fi, USB-контроллера и дисплея, измерительный блок устройства соединен с персональным компьютером с помощью USB-кабеля.The novelty in the device is that the measuring unit in the device additionally contains a laser diode and a digital camera located coaxially with the cuvette, while the cuvette is placed on a movable base, in the center of which there is a hole to ensure the passage of the laser beam from the laser diode installed under it, and the digital camera is located above the cuvette with the ability to adjust the distance by 5-10 cm relative to its upper edge, and the digital camera is connected to the information processing and display unit, consisting of a microcontroller or microprocessor, memory module, keyboard, display, Wi-Fi module, USB -controller, power supply, while the output of the power supply is connected to the input of the microcontroller, the output of the microcontroller is connected to the input of the display, the output of the microcontroller is connected to the input of the laser diode driver, which is connected to the laser diode, the keyboard outputs are connected to the inputs of the microcontroller, the outputs of the Wi-Fi module , USB controller and display are connected with the inputs of the microcontroller as well as the outputs of the microcontroller are connected to the inputs of the Wi-Fi module, USB controller and display, the measuring unit of the device is connected to a personal computer using a USB cable.
Также, кювета изготовлена методом 3D-печати и покрыта изнутри силиконом.Also, the cuvette is 3D-printed and covered with silicone on the inside.
Новым в способе является то, что в качестве физического фактора используют рассеянное лазерное излучение, мощностью 5-10 мВт и длиной волны 600-1200 нм, которым воздействуют на пробу нативной крови объемом 50-100 мкл помещенную в кювету высотой 200-500 мкм, толщиной дна 300-500 мкм и диаметром 10-12 мм измерительного блока устройства по п. 1, одновременно регистрируют спекл-изображения цифровой камерой через интервалы времени 10-50 мс в течение 10 минут в модуль памяти, далее с помощью программного обеспечения рассчитывают коэффициент корреляции цифровых спекл-изображений, записанных в модуль памяти, выводят кривую коэффициента корреляции на дисплей, по которой определяют время агрегационной активности форменных элементов крови, как интервал между значением времени начала исследования и значением времени, соответствующему достижения максимальной амплитуды (МА) кривой коэффициента корреляции и при увеличении времени относительно нормы -определяют состояние гиперкоагуляции, а при его снижении относительно нормы определяют состоянии гипокоагуляции.The novelty in the method is that scattered laser radiation with a power of 5-10 mW and a wavelength of 600-1200 nm is used as a physical factor, which is applied to a native blood sample of 50-100 μl volume placed in a cuvette 200-500 microns high, bottom of 300-500 microns and a diameter of 10-12 mm of the measuring unit of the device according to claim 1, speckle images are simultaneously recorded with a digital camera at time intervals of 10-50 ms for 10 minutes into the memory module, then the correlation coefficient of digital of speckle images recorded in the memory module, the curve of the correlation coefficient is displayed on the display, according to which the time of the aggregation activity of blood cells is determined, as the interval between the value of the start time of the study and the time value corresponding to the achievement of the maximum amplitude (MA) of the curve of the correlation coefficient and with increasing time relative to the norm - determine the state of hypercoagulation, and when it is lower zheniya relative to the norm determine the state of hypocoagulation.
Существенные признаки технических решений проявили в заявляемой совокупности новые свойства, явным образом не вытекающие из уровня техники в данной области и неочевидные для специалиста.Essential features of technical solutions in the claimed combination have shown new properties that do not explicitly follow from the prior art in this area and are not obvious to a specialist.
Идентичной совокупности признаков, характеризующих способ и устройство для экспресс-оценки агрегационной активности форменных элементов крови не обнаружено в патентной и научно-медицинской литературе.An identical set of features characterizing the method and device for rapid assessment of the aggregation activity of blood corpuscles has not been found in the patent and scientific-medical literature.
Экспериментальные и клинические исследования подтвердили, что предлагаемые способ и устройство могут быть использованы в практическом здравоохранении для экспресс-оценки агрегационной активности форменных элементов крови с целью коррекции гемокоагуляционных расстройств и повышения качества лечения и жизни пациентов.Experimental and clinical studies have confirmed that the proposed method and device can be used in practical health care for the rapid assessment of the aggregation activity of blood corpuscles in order to correct hemocoagulation disorders and improve the quality of treatment and life of patients.
Предлагаемое устройство для экспресс-оценки агрегационной активности форменных элементов крови иллюстрируется чертежами, представленными на Фигурах 1-2.The proposed device for rapid assessment of the aggregation activity of blood corpuscles is illustrated by the drawings presented in Figures 1-2.
На Фигуре 1 приведена блок-схема устройства для экспресс-оценки агрегационной активности форменных элементов крови.Figure 1 shows a block diagram of a device for rapid assessment of the aggregation activity of blood cells.
Измерительный блок содержит: кювету 1, установленную на подвижном основании 2, с выполненным центре него отверстием 2а и расположенным под ним лазерным диодом 3, установленными соосно с цифровой камерой 4, расположена над кюветой 1 с возможностью регулировать на 10-20 см расстояние относительно ее верхнего края, при этом цифровая камера 4 подключена к блоку обработки и отображения информации 5, состоящему из микроконтроллера (или микропроцессора) 6, модуля памяти 8, клавиатуры 9, дисплея 10, модуля Wi-Fi 13, USB-контроллера 11, блока питания 7, при этом выход блока питания 7 соединен со входом микроконтроллера 6, выход микроконтроллера 6 соединен со входом дисплея 10, выход микроконтроллера 6 соединен со входом драйвера лазерного диода 12, который соединен с лазерным диодом 3, выходы клавиатуры 9 соединены со входами микроконтроллера 6, выходы модуля Wi-Fi 13, USB-контроллера 11 и дисплея 10 соединены со входами микроконтроллера 6, также, как и выходы микроконтроллера 6 соединены со входами модуля Wi-Fi 13, USB-контроллера 11 и дисплея 10, измерительный блок устройства соединяется с персональным компьютером с помощью USB-кабеля.The measuring unit contains: a cuvette 1, mounted on a
Микроконтроллер 6 блока обработки и отображения информации 5 содержит программное обеспечение для связи с цифровой камерой 4 с целью обработки результатов исследований, и связывает в единое целое все части устройства: систему питания 7 - обеспечивающую подачу напряжения на все элементы устройства; модуль памяти 8, предназначенный для временного хранения спекл-изображений; клавиатуру 9, связанную напрямую с микроконтроллером, и позволяющую включать/выключать устройство, дисплей 10 для отображения состояния прибора, USB-контроллер 11 для подключения к ПК; драйвер лазерного диода 12 - для управления излучением лазерного диода; модуль Wi-Fi 13 - для соединения с беспроводной сетью для получения деталей исследования и/или передачи данных на внешние устройства.The
Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.
Пробу нативной венозной крови в объеме 50-100 мкл помещают в кювету 1 глубиной 200-500 мкм, толщиной дна 300-500 мкм и диаметром 10-12 мм измерительного блока, далее кювету 1 устанавливают на подвижное основание 2, предварительно откалиброванное по высоте для получения наиболее четких спекл-изображений на цифровой камере 4. Нажатием соответствующей кнопки на клавиатуре 9 начинают процесс измерения. Включают лазерный диод 1 путем подачи на него сигнала с драйвера лазерного диода 12, и одновременно начинают регистрацию с помощью цифровой камеры 4 через интервалы времени 10-50 мс в течение 10 минут. При прохождении лазерного излучения через кювету 1 с помещенной в нее пробой крови происходит рассеяние света и формирование спекл-поля в пространстве между кюветой 1 и цифровой камерой 4. Спекл-поле регистрируют в виде спекл-изображений цифровой камерой. При изменении структуры пробы в процессе свертывания происходит изменение спекл-поля в результате изменения рассеяния света пробой. Эти изменения регистрируют в виде кадров цифровой записи. Кадры цифровой записи помещают с помощью микроконтроллера 6 в модуль памяти 8. После 10 минут записи микроконтроллер 6 поочередно считывает кадры из модуля памяти и производит расчет коэффициента корреляции с использованием заданной формулы [Л. Ли, Ю.Д. Сытник, Ф.А. Губарев, Я.С. Пеккер // Медицинская техника. - 2018. - №3. - С. 23-25.]:A sample of native venous blood in a volume of 50-100 μl is placed in cuvette 1 with a depth of 200-500 microns, a bottom thickness of 300-500 microns and a diameter of 10-12 mm of the measuring unit, then cuvette 1 is placed on a
где 
Рассчитанные значения коэффициента корреляции выводят последовательно на дисплей ПК для наблюдения процесса в режиме реального времени, а также помещают в модуль памяти 8 для временного хранения. После окончания расчета значений коэффициента корреляции всех спекл-изображений, рассчитывают время от начала исследования до значения времени, соответствующего времени достижения максимального значения амплитуды (МА) коэффициента корреляции на стадии нарастания, которое также выводят на дисплей ПК.The calculated values of the correlation coefficient are displayed sequentially on the PC display for monitoring the process in real time, and are also placed in the
Блок питания обеспечивает требуемые уровни напряжений для всех компонентов устройства. Входное напряжение блока питания - напряжение сети переменного тока 220 В, 50 Гц.The power supply provides the required voltage levels for all components of the device. The input voltage of the power supply is the AC voltage of 220 V, 50 Hz.
При нажатии на клавиатуре управления кнопки включения, микроконтроллер 6 переходит в основной режим работы, и подключает питание на дисплей 10.When you press the power button on the control keyboard, the
После выбора пользователем в программном обеспечении на персональный компьютер (ПК) режима проведения нового исследования, микроконтроллер устанавливает режим работы драйвера лазерного диода таким образом, чтобы драйвер выдавал ток требуемой величины, чтобы обеспечить требуемый уровень мощности излучения. Прибор должен быть подключен к ПК проводным соединением через разъем USB или с помощью Wi-Fi. На ПК запускают специальное программное обеспечение для записи изображений с цифровой камеры в память ПК. После записи изображений в окне программы отображается график процесса свертывания крови во времени, кривую коэффициента корреляции выводят на дисплей, далее, по кривой коэффициента корреляции определяют время агрегационной активности форменных элементов крови, как интервал времени между началом исследования и значением времени, соответствующем максимальной амплитуде (МА) кривой коэффициента корреляции и при увеличении относительно нормы времени определяют состояние гиперкоагуляции, а при его снижении относительно нормы определяют состоянии гипокоагуляции.After the user selects the mode for conducting a new study in the software on a personal computer (PC), the microcontroller sets the operating mode of the laser diode driver so that the driver delivers a current of the required magnitude to provide the required level of radiation power. The device must be connected to a PC with a wired connection via USB or Wi-Fi. A special software is launched on the PC to record images from a digital camera into the PC's memory. After recording the images in the program window, a graph of the blood coagulation process is displayed in time, the correlation coefficient curve is displayed, then, according to the correlation coefficient curve, the time of the aggregation activity of blood cells is determined, as the time interval between the start of the study and the time value corresponding to the maximum amplitude (MA ) the correlation coefficient curve and with an increase relative to the norm of time determine the state of hypercoagulation, and when it decreases relative to the norm, the state of hypocoagulation is determined.
Объем крови 50-100 мкл выбран экспериментально как минимальный объема, в котором с наибольшей достоверностью регистрируются временные параметры процесса свертывания крови.A blood volume of 50-100 μL was chosen experimentally as the minimum volume in which the time parameters of the blood coagulation process are most reliably recorded.
Параметры кюветы подбирали под объем 50-100 мкл, чтобы обеспечить среднюю толщину слоя крови примерно 500 мкм.The parameters of the cuvette were selected for a volume of 50-100 μl in order to provide an average thickness of the blood layer of about 500 μm.
Мощность и экспозицию лазерного диода выбирали исходя из возможности обеспечения яркого изображения спеклов и отсутствия насыщения цифровой камеры. Мощность лазера 5-10 мВт обеспечивает диффузное рассеяние света в слое крови. При большей мощности лазерное излучение рассеивается в меньшей степени и приводит к засветке сенсора камеры.The power and exposure of the laser diode were selected based on the possibility of providing a bright image of speckles and the absence of saturation of the digital camera. Laser power 5-10 mW provides diffuse scattering of light in the blood layer. At higher power, the laser radiation is scattered to a lesser extent and leads to the illumination of the camera sensor.
Также в диапазоне длин волн 600-1200 нм кровь имеет наименьшее поглощение, что дает возможность регистрировать свет, рассеянный фибриновым сгустком и другими элементами крови.Also, in the wavelength range of 600-1200 nm, blood has the lowest absorption, which makes it possible to register light scattered by a fibrin clot and other blood elements.
Примеры на осуществление способа.Examples for the implementation of the method.
Пример 1. Условно здоровый доброволец Д. 28 лет, одновременно были проведены тесты с использованием заявляемого устройства согласно заявляемому способу и аппаратно-программного комплекса АРП-01М "Меднорд".Example 1. Conditionally healthy volunteer D., 28 years old, at the same time tests were carried out using the claimed device according to the claimed method and the hardware and software complex ARP-01M "Mednord".
Пробу нативной венозной крови в объеме 50 мкл помещали в кювету 1 глубиной 200 мкм, толщиной дна 300 мкм и диаметром 10 мм измерительного блока, далее кювету 1 устанавливали на подвижное основание 2, предварительно откалиброванное по высоте 10 см для получения наиболее четких спекл-изображений на цифровой камере 4. Нажатием соответствующей кнопки на клавиатуре 9 начинали процесс измерения. Включали лазерный диод 3 путем подачи на него сигнала с драйвера лазерного диода 12, и одновременно начинали регистрацию с помощью цифровой камеры 4 через интервалы 10 в течение 10 минут. Спекл-поле регистрировали в виде спекл-изображений цифровой камерой. Эти изменения регистрировали в виде кадров цифровой записи. Кадры цифровой записи помещали с помощью микроконтроллера 6 в модуль памяти 8. Рассчитанные значения коэффициента корреляции выводили последовательно на дисплей ПК для наблюдения процесса в режиме реального времени. После окончания расчета значений коэффициента корреляции всех спекл-изображений, рассчитывали время от начала исследования до значения времени, между началом исследования и значением времени, соответствующем максимальной амплитуде (МА) кривой коэффициента корреляции на стадии нарастания, которое также выводили на дисплей ПК. Получили кривую коэффициента корреляции на Фигуре 2 (пациент 1), на которой максимальное значение амплитуды (МА) соответствует моменту времени 52.7 секунды.A sample of native venous blood in a volume of 50 μL was placed in cuvette 1 with a depth of 200 μm, a bottom thickness of 300 μm and a diameter of 10 mm of the measuring unit, then cuvette 1 was installed on a
Значение времени свертывания крови, измеренное аппаратно-программным комплексом АРП-01М "Меднорд", для пациента 1 составило 1 минута 36 секунд.The value of the blood coagulation time, measured by the hardware-software complex ARP-01M "Mednord", for patient 1 was 1 minute 36 seconds.
Оба результата, полученных с примением различных устройств соответствуют состоянию нормокоагуляции.Both results obtained with the use of various devices correspond to the state of normocoagulation.
Пример 2. Условно здоровый доброволец Д. 28 лет, принимал препараты, блокирующие свертывание крови, одновременно были проведены тесты с использованием предлагаемого устройства и способа и аппаратно-программного комплекса АРП-01М "Меднорд".Example 2. Conditionally healthy volunteer D., 28 years old, took drugs that block blood clotting, tests were carried out simultaneously using the proposed device and method and hardware-software complex ARP-01M "Mednord".
Получены следующие данные:The following data were obtained:
На Фигуре 2 показана кривая коэффициента корреляции. Максимальное значение амплитуды (МА) соответствует моменту времени 7 минут 39 секунд.Figure 2 shows a correlation coefficient curve. The maximum value of the amplitude (MA) corresponds to the moment of
Значение времени свертывания крови, измеренное аппаратно-программным комплексом АРП-01М "Меднорд", для пациента составило 5 минут 48 секунд.The value of the blood coagulation time measured by the hardware-software complex ARP-01M "Mednord" for the patient was 5 minutes 48 seconds.
Результат соответствует состоянию гипокоагуляции.The result corresponds to the state of hypocoagulation.
Таким образом, результаты, полученные предлагаемым способом с использованием, иного физического фактора воздействия на пробу крови, а именно рассеянного лазерного излучения мощностью 5-10 мВт и длиной волны 600-1200 нм соответствуют результатам, полученными референтным методом с помощью АРП-01М "Меднорд", одновременно для тех же пациентов, и позволяют с высокой достоверностью выявить отклонения в свертываемости крови.Thus, the results obtained by the proposed method using a different physical factor of influence on the blood sample, namely scattered laser radiation with a power of 5-10 mW and a wavelength of 600-1200 nm, correspond to the results obtained by the reference method using ARP-01M "Mednord" , at the same time for the same patients, and allow with high reliability to identify abnormalities in blood coagulation.
Преимуществом нового способа с применением оригинального устройства является возможность использования микрообъемов венозной крови (50-100 мкл), помещенных в измерительную кювету и проведение быстрой оценки агрегационной активности форменных элементов крови, а также повысить точность измерений за счет снижения влияния адгезии форменных элементов крови на результат исследования.The advantage of the new method using the original device is the possibility of using microvolumes of venous blood (50-100 μl) placed in a measuring cuvette and carrying out a quick assessment of the aggregation activity of blood corpuscles, as well as increasing the measurement accuracy by reducing the effect of blood corpuscles adhesion on the test result ...
Источник информации, принятые во внимание при составлении описания:Source of information taken into account when compiling the description:
1. Описание изобретения к патенту №2413954. Способ оценки функционального состояния системы гемостаза. И.И. Тютрин, А.И. Стеценко, В.В. Удут, С.А. Грибов, Т.А. Семиглазова, М.А. Соловьев, Е.В. Бородулина. Опубликован: 10.03.2011 Бюл. №71. Description of the invention to patent No. 2413954. A method for assessing the functional state of the hemostasis system. I.I. Tyutrin, A.I. Stetsenko, V.V. Udut, S.A. Gribov, T.A. Semiglazova, M.A. Soloviev, E.V. Borodulin. Published: 03/10/2011
2. Описание изобретения к патенту №2216745. Способ дифференцированной оценки гемостаза у недошенных новорожденных. Е.В. Михалев, С.П. Ермоленко, Г.П. Филиппов. Опубликован 20.11.2003.2. Description of the invention to patent No. 2216745. A method for the differentiated assessment of hemostasis in premature newborns. E.V. Mikhalev, S.P. Ermolenko, G.P. Filippov. Published on November 20, 2003.
3. Заболотских И.Б. и др. Диагностика и коррекция расстройств системы гемостаза. / Практическая медицина, 2008, 333 с. [найдено в Интернет: http://www.hemostas.ru].3. Zabolotskikh I.B. and other Diagnostics and correction of disorders of the hemostasis system. / Practical medicine, 2008, 333 p. [found on the Internet: http://www.hemostas.ru].
4. Долгов В.В. Лабораторная диагностика нарушений гемостаза / В.В. Долгов, П.В. Свирин. - М. - Тверь: Триада, 2005. - 227 с.4. Dolgov V.V. Laboratory diagnostics of hemostasis disorders / V.V. Dolgov, P.V. Svirin. - M. - Tver: Triada, 2005 .-- 227 p.
5. Удут В.В., Тютрин И.И. и соавт. Технология низкочастотной пьезотромбоэластографии в мониторинге противотромботической терапии / В.В. Удут, И.И. Тютрин и соавт. // Экспериментальная и клиническая фармакология. - 2017. - №11. - С.5. Udut V.V., Tyutrin I.I. et al. Low-frequency piezothromboelastography technology in monitoring anti-thrombotic therapy / V.V. Udut, I.I. Tyutrin et al. // Experimental and Clinical Pharmacology. - 2017. - No. 11. - FROM.
6. Вавилова Т.В. Как построить программу лабораторного обследования больного с нарушениями в свертывании крови. / Атеротромбоз. 2017. №2. С. 95-18.6. Vavilova T.V. How to build a program for laboratory examination of a patient with blood coagulation disorders. / Atherothrombosis. 2017. No. 2. S. 95-18.
Приложениеapplication
Фигура 1. Устройство для экспресс-оценки состояния системы гемостазаFigure 1. Device for rapid assessment of the state of the hemostasis system
1. Лазерный диод.1. Laser diode.
2. Подвижное основание2. Movable base
3. Измерительная кювета3. Measuring cuvette
4. Цифровая камера4. Digital camera
5. Блок обработки и отображения информации.5. Block for processing and displaying information.
6. Микропроцессор или микроконтроллер.6. Microprocessor or microcontroller.
7. Блок питания.7. Power supply unit.
8. Модуль памяти.8. Memory module.
9. Клавиатура.9. Keyboard.
10. Дисплей.10. Display.
11. USB-контроллер.11. USB controller.
12. Драйвера лазерного диода12. Laser diode driver
13. Модуль Wi-Fi.13. Wi-Fi module.
Фигура 2. Коэффициент корреляции добровольца (верхний график до приема антикоагулянта, а нижний график -после приема антикоагулянта)Figure 2. Correlation coefficient of a volunteer (upper graph before taking anticoagulant, and lower graph - after taking anticoagulant)
См - максимальное значение коэффициента корреляции спекл-изображенийC m is the maximum value of the correlation coefficient of speckle images
tc - время свертывания крови, соответсвующее максимальному значению коэффициента корреляции спекл-изображенийt c - blood coagulation time corresponding to the maximum value of the correlation coefficient of speckle images
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020117392A RU2750839C1 (en) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Apparatus and method for express estimation of aggregative activity of formed elements of blood |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020117392A RU2750839C1 (en) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Apparatus and method for express estimation of aggregative activity of formed elements of blood |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2750839C1 true RU2750839C1 (en) | 2021-07-05 |
Family
ID=76755888
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020117392A RU2750839C1 (en) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Apparatus and method for express estimation of aggregative activity of formed elements of blood |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2750839C1 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1462196A1 (en) * | 1986-09-19 | 1989-02-28 | Киевский научно-исследовательский институт кардиологии им.акад.Н.Д.Стражеско | Method of quantitative analysis of aggregation and disaggregation ability of erythrocytes |
| WO2001007070A1 (en) * | 1999-07-23 | 2001-02-01 | The Scripps Research Institute | Method for measuring coagulant factor activity in whole blood |
| RU2172483C2 (en) * | 2000-03-20 | 2001-08-20 | Мухин Владимир Андреевич | Method and device for determining blood plasma sample coagulation rate |
| RU2343456C1 (en) * | 2007-06-18 | 2009-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт космического приборостроения" | Thrombocyte aggregation behavior and blood coagulability tester |
| RU2403569C2 (en) * | 2008-04-01 | 2010-11-10 | Лев Алексеевич Квартальнов | Device for measuring aggregation state and deformation state of erythrocytes and method of using said device |
| RU2666945C2 (en) * | 2016-12-21 | 2018-09-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Меднорд-Техника" (ООО "Меднорд-Т") | Method of estimation of aggregation activity of thrombocytes |
| RU2682883C1 (en) * | 2018-04-02 | 2019-03-22 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научный центр психического здоровья" | Blood and its components spatial coagulation studying device |
| CN111094990A (en) * | 2017-07-28 | 2020-05-01 | 麻省理工学院 | Method and device for detecting anticoagulants in plasma and whole blood |
-
2020
- 2020-05-18 RU RU2020117392A patent/RU2750839C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1462196A1 (en) * | 1986-09-19 | 1989-02-28 | Киевский научно-исследовательский институт кардиологии им.акад.Н.Д.Стражеско | Method of quantitative analysis of aggregation and disaggregation ability of erythrocytes |
| WO2001007070A1 (en) * | 1999-07-23 | 2001-02-01 | The Scripps Research Institute | Method for measuring coagulant factor activity in whole blood |
| RU2172483C2 (en) * | 2000-03-20 | 2001-08-20 | Мухин Владимир Андреевич | Method and device for determining blood plasma sample coagulation rate |
| RU2343456C1 (en) * | 2007-06-18 | 2009-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт космического приборостроения" | Thrombocyte aggregation behavior and blood coagulability tester |
| RU2403569C2 (en) * | 2008-04-01 | 2010-11-10 | Лев Алексеевич Квартальнов | Device for measuring aggregation state and deformation state of erythrocytes and method of using said device |
| RU2666945C2 (en) * | 2016-12-21 | 2018-09-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Меднорд-Техника" (ООО "Меднорд-Т") | Method of estimation of aggregation activity of thrombocytes |
| CN111094990A (en) * | 2017-07-28 | 2020-05-01 | 麻省理工学院 | Method and device for detecting anticoagulants in plasma and whole blood |
| RU2682883C1 (en) * | 2018-04-02 | 2019-03-22 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научный центр психического здоровья" | Blood and its components spatial coagulation studying device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5592144B2 (en) | Coagulation activity measuring apparatus and measuring method | |
| Dukić et al. | Blood gas testing and related measurements: National recommendations on behalf of the Croatian Society of Medical Biochemistry and Laboratory Medicine | |
| JP2005532867A (en) | Calibration techniques for non-invasive medical devices | |
| Burritt | Current analytical approaches to measuring blood analytes | |
| van den Brink et al. | Digital resilience biomarkers for personalized health maintenance and disease prevention | |
| RU2750839C1 (en) | Apparatus and method for express estimation of aggregative activity of formed elements of blood | |
| Cheaib et al. | Comparison of three strip-type tests and two laboratory methods for salivary buffering analysis | |
| JP6404162B2 (en) | Brain function index calculation device and brain function index calculation method | |
| Sytnik et al. | A prototype of optical blood coagulometer | |
| RU2700000C1 (en) | Method for determining aspirin resistance | |
| RU2413954C2 (en) | Method of express estimation of hemostasis system functional state | |
| JP6750443B2 (en) | Platelet aggregation analysis method, platelet aggregation analysis device, platelet aggregation analysis program, and platelet aggregation analysis system | |
| RU86317U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING BLOOD MICROVOLUMES | |
| RU2419800C1 (en) | Method of assessing risk of recurrent thrombotic events in patients with acute coronary syndrome | |
| CA3016500C (en) | Direct infrared analysis of post-translational modification of proteins | |
| JP7286811B2 (en) | System for non-invasive examination of blood environmental parameters | |
| Nirmala et al. | Hardware implementation for estimation of fasting blood glucose from saliva | |
| RU77144U1 (en) | DEVICE FOR NON-INVASIVE DETERMINATION OF BLOOD PARAMETERS | |
| Liushnevskaya et al. | Measurement of whole blood coagulation time by laser speckle pattern correlation | |
| Urban et al. | CO2 sensing in medicine | |
| RU2543293C2 (en) | Individual's physiological parameters control device | |
| JP2022101895A (en) | Method for predicting saliva secretion quantity | |
| RU2703510C1 (en) | Method for assessing the condition of blood oxygen transport function in a subject and deviations thereof from normal | |
| Shahina | IoT Enabled Non-Invasive Detection and Classification of Diabetes using Breath Acetone | |
| RU2373846C1 (en) | Device for non-invasive determining of blood parametres |