SE521208C2 - System och förfarande för blodanalys - Google Patents

Description

25 30 35 5212208 .;¿ Epš WO/0009996 eller dess ekvívalent US-5 792 668 visar specifik bestämning av glukos i NaCl genom ett spektralanalysförfarande i radiofrekvensområdet. Detta förfarande innefattar analys av den reella och den imaginära delen av den komplexa impedansen i radiofrekvensintervallet upp till 5 GHz.

Kortfattad beskrivning av uppfinningen Sålunda finns det ett stort behov av ett förfarande för direkt mätning av hemoglobinvärdet i blod som inte utgör en hälsorisk för användaren, inte innefattar höga kostnader för hantering av det använda engångsmaterialet och vilket möjliggör noggranna mätningar av små blodvolymer.

I ljuset av nackdelarna förenade med den kända teknikens förfaranden är det därför föreliggande uppfinnings syfte att tillhandahålla ett system och ett förfarande som ger noggranna hemoglobinresultat för små blodprov. Detta syfte åstadkoms med ett förfarande enligt krav 1 och ett system enligt krav 9.

Uppfinnarna har utvecklat en teknik för att primärt bestämma hemoglobinvärdet i mänskligt blod i ett slutet system. Föreliggande uppfinning möjliggör sålunda säkra mätningar av hemoglobinvärdet i blod, genom att användarens exponering för kemikalier och smittat blod elimineras.

Föreliggande uppfinning tillhandahåller även ett system som uppvisar hög pålitlighet i mätresultaten och som innefattar ett analysförfarande som är så enkelt att endast minimal laboratorieerfarenhet erfordras.

Föreliggande uppfinning minimerar dessutom produktionen av miljöskadligt avfall såsom plaster och kemikalier.

Syftet med föreliggande uppfinning är även att tillhandahålla ett förfarande som inte innefattar tillsats av medel som försämrar blodproven, så att ett analyserat blodprov kan användas för vidare analyser vid till exempel ett centralt laboratorium. 10 15 20 25 30 523 2oa¿¿§¿,,¿ Kortfattad beskrivning av ritningarna Föreliggande uppfinning kommer nu att mer fullständigt förstås utifrån den detaljerade beskrivningen som ges häri, i vilken det hänvisas till de bifogade ritningarna, i vilka, figur 1 visar ett schema över hemoglobinrnätningssystemet enligt föreliggande uppfinning.

Figur 2 visar en kalibreringskurva som illustrerar de mätta referenshemoglobinvärdena såsom en funktion av deras motsvarande imaginärdel av den komplexa impedansen (värdena härstammar från mätningar utförda vid 400 kHz).

Figur 3 visar en graf som korrelerar de mätta referenshemoglobinvärdena och hemoglobinvärdena beräknade med användning av förfarandet enligt uppfinningen (värdena har sitt ursprung i mätningar av den imaginära delen av den komplexa impedansen utförda vid 400 kHz).

Figur 4 visar en kalibreringskurva, som visar de mätta referenshemoglobinvärdena såsom en funktion av deras motsvarande imaginärdel av den komplexa impedansen (värdena härstammar från mätningar utförda vid 500 kHz).

Figur 5 visar en graf som korrelerar de mätta referenshemoglobinvärdena och hemoglobinvärdena beräknade med användning av förfarandet enligt uppfinningen (värdena har sitt ursprung i mätningar av den imaginära delen av den komplexa impedansen utförda vid 500 kHz).

Figur 6 visar en kalibreringskurva, som visar de mätta referenshemoglobinvärdena såsom en funktion av deras motsvarande imaginärdel av den komplexa impedansen (värdena härstammar från mätningar utförda vid 600 kHz).

Figur 7 visar en graf som korrelerar de mätta referenshemoglobinvärdena och hemoglobinvärdena beräknade med användning av förfarandet enligt uppfinningen (värdena har sitt ursprung i mätningar av den imaginära delen av den komplexa impedansen utförda vid 600 kHz). 10 15 20 25 30 521420sJâ Figur 8 visar en kalibreringskurva, som visar de mätta referenshemoglobinvärdena såsom en funktion av deras motsvarande imaginärdel av den komplexa impedansen (värdena härstammar från mätningar utförda vid 700 kHz).

Figur 9 visar en graf som korrelerar de mätta referenshemoglobinvärdena och hemoglobinvärdena beräknade med användning av förfarandet enligt uppfinningen (värdena har sitt ursprung i mätningar av den imaginära delen av den komplexa impedansen utförda vid 700 kHz).

Figur 10 visar en kalibreringskurva, som visar de mätta referenshemoglobinvärdena såsom en funktion av deras motsvarande imaginärdel av den komplexa impedansen (värdena härstammar från mätningar utförda vid 800 kHz).

Figur 11 visar en graf som korrelerar de mätta referenshemoglobinvärdena och hemoglobinvärdena beräknade med användning av förfarandet enligt uppfinningen (värdena har sitt ursprung i mätningar av den imaginära delen av den komplexa impedansen utförda vid 800 kHz).

Figur 12 visar en kalibreringskurva, som visar de mätta referenshemoglobinvärdena såsom en funktion av deras motsvarande imaginärdel av den komplexa impedansen (värdena härstammar från mätningar utförda vid 900 kHz).

Figur 13 visar en graf som korrelerar de mätta referenshemoglobinvärdena och hemoglobinvärdena beräknade med användning av förfarandet enligt uppfinningen (värdena har sitt ursprung i mätningar av den imaginära delen av den komplexa impedansen utförda vid 900 kHz).

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Vid direkt mätning av hemoglobinvärdet i blodprovet enligt föreliggande uppfinning, använder man det faktum att blodet har en växelströms (A.C.) impedans som utgörs av en resistiv och en reaktiv del, där den reaktiva delen utgörs av den imaginära delen av den komplexa impedansen. 10 15 20 25 30 35 52152os¿,¿ ,,, De ovannämnda hematokritmätningarna enligt känd teknik skiljer sig från förfarandet enligt föreliggande uppfinning i det att de inte analyserar den resistiva och/eller den reaktiva delen separat.

Om en molekyl exponeras för ett elektriskt växelfält, till exempel mellan två elektroder som utgör en kondensator, påverkas den så att en kapacitansförändring inträffar.

Den reaktiva delen av blodets växelströmsimpedans är beroende av mängden hemoglobin i blodprovet. Blodets elektriska komplexa impedans kan sedan mätas och storleken hos den reaktiva delen, det vill säga den imaginära delen av den komplexa impedansen, kan korreleras med hemoglobinvärdet i blodet.

I mätningar enligt den ovannämnda publikationen av Ackmann korreleras den imaginära delen av den komplexa impedansen med hematokritvärde och inte hemoglobinvärde, det vill säga hemoglobin mäts inte direkt. Ackmann använder frekvensintervaller om 5 kHz till 1 MHz vid analys av hundblod.

Föreliggande uppfinnare har nu identifierat frekvensområden där korrelationen mellan hemoglobinvärdet och den imaginära delen av den komplexa impedansen existerar åtminstone inom ett visst Hb-koncentrationsintervall.

Resultaten som beskrivs häri har erhållits genom att excitera hemoglobinmolekyler i blodprov genom att applicera ett elektriskt växelfält inom ett intervall av 400-900 kHz på blodprovet med användning av två elektroder. Detta frekvensintervall överlappar delvis frekvensintervallet som Ackmann använder.

Det finns sålunda flera skillnader mellan detta förfarande och förfarandet enligt föreliggande uppfinning.

Systemet enligt föreliggande uppfinning kommer att beskrivas med hänvisning till figur 1, i vilken det generellt beskrivs med 1. Systemet inkluderar elektroder 204, en impedansmätare 205, en visningsenhet 210, ett tangentbord 211 och ett minne (RAM/ROM) 212, Impedansmätaren 205 innefattar en signalgenerator 206 och en signalbearbetningsenhet 207.

Signalgeneratorn kan leverera en växelström i ett frekvensintervall om 50-1200 kHz och mäta 10 15 20 25 30 35 52162os¿..¿,,:, impedansen vid en eller flera frekvenser inom frekvensintervallet 50-1200 kHz.

Signalbearbetningsenheten 207 levererar en utsignal i analog eller digital form. lfigur l visas även ett provrör 202 innehållande ett blodprov 203. Ett septum, en gummikork eller liknande försluter röret.

För att erhålla rådata från blodprovet, användes en nätverksanalysator (Rohde & Schwarz ZVC) inklusive viss ytterligare utrustning som tillhörde denna och en mätanordning. I utvecklingsarbetet vid Luleå Tekniska Universitet innehöll vektornätverksanalysatorn som användes en signalgenerator 206 och en si gnalbearbetningsenhet 207 (se figur 1).

Elektroderna är företrädesvis tillverkade av ett material som inte oxiderar, har god ledningsförmåga och inte påverkar blodprovet, till exempel platina. Elektroderna är arrangerade i ett tätt förslutet rör, företrädesvis i ett ordinärt provrör.

Systemet enligt föreliggande uppfinning använder sig av endast två elektroder 204, en mätelektrod och en referenselektrod, men godtyckligt antal elektroder kan användas i kombination.

För att förhindra luftbubblor från att störa mätprocessen, föres mätningsanordningens elektroder 204 in underifrån i det förslutna, upp-och-ned-monterade blodprovsröret 202, så att elektrodema penetrerar blodprovsrörets förslutning och kommer i direkt kontakt med blodet utan att först passera genom luften.

Signalgeneratorn 206 genererar det elektriska växelfältet, vilket appliceras på blodprovet 203 via elektroderna 204, det elektriska växelfältet har företrädesvis en frekvens inom intervallet 50-1200 kHz.

Signalen från elektroderna förstärks och filtreras av signalbearbetningsenheten 207, såsom en beredning för omvandlingen från analog till digital form.

Efter filtrering och förstärkning bearbetar signalbearbetningsenheten 207 signalen matematiskt, varvid den reaktiva delen av signalen korreleras med blodets hemoglobinvärde.

Detta utförs inom frekvensintervallet 50-1200 kHz, och företrädesvis vid ca 800 kHz, eftersom den bästa korrelationen har erhållits vid denna frekvens. 10 15 20 25 30 35 s21720s,,¿¿, Denna information förbereds sedan för presentation på visningsenheten 210. Från tangentbordet 211 kan en användare interagera med systemet, såsom att förse det med patientinformation och data, förutom att styra systemet.

Signalbearbetningsenheten 207 är dessutom kopplad till ett minne 212, vilket företrädesvis innefattar ett RAM- och ett ROM-minne, i vilka mätdata och annan information kan sparas och läsas.

F örfarandet enligt föreliggande uppfinning är baserat på upptäckten att det inom vissa frekvensintervall existerar korrelation mellan hemoglobinvärdet i blod inom ett visst koncentrationsintervall och dess imaginära del av den komplexa impedansen.

För att utföra förfarandet enligt föreliggande uppfinning, måste en standardkurva konstrueras. lmaginärdelen av den komplexa impedansen mäts sedan och korreleras med hemoglobinvärdet med användning av standardkurvan.

Standardkurvan konstrueras genom att först centrifugera ett referensblod (godtyckligt blodprov) för att erhålla plasma. Plasman används sedan för att späda referensblodet till fem lämpliga hemoglobinkoncentrationer. Dessa koncentrationer ligger inom intervallet för normala humana hemoglobinvärden. Detta intervall är valt eftersom det matchar det intervall i vilket den vanliga mätningen kommer att utföras, men det är även valt på grund av att linearitet existerar i detta intervall, åtminstone för hemoglobinvärden om 80 till 180.

Hemoglobinvärdena i dessa prover mäts sedan med ett referensinstrument.

De respektive motsvarande imaginärdelarna hos den komplexa impedansen bestäms vid en frekvens inom frekvensintervallet 50-1200 kHz med användning av ovan nämnda nätverksanalysator (Rohde & Schwarz ZVC).

Impedansresultaten, erhållna vid den valda frekvensen, korreleras med hemoglobinvärdena erhållna med referensinstrumentet. Ekvationen för en kalibreringskurva inom det ovan nämnda intervallet bestäms. Ett användningsfärdigt system innefattar ett datorsystem med en eller flera av dessa ekvationer lagrade i dess minnesenhet. Vid utförande av hemoglobinmätningarna kommer sedan datorn att utföra korrelationsförfarandet. 10 15 20 25 30 35 521 8208 Mätningen av den imaginära delen av den komplexa impedansen i patientblodprov utförs genom att analysera blodprov från patienter med användning av ovan beskrivna inätutrtistiiiiig (Rohde & Schwarz ZVC) vid samma frekvens inom frekvensintervallet 50-1200 kHz såsom nämnts ovan.

Resultaten erhållna från mätning av den imaginära delen av den komplexa impedansen vid -den valda frekvensen matas in i ekvationerna för respektive kalibreringskurva, vilket ger beräknade motsvarande hemoglobinvärden.

Reproducerbarheten hos det beskrivna förfarandet bestämdes genom att analysera flera gånger vart och ett av ett antal patientprover med mätutrustningen. Variationen uttryckt i %CV var 2,5 eller lägre vid halten 80-135 g hemoglobin/l.

Exempel F örfarandet kommer nu att beskrivas med hänvisning till icke-begränsande exempel.

Exempel l. Korrelationsstudier av hemoglobin vid 400 kHz Konstruktion av en standardkurva Ett referensblodprov (normalt prov) centrifugerades och plasma separerades för att användas för utspädning av blodprovet till 5 olika hemoglobinhalter.

De utspädda proven analyserades med ett referensinstrument (SYSMEX SF -3 000) vid halterna 65, 85, 141, 151 och 179 g/l med avseende på hemoglobinvärdena.

Ett altemativt sätt skulle vara att tillhandahålla ett referensblodprov som uppvisar en känd hemoglobinkoncentration och sedan späda referensblodprovet för att erhålla en omgång referensprov med olika kända hemoglobinkoncentrationer.

Ytterligare ett sätt skulle vara att tillhandahålla ett flertal referensblodprover som uppvisade okända hemoglobinkoncentrationer och sedan bestämma hemoglobinkoncentrationerna i referensblodproverna för att erhålla en omgång referensblodprover med olika kända hemoglobinkoncentrationer. 10 15 20 25 30 35 52192osggg¿ Den motsvarande imaginärdelen av den komplexa impedansen för varje prov bestämdes vid 400 kHz med användning av den ovan nämnda nätverksanalysatorn (Rohde & Schwarz ZVC).

Impedansresultaten som erhölls vid 400 kHz korrelerades med hemoglobinresultaten erhållna med referensinstrumentet. Ekvationen för en kalibreringskurva inom det nämnda intervallet (65-179 g/l) bestämdes (se figur 2).

Standardkurvan visar hemoglobinvärdena (Hb) hos de ovan nämnda blodproverna, såsom erhållna med referensinstrumentet, såsom en funktion av deras motsvarande imaginärdelar av den komplexa impedansen.

De erhållna värdena korrelerades och den följ ande ekvationen upprättades: Y=A+B*X där Y betecknar hemoglobinvärdena i referensblodprovet och X deras motsvarande imaginära delar av den komplexa impedansen.

Faktorn A och koefficienten B befanns vara 32,62 respektive -l632.

R- och Rz-värdena var 0,9955 respektive 0,99lO (se figur 2).

Mätning av ett patientprov Efter konstruktionen av standardkurvan analyserades 93 patientblodprover med användning av både referensinstrumentet och det ovan beskrivna mätinstrumentet vid 400 kHz.

De erhållna resultaten från mätningen av imaginärdelen av den komplexa impedansen matades in i den tidigare gjorda kalibreringskurvan för att omvandla dem till hemoglobinvärden.

De beräknade hemoglobinvärdena (X-värden) som sträckte sig mellan 80 och l 80 korrelerades med hemoglobinvärdena från referensinstrumentet (Y-värdena).

Faktor A och koefficienten B befarms vara 12,33 respektive 0,7868. 10 15 20 25 30 35 521 208,» e; 10 Ãff R- eeh Rz-väraerre ver 08563 respektive 07333 (se figur 3), Exempel 2. Korrelationsstudie av hemoglobin vid 500 kHz Standardkurvan för mätningen utförd vid 500 kHz konstruerades på samma sätt som i exempel l, vilket för denna frekvens resulterade i att A och B var 31,60 respektive -1451, och R eeir 112 ver 09966 respektive 09932 (se figur 4).

Korrelationsstudierna, vilka också utfördes på samma sätt som i exempel 1, resulterade i att A och B var 6,065 respektive 0,844l, och R och Rz var 0,8943 respektive 0,7998 (se figur 5).

Exempel 3. Korrelationsstudie av hemoglobin vid 600 kHz Standardkurvan för mätningen utförd vid 600 kHz konstruerades på samma sätt som i exempel 1, vilket för denna frekvens resulterade i att A och B var 30,67 respektive -1336, och R och RZ var 0,9974 respektive 0,9949 (se figur 6).

Korrelationsstudierna, vilka också utfördes på samma sätt som i exempel l, resulterade i att A och B var 6,119 respektive 0,8578, och R och Rz var 0,9030 respektive 0,8l55 (se figur 7).

Exempel 4. Korrelationsstudie av hemoglobin vid 700 kHz Standardkurvan för mätningen utförd vid 700 kHz konstruerades på samma sätt som i exempel l, vilket för denna frekvens resulterade i att A och B var 29,88 respektive -1255, och R och Rz var 0,998l respektive 0,996l (se figur 8).

Korrelationsstudierna, vilka också utfördes på samma sätt som i exempel l, resulterade i att A och B var -0,7240 respektive 0,91 36, och R och Rz var 0,9453 respektive 0,8937 (se figur 9).

Exempel 5. Korrelationsstudie av hemoglobin vid 800 kHz Standardkurvan för mätningen utförd vid 800 kHz konstruerades på samma sätt som i exempel 1, vilket för denna frekvens resulterade i att A och B var 29,42 respektive -1200, och R eeir Rz ver 09984 respeierive 09968 (se figur 10).

Korrelationsstudierna, vilka också utfördes på samma sätt som i exempel 1, resulterade i att A och B var -1,120 respektive 0,9088, och R och Rz var 0,9478 respektive O,8983 (se figur 11). 10 521 2os,,,,,@ 11 .“.,.~ Exempel 6. Korrelationsstudie av hemoglobin vid 900 kHz Standardkurvan för mätningen utförd vid 900 kHz konstruerades på samma sätt som i exempel l, vilket för denna frekvens resulterade i att A och B var 29,13 respektive -1 155, och R och Rz var 0,9986 respektive 0,997] (se figur 12).

Korrelationsstudierna, vilka också utfördes på samma sätt som i exempel l, resulterade i att A och B var 3,189 respektive 0,902l, och R och RZ var 0,9470 respektive 0,8967 (se figur 13).

Det bör inses att den detaljerade beskrivningen och specifika exempel, trots att de anger föredragna utföringsformer av uppfinningen, endast ges såsom exempel. Olika förändringar och modifieringar inom uppfinningens tanke och område kommer att vara uppenbara för fackmannen inom området utifrån denna detaljerade beskrivning.

Claims (9)

10 15 20 25 30 521 208 12 P ATENTKRAV ade kravssambandfrmedi “svar-påslutforeläggandetatfáfdat-dendàjanuarfišlíl

1. Eörfarande for blodanalys, innefattande att konstruera en standardkurva såsom en funktion av en eller flera olika hemoglobinvärden och deras motsvarande imaginära delar av den komplexa impedansen mätt inom frekvensintervallet 50-1200 kHz, att detektera den imaginära delen av den komplexa impedansen i ett blodprov med en okänd hemoglobinkoncentration, varvid den komplexa impedansen mäts inom frekvensintervallet 50-1200 kHz, och att direkt korrelera den imaginära delen av den komplexa impedansen med hemoglobinkoncentrationen i blodprovet.

2. Förfarande for blodanalys enligt krav l, kännetecknat av att imaginärdelen av den komplexa impedansen mäts vid ca 800 kHz.

3. Forfarande for blodanalys enligt krav 2, kännetecknat av att imaginärdelen av den komplexa impedansen mäts vid en eller flera frekvenser inom frekvensintervallet.

4. Förfarande for blodanalys enligt något av kraven 1-3, i vilket steget att konstruera en standardkurva innefattar stegen: att tillhandahålla ett referensblodprov som uppvisar en okänd hemoglobinkoncentration; att späda referensblodprovet for att erhålla en omgång referensblodprover med okända hemoglobinkoncentrationer; att bestämma hemoglobinkoncentrationema i referensblodprovema for att erhålla en omgång referensblodprover med kända hemoglobinkoncentrationer; 10 15 20 25 30 521 208 /s att applicera ett elektriskt växelfalt på varje referensblodprov med användning av elektroder i direkt kontakt med blodet, att mäta imaginärdelen av den komplexa impedansen hos varje referensblodprov, vid en eller flera frekvenser inom frekvensintervallet 50-1200 kHz, att korrelera imaginärdelen av den komplexa impedansen med hemoglobinvärdet hos blodet i vart och ett av referensproven for att erhålla en eller flera standardkurvor.

5. Förfarande for blodanalys enligt något av kraven 1-3, i vilket steget att konstruera en standardkurva innefattar stegen: att tillhandahålla ett flertal referensblodprover som uppvisar okända hemoglobinkoncentrationer; att bestämma hemoglobinkoncentrationerna i referensblodproverna for att erhålla en omgång referensprover med olika kända hemoglobinkoncentrationer: att applicera ett elektriskt växelfält på varje referensblodprov med användning av elektroder i direkt kontakt med blodet, att mäta imaginärdelen av den komplexa impedansen hos varje referensblodprov, vid en eller flera frekvenser inom frekvensintervallet 50-1200 kHz, att korrelera imaginärdelen av den komplexa impedansen med hemoglobinvärdet hos blodet i vart och ett av referensproven for att erhålla en eller flera standardkurvor.

6. Förfarande for blodanalys enligt något av kraven 1-3, i vilket steget att konstruera en standardkurva innefattar stegen: 10 15 20 25 30 35 att tillhandahålla ett referensblodprov som uppvisar en känd hemoglobinkoncentration; att späda referensblodprovet for att erhålla en omgång referensblodprover med olika kända hemoglobinkoncentrationer; att applicera ett elektriskt växelfält på varje referensblodprov med användning av elektroder i direkt kontakt med blodet, att mäta imaginärdelen av den komplexa impedansen hos varje referensblodprov, vid en eller flera frekvenser inom frekvensintervallet 50- 1200 kHz, att korrelera imaginärdelen av den komplexa impedansen med hemoglobinvärdet hos blodet i vart och ett av referensproven for att erhålla en eller flera standardkurvor.

7. Förfarande for blodanalys enligt något av de föregående kraven, kännetecknat av att korreleringen innefattar inmatning av resultatet erhållet från mätningen av den imaginära delen av den komplexa impedansen hos ett blodprov med en okänd hemoglobinkoncentration vid den valda frekvensen/frekvenserna i kalibreringskurvan/kurvoma, for att erhålla dess motsvarande beräknade hemoglobinvärde baserat på den imaginära delen av den komplexa impedansen hos blodprovet.

8. Förfarande för blodanalys enligt något av de föregående kraven, kännetecknat av att det att mäta impedansen i ett blodprov med en okänd hemoglobinkoncentration med användning av en impedansmätare vid en eller flera frekvenser inom frekvensintervallet 50-1200 kHz.

9. System for blodanalys, innefattande åtminstone två elektroder (204) anpassade for att införas i ett blodprov (203); 521 208 :r en impedansmätare (205) kopplad till elektrodema (204) och som kan leverera en växelström i ett frekvensintervall om 50-1200 kHz, för att möjliggöra mätning av impedansen vid en eller flera frekvenser inom ñekvensintervallet, och for att leverera en utsignal i analog eller digital form; en signalbearbetningsenhet (207) för att bearbeta impedanssignalen och beräkna ett hemoglobinvärde på basis av den mätta impedansen.