close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16919

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2013.02.28
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 16919
(13) C1
(19)
G 01N 33/49 (2006.01)
G 01N 15/05 (2006.01)
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ В КРОВИ
ДЛИНЫ АГРЕГАТОВ ЭРИТРОЦИТОВ ДО 40 МКМ
(21) Номер заявки: a 20100492
(22) 2010.03.29
(43) 2011.10.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт физики
имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Барун Владимир Владимирович; Иванов Аркадий Петрович;
Кватернюк Сергей Михайлович;
Петрук Василий Григорьевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) SU 795158 A, 1983.
RU 2082968 C1, 1997.
ДУБОВА Г.С. и др. Журнал прикладной
спектроскопии. - 1977. - Т. XXVII. Вып. 5. - С. 871-878.
BY 16919 C1 2013.02.28
(57)
Способ определения в крови длины агрегатов эритроцитов до 40 мкм, заключающийся
в том, что испытуемый образец цельной крови делят на две части, одну часть подвергают
гемолизу, регистрируют оптические плотности цельной и гемолизированной крови при
одинаковой длине волны в диапазоне 415-420 нм в одинаковых кюветах, рассчитывают
значение нормированной оптической плотности D0, равное D/D*, где D - оптическая
плотность цельной крови, D* - оптическая плотность гемолизированной крови, и по значению D0 по градуировочному графику, представляющему собой зависимость нормированной оптической плотности крови от длины агрегатов эритроцитов до 40 мкм,
определяют длину агрегатов эритроцитов в испытуемом образце цельной крови.
Изобретение относится к области биомедицинской оптики, в частности к измерению
степени агрегации эритроцитов оптическими средствами, и может быть использовано при
диагностике патологического состояния крови в биологии и медицине.
Эритроциты, как известно, в норме представляют собой двояковогнутые диски. Их
диаметр составляет 7-9 мкм, по краю толщина 1,7-2,4 мкм, а в центре - 0,9-1,2 мкм [1, 2].
Эритроциты способны агрегировать, связываясь друг с другом основаниями дисков, и образовывать цилиндрические цепочки ("монетные столбики"). Число эритроцитов в агрегате может быть от нескольких до сотен штук [1, 2]. Поэтому длина L цепочки может
сильно варьироваться - от примерно 2 до 200 мкм и более, тогда как ее диаметр меняется в
существенно более узких пределах.
Нарушение степени агрегации (длины L) эритроцитов может свидетельствовать о ряде
патологий крови. Так, при больших значениях L нарушается циркуляция крови и кровоток
в целом [3], образуются тромбы, происходит закупорка кровеносных сосудов. При малых
L имеет место повышенное кровотечение. Поэтому контроль степени агрегации эритроцитов важен для выявления ряда заболеваний крови и организма человека в целом. Кроме
BY 16919 C1 2013.02.28
того, степень агрегации влияет на измерение скорости оседания эритроцитов - рутинную
процедуру клинического анализа крови [3]. Здесь также актуально иметь возможность
оценить L для корректной диагностики состояния крови в реологических лабораториях
медицинских учреждений.
Известны способы измерения агрегационной способности эритроцитов, заключающиеся во взятии пробы крови, помещении ее в резервуар того или иного типа и воздействии
на пробу ультразвуком [4], светом, СВЧ-излучением или давлением [5], быстрым потоком
[6], последующем прекращении воздействия и регистрации временной зависимости обратно рассеянного света. При воздействии агрегаты эритроцитов разрушаются. После его
прекращения эритроциты снова постепенно агрегируют. При этом сигнал обратного рассеяния плавно спадает. По временной структуре обратно рассеянного света судят об агрегационной способности эритроцитов и о степени их агрегации в исходной пробе крови.
Недостатками указанных способов являются необходимость оказывать воздействие на
эритроциты, что может изменить степень их агрегации до и после воздействия, большая
длительность проведения измерений, занимающих, в зависимости от типа воздействия, до
нескольких минут, требуемых для дезагрегации и последующей агрегации эритроцитов,
зависимость временной структуры регистрируемого сигнала от гематокрита и степени оксигенации крови [7], которые в общем случае неизвестны, а также неоднозначность связи
между характерными временами сигнала обратного рассеяния и искомой степенью агрегации [3].
Известен также способ измерения размеров эритроцитов в проточном цитометре [8],
когда кровь разбавляют, эритроциты сферулируют (превращают в сферические частицы) и
путем гидродинамической фокусировки заставляют по одному пересекать световой пучок.
Регистрируют интенсивность излучения, рассеянного в переднюю полусферу. По указанной интенсивности судят о размерах эритроцитов. Недостатком данного способа является
нарушение исходной степени агрегации эритроцитов вследствие их сферулирования и
воздействия гидродинамического потока.
Наиболее близким является способ [9] определения объема и размеров эритроцитов и
их агрегатов, заключающийся во взятии пробы крови, ее разбавлении, помещении пробы в
кювету, добавлении к ней красителя, который поглощает свет на определенной длине
волны, где эритроциты практически не поглощают, и который не проникает внутрь эритроцитов, освещении кюветы светом с указанной длиной волны и регистрации коэффициентов пропускания кюветы, когда на пути луча находится отдельный эритроцит или
агрегат эритроцитов и когда на этом пути эритроциты отсутствуют. По отношению логарифмов коэффициентов пропускания судят об объеме эритроцитов и их размерах, в частности о длине агрегата. Недостатками данного способа являются необходимость сильно
разбавить пробу крови (до объемной концентрации эритроцитов менее 1 %), чтобы обеспечить прохождение светового пучка через отдельный эритроцит или агрегат эритроцитов, сложность из-за дополнительного использования красителя, строгих требований на
четкую фокусировку пучка до диаметра, меньшего характерного размера эритроцита (порядка 10 мкм и менее), и разрушение значительной доли агрегатов при разбавлении до
указанной малой объемной концентрации.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности определения длины
агрегатов эритроцитов.
Решение поставленной задачи достигается в способе определения в крови длины агрегатов эритроцитов до 40 мкм, заключающемся в том, что испытуемый образец цельной
крови делят на две части, одну из которых подвергают гемолизу, регистрируют оптические плотности цельной и гемолизированной крови при одинаковой длине волны в диапазоне 415-420 нм в одинаковых кюветах, рассчитывают значение нормированной
оптической плотности D0, равное D/D*, где D - оптическая плотность цельной крови, D* оптическая плотность гемолизированной крови, и по значению D0 по градуировочному
2
BY 16919 C1 2013.02.28
графику, представляющему собой зависимость нормированной оптической плотности
крови от длины агрегатов эритроцитов до 40 мкм, определяют длину агрегатов эритроцитов в испытуемом образце крови.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурами, где
на фиг. 1. показаны спектральные зависимости оптических плотностей раствора гемоглобина (кривая 1) и суспензии эритроцитов при длине агрегата L = 2 (2), 4 (3) и 40 (4);
на фиг. 2 - зависимость нормированной оптической плотности D0 от числа эритроцитов в агрегате при λ = 418 (1), 400 (2) и 450 нм (3).
При гемолизе эритроцитов в первой части пробы крови и переводе гемоглобина в раствор показатель поглощения раствора гемоглобина в плазме есть средневзвешенная сумма
соответствующих показателей компонентов (учитываем только основные компоненты окси-HbO2 и деоксигемоглобин Hb):
(1)
µ*b (λ ) = αHf [Sµ HbO2 (λ ) + (1 − S)µ Hb (λ )] = αHµ e (λ ),
где α - коэффициент, характеризующий степень возможного разбавления пробы (α ≤ 1),
который равен 1 для цельной крови;
H - гематокрит (объемная доля эритроцитов в крови);
f - объемная доля гемоглобинов в эритроцитах;
S - степень оксигенации крови;
µ HbO2 - показатель поглощения оксигемоглобина;
µ Hb - показатель поглощения деоксигемоглобина;
µe - показатель поглощения эритроцитов.
Отметим, что типичные значения H = 0,4 для цельной крови и f = 0,25 [10]. Множитель α введен в формулу 1 для того, чтобы указать, что для удобства измерений возможно
(но необязательно) разбавление пробы крови.
Для второй части пробы крови, сохраненной в виде суспензии эритроцитов, в которых
локализованы указанные дериваты гемоглобина HbO2 и Hb, при расчете показателя поглощения в 1 необходимо ввести поправочный коэффициент C [11, 12]:
µ b (λ ) = αCHf [Sµ HbO2 (λ ) + (1 − S)µ Hb (λ )] = αCHµ e (λ ),
(2)
*
учитывающий различия µ b и µ b . Подчеркнем, что для суспензии сохраняется прямо пропорциональная зависимость µ b от H при H ≤ 0,5, о чем свидетельствуют экспериментальные
данные [13]. Значения C зависят от сечения поглощения эритроцитов и от концентрации f
указанных дериватов гемоглобина в них. Сечение поглощения, в свою очередь, определяется известными показателями поглощения дериватов гемоглобина HbO2, Hb и размерами
эритроцитов, в частности искомой длиной L агрегатов. Эта зависимость от L составляет
основу для расчета градуировочного графика.
При освещении кюветы с первой пробой интенсивность излучения, пропущенного гемолизированной кровью, имеет вид:
I* = I 0 exp − µ*b l ,
(3)
где I0 - интенсивность падающего на кювету пучка;
l - толщина кюветы.
Интенсивность света, пропущенного кюветой с суспензией эритроцитов (вторая часть
пробы):
(4)
I = I0exp(-µbl).
Находим соответствующие коэффициенты пропускания первой T* и второй T частей
проб:
T* = I*/I0,
(5)
T=I/I0.
(6)
Соответствующие оптические плотности раствора D* и суспензии D по определению
равны:
(
)
3
BY 16919 C1 2013.02.28
(
)
)
D* = ln 1 / T* = µ*b l и
(7)
D = ln 1 / T = µ b l.
(8)
При расчетах норма отдельного эритроцита аппроксимирована диском диаметром
d = 8 мкм и длиной L0 = 2 мкм. Значение D* для раствора гемоглобина в максимуме (на
длине волны λ ≅ 418 нм) принято равным 1. Как видно из фиг. 1, в синей области спектра
имеет место существенная зависимость оптической плотности суспензии эритроцитов от
их степени агрегации. Это составляет физическую основу предлагаемого способа.
Находим отношение D0 логарифмов коэффициентов пропускания второй и первой частей проб:
D0 = D/D* = ln(T)/ln(T*) = C,
(9)
которое, как видно из формул 1, 2, 7 и 8, равно указанному выше поправочному коэффициенту.
Далее рассчитываем градуировочный график как зависимость отношения D0 от N = L/L0.
Он показан на фиг. 2 на нескольких длинах волн λ = 418 (кривая 1), 400 (2) и 450 (3) нм в
синей области спектра. Как видно, чувствительность D0 к N (или L) наибольшая вблизи
максимума поглощения крови при λ = 415-420 нм. Кривые 1-3 на фиг. 2 слабо зависят от
N при N > 20 или L > 40 мкм. Поэтому чувствительность D0 к N уменьшается при указанных значениях N и L, так что способ практически применим при N < 20 или L < 40 мкм.
По измеренному отношению D0 логарифмов коэффициентов пропускания используем
градуировочный график для определения числа N эритроцитов в агрегате или длины L
"монетного столбика".
Проиллюстрируем способ примером. При измерении отношения D0 на длинах волн
λ = 418, 400 и 450 нм найдены соответствующие значения D0 = 0,28, 0,46 и 0,76 (показаны
штриховыми горизонтальными прямыми на фиг. 2). По графику определяем N = 12 или
L = 24 мкм.
Точность измерений достигается за счет того, что нет необходимости разбавлять пробу
крови, дополнительно использовать краситель, отсутствуют жесткие требования на фокусировку светового пучка, имеется возможность проведения измерений на пробе цельной
крови.
(
Источники информации:
1. Кассирский И.А., Алексеев Г.А. Клиническая гематология. - М.: Медицина, 1970.
2. Левтов В.А., Регирер С.А., Шадрина Н.Х. Реология крови. - М.: Медицина, 1982.
3. Приезжев А.В., Фирсов Н.Н., Ладеман Ю. Диагностика агрегации эритроцитов в
пробах цельной крови методом обратного светорассеяния. Оптическая биомедицинская
диагностика / Под ред. В.В.Тучина. - М.: Физматлит, 2007. - С. 17-35.
4. Патент SU 1262376 A1, МПК G 01N 33/48, 1986.
5. Патент US, 2007/0232940, МПК A 61B 5/02, 2007.
6. Патент US 4822568A, МПК G 01N 15/05, 1989.
7. Lademan J., Weigmann H.-J., Sterry W. et al. Investigation of the aggregation and disaggregation properties of erythrocytes by light scattering measurements // Laser Physics. - 1999.
- V. 9. - No. 1. - P. 357-362.
8. Патент US 2006/0244964 A1, МПК G 01N 33/48, 2006.
9. Патент US 2002/0118353, МПК G 01N 33/48, 2002.
10. Меглинский И.В. Моделирование методом Монте-Карло спектров отражения случайных многослойных сильно рассеивающих и поглощающих свет сред // Квантовая электроника. - 2001. - Т. 31. - № 12. - С. 1101-1107.
11. Шифрин К.С. Введение в оптику океана. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1983.
4
BY 16919 C1 2013.02.28
12. Лопатин В.Н., Сидько Ф.Я. Введение в оптику взвесей клеток. - Новосибирск:
Наука, 1988.
13. Meinke M., Muller G., Helfmann J., Friebel M. Empirical model functions to calculate
hematocrit-dependent optical properties of human blood // Applied Optics. 2007. - V. 46. No. 10. - P. 1742-1753.
Фиг. 1
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
98 Кб
Теги
by16919, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа