УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕЗРЕАКТИВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОБЩЕГО БИЛИРУБИНА В КРОВИ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕЗРЕАКТИВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОБЩЕГО БИЛИРУБИНА В КРОВИ


RU (11) 2035045 (13) C1

(51) 6 G01N33/72, G01N21/75 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1995.05.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 93009338/14 
(22) Дата подачи заявки: 1993.02.22 
(45) Опубликовано: 1995.05.10 
(56) Аналоги изобретения: Лабораторные методы исследования в клинике. Справочник под ред.проф.В.В.Меньшикова. М.: Медицина. 1987, с.227. Европейская заявка N 0071650, кл. G 01N 21/75, 1983. 
(71) Имя заявителя: Акционерное общество закрытого типа "Научно- производственное предприятие "Техномедика" 
(72) Имя изобретателя: Антонов В.С.; Давыдов В.М.; Ованесов Е.Н.; Прищепа М.И.; Сецко И.В.; Шибанов А.Н. 
(73) Имя патентообладателя: Акционерное общество закрытого типа "Научно- производственное предприятие "Техномедика" 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕЗРЕАКТИВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОБЩЕГО БИЛИРУБИНА В КРОВИ 
Изобретение относится к медицинской аналитической технике и может быть использовано для измерений содержания общего билирубина в плазме (сыворотке) крови. Устройство содержит источник 1 света, кювету 2 для контролируемого образца, блок 3 фотоэлектрического преобразования, блок 4 обработки электрических сигналов. Устройство реализует измерение величины, зависящей от значений оптического поглощения помещенного в кювету 2 контролируемого образца на двух различных длинах волн, при этом измеренное значение указанной величины однозначно определяет содержание общего билирубина в образце. Выбор определенных значений используемых длин волн позволяет повысить точность измерений за счет уменьшения влияния рассеивающих свойств образца на значение измеряемой величины. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к медицинской аналитической технике и может быть использовано для измерений содержания общего билирубина в плазме (сыворотке) крови.
Известны устройства спектрофотометры, используемые в медицинской практике для измерения содержания билирубина в крови. Недостатками этих устройств являются высокая стоимость и сложность эксплуатации.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения содержания билирубина, содержащее источник света, спектр получения которого содержит две различные длины волны 1, 2, кювету для контролируемого образца, блок фотоэлектрического преобразования, преобразующий интенсивности оптического излучения этих длин волн (после прохождения через контролируемый образец) в электрические сигналы, и блок обработки электрических сигналов, при этом использованы длины волн 460 нм и 575 нм. Измерение содержания билирубина осуществляется путем измерения оптического поглощения образца на двух длинах волн, что позволяет снизить ошибку измерений в случае присутствия в контролируемом образце гемоглобина. Недостатками известного устройства являются: значительное влияние на результат измерения имеющихся в контролируемом образце рассеивающих свет частиц (липопротеиды, белки и т.п.), значительное энергопотребление устройства вследствие использования источника непрерывного света.
Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения содержания билирубина и уменьшении энергопотребления устройства.
Указанный результат достигается тем, что в известном устройстве для измерения содержания билирубина, состоящим из источника света, в спектре излучения которого присутствуют две различные длины волны 1, 2, кюветы для контролируемого образца, блока фотоэлектрического преобразования, выполненного с возможностью преобразования интенсивности излучения длин волн 1, 2 в электрические сигналы, и блока обработки электрических сигналов, согласно изобретению, значения длин волн 1, 2 удовлетворяют условию 470 нм < 1 < <2 < 530 нм. Предпочтительно, чтобы значения длин волн лежали соответственно в области 475 нм и в области 525 нм. Целесообразно, чтобы источник света был выполнен импульсным, при этом блок обработки электрических сигналов может содержать два интегрирующих усилителя, выходы которых соединены с входами схемы вычитания, выход которой через компаратор подключен к преобразователю длительности импульса в код.
Измерение содержания билирубина в устройстве основано на следующем соотношении, полученном с учетом поглощения и рассеяния света в образце:

ln ln Cbd(b2-b1)+Cgd<IMG SRC="http://www.fips.ru/chr/183.gif" ALIGN=ABSMIDDLE>(g2-g1)+d(h2-h1)

(1) где E1= E2= ослабление интенсивности оптического излучения длин волн соответственно 1, 2;

b1, b2 коэффициенты поглощения света билирубином на длинах волн соответственно 1, 2;

g1, g2 коэффициенты поглощения света гемоглобином на длинах волн соответственно 1. 2;

Сb содержание билирубина в контролируемом образце;

d длина оптического пути (определяется размером кюветы);

Cg содержание гемоглобина в контролируемом образце;

h1, h2 коэффициенты рассеяния света на длинах волн соответственно 1, 2;

U1,U2 напряжения, получаемые после фотоэлектрического преобразования интенсивностей I1,I2 оптических сигналов после прохождения излучения через образец, при условии, что коэффициенты фотоэлектрического преобразования A1, A2 блока фотоэлектрического преобразования удовлетворяют условию I1A1= I2A2, где I1,I2 исходные (падающие на кювету с образцом) значения интенсивности света на длинах волн 1, 2.
Второй член правой части приведенного соотношения отражает влияние имеющегося в образце гемоглобина, третий член влияние рассеивающих свет частиц.
Экспериментально установлено, что значения коэффициентов рассеяния сильно зависят от длины волны по закону h() -n, где n > 2. Следовательно, влияние рассеяния можно снизить путем уменьшения значения разности (h2 h1) за счет сближения значений длин волн 1, 2. Выбор длин волн в диапазоне 470-530 нм позволяет снизить влияние рассеяния, а при значениях длин волн 1 475 нм, 2 525 нм влияние рассеяния снижается более чем в 3 раза по сравнению со случаем, когда используются длины волн 460 нм и 575 нм, т.е. по сравнению с известным устройством.
Для уменьшения влияния гемоглобина длины волн должны быть такими, чтобы выполнялось условие g1 g2. Анализ спектральной характеристики поглощения света гемоглобином показал, что в диапазоне 470-530 нм существует множество пар значений 1, 2, удовлетворяющих указанному условию, в том числе значения 1 475 нм и 2 525 нм.
Выбор длин волн 1, 2 соответственно в области значения 475 нм и в области значения 525 нм является предпочтительным с учетом того, что сближение длин волн приводит к уменьшению чувствительности устройства, определяемой значением (b2 b1) в первом члене выражения (1).
Поскольку использование источника непрерывного света приводит к значительному энергопотреблению устройства, целесообразно использовать импульсный источник света и соответствующее выполнение блока обработки электрических сигналов, позволяющее путем обработки импульсных сигналов получить интервал времени, длительность которого однозначно связана со значением содержания билирубина в контролируемом образце.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 временные диаграммы блока обработки электрических сигналов.
Устройство содержит источник 1 света, кювету 2 для контролируемого образца, блок 3 фотоэлектрического преобразования в блок 4 обработки электрических сигналов. Блок 3 фотоэлектрического преобразования в одном из возможных выполнений может содержать светоделительное зеркало 3.1, интерференционные оптические фильтры 3.1, 3.4, выделяющие излучение длин волн соответственно 1, 2, фотоэлектрические преобразователи 3.3, 3.5 например фотодиоды. В качестве источника 1 света может быть использована лампа-вспышка, например ксеноновая. Блок 4 обработки включает интегрирующие усилители 4.1, 4.2, имеющие одинаковое схемное исполнение, схему 4.3 вычитания, компаратор 4.4, преобразователь 4.5 длительности импульса в код. Преобразователь 4.5 включает генератор 4.5.1 импульсов, счетчик 4.5.2, дешифратор 4.5.3 и индикатор 4.5.4.
Устройство работает следующим образом.
Источник 1 света вырабатывает излучение, содержащее длины волн 1, 2, которое проходит через помещенный в кювету 2 контролируемый образец, испытывая при этом ослабление из-за поглощения и рассеяния (см.соотношение (1)). Излучение, прошедшее через кювету 2, поступает на блок 3 фотоэлектрического преобразования, где часть светового потока проходит через зеркало 3.1 и поступает на оптический фильтр 3.2, с выхода которого излучение первой длины волны поступает на фотоэлектрический преобразователь 3.3. Другая часть светового потока отражается от зеркала 3.1 и поступает на оптический фильтр 3.4, с выхода которого излучение второй длины волны поступает на фотоэлектрический преобразователь 3.5. Напряжения с выходов преобразователей 3.3, 3.5 поступают соответственно на входы интегрирующих усилителей 4.1, 4.2 блока 4 обработки. Интегрирующие усилители 4.1, 4.2 заряжаются в течение времени to (длительность импульса оптического излучения), а после окончания светового импульса разряжаются (см.фиг.2 а), выходные сигналы интеграторов вычитаются в схеме 4.3 вычитания, разностный сигнал (см.фиг. 2 б) поступает на компаратор 4.4, выходной импульс которого определяет интервал времени, в течение которого разностный сигнал положителен (см.фиг.2 в).
Длительность указанного интервала времени t' связана с содержанием билирубина в контролируемом образце. В течение времени to емкости интеграторов 4.1, 4.2 заряжаются до значений напряжений U,U, пропорциональных энергии светового излучения на длинах волн соответственно 1, 2. По окончании светового импульса емкости интеграторов разряжаются с постоянными времени, определяемыми произведениями значений резисторов и емкостей интеграторов R1C1иR2C2, при этом значения резисторов и емкостей выбраны такими, что разряд интеграторов происходит за времена, многократно превышающие длительность to. Затухание сигналов на выходах интеграторов описывается соотношениями:

U1=Uexp[-(t-to)/t1]

U2= Uexp[-(t-to)/t2] (2) где t1=R1C1,t2=R2C2 постоянные времени интеграторов, при этом значения резисторов и емкостей выбраны такими, чтобы выполнялось условие:

R2C2<1C1 (например, 10, R2C2=R1C1).
В момент времени t' выполняется условие:

U1=U2=Uexp[-(t-to)/

/t1]Uexp[-(t-to)/t2] (3) Преобразуя, получают:



(4) После логарифмирования последнего выражения получают (с учетом того, что to << t', a t1=10t2):

ln (5) Поскольку t2=R2C2 имеет фиксированное значение, то

ln constt (6) Если пренебречь влиянием второго и третьего членов в правой части соотношения (1), то содержание билирубина определяется выражением:

Cb= ln const constln

(7) так как b1, b2, d постоянные величины.
С учетом (6) и (7) получают

Cb const.t' (8)

Таким образом, содержание билирубина в контролируемом образце определяется длительностью интервала t', т.е. длительностью импульса с выхода компаратора 4.4. Длительность этого импульса преобразуется в код следующим образом: импульс с выхода компаратора 4.4 разрешает работу генератора 4.5.1, генерирующего импульсы с постоянной частотой, число этих импульсов за время t' подсчитывается счетчиком 4.5.2, с выхода которого числовой код через дешифратор 4.5.3 поступает на индикатор 4.5.4, на котором индицируется десятичное число, определяющее содержание билирубина в контролируемом образце.
Измерение содержания общего билирубина с помощью предложенного устройства является безреактивным, так как не требует использования каких-либо реактивов для преобразования билирубина, при этом для приготовления контролируемого образца используют капиллярную кровь, которую подвергают центрифугированию или отстаиванию, полученную в результате плазму (сыворотку) крови помещают в кювету.
Экспериментальные исследования, проведенные с использованием опытного образца устройства на контрольных образцах с известным содержанием билирубина, показали, что погрешность измерения, связанная с влиянием рассеяния, уменьшается в 3-3,5 раза. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕЗРЕАКТИВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОБЩЕГО БИЛИРУБИНА В КРОВИ, содержащее источник света, спектр излучения которого содержит две различные длины волны 1 и 2, кювету для контролируемого образца, блок фотоэлектрического преобразования, выполненный с возможностью преобразования излучения длин волн 1, 2 в электрические сигналы и соединенный с блоком обработки электрических сигналов, отличающееся тем, что значение длин волн 1, 2 удовлетворяют условию

470нм< 1< 2< 530нм.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что значения длин волн 1, 2 лежат соответственно в области 475 и 525 нм.
3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что источник света выполнен импульсным, а блок обработки электрических сигналов содержит два интегрирующих ускорителя, выходы которых соединены с входами схемы вычитания, выход которой через компаратор подключен к преобразователю длительности импульса в код.