способ определения показателя гематокрита

Формула изобретения

Способ определения показателя гематокрита, включающий измерение электропроводности крови, отличающийся тем, что укрепляют электроды на лодыжках и запястьях человека, одновременно регистрируют связанную с электропроводностью крови переменную составляющую сопротивления тела человека на частотах 20-40 кГц и 200-300 кГц, а показатель гематокрита Н определяют из выражения



где R₁ - амплитуда переменной составляющей сопротивления тела человека на частоте 20-40 кГц, Ом;

R₂ - амплитуда переменной составляющей сопротивления тела человека на частоте 200-300 кГц, Ом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, а именно к гематологии, и может быть использовано для определения изменения показателя гематокрита в реальном времени.

Известен способ определения эритроцитов крови [авт.свид. СССР 1264077, МКИ 4 G 01 N 33/48, опубл. 15.10.86. Бюл. 38], заключающийся в том, что берут определенное количество исследуемой крови, разводят гепаринизированным изотоническим раствором хлористого натрия в 10-30 раз, центрифугируют. Эритроциты после отсасывания плазмы разводят до начального объема изотоническим раствором. При помощи ультразвукового интерферометра определяют разность скоростей ультразвука в данном образце и в изотоническом растворе. Затем рассчитывают число эритроцитов х в исследуемой крови по формуле

х=к(С_а-С_б)а,

где к - эмпирическая величина; а - степень разведения образца; (С_а-С_б) - скорость ультразвука.

Известный способ имеет существенные недостатки - он инвазивен и требует центрифугирования.

Известен кондуктометрический способ определения гематокритного числа - показателя гематокрита, выбранный в качестве прототипа [Романов Ю.В., Леус В. И. , Андреев B.C. и др. Кондуктометрический метод определения гематокритного числа. // Лаб. дело. - 1973, 8. - с. 451]. Он основан на зависимости электропроводности гетерогенной системы - крови - от объемной доли включений (форменных элементов). У пациента берут пробу крови, помещают ее в кондуктометрическое устройство, затем измеряют электропроводность крови, по значению которой рассчитывают гематокритное число Н_к по формуле, полученной из формулы Максвелла:

Н_к=(1-К_кр/К_пл)/(1+0,8К_кр/К_пл),

где К_кр - величина, пропорциональная электропроводности крови; К_пл - величина, пропорциональная электропроводности плазмы.

Недостатков данного способа является его инвазивность, невысокая точность и невозможность определения изменений показателя гематокрита в динамике в реальном времени.

Задачей изобретения является уменьшение травматичности, упрощение способа и определение показателя гематокрита в реальном времени.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе определения показателя гематокрита, так же как и в прототипе, измеряют проводимость крови, по которой определяют показатель гематокрита.

Согласно изобретению предварительно укрепляют электроды на лодыжках и запястьях человека, одновременно регистрируют связанную с электропроводностью переменную составляющую сопротивления тела человека на частотах 20-40 кГц и 200-300 кГц, затем определяют показатель гематокрита Н из выражения



где R₁ - амплитуда переменной составляющей сопротивления тела человека на частоте 20-40 кГц, Ом;

R₂ - амплитуда переменной составляющей сопротивления тела человека на частоте 200-300 кГц, Ом.

Известно, что переменная составляющая сопротивления тела человека определяется в основном электропроводностью крови, а также степенью кровенаполнения сосудов [Полищук В.И., Терехова А.Г. Техника и методика реографии и реоплетизмографии. - М. : Медицина, 1983. - 176 с., ил.]. Степень кровенаполнения от частоты зондирующего тока не зависит, а так как используется отношение амплитуд переменных составляющих сопротивления на частотах 20-40 кГц и 200-300 кГц, то это отношение будет определяться электрическими свойствами крови. Переменный ток частотой ниже 40 кГц распространяется преимущественно по сосудам, клетки являются для него непроводящей средой, так как их удельное сопротивление значительно выше удельного сопротивления жидких сред на этих частотах. То есть электропроводность крови определяется электропроводностью плазмы, эритроциты являются непроводящей средой. На частотах ниже 20 кГц увеличивается сопротивление кожи, выше 40 кГц - часть тока проходящего через клетки, что искажает результат. На частотах 200-300 кГц эритроциты начинают принимать участие в актах проводимости [Иванов Г.Г., Мещеряков Г. Н. , Кравченко И. Р. и др. Биоимпедансметрия в оценке водных секторов организма. // Анестезиология и реаниматология. - 1999, 3. - с. 59]. Верхний предел ограничения обуславливается тем, что свыше 300 кГц изменений электропроводности не наблюдается.

Уравнение (1) получается из математической модели, описывающей кровь как гетерогенную систему.

На частотах 20-40 кГц зависимость электропроводности крови от гематокрита отражает формула Де ла Рю и Тобиас [Уманский О.С. Биотехническая система экспресс-оценки группы гематологических параметров в одной микропробе. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. тех. наук. - Томск, 1996. - 183 с.]:

₁ = _п(1-H)^3/2, (2)

где ₁ - электропроводность крови на низких частотах, _п - лектропроводность плазмы, Н - показатель гематокрита.

На частотах 200-300 кГц зависимость электропроводности крови от гематокрита отражает следующая формула [Уманский О. С. Биотехническая система экспресс-оценки группы гематологических параметров в одной микропробе. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. тех. наук. - Томск, 1996. - 183 с.]:

₂ = _п(1-H)+_цпH, (3)

где ₂ - электропроводность крови на низких частотах, _п -электропроводность плазмы, _цп - электропроводность цитоплазмы эритроцитов, Н - показатель гематокрита. Обе эти формулы получены из формулы Максвелла, но только для разных частот.

Известно отношение _цп/_п, а также то, что электропроводность плазмы крови практически не зависит от частоты. Выразив из уравнений (2) и (3) _п и приравняв значения, после несложных математических преобразований получим выражение (1), учитывая, что электропроводность и сопротивление обратно пропорциональные величины. Это выражение решается любым известным способом.

Таким образом, получен простой, нетравматичный способ определения показателя гематокрита в реальном времени.

Заявляемый способ определения показателя гематокрита иллюстрируется с помощью схемы устройства, изображенной на чертеже.

Устройство состоит из корпуса 1, двух генераторов синусоидальных колебаний 2 (Г1) и 3 (Г2), двух источников стабильного тока 4 (ИСТ1) и 5 (ИСТ2), двух детекторов 6 (Д1) и 7 (Д2), двух фильтров 8 (Ф1) и 9 (Ф2), микроконтроллера 10 (МК) и устройства отображения информации 11 (УОИ). Генератор синусоидальных колебаний 2 (Г1), источник стабильного тока 4 (ИСТ1), детектор 6 (Д1), фильтр 8 (Ф1) последовательно соединены между собой и работают на частоте 20-40 кГц. Генератор синусоидальных колебаний 3 (Г2), источник стабильного тока 5 (ИСТ2), детектор 7 (Д2), фильтр 9 (Ф2) также последовательно соединены и работают на частоте 200-300 кГц. Выходы источников стабильного тока 4 (ИСТ1), 5 (ИСТ2) и входы детекторов 6 (Д1), 7 (Д2) соединены с электродами. Выходы фильтров 8 (Ф1), 9 (Ф2) связаны с входами микроконтроллера 10 (МК), выход которого связан с устройством отображения информации 11 (УОИ).

В качестве устройства отображения информации 11 (УОИ) можно использовать жидкокристаллический индикатор. В качестве микроконтроллера 10 (МК) можно использовать любую однокристальную микроЭВМ со встроенным аналого-цифровым преобразователем. Остальные функциональные блоки, изображенные на чертеже могут быть выполнены на операционных усилителях типа УД2.

Синусоидальные колебания частотой 20-40 кГц и 200-300 кГц с генераторов 2 (Г1) и 3 (Г2) соответственно поступают на источники стабильного тока 4 (ИСТ1) и 5 (ИСТ2), с которых затем зондирующий ток постоянной амплитуды частотой 20-40 кГц и 200-300 кГц подается на электроды. Напряжение с электродов, пропорциональное сопротивлению тела человека, поступает на вход детекторов 6 (Д1) и 7 (Д2), с помощью которых усиливается и детектируется. С выходов детекторов 6 (Д1) и 7 (Д2) выделенные сигналы поступают на входы фильтров 8 (Ф1) и 9 (Ф2), где происходит фильтрация и дополнительное усиление сигналов, пропорциональных переменным составляющим сопротивления на частотах 20-40 кГц и 200-300 кГц. С выходов фильтров 8 (Ф1) и 9 (Ф2) сигналы поступают на вход микроконтроллера 10 (МК), в котором происходит аналого-цифровое преобразование, затем выделяется амплитуды переменных составляющей на частотах 20-40 кГц и 200-300 кГц, значение которых выдается на устройство отображения информации 11 (УОИ). Расчет показателя гематокрита производится по формуле (1) в микроконтроллере 10 (МК) с помощью специально разработанной программы, результат выводится на устройство отображения информации 11 (УОИ).

Пациенту К. прикрепили пластинчатые никельсеребряные электроды F9010 на запястья и лодыжки. Измерение переменной составляющей сопротивления тела проводили на частотах 20-40 кГц и 200-300 кГц с помощью устройства, изображенного на чертеже. В результате опыта получили следующие значения на граничных частотах:

1. При f₁ = 20 кГц R₁ = 0,282 Ом, при f₂ = 200 кГц R₂ = 0,149 Ом;

2. При f₁ = 40 кГц R₁ = 0,165 Ом, при f₂ = 300 кГц R₂ = 0,088 Ом.

Показатель гематокрита рассчитывали из уравнения (1) с помощью программы MathCad 6,0, тот же результат получали на устройстве отображения информации 11 (УОИ). При этом получили следующие результаты: в первом случае Н=0,497, во втором - Н=0,493.

Таким образом, достаточно просто и неинвазивно был определен показатель гематокрита в реальном времени.