專利名稱：用于超聲波確定血細(xì)胞比容和血紅蛋白濃度的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及血液取樣，并且更具體地說(shuō)，涉及小血樣的血細(xì)胞比容和/或血紅蛋白濃度的超聲波測(cè)量。
背景技術(shù)：
醫(yī)師例行地測(cè)試血液參數(shù)作為診斷過(guò)程的部分。全血細(xì)胞計(jì)數(shù)(CBC)是這些測(cè)試中最普通的。CBC測(cè)量血液的重要特征的狀態(tài)，包括如下紅細(xì)胞平均血紅蛋白量，它也稱作MCH；紅細(xì)胞平均血紅蛋白濃度，它也稱作MCHC；紅細(xì)胞平均容積，它也稱作MCV；血小板數(shù)；紅細(xì)胞數(shù)(RBCs)；白細(xì)胞數(shù)(WBCs)；包括紅細(xì)胞的血液體積的百分比，稱作血細(xì)胞比容(HCT)；及在血液中血紅蛋白的總濃度，也稱作HGB。醫(yī)師使用結(jié)果來(lái)估計(jì)血液細(xì)胞成分的量和狀態(tài)。例如，CBC血紅蛋白濃度(或HGB，典型地以g/dl敘述)描述紅細(xì)胞的攜氧能力，因?yàn)镠GB是身體用來(lái)輸送氧的蛋白。血細(xì)胞比容或“HCT”(以a％濃度測(cè)量)定義為由紅細(xì)胞占據(jù)的血液的總體積的部分。這個(gè)體積分?jǐn)?shù)可以表示為小數(shù)(例如，升/升)，或者表示為百分比(例如，升/升×100％)。HCT測(cè)量典型地向醫(yī)師提供與血紅蛋白濃度(HGB)相同的信息，即血液的攜氧能力。因?yàn)樵谡５纳項(xiàng)l件下，幾乎所有血液的血紅蛋白都在紅細(xì)胞中。紅細(xì)胞平均容積(MCV)是紅細(xì)胞體積的平均值。紅細(xì)胞計(jì)數(shù)(RBC)是每單位體積血液的紅細(xì)胞數(shù)的表達(dá)，典型地為每微升的紅細(xì)胞數(shù)(□1)。平均細(xì)胞血紅蛋白量(MCH)是在每個(gè)紅細(xì)胞中可找到的血紅蛋白的平均質(zhì)量。相反，平均細(xì)胞血紅蛋白濃度(MCHC)是在紅細(xì)胞中血紅蛋白的平均濃度(而不是質(zhì)量)。在紅細(xì)胞中血紅蛋白的濃度簡(jiǎn)單地是血紅蛋白的質(zhì)量除以它占據(jù)的體積MCHC＝MCH/MCV，意味著MCHC可由MCH和MCV計(jì)算，而不是獨(dú)立地測(cè)量。其特征在于全血細(xì)胞計(jì)數(shù)的其它血液成分包括白細(xì)胞和血小板。全血定義為包括紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板、及血液的所有正常成分的血液。
這些血液性質(zhì)，特別是HCT和/或HGB，可用來(lái)診斷貧血、急性失血、失水、及其它狀態(tài)的得分(score)。醫(yī)師例行地急性和長(zhǎng)期地監(jiān)視HCT，并且可能按小到測(cè)量值百分之二(2％)的變化而行動(dòng)。
在醫(yī)院環(huán)境中，血液試驗(yàn)室例行地進(jìn)行全血計(jì)數(shù)。血樣抽取到小瓶中，并且輸送到中心血液試驗(yàn)室，自動(dòng)系統(tǒng)在該處進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果比較精確，但不能立即得到(典型地需要10分鐘至1小時(shí))?？蛇x擇地，有少數(shù)手持血液參數(shù)裝置在護(hù)理點(diǎn)處提供HCT或HGB的測(cè)量，但在這些裝置中固有的測(cè)量侵入(intrusiveness)和較低精度限制其診斷價(jià)值。
在緊急醫(yī)療情況下，當(dāng)前沒(méi)有在現(xiàn)場(chǎng)完成HCT或HGB測(cè)量并達(dá)到與自動(dòng)血液試驗(yàn)室系統(tǒng)相同的精度的方法。以上提到的現(xiàn)有手持裝置難以使用或不是足夠地精確。要求血細(xì)胞比容測(cè)量的病人，如損傷或?yàn)?zāi)害的受害者，在可精確地測(cè)量這種信息之前必須等待送到具有血液試驗(yàn)室的醫(yī)院或門(mén)診部。如果可在現(xiàn)場(chǎng)得到精確結(jié)果，則會(huì)改進(jìn)當(dāng)病人到達(dá)醫(yī)院時(shí)醫(yī)務(wù)人員對(duì)病人進(jìn)行鑒別分類和加速執(zhí)行適當(dāng)醫(yī)療的能力。
在現(xiàn)場(chǎng)，可能難以估計(jì)受傷病人內(nèi)部出血的程度。病人的HCT隨失血而下降。因此，連續(xù)的HCT測(cè)量提供失血程度的有價(jià)值指示。在緊急醫(yī)務(wù)人員遇到大量傷員的情況下，迅速和精確地測(cè)量需要醫(yī)療的那些人的HCT的裝置會(huì)大大地改進(jìn)緊急醫(yī)務(wù)人員把其注意力集中在關(guān)鍵病例上的能力。因而，公共緊急醫(yī)療業(yè)和軍隊(duì)對(duì)能夠迅速、精確及在護(hù)理點(diǎn)處測(cè)量HCT的裝置和方法具有顯著需要。
目前規(guī)定需要HCT的精確測(cè)量的私人執(zhí)業(yè)醫(yī)師應(yīng)當(dāng)把血樣送到約定血液試驗(yàn)室，或者進(jìn)行緩慢的、不精確的人工技術(shù)，該技術(shù)易受到諸如旋轉(zhuǎn)式血細(xì)胞比容計(jì)(spun hematocrit)和顯微鏡檢查之類的人為誤差。
四種方法當(dāng)前適用于測(cè)量HCT＞離心機(jī)，＞細(xì)胞計(jì)數(shù)，＞光學(xué)特性，及＞電氣特性。
離心機(jī)法是最基本的測(cè)量技術(shù)。這些離心機(jī)不是便攜式的。為了測(cè)量HCT，抽取血樣并在離心機(jī)(例如，READACRIT)中旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定時(shí)段(依據(jù)醫(yī)療實(shí)驗(yàn)方案，典型地為五至三十分鐘)。旋轉(zhuǎn)把血樣分離成三層。頂層是主要由水和溶解固體組成的血漿。下一層是薄的血沉棕黃層，由白細(xì)胞、血漿蛋白、及血小板組成。底層包含緊密填塞的紅細(xì)胞。技術(shù)員使用刻度尺直接讀取體積分?jǐn)?shù)。旋轉(zhuǎn)式血細(xì)胞比容計(jì)精度可能受在讀取刻度時(shí)的用戶誤差、在紅細(xì)胞柱中夾雜的血漿、及紅細(xì)胞尺寸失真的影響。典型地，根據(jù)醫(yī)療實(shí)驗(yàn)方案完成的旋轉(zhuǎn)式血細(xì)胞比容計(jì)的結(jié)果精度是測(cè)量值的2至5％。這種精度，如同在這種報(bào)告中的所有其它精度那樣，報(bào)告為平均值左右的95％置信區(qū)間。
細(xì)胞計(jì)數(shù)是測(cè)量技術(shù)中最直接的。血樣被稀釋到已知的比率，并且人工或自動(dòng)地計(jì)數(shù)各個(gè)細(xì)胞。人工細(xì)胞計(jì)數(shù)技術(shù)是乏味的，并且試樣的適當(dāng)制備取決于操作員的技巧。自動(dòng)細(xì)胞計(jì)數(shù)器(例如，COULTER@ GEN STM系統(tǒng))典型地提供1分鐘的取樣周期(sampleturnaround)，聲稱精度到測(cè)量值的2.0-3.5％，及減小乏味和操作員依賴性。實(shí)際來(lái)看，在護(hù)理點(diǎn)處的工作周期時(shí)間典型地是30分鐘至12小時(shí)，因?yàn)檠獦颖仨殢牟∪诉\(yùn)送到位于中心的實(shí)驗(yàn)室、進(jìn)行處理、及必須把結(jié)果報(bào)告回護(hù)理點(diǎn)。此外，自動(dòng)系統(tǒng)典型地很昂貴并且不是便攜式的。
光學(xué)測(cè)量技術(shù)比較新。采用這種技術(shù)的裝置測(cè)量透射過(guò)流動(dòng)血液、或從其反射的光的量。這些裝置(例如，3M CDITM System 500)設(shè)計(jì)成在心臟手術(shù)期間使用，需要血液回路，及不是便攜式的。
HemoCue是手持裝置的例子，該手持裝置光學(xué)測(cè)量血液的血紅蛋白濃度。這樣的便攜式光學(xué)測(cè)量裝置具有1分鐘的循環(huán)時(shí)間，但精度典型地是約3％。具有較大精度的便攜式裝置是有價(jià)值的，因?yàn)獒t(yī)師基于小達(dá)讀數(shù)的1-2％的變化作出決定。
導(dǎo)電率當(dāng)前用來(lái)測(cè)量各種血液參數(shù)，包括血細(xì)胞比容。例如i-STAT系統(tǒng)測(cè)量血樣的導(dǎo)電率，校正離子濃度，呈現(xiàn)正常的白細(xì)胞和蛋白水平，及然后計(jì)算和報(bào)告血細(xì)胞比容。盡管使用導(dǎo)電率的儀器是便攜式的，但典型的基于導(dǎo)電率的血細(xì)胞比容讀數(shù)的精度是6％，這顯著減小了其臨床價(jià)值。
在血液超聲波學(xué)的領(lǐng)域中，許多研究集中在分析在裝置中的超聲波反向散射上，該裝置使用Doppler效應(yīng)測(cè)量血液流動(dòng)速度。相反，對(duì)于在聲速與血細(xì)胞比容之間的關(guān)系的研究要少得多。
例如，如下參考資料在此包括作為參考
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這些研究對(duì)于理解在超聲波與血液之間的相互作用是有用的。而且，為了更好地理解血液的超聲波特性如何實(shí)現(xiàn)或者干涉成像和聲譜裝置的目的，許多研究者已經(jīng)探索了血液的超聲波特性。然而，他們沒(méi)有提出使用現(xiàn)場(chǎng)便攜式裝置對(duì)于小血樣的血細(xì)胞比容(HCT)或血紅蛋白(HGB)濃度的超聲波測(cè)量的實(shí)際實(shí)施。
Schneditz等(美國(guó)專利No.5,830,365)建立了一種聲速傳感器，并且估計(jì)它作為一種用來(lái)測(cè)量在流動(dòng)血液的管中的總蛋白質(zhì)濃度的方法。當(dāng)病人在血液透析機(jī)上時(shí)，該裝置打算跟蹤在病人血液中的流體移動(dòng)。這些流體移動(dòng)本身會(huì)表現(xiàn)為總蛋白質(zhì)濃度的變化。Schneditz調(diào)查了在總蛋白質(zhì)濃度與聲速之間的相互關(guān)系，以便檢測(cè)這些流體移動(dòng)。他通過(guò)測(cè)量沿單一直接路徑的飛行時(shí)間實(shí)現(xiàn)了聲速測(cè)量。Schneditz裝置的一個(gè)缺點(diǎn)是，它僅與來(lái)自病人和返回到病人的連續(xù)循環(huán)血液一道工作(像例如，在在線(inline)血液透析設(shè)備中)，其中血液正在連續(xù)地流動(dòng)以便避免紅細(xì)胞從血漿沉淀，這種沉淀會(huì)引起不精確的讀數(shù)。另一個(gè)缺點(diǎn)是，它要求大容積(60mL)的血液從恒溫500mL槽穿過(guò)管道循環(huán)，并且要求用聲速精確已知的基準(zhǔn)流體校準(zhǔn)。同樣，這些考慮限制了在現(xiàn)場(chǎng)快速使用的有效性。況且，Schneditz裝置已在人為除去白細(xì)胞(以及在白細(xì)胞層中的任何其它血液成分)的豬血(豬的血)上實(shí)施。白細(xì)胞的缺乏和在豬血與人血之間的物理差別可以顯著改變血液的超聲波響應(yīng)，并因此Schneditz等的相互關(guān)系和方法不可能應(yīng)用于全血或人血。需要的是一種只使用一滴血就可在手持裝置中實(shí)施、并且仍然提供血細(xì)胞比容和/或血紅蛋白濃度的高精度測(cè)量的方法。Schneditz和以上或其它已知設(shè)備或方法的任一種都沒(méi)有解決在血細(xì)胞比容或血紅蛋白濃度測(cè)量中的速度、精度、及便攜性的組合問(wèn)題。況且，為了精確地利用超聲波測(cè)量HCT濃度，也必須測(cè)量或控制血樣的溫度。用來(lái)控制溫度的傳統(tǒng)方法，包括恒溫控制槽，是笨拙的和不實(shí)用的。用于測(cè)量的其它方法，如使血液與溫度探測(cè)器直接接觸，導(dǎo)致清潔和污染復(fù)雜化。這樣，也仍然有用來(lái)在現(xiàn)場(chǎng)便攜式裝置中實(shí)現(xiàn)小血樣的精確和有效溫度測(cè)量的需要。
本發(fā)明在現(xiàn)場(chǎng)可用裝置中同時(shí)實(shí)現(xiàn)了所有四個(gè)目的，即速度、便攜性、熟練溫度測(cè)量、及血細(xì)胞比容和/或血紅蛋白濃度的高精度測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用來(lái)測(cè)量血液的血細(xì)胞比容(HCT)或血紅蛋白濃度(HGB)的方法和裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種上述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許HCT和HGB濃度的簡(jiǎn)單、精確及快速測(cè)量。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供能以95％的置信區(qū)間把HCT和HGB測(cè)量到+/2％(讀數(shù)的)精度內(nèi)的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種上述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在30秒內(nèi)提供測(cè)量。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用小于1ml的抽取血液，并且優(yōu)選地被優(yōu)化以便使用毛細(xì)血滴(盡管靜脈血也是適用的)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種裝置，該裝置是蓄電池操作的、便攜式的及小得足以手持。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種裝置，該裝置小得足以合并入自動(dòng)、非手持、多功能分析器中。
按照上述目的，本申請(qǐng)描述一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括使用超聲波來(lái)測(cè)量血液的HCT和HGB的方法和設(shè)備。該方法一般包括步驟使用采集裝置獲得離散的全血試樣；把采集裝置(具有試樣)引入到便攜式分析器中；致動(dòng)分析器以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)超聲波信號(hào)(例如，脈沖)到血樣中(同時(shí)仍然包括在采集裝置中)；及檢測(cè)來(lái)自血樣的透射/反射。試樣的溫度也由分析器測(cè)量。超聲波特性，如聲速(SOS)、反向散射、或衰減，由透射/反射確定，并且由組合超聲波和溫度參數(shù)計(jì)算臨床參數(shù)HCT和/或HGB。
在操作中，一般方法由本設(shè)備按如下實(shí)施，該設(shè)備包括實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)便攜式分析器，該分析器用來(lái)接收和精確地測(cè)量在小血樣中的血細(xì)胞比容(HCT)和/或血紅蛋白濃度(HGB)，包括電子裝置、軟件及內(nèi)部配置，用來(lái)產(chǎn)生進(jìn)入血樣的超聲波脈沖，測(cè)量來(lái)自血樣的聲速及血樣的溫度，由聲速和溫度測(cè)量計(jì)算HCT和/或HGB，及把HCT或HGB測(cè)量顯示給用戶。本設(shè)備也包括用來(lái)采集小離散血樣的試樣采集裝置。分析器具有試樣腔室，試樣采集裝置與該試樣腔室對(duì)接，以把血樣暴露于換能器。換能器把超聲波脈沖發(fā)射到試樣腔室中的血液，并且從血樣接收一個(gè)或多個(gè)反射超聲波信號(hào)。換能器連接到電路板上，該電路板包含用來(lái)測(cè)量來(lái)自反射超聲波信號(hào)的聲速、和用來(lái)基于所述測(cè)量聲速計(jì)算HCT和/或HGB的信號(hào)調(diào)節(jié)和處理電路。
該系統(tǒng)是快速的，并且精確到小到由國(guó)際參考標(biāo)準(zhǔn)證實(shí)的1％。另外，本發(fā)明適用于最小侵入測(cè)量(使用血液取樣裝置，以把非常小的血樣放置在測(cè)量腔室中)。血液取樣裝置能是一次性單元，以便安全和便利地把小血樣引入到分析器中。上述系統(tǒng)屬性反映了第一護(hù)理點(diǎn)的HCT和/或HGB測(cè)量裝置，該裝置具有與較大CBC試驗(yàn)室設(shè)備可比的精度。


當(dāng)與附圖一起作出優(yōu)選實(shí)施例的如下詳細(xì)描述和其某些修改，本發(fā)明的其它目的、特征、及優(yōu)點(diǎn)將變得更明白，在附圖中圖14分別是根據(jù)本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)便攜式分析器10的前視立體圖、右視圖、仰視圖、及后視圖。
圖5是方塊圖，概述由圖1-4的現(xiàn)場(chǎng)便攜式分析器10采用的HCT和/或HGB濃度測(cè)量方法。
圖6-9分別表明與圖1-4的現(xiàn)場(chǎng)便攜式分析器10一道使用的典型一次性取樣裝置12的前視圖、截面圖、端視圖、及側(cè)視立體圖。
圖10是可選擇的一次性實(shí)施例300的組合圖，其中在分析器10中的微型泵由在一次性300上的機(jī)上致動(dòng)器球泡332代替。
圖11是側(cè)視橫截面，表明在一次性取樣裝置12與分析器10的試樣腔室22之間的接口。
圖12是在分析器10的試樣腔室22中的一次性取樣裝置12的操作示意圖。
圖13是分析器10的側(cè)視立體圖，從其鉸鏈除去卡入門(mén)20，以表明取樣裝置12插入試樣腔室80。
圖14是分析器10的俯視立體圖，除去頂部殼體部分30A，以表明在取樣裝置12插入試樣腔室80的期間門(mén)20的鎖插機(jī)構(gòu)400的操作。
圖15是類似視圖，使門(mén)20關(guān)閉，并且使鎖插機(jī)構(gòu)400的主要元件分解。
圖16是適于執(zhí)行在圖5中表明的步驟的電子子系統(tǒng)100的方塊圖。
圖17是流程圖，表明用來(lái)實(shí)施在圖5中表明的上述測(cè)量方法的軟件步驟。
圖18是校準(zhǔn)取樣裝置512的前視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種包括使用超聲波來(lái)測(cè)量血液的HCT和HGB濃度的方法和設(shè)備的系統(tǒng)。這里描述的優(yōu)選實(shí)施例是第一護(hù)理點(diǎn)(the very firstpoint of care)的HCT和/或HGB測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置具有與較大CBC試驗(yàn)室設(shè)備可比的精度。
圖1-4分別是根據(jù)本發(fā)明的包括現(xiàn)場(chǎng)便攜式分析器10和一次性血液取樣裝置12的系統(tǒng)的前視立體圖、右視圖、仰視圖、及后視圖。組合參照?qǐng)D1-4，本分析器10在試樣門(mén)20中接收一次性血液取樣裝置12(包含小血樣)。門(mén)20被關(guān)閉，并且執(zhí)行自動(dòng)測(cè)試工序，通過(guò)該自動(dòng)測(cè)試工序，分析器10精確地測(cè)量來(lái)自血樣的血細(xì)胞比容(HCT)和/或血紅蛋白(HGB)，該血樣安全地包含在可處理裝置12內(nèi)。分析器10是手持尺寸的護(hù)理點(diǎn)(a point of care)的HCT和/或HGB測(cè)量裝置，并且一般包括一次性殼體30，便攜式殼體30具有安置在向下突出的后支架32中的蓄電池組(不可見(jiàn)的)。試樣門(mén)20是側(cè)取向的門(mén)，對(duì)于殼體樞轉(zhuǎn)，并且形成有用于一次性裝置12的方便導(dǎo)向插入的成型套(contoured pocket)22。試樣門(mén)20被鎖閉，以精確地把一次性裝置20與試樣腔室(待描述)對(duì)準(zhǔn)并且把一次性裝置在試樣腔室(待描述)中鎖定到位。一組密封壓力敏感控制鍵50允許測(cè)試過(guò)程的用戶控制。在表明的實(shí)施例中，提供三個(gè)鍵50，一個(gè)用于裝置的開(kāi)/關(guān)，一個(gè)用于測(cè)試啟動(dòng)，及一個(gè)用于校準(zhǔn)和診斷。所有三個(gè)鍵50聯(lián)接到內(nèi)部電路板上(如將描述的那樣)，該電路板安置有處理器和存儲(chǔ)器(因而如果需要可以可選擇地對(duì)鍵50編程)。LCD顯示屏幕40把裝置狀態(tài)和血樣的測(cè)量HCT和/或HGB濃度顯示給用戶。殼體30封閉蓄電池組以及電路板，在電路板上為了啟動(dòng)測(cè)試工序駐留處理器和多個(gè)輔助電子元件。測(cè)試工序包括產(chǎn)生進(jìn)入血樣(仍然在一次性取樣裝置12中)中的超聲波脈沖；測(cè)量所述超聲波脈沖穿過(guò)血樣的飛行時(shí)間、以及血樣的溫度；由聲速和溫度測(cè)量結(jié)果而計(jì)算HCT和/或HGB；及在顯示屏幕40上顯示HCT或HGB測(cè)量結(jié)果。
一次性取樣裝置12(下面詳細(xì)地描述)用來(lái)采集小分離血樣，并且用來(lái)當(dāng)它經(jīng)門(mén)20安全和有效地引入到分析器10中時(shí)容納它。門(mén)20是彈簧偏置(spring-biased)打開(kāi)的，并且鎖閉以把一次性裝置12放置在試樣腔室22內(nèi)部。一旦在試樣腔室22內(nèi)部，在一次性裝置12中的血樣就被泵吸到測(cè)試單元中(在一次性裝置12內(nèi))，在該處它暴露給在分析器10中的換能器，以便進(jìn)行本發(fā)明的超聲波聲速測(cè)量。內(nèi)部電路板包含信號(hào)調(diào)節(jié)和處理電路，用來(lái)由反射超聲波信號(hào)測(cè)量聲速，并且用來(lái)(基于所述測(cè)量聲速)計(jì)算HCT和/或HGB濃度。在測(cè)試結(jié)束時(shí)，門(mén)20自動(dòng)解鎖，并且轉(zhuǎn)開(kāi)(swing open)，以便除去一次性裝置12。
如在圖2中最清楚看到的那樣，便攜式殼體30可以由兩個(gè)模壓和互配合的蛤殼部分30A和30B形成，后部分30B具有向下突起32，該突起32既用作后部支架又用作蓄電池組(或傳統(tǒng)蓄電池單元)的罩。優(yōu)選地，一對(duì)橡膠制腳墊36相對(duì)于后部分30B的突起32布置，以在平坦表面上創(chuàng)建可靠立足。
如在圖3中看到的那樣，蛤殼部分30A和30B在突起32處的一側(cè)由凹室限定，門(mén)20樞轉(zhuǎn)地安裝在該凹室中，從而當(dāng)門(mén)20被鎖閉時(shí)，它符合殼體30的外表美學(xué)。門(mén)20可以從其鉸鏈除去，以清潔試樣腔室和/或傳感器?？沙ッ姘?3提供穿過(guò)后部分30B的向下突起32的通路(access)，以便后部接近封裝的蓄電池組。
如圖4中所示，通信端口60，例如通用串行總線或其它標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)通信端口被面板安裝在殼體30的后部處，以允許用戶為了遠(yuǎn)程診斷、數(shù)據(jù)下載、及其它目的，把遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)連接到內(nèi)部電路板上。電源端口62也被面板安裝在殼體的后部上，用來(lái)把裝置經(jīng)插入式變壓器連接到電源插座上。
圖5是方塊圖，概述本發(fā)明的HCT和/或HGB濃度測(cè)量方法。該方法優(yōu)選地基于聲速技術(shù)測(cè)量透射到血樣中并反射回的超聲波信號(hào)的飛行時(shí)間。該方法包括在步驟100處產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)電氣信號(hào)的步驟。在步驟110處，一個(gè)或多個(gè)換能器用來(lái)把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲波信號(hào)(脈沖)，以使全血試樣經(jīng)受超聲波，并且探測(cè)來(lái)自它的透射/反射。在步驟120處，由在透射/反射之間的時(shí)間差確定穿過(guò)血樣的飛行時(shí)間。在步驟130處，確定在血樣的測(cè)試期間的溫度。在步驟140處，聲速特性與溫度補(bǔ)償組合地使用，以確定相關(guān)臨床參數(shù)HCT和HGB。計(jì)算采用在臨床參數(shù)與實(shí)際測(cè)量之間的相關(guān)性。
本發(fā)明的超聲波血細(xì)胞比容測(cè)量方法和設(shè)備可大體實(shí)時(shí)地提供到至少7％及小達(dá)1％的由所有國(guó)際參考標(biāo)準(zhǔn)核實(shí)的血細(xì)胞比容和血紅蛋白濃度的測(cè)量。因而，與測(cè)量血液性質(zhì)的其它裝置相比，本發(fā)明可在便攜式外殼中實(shí)現(xiàn)，并且相對(duì)于其它便攜式裝置和自動(dòng)細(xì)胞計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)精度的臨床顯著改進(jìn)。此外，本發(fā)明在護(hù)理點(diǎn)處提供即刻結(jié)果。
用來(lái)實(shí)現(xiàn)以上技術(shù)的內(nèi)部系統(tǒng)構(gòu)造優(yōu)選地包括封裝在分析器10內(nèi)的電子子系統(tǒng)、相關(guān)軟件、及一次性取樣裝置12(如將看到的那樣，一次性裝置12成為測(cè)試構(gòu)造的部分)、及用來(lái)把一次性裝置12安置在分析器中的試樣腔室中以便進(jìn)行測(cè)試的門(mén)鎖插機(jī)構(gòu)。一次性裝置12插入在門(mén)20中，該門(mén)20然后關(guān)閉以把一次性裝置12引入到試樣腔室(待描述)中以便進(jìn)行測(cè)試。電子子系統(tǒng)包括具有用來(lái)控制測(cè)試過(guò)程的所有方面的支持芯片組和存儲(chǔ)器的傳統(tǒng)微處理器，外加用來(lái)與一次性裝置12接口以把血樣移送到位的微型泵。電子子系統(tǒng)也包括測(cè)試元件，外加用來(lái)檢測(cè)血樣溫度的溫度探測(cè)器90，該測(cè)試元件包括用來(lái)產(chǎn)生進(jìn)入血樣中的超聲波脈沖(同時(shí)包含在取樣裝置12內(nèi))的換能器，該換能器還用來(lái)檢測(cè)聲速(超聲波脈沖的飛行時(shí)間)。處理器由聲速和溫度測(cè)量計(jì)算HCT或HGB，并且經(jīng)顯示器40向用戶顯示HCT或HGB測(cè)量結(jié)果。這些特征按如下更詳細(xì)地描述試樣采集裝置12
按照本發(fā)明，其中測(cè)試血液的試樣腔室和其中采集血液的取樣裝置是一個(gè)和相同的，試樣采集裝置12起試樣腔室的作用，對(duì)于該試樣腔室使用超聲波方法。優(yōu)選地，試樣采集裝置12是一次性的，以使必需的清潔量最小。另一方面，也優(yōu)選的是，在試樣采集裝置12中的血液直接接觸在分析器10中的試樣腔室的表面，以便創(chuàng)建發(fā)射聲和從血液接收聲必需的聲學(xué)耦合。直接接觸是重要的，因?yàn)樗试S裝置控制和補(bǔ)償超聲波傳播過(guò)血液的準(zhǔn)確距離。該距離的知道有利于由飛行時(shí)間測(cè)量精確地計(jì)算聲速。下面描述的優(yōu)選實(shí)施例完成在測(cè)試期間在一次性裝置12內(nèi)充分地包含血液；和允許血液與分析器10的表面直接接觸。
圖6-9分別表明與圖1-4的現(xiàn)場(chǎng)便攜式分析器10一道使用的典型取樣裝置12的前視圖、截面圖、端視圖、及側(cè)視立體圖。取樣裝置12是用來(lái)安全和便利地把小血樣引入到分析器10中的一次性單元。
取樣裝置12是一般包括細(xì)長(zhǎng)和較薄的橡膠支撐框架7，該支撐框架7包括指握桿和形成有各種功能特征的相對(duì)功能端，該功能特征分離成三個(gè)主要區(qū)采集區(qū)10、測(cè)試區(qū)20、及致動(dòng)器區(qū)30。取樣裝置12的全部可以由Atofina Co.的PebaxTM橡膠、或任何其它柔性彈性體模壓。
采集區(qū)10包括到毛細(xì)管11的入口孔徑，該毛細(xì)管11在優(yōu)選實(shí)施例中是具有近似50微升的體積(這適于采集近似1-2滴血液)的空心親水圓筒形管。然而，依據(jù)裝置設(shè)計(jì)用于的具體分析器，毛細(xì)管11的體積可以在.01-1ml之間變化。用于毛細(xì)管11的當(dāng)前優(yōu)選尺寸是圓筒形的，具有1.6mm的內(nèi)徑和19mm的長(zhǎng)度，盡管其它尺寸和形狀可能是適當(dāng)?shù)?。長(zhǎng)度和內(nèi)徑可增大以采集較大試樣，或者它們可減小以便更快地抽吸并且保證容器可靠地保持試樣。毛細(xì)管11可以具有所示的圓形橫截面、或橢圓或各種直線圍成的形狀。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，諸如星形或矩形之類的非圓形橫截面增加管11的毛細(xì)抽吸，但可能難以模壓。毛細(xì)管11的入口孔徑向外突出以便更容易采集。毛細(xì)管11繼續(xù)進(jìn)入測(cè)試區(qū)20(見(jiàn)下面)。毛細(xì)管11的壁比較清晰或透明，并且可以由可見(jiàn)指示線、刻度標(biāo)記或某些其它明顯特征劃界，以向用戶指示已經(jīng)獲得足夠的血液。在實(shí)際中，病人的血液將通過(guò)針刺抽取(如下面描述的那樣)，毛細(xì)管11的入口孔徑將放置成與血液相接觸，并且血液將通過(guò)毛細(xì)作用引入管11中，直到采集到足夠的量。一旦完成，毛細(xì)管11就在從病人到分析器20輸送期間用起到血液的臨時(shí)存儲(chǔ)容器的作用。
圖9的右邊的放大說(shuō)明表明在管11的相對(duì)端與一次性裝置12的測(cè)試區(qū)20之間的連接。測(cè)試區(qū)20是由橫向孔徑21穿過(guò)取樣裝置12的支撐框架的前部和后部形成的打開(kāi)窗口。優(yōu)選地，孔徑21是圓筒形的，以限定具有圓筒形橫截面的圓形壁測(cè)試通道25。正方形或矩形橫截面也是適當(dāng)?shù)?，但圓筒形狀(具有平滑側(cè)面的圓形孔徑)阻礙氣泡在測(cè)試通道25中形成，同時(shí)也使準(zhǔn)確測(cè)試需要的血液量最小。兩個(gè)邊緣在前部和后部表面上都圍繞孔徑21，并且這兩個(gè)邊緣稍微升起以貼著分析器10的壁形成密封圈22(見(jiàn)圖8)。當(dāng)取樣裝置12插入到分析器10中，并且門(mén)20鎖閉以把取樣裝置12鎖定到位時(shí)，密封圈22形成與取樣裝置12的接觸點(diǎn)。一次性裝置12緊密地?cái)D壓在分析器10內(nèi)部的試樣腔室的兩個(gè)壁之間，所述壁與密封圈22配對(duì)以氣密地密封測(cè)試通道25。密封測(cè)試通道25的體積可以在.01至1ml的范圍內(nèi)。
毛細(xì)管11的通路在彼此相對(duì)布置的兩個(gè)孔23、24處橫穿測(cè)試通道25。遠(yuǎn)孔24經(jīng)空心致動(dòng)器管3 1繼續(xù)進(jìn)入致動(dòng)器區(qū)30。如圖6中所示，致動(dòng)器管31通向致動(dòng)器孔口32，該致動(dòng)器孔口32穿過(guò)取樣裝置12的前部打開(kāi)?？卓?2在對(duì)于分析器10中的微小泵(下面描述)的連接上密封，當(dāng)該泵被致動(dòng)時(shí)把血樣從毛細(xì)管11抽吸到密封的測(cè)試通道25中。
毛細(xì)管11被豎直取向，在裝置12位于分析器10中的同時(shí)，保持裝置12的大體豎直方位，從而任何內(nèi)部氣泡將穿過(guò)測(cè)試通道25向毛細(xì)管11的上方遷移，并且從孔口32排出。
包括端部34和35的致動(dòng)器管31在端部34處被整體模壓(或附加和密封)到測(cè)試通道25的孔24的邊緣上，并且這可以通過(guò)模壓和焊接兩個(gè)半段或通過(guò)整個(gè)裝置12的整體模壓而實(shí)現(xiàn)。以對(duì)于圍繞測(cè)試孔徑21的高起邊沿的類似方式，高起邊緣圍繞致動(dòng)孔口32存在。當(dāng)取樣裝置12插入到分析器10中時(shí)，這個(gè)邊緣形成圍繞在分析器的壁上的配對(duì)孔的密封(未表示)，允許微型泵與取樣裝置12連通和從采集區(qū)把流體向上引入到測(cè)試區(qū)中。
一次性裝置12在一側(cè)上模壓有一對(duì)月牙形孔徑45。月牙形孔徑45添加彈性，并且允許在分析器10的殼體30與門(mén)20之間的壓縮，有助于創(chuàng)建有效的鎖插效果和把裝置12可靠地安置在分析器10中。
一次性裝置12把手端1可以包括一個(gè)或多個(gè)高起或有紋的指握桿或高起結(jié)構(gòu)37(即脊或隆起)，以有助于防止裝置在血液采集和輸送到分析器10的期間脫落。
盡管一次性裝置12的優(yōu)選實(shí)施例一般由具有整體橡膠密封圈22的硬橡膠制成，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，裝置12可以大體由具有分離橡膠孔環(huán)型密封圈22的硬塑料形成。其它可能材料包括玻璃、聚苯乙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚碳酸酯、硅酮、聚丙烯、聚氨基甲酸乙酯、乳膠或聚乙烯。材料的選擇和對(duì)于裝置12的表面光潔度優(yōu)選地選擇成延期凝結(jié)(即，Pebax)的發(fā)作。當(dāng)在超聲波分析器中使用未處理的毛細(xì)血液時(shí)，這是特別需要的，因?yàn)橐呀?jīng)證明，凝結(jié)的生物化學(xué)過(guò)程改變相對(duì)于時(shí)間的聲的速度。表面光潔度優(yōu)選地是光滑的以使表面面積最小，允許血液更通暢地流過(guò)裝置和延期凝結(jié)的發(fā)作。
取樣裝置12可以通過(guò)一次注射模壓、或兩次注射模壓為分離的兩半然后將這兩半熱焊接在一起而制造，密封圈22和其它柔性元件整體地模壓或分離地添加。各種部分可以通過(guò)卡合、粘合劑、超聲波焊接、或任何固定不同塑料或橡膠材料的其它方法而連接。取樣裝置12也可以使用吹制模壓而形成。
取樣裝置12將對(duì)于一滴靜脈血起作用，但更優(yōu)選地，取樣裝置12被優(yōu)化以應(yīng)用于毛細(xì)血。毛細(xì)血往往具有與靜脈或動(dòng)脈血稍微不同的成分混合物。例如，取樣毛細(xì)血的HCT和HGB比從靜脈得到的試樣典型地高2-5％，一種可能使醫(yī)生做出不同決定的顯著差別。值得注意的還有，靜脈血典型地用直接建立到試管中的諸如EDTA之類的抗凝劑處理，而毛細(xì)血優(yōu)選地不使用抗凝劑地測(cè)試以為用戶簡(jiǎn)化采集過(guò)程。因而，超聲波信號(hào)和相關(guān)性的解釋優(yōu)選地適應(yīng)抽取類型。毛細(xì)血的優(yōu)點(diǎn)在于，它可從病人的手指快速和安全地抽取，而刺入靜脈是一種更復(fù)雜的過(guò)程，使病人更不舒服并且置于更大的并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)下。分析器10通過(guò)利用關(guān)于減小波束角度和增大測(cè)量時(shí)間分辨率的技術(shù)而優(yōu)化成使用指刺可得到的小體積血液工作。
在使用中，通過(guò)切開(kāi)皮膚(即，通過(guò)指刺、踵刺、耳垂刺)優(yōu)選地從手指抽取一滴毛細(xì)血，以在一次性裝置12中得到毛細(xì)血樣(與直接從手臂中的大靜脈抽取以填充整個(gè)試管的靜脈血相反)。毛細(xì)管11的端部放置成與切口位置緊密相鄰，并且通過(guò)毛細(xì)作用把血液抽吸到毛細(xì)管11中。當(dāng)用戶透過(guò)清晰或透明毛細(xì)管11看到足夠的血液已經(jīng)進(jìn)入管中(例如，血液已經(jīng)到達(dá)指示線或管的端部)時(shí)，把裝置移離切口位置。毛細(xì)管11用作臨時(shí)存儲(chǔ)容器，直到裝置100可插入到分析器10中用于分析。把在血液抽取和分析完成之間的時(shí)間減小到小于2分鐘，減小凝結(jié)對(duì)于聲在血液中傳播的速度的影響，并因而，減小對(duì)超聲波血液分析的結(jié)果的影響。如果預(yù)期在抽取血液與測(cè)試完成之間的時(shí)間將是顯著的(即，比2分鐘長(zhǎng)，由此引起影響穿過(guò)血液聲速的凝結(jié))，則粉末狀的肝素抗凝劑、EDTA或其它抗凝劑可以涂在裝置的內(nèi)部，以延遲凝結(jié)而不使紅細(xì)胞變形。
一次性裝置12的框架結(jié)構(gòu)專門(mén)設(shè)計(jì)成與分析器10的端口22配對(duì)(見(jiàn)圖1和2)，并且端口22需要一定的結(jié)構(gòu)，以與裝置12一道工作。端口22的結(jié)構(gòu)包括鉸接到分析器10的主殼體30上的門(mén)20，并且關(guān)閉和鎖閉，以把取樣裝置100捕獲和安置在內(nèi)部，使一個(gè)或多個(gè)傳感器227正交朝向穿過(guò)(并且封鎖)一次性裝置12的測(cè)試單元25正交地取向，如圖9中所示。因而，一次性裝置12插入到端口22中使血樣已經(jīng)在毛細(xì)管11中。
盡管圖6-9的實(shí)施例依賴于與一次性裝置12的孔口接合的微型泵，但圖10是表示可選擇一次性裝置實(shí)施例300的組合圖，其中在分析器10中的微型泵的作用由在一次性裝置300上的機(jī)上致動(dòng)器球泡332代替。致動(dòng)器球泡332優(yōu)選地由柔性橡膠或塑料制成，并且可以整體地模壓在取樣裝置300中(通過(guò)模壓和焊接兩個(gè)半部分或通過(guò)裝置300的整體模壓)。致動(dòng)器球泡332被密封，并且通過(guò)連接的致動(dòng)器管331把壓差提供到測(cè)試腔室325中。致動(dòng)器球泡332在裝置300的平面上方突出，并且端口22在預(yù)定深度處形成有收縮的側(cè)面(或突起)。因而，當(dāng)插入裝置300時(shí)，端口22的側(cè)面按壓致動(dòng)器球泡332，強(qiáng)迫空氣通過(guò)致動(dòng)器管331進(jìn)入測(cè)試筒325并且從孔徑321排出，然后當(dāng)球泡經(jīng)過(guò)時(shí)釋放球泡332。這樣，當(dāng)裝置300插入到端口22中使血樣已經(jīng)在毛細(xì)管11中時(shí)，試樣腔室22的壁擠壓和釋放球泡332。如以前那樣，圍繞測(cè)試腔室325的密封圈322貼著在分析器300內(nèi)的傳感器殼體表面328(包含一個(gè)或多個(gè)傳感器327)起擦拭機(jī)構(gòu)的作用。代替收縮壁，分析器10可以如表示的那樣包括用來(lái)按壓和釋放致動(dòng)器球泡32的機(jī)構(gòu)310(這可以是傳統(tǒng)螺線管)。以任一種方式，這創(chuàng)建把毛細(xì)管311中存儲(chǔ)的血液抽吸到測(cè)試腔室326中的真空。一旦完成分析，就拔出取樣裝置300，端口321的側(cè)面再次定位成按壓致動(dòng)器球泡331，因而使用空氣壓力強(qiáng)迫血液從測(cè)試腔室326排出并且返回毛細(xì)管311中。當(dāng)從分析器10除去裝置300時(shí)，密封圈322再次用作擦拭結(jié)構(gòu)，清潔檢測(cè)表面328。通過(guò)毛細(xì)作用和壓差的順序使用以在插入和拔出時(shí)自動(dòng)地把血液從容器移出到試樣腔室并且移回，消除意外暴露于血液的危險(xiǎn)。
在所有上述實(shí)施例中，采集區(qū)10、測(cè)試區(qū)20及致動(dòng)區(qū)30從裝置的支撐框架7的底部至頂部豎直地取向，但這不是絕對(duì)要求。依據(jù)與裝置接口的具體分析器的結(jié)構(gòu)，可以改變裝置的功能區(qū)(即，采集區(qū)10、測(cè)試區(qū)20及致動(dòng)區(qū)30)的定位。取樣裝置12的以上構(gòu)造以及其它可能變化更充分地公開(kāi)在提交于2004年11月5日并且標(biāo)題為“一次性流體試樣采集裝置”的共同待決PCT申請(qǐng)中。盡管取樣裝置12的優(yōu)選實(shí)施例是采集和保持血樣的定制裝置(這是最便利和衛(wèi)生的手段)，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，取樣裝置可選擇地是不用定制的注射器或柳葉刀(lance)，它們的任一種能夠把小血樣引入到分析器10的試樣腔室中。而且，取樣裝置和試樣腔室可以包括管狀裝置，從而使用靜脈穿刺針或其它針裝置從病人采集血液，于是血液流過(guò)管道長(zhǎng)度。管道長(zhǎng)度起試樣腔室的作用，特別是對(duì)于在流過(guò)管道長(zhǎng)度的試樣進(jìn)行的衰減系數(shù)和聲速測(cè)量方法。在任何情況下，使用獨(dú)立測(cè)量的血細(xì)胞比容的試樣可得到校準(zhǔn)，允許試樣的HCT、MCV和/或RBC的測(cè)量，甚至當(dāng)流過(guò)試樣腔室時(shí)也是如此。
試樣腔室22和換能器227圖11是側(cè)視橫截面，表明在分析器10的試樣腔室22中的一次性取樣裝置12的配合；并且圖12是操作示意圖。端口22包含具有高起檢測(cè)表面228的一個(gè)或多個(gè)換能器227，該高起檢測(cè)表面228接合裝置12的密封圈22，密封圈22起擦拭結(jié)構(gòu)的作用，清潔在分析器10內(nèi)的傳感器227的平行檢測(cè)表面228。當(dāng)完全插入時(shí)，一次性裝置12到達(dá)門(mén)20的底部，保證一次性裝置12正確地相對(duì)于檢測(cè)表面228定位。密封圈22然后形成貼著檢測(cè)表面228的氣密密封，由此形成封閉的測(cè)試腔室25。圖8(D)表明一次性裝置12的最終位置，使微型泵210面對(duì)致動(dòng)器區(qū)30并且圍繞傳感器227的高起檢測(cè)表面228與密封圈22相接合，從而傳感器227與測(cè)試通道25連通。微型泵210可以是各種可買到微型泵的任一種，如由Micropump，Inc銷售的無(wú)泄漏無(wú)密封磁驅(qū)動(dòng)低流量泵，用于計(jì)量和測(cè)定流體。
同樣，門(mén)20的鎖插致動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)(未表示)，該微動(dòng)開(kāi)關(guān)又在微型泵210處啟動(dòng)泵吸工序，以把在毛細(xì)管11中的血液抽吸到測(cè)試單元25中。如在圖8(D)處看到的那樣，微型泵210接合致動(dòng)器孔口32，并且把血樣從毛細(xì)管11吸到測(cè)試單元25中。
換能器227包括在試樣腔室22的一側(cè)上在選擇窗口84后面，用來(lái)發(fā)送和接收超聲波信號(hào)。另外的換能器可以安裝在間隙的相對(duì)正面上以利于間距-捕獲測(cè)量，盡管這沒(méi)有包含在優(yōu)選實(shí)施例中以消除另外傳感器的成本。換能器227優(yōu)選地聚焦或窄波束角度，以避免顯著量的能量撞擊孔徑邊緣-這依據(jù)試樣腔室的幾何形狀可能產(chǎn)生由雜散路徑或衍射圖案引起的相干噪聲。優(yōu)選地，可以使用具有近似1MHz至50MHz，更優(yōu)選地5MHz至20MHz的中心頻率的換能器。然而，10MHz的換能器是最優(yōu)選的。較高頻率的換能器容納較短路徑長(zhǎng)度、較準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)、較窄的波束角度、及減小的對(duì)于相干噪聲的靈敏度。
換能器227的元件直徑是確定波束寬度的另一個(gè)因素。對(duì)于所有構(gòu)造和測(cè)量，換能器元件227的直徑優(yōu)選地選擇成，保證波束角度適于腔室的形狀。波束角度應(yīng)該窄得足以使不希望的聲路徑或衍射圖案干擾測(cè)量(由于聲能撞擊孔徑的邊緣)的機(jī)會(huì)最小。
此外，換能器227的元件直徑影響聲場(chǎng)的形狀，如近場(chǎng)距離。一般地，優(yōu)選的是，回聲至它們返回到換能器227時(shí)完全通過(guò)近場(chǎng)，從而聲場(chǎng)的形狀是簡(jiǎn)單的(它可由平面波近似)。甚至更優(yōu)選的是，聲在它甚至到達(dá)血樣之前在遠(yuǎn)場(chǎng)中。窗口84優(yōu)選地用作雙重目的除保護(hù)換能器227的正面之外，延遲波直到它到達(dá)遠(yuǎn)場(chǎng)。因?yàn)閾Q能器227的直徑影響近場(chǎng)的長(zhǎng)度，所以它優(yōu)選地與窗口84的長(zhǎng)度結(jié)合地選擇，以保證近場(chǎng)比到血樣的傳送距離短。對(duì)于超聲波領(lǐng)域的技術(shù)人員，已知較小直徑傳感器將具有較短近場(chǎng)。用于延遲線的優(yōu)選材料包括可產(chǎn)生與水匹配的阻抗、具有高耐久性、和低衰減的塑料或其它材料。陣列、聚焦或窄寬度波束換能器可能有助于減小波束寬度和遠(yuǎn)場(chǎng)距離。一些優(yōu)選換能器直徑包括1.5mm、3mm、6mm、及12mm。換能器227優(yōu)選地用在脈沖回聲模式中，盡管也可以在間距-捕獲模式中使用多個(gè)換能器(未表示)?？傊?，如果聲僅穿過(guò)血液短距離傳播，則較高頻率是優(yōu)選的，以便增大時(shí)間分辨率和變窄聲束。對(duì)于長(zhǎng)路徑較低頻率是優(yōu)選的，以便使衰減最小。
試樣的溫度可以由諸如晶閘管(未表示)之類的溫度探測(cè)器90直接地測(cè)量，或者間接地測(cè)量。間接裝置可以包括等待試樣與其環(huán)境平衡和測(cè)量環(huán)境或容器溫度而代替血液溫度。如果血液的溫度正在快速地變化(例如因?yàn)樗切鲁槿〉?，則重復(fù)的超聲波測(cè)量和/或溫度測(cè)量允許本發(fā)明推出趨勢(shì)和預(yù)測(cè)一旦試樣已經(jīng)達(dá)到與其環(huán)境的熱平衡時(shí)的最終讀數(shù)。由于在任何設(shè)備或容器中的聲速關(guān)于溫度變化，所以容器壁的溫度可通過(guò)測(cè)量穿過(guò)壁的聲速而推出。溫度也可以被控制，從而沒(méi)有溫度變化影響測(cè)量。優(yōu)選實(shí)施例采用使用諸如熱敏電阻器之類的溫度檢測(cè)裝置90的測(cè)量。例如，熱敏電阻器90包括在試樣腔室22的另一側(cè)上，用來(lái)檢測(cè)在取樣裝置12中的血樣。優(yōu)選地，熱敏電阻器90安裝在腔室的內(nèi)表面上，從而它通過(guò)直接接觸測(cè)量血液溫度。如果這呈現(xiàn)清潔或污染問(wèn)題，則另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是把熱敏電阻器直接嵌在腔室90的壁的后面。測(cè)量試樣腔室22的金屬間隙的溫度，也允許裝置補(bǔ)償熱膨脹。換能器227和熱敏電阻器90電氣連接到分析器10內(nèi)的電路板上。
一旦完成分析，微型泵210就施加少量反向壓力，以強(qiáng)迫使血液從測(cè)試單元25出去并且返回毛細(xì)管11中。當(dāng)從分析器10除去裝置12時(shí)，密封圈22再次用作擦拭機(jī)構(gòu)，清潔檢測(cè)表面228。通過(guò)毛細(xì)作用和壓差的順序使用以在插入和拔出時(shí)自動(dòng)地把血液從容器轉(zhuǎn)移到試樣腔室并且移回，消除意外暴露于血液的危險(xiǎn)。
圖13是分析器10的側(cè)視立體圖，其中從分析器10的鉸鏈除去卡入門(mén)20，以描述取樣裝置12插入試樣腔室22。試樣腔室22保持各種元件的準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)，特別是在換能器與取樣裝置12之間的對(duì)準(zhǔn)。試樣腔室22的壁62由針對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度選擇的材料形成。優(yōu)選試樣腔室22的材料包括鋼或黃銅。腔室22優(yōu)選地按照準(zhǔn)確已知的尺寸制造，從而聲路徑長(zhǎng)度(在間隙的兩個(gè)正面之間的距離)優(yōu)選地已知到+/-0.2％，更優(yōu)選地到+/-0.05％。這是重要的，因?yàn)檠b置10基于這種記錄距離由測(cè)量的飛行時(shí)間計(jì)算聲速?？蛇x擇地，在制造之后作為校準(zhǔn)步驟可以測(cè)量間隙尺寸，并且記錄在裝置的存儲(chǔ)器中。試樣腔室22優(yōu)選地相對(duì)于取樣裝置12制定尺寸以按如下面描述的那樣包含＜1ml的血樣，盡管從0.01至1mL的任何處都是足夠的。對(duì)應(yīng)地，在間隙的正面之間的優(yōu)選距離是0.5mm-6mm，優(yōu)選地為3mm。
門(mén)20和鎖插結(jié)構(gòu)400圖14是分析器10的俯視立體圖，除去頂部殼體部分30A，以表明在取樣裝置12插入試樣腔室22的期間門(mén)20的鎖插結(jié)構(gòu)400的操作。門(mén)20在圖14中表示成打開(kāi)。圖15是類似視圖，其中門(mén)20關(guān)閉，并且分解鎖插結(jié)構(gòu)400的主要元件。組合地參照?qǐng)D14-15，試樣門(mén)20是具有相對(duì)鉸鏈422的側(cè)取向門(mén)，使相對(duì)鉸鏈422卡入到下部殼體30B中的樞軸結(jié)合處中。門(mén)20形成有成型套(contoured pocket)22，以導(dǎo)向一次性裝置12的可滑動(dòng)插入。試樣門(mén)20然后被鎖閉，以精確地把一次性裝置20與試樣腔室對(duì)準(zhǔn)并且把一次性裝置20在試樣腔室22中鎖定到位。
鎖插結(jié)構(gòu)400包括互配合部分的組件，該部分一般鎖插在圖15中所示關(guān)閉的門(mén)20，并且當(dāng)測(cè)試過(guò)程完成時(shí)自動(dòng)地打開(kāi)門(mén)20。鎖插機(jī)構(gòu)400包括固定底架420，具有一組樞轉(zhuǎn)銷424，如表示的那樣用于門(mén)20的下端的樞轉(zhuǎn)附加；和鉸接支架430，具有一組樞轉(zhuǎn)銷434，用于門(mén)20的上端的樞轉(zhuǎn)附加。鉸接支架430適于用來(lái)沿在固定支架420中形成的軌道426來(lái)回滑動(dòng)。因而，當(dāng)鉸接支架430向右滑動(dòng)時(shí)，銷434向右推動(dòng)門(mén)20的上端并且將門(mén)打開(kāi)。當(dāng)鉸接支架430向左滑動(dòng)時(shí)，銷434向左拉動(dòng)門(mén)20的上端，并且將門(mén)關(guān)閉。鎖插結(jié)構(gòu)400被偏置打開(kāi)，并且這通過(guò)在固定底架420與鉸接支架430之間伸長(zhǎng)的一個(gè)或多個(gè)彈簧(未表示)實(shí)現(xiàn)。如在圖15中看到的那樣，固定底架420包括彈性鎖插臂428，該彈性鎖插臂428鎖插到在鉸接支架430的下側(cè)上形成的凹口438中。因而，當(dāng)門(mén)20被關(guān)閉時(shí)(克服彈簧偏置力)并且鉸接支架430沿固定支架420的長(zhǎng)度移動(dòng)時(shí)，門(mén)20到達(dá)安全關(guān)閉位置，于是彈性鎖插臂428鎖插到凹口438中，并且將門(mén)20鎖閉。還具有自動(dòng)釋放機(jī)構(gòu)用于釋放門(mén)20和在測(cè)試之后允許門(mén)彈打。這可以借助于一段長(zhǎng)度的形狀記憶合金440(鎳-鈦，Nitinol)經(jīng)濟(jì)地完成，該形狀記憶合金440繞彈性鎖插臂428纏繞(導(dǎo)向塊如圖所示)，并且在其遠(yuǎn)端連接到電路板上。這樣，當(dāng)測(cè)試完成時(shí)，電流通過(guò)該長(zhǎng)度的形狀記憶合金440而施加，使它收縮，向內(nèi)拉動(dòng)鎖插臂428，使它從凹口438脫開(kāi)并釋放鉸接支架430，由此允許彈簧偏置門(mén)20突然打開(kāi)以便除去一次性裝置12。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可選擇的自動(dòng)釋放機(jī)構(gòu)是可能的，如螺線管釋放。門(mén)20的運(yùn)動(dòng)(鉸接支架430和固定支架420的相對(duì)運(yùn)動(dòng))由阻尼機(jī)構(gòu)操縱，該阻尼機(jī)構(gòu)包括從鉸接支架430突出的杠桿臂439。杠桿臂439沿減速臂445樞轉(zhuǎn)地安裝，該減速臂445又安裝到固定傳統(tǒng)阻尼鉸鏈450上。因而，當(dāng)門(mén)20被關(guān)閉并且鉸接支架430沿固定支架420的長(zhǎng)度向左移動(dòng)時(shí)，杠桿臂439沿減速臂445向后移動(dòng)，并且克服阻尼鉸鏈450的偏置力而壓靠它。相反，當(dāng)門(mén)20被釋放、它轉(zhuǎn)開(kāi)、及鉸接支架430沿靜止支架420的長(zhǎng)度向右移動(dòng)時(shí)，杠桿臂439沿減速臂445向前移動(dòng)，由此減小其杠桿作用，及同時(shí)克服阻尼鉸鏈450的偏置力而將減速臂445壓靠在阻尼鉸鏈450上。這提供阻尼作用，在關(guān)閉期間較強(qiáng)，以避免急動(dòng)運(yùn)動(dòng)和血液的溢出或噴濺。
上述門(mén)20和鎖插機(jī)構(gòu)提供多個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)。最重要得是，它有利于一次性裝置12在試樣腔室22中的準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)，并且有效鎖插避免無(wú)意的部分插入。套裝的門(mén)20允許取樣裝置12的松馳和較容易地插入和除去，能夠?qū)崿F(xiàn)較快插入和減小血樣凝結(jié)時(shí)間。在關(guān)閉時(shí)的有效鎖插防止在當(dāng)暴露血樣時(shí)的測(cè)試期間的打開(kāi)，由此使溢出或飛濺血液的危險(xiǎn)最小。另外，門(mén)20的自動(dòng)打開(kāi)提供測(cè)試完成的無(wú)錯(cuò)誤指示，允許一次性裝置12的快速除去并且保持門(mén)20和試樣腔室22清潔和沒(méi)有血液。這些特征使裝置更加用戶友好和安全，即使是不熟練的用戶也不易出錯(cuò)。況且，門(mén)20可容易地與其鉸鏈脫開(kāi)，以便容易清潔門(mén)20和試樣腔室22。
電子子系統(tǒng)200在內(nèi)部電路板上包含的電子子系統(tǒng)200負(fù)責(zé)控制在圖5中表示的四個(gè)功能即在步驟1 2處產(chǎn)生準(zhǔn)確受控的電信號(hào)，在步驟110處發(fā)送和接收超聲波，在步驟120處分析接收的波，在步驟130處取樣溫度，及在步驟140處計(jì)算臨床相關(guān)結(jié)果。因而，電子裝置一般包括用來(lái)激勵(lì)換能器82、捕獲來(lái)自其的信號(hào)、及分析的裝置。這些各種裝置可以為分離的裝置，或者它們集成在一起作為單個(gè)元件。
電子子系統(tǒng)也控制微型泵90、和鎖插機(jī)構(gòu)400。
圖16是優(yōu)選地實(shí)施成執(zhí)行在圖5中表明的步驟的電子子系統(tǒng)200的方塊圖。發(fā)送級(jí)優(yōu)選地包括信號(hào)發(fā)生器電路230，該信號(hào)發(fā)生器電路230包括傳統(tǒng)可編程信號(hào)發(fā)生器；放大、濾波、和/或降噪所必需的已知信號(hào)調(diào)節(jié)元件；及功率放大器，使輸出連結(jié)到換能器82上。信號(hào)發(fā)生器電路230產(chǎn)生足夠持續(xù)時(shí)間和振幅的單個(gè)電子信號(hào)以操作換能器。信號(hào)的頻率適于選擇的換能器227，并且長(zhǎng)度優(yōu)選為0.25至3個(gè)周期。信號(hào)的振幅應(yīng)該盡可能高，而不超過(guò)換能器的額定值。可能需要另一個(gè)放大器電路，以使信噪比最大。信號(hào)發(fā)生器電路230運(yùn)行以產(chǎn)生選通正弦波、正方形脈沖、具有指數(shù)延遲的脈沖或其它函數(shù)。信號(hào)通常具有與在使用中的換能器227的中心頻率相匹配的中心頻率，以使輸送到試樣的能量的量最大。對(duì)于頻率掃描，頻率范圍優(yōu)選地選擇成位于換能器227的可用帶寬內(nèi)。信號(hào)發(fā)生器電路230優(yōu)選地產(chǎn)生電脈沖，以在收發(fā)模式或脈沖回聲模式中操作換能器227。依據(jù)進(jìn)行的測(cè)量類型和試樣腔室的大小，信號(hào)的頻率可以從1至50Mhz，優(yōu)選地至少6Mhz，并且10Mhz當(dāng)前是最適當(dāng)?shù)摹Ｈ绻曋淮┻^(guò)血液傳播很短距離，則應(yīng)該選擇較高頻率，以便增大時(shí)間分辨率、減小對(duì)于相干噪聲的靈敏度、減小波束角度、或?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)度接近紅細(xì)胞直徑的波長(zhǎng)。對(duì)于長(zhǎng)路徑應(yīng)該選擇較低頻率，以使衰減最小。從試樣返回的超聲波信號(hào)使換能器227產(chǎn)生送達(dá)接收級(jí)的電信號(hào)。接收級(jí)優(yōu)選地包括信號(hào)調(diào)節(jié)放大器240、數(shù)字化器(A/D轉(zhuǎn)換器)250、及用來(lái)采集和分析數(shù)據(jù)的裝置，如微處理器260或微控制器、及用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的RAM 270(或可選擇地，磁性存儲(chǔ)器或CD)。用于測(cè)試、微型泵90、鎖插機(jī)構(gòu)400及診斷(待描述)的控制程序和分析軟件存儲(chǔ)在EEPROM 222中。
所有裝置控制、信號(hào)處理及探測(cè)邏輯由機(jī)上處理器260完成，包括信號(hào)測(cè)量和計(jì)算，該信號(hào)測(cè)量和計(jì)算包括基于來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器250的數(shù)字化信號(hào)的通過(guò)時(shí)間和振幅。信號(hào)處理算法優(yōu)選地包括如下的一個(gè)或多個(gè)噪聲濾波、平均、及自動(dòng)增益控制，這些是超聲波或電氣工程領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，并且這些不受具體限制。檢測(cè)邏輯優(yōu)選地包括交叉相關(guān)、零交叉檢測(cè)、或?qū)τ诒绢I(lǐng)域的技術(shù)人員已知的其它計(jì)時(shí)技術(shù)。裝置控制優(yōu)選地也由處理器260進(jìn)行。
需要放大器240，以提供信號(hào)振幅高達(dá)由數(shù)字化器250可容易捕獲并且/或者由模擬電子裝置分析的電平。因此，放大器應(yīng)該選擇成具有需要的增益。放大器240也應(yīng)該選擇成具有用于計(jì)劃測(cè)量的適當(dāng)帶寬。放大器240也可以包括一個(gè)或多個(gè)內(nèi)置濾波器。濾波器用來(lái)消除位于測(cè)量的頻帶之外的噪聲。適當(dāng)?shù)臑V波器包括有源或無(wú)源濾波器、RC濾波器。
返回參照?qǐng)D4，通信端口60，例如通用串行總線或其它標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)通信端口，通過(guò)USART(未表示)或其它通信IC電氣聯(lián)接到處理器260，通信端口60面板安裝在殼體30的后部處，以允許用戶把遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)連接到內(nèi)部電路板以用于遠(yuǎn)程診斷、數(shù)據(jù)下載、及其它目的。這允許分析器10與其它醫(yī)療設(shè)備、醫(yī)院裝置網(wǎng)絡(luò)、或與兩者通信。
軟件血細(xì)胞比容定義為在血液的試樣中紅細(xì)胞的體積分?jǐn)?shù)。在血液中的聲速是在血液中的血細(xì)胞比容(HCT)和血紅蛋白(HGB)的直接函數(shù)。這種關(guān)系因?yàn)榧t細(xì)胞和血紅蛋白具有與周圍血漿不同的材料成分和因此不同的聲速而產(chǎn)生。全血的聲速近似是其成分的聲速的加權(quán)平均。換句話說(shuō)，紅細(xì)胞的濃度越高，血液的聲速越接近紅細(xì)胞的聲速，而不是血漿的聲速。因?yàn)榧t細(xì)胞組成血液體積的幾乎50％，所以HCT和HGB至今是影響在血樣中的聲速的最強(qiáng)烈變量。其它血液成分(白細(xì)胞、血小板、細(xì)胞外蛋白)的變化可以稍微改變聲速，并且限制本發(fā)明的精度，但其影響足夠小，它在至今的試驗(yàn)中實(shí)際上不顯著。
由于大部分血紅蛋白在通常的生理?xiàng)l件下在紅細(xì)胞中，所以HGB和HCT結(jié)果典型地把等效信息提供給醫(yī)師。它們都指示血液的攜氧能力。如下一般函數(shù)表明聲速對(duì)于HCT和溫度的實(shí)際依賴性Cf＝g(HCT，T)Cf＝f(HGB，T)其中Cf是在血液中的聲速，HGB是血紅蛋白的濃度，HCT是血細(xì)胞比容，T是溫度，及f和g是必須經(jīng)驗(yàn)確定的函數(shù)。
因?yàn)槁曀偈荋GB和HCT的函數(shù)，所以人們可測(cè)量聲速，并且通過(guò)轉(zhuǎn)換計(jì)算把它用作HGB和/或HCT的指示。
計(jì)算聲速的優(yōu)選方式是通過(guò)測(cè)量在已知距離上一個(gè)或多個(gè)短超聲波脈沖的飛行時(shí)間。
Cf＝d/t其中Cf是聲速，d是聲傳播過(guò)試樣的距離，及t是聲傳播過(guò)該距離所用的測(cè)量時(shí)間。
圖17是流程圖，表明使用兩種可選擇的聲速測(cè)量技術(shù)任一種來(lái)實(shí)施上述測(cè)量方法的示例性的軟件步驟。利用兩種技術(shù)，方法從信號(hào)產(chǎn)生步驟12(也見(jiàn)圖5)開(kāi)始，其中微處理器和/或FPGA 260(圖16)觸發(fā)信號(hào)發(fā)生器電路230，該信號(hào)發(fā)生器電路230創(chuàng)建脈沖波形。當(dāng)前，一系列脈沖在特定測(cè)試間隔上發(fā)射，盡管這可以作為設(shè)計(jì)選擇問(wèn)題，從單個(gè)脈沖到任何各種脈沖列變化。在步驟110處，信號(hào)發(fā)生器把脈沖波形輸出到超聲波換能器82，該超聲波換能器82發(fā)射穿過(guò)血樣的脈沖波形，并且然后接收從試樣腔室22的遠(yuǎn)壁反射的返回脈沖。在步驟115處，進(jìn)行調(diào)節(jié)步驟，通過(guò)該調(diào)節(jié)步驟，接收脈沖由濾波器/放大器240濾波和放大。
裝置然后執(zhí)行信號(hào)分析步驟120，該信號(hào)分析步驟120如由可選擇支路120A和120B表示的那樣，可以分別是模擬信號(hào)分析或數(shù)字信號(hào)分析。模擬信號(hào)分析120A通過(guò)模擬信號(hào)檢測(cè)電路121承擔(dān)接收信號(hào)的信號(hào)檢測(cè)，和使用數(shù)字計(jì)時(shí)器122確定時(shí)間t(聲穿過(guò)血樣傳播過(guò)預(yù)定距離d所用的測(cè)量時(shí)間)的信號(hào)的計(jì)時(shí)接收?？蛇x擇地，數(shù)字信號(hào)分析步驟120B承擔(dān)在A/D轉(zhuǎn)換器或數(shù)字化器250處數(shù)字化接收信號(hào)；在數(shù)字噪聲濾波器252處濾波數(shù)字化信號(hào)；及把信息反饋給微處理器和/或FPGA 260。
在兩種情況下，微處理器260添加彈性范圍選通接收的和數(shù)字化的信號(hào)，和/或編輯接收信號(hào)的平均值，在兩種情況下都改進(jìn)裝置的精度。范圍選通有助于分辨最相關(guān)的反射，給出的任何單個(gè)輸出脈沖可能產(chǎn)生不是都相關(guān)的多重反射。在信號(hào)分析期間，只考慮在預(yù)定時(shí)間間隔期間接收的反射信號(hào)。因而，對(duì)于任何給定輸出脈沖，微處理器260可被編程成，期待在預(yù)定間隔期間從血樣的近表面、和在第二預(yù)定間隔期間從腔室的遠(yuǎn)壁發(fā)出的反射脈沖。選擇性地落在這兩個(gè)間隔內(nèi)的兩個(gè)反射脈沖可隔離和相減，以確定聲穿過(guò)血樣的飛行時(shí)間，由此排除諸如穿過(guò)窗口84的飛行時(shí)間和在電子裝置200中的延遲之類的變量。況且，在測(cè)試間隔期間發(fā)射多個(gè)輸出脈沖的場(chǎng)合，微處理器260可保持對(duì)于多個(gè)試樣的平均飛行時(shí)間。平均可能是滾動(dòng)平均(對(duì)于比如十個(gè)左右輸出脈沖的連續(xù)組的平均)、或在給定測(cè)試間隔內(nèi)的所有輸出脈沖的累計(jì)平均。同樣，范圍選通和脈沖平均有助于提高裝置的精度和一致性。
當(dāng)然，可對(duì)以上技術(shù)進(jìn)行多種可接收變化，如平均具有預(yù)先緩沖波形的取樣波形、和計(jì)算合成平均波形，處理器260由該合成平均波形計(jì)算具有取樣波形的信號(hào)的飛行時(shí)間。所有都認(rèn)為在本裝置的范圍和精神內(nèi)。
對(duì)于上述兩種路徑(數(shù)字和模擬)120A和120B，方法轉(zhuǎn)到步驟140，該步驟140承擔(dān)臨床結(jié)果的計(jì)算。更明確地說(shuō)，在子步驟141處，處理器260基于信號(hào)的飛行時(shí)間計(jì)算取樣波形的聲速(SOS)。給定聲速，處理器260然后能夠在子步驟142處，基于相關(guān)性HCT＝a*SOS+b*TEMP+c由聲速和溫度測(cè)量導(dǎo)出血細(xì)胞比容(HCT)，(其中a、b、及c是經(jīng)驗(yàn)確定的常數(shù))。示例性的系數(shù)已經(jīng)按如下經(jīng)驗(yàn)地確定，雖然這些系數(shù)對(duì)于每個(gè)系統(tǒng)典型地通過(guò)經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)出以考慮系統(tǒng)偏差，并因此當(dāng)前計(jì)算不應(yīng)該認(rèn)為限于這些特別的系數(shù)。
a＝1.01179b＝-1.98782c＝-1489.70值得注意的是，上文假定線性公式，但在本系統(tǒng)中存在可以容易地實(shí)施的更高階計(jì)算，及認(rèn)為在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。為了當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的目的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)線性形式是簡(jiǎn)單和精確的。
在上文中也隱含著溫度影響聲速，所以結(jié)果是溫度依賴的，并且必須調(diào)整以考慮溫度變化。這使用來(lái)自熱敏電阻90的一個(gè)或多個(gè)溫度測(cè)量實(shí)現(xiàn)。此外，依據(jù)為本發(fā)明選擇的材料，可能需要考慮溫度對(duì)于其元件部分的大小和形狀的影響。
給定來(lái)自步驟140的臨床結(jié)果的計(jì)算，在子步驟143處，HCT臨床測(cè)量顯示在顯示器40處。
同樣，給定聲速和溫度，基于類似相關(guān)性HGB＝d*SOS+e*TEMP+f(其中d、e、及f是經(jīng)驗(yàn)確定的常數(shù))確定血紅蛋白濃度，并且可同樣顯示血紅蛋白濃度HGB臨床測(cè)量。
值得注意的是，裝置10能夠采用用來(lái)測(cè)量聲速的其它已知技術(shù)，并且這些也適于用在本發(fā)明中。況且，其它可測(cè)量的超聲波特性(除聲速之外)適于在使HCT或HGB相關(guān)時(shí)使用，如測(cè)量衰減和超聲波信號(hào)的反向散射。同樣，溫度影響衰減系數(shù)和反向散射，所以結(jié)果是溫度依賴的，并且必須調(diào)整以考慮溫度變化。這使用來(lái)自熱敏電阻90的一個(gè)或多個(gè)溫度測(cè)量實(shí)現(xiàn)。
裝置10的一般使用和操作在上述實(shí)施例中，用戶經(jīng)指刺或踵刺抽取一滴血，并且把它采集在取樣裝置12中。取樣裝置12放置在分析器10的門(mén)20中，門(mén)20被關(guān)閉和鎖插，并且裝置將自動(dòng)地顯示血細(xì)胞比容和/或血紅蛋白濃度。插入取樣裝置12要求很少技巧、經(jīng)驗(yàn)或指導(dǎo)，因?yàn)樗荒芤哉_方位配合在裝置中。由分析器10運(yùn)行的控制軟件在后臺(tái)完成如下功能，并且經(jīng)顯示器40指導(dǎo)用戶。
A.通電通電將啟動(dòng)分析器10，運(yùn)行電子自檢及確定是否需要修理。在通電之后，顯示器指示分析器10準(zhǔn)備好接收和測(cè)試另外的試樣?？刂栖浖梢栽诠w測(cè)試之間進(jìn)行自測(cè)，以檢測(cè)對(duì)于清潔的需要。
B.在測(cè)試之后，結(jié)果顯示在顯示器40處。
C.釋放當(dāng)完成測(cè)試分析器10通過(guò)鎖插結(jié)構(gòu)400自動(dòng)地彈出試樣(以避免在測(cè)試腔室中的凝結(jié)和干燥)并且也在顯示器40處提示用戶“REMOVE SAMPLE(除去試樣)”。如果需要，在測(cè)試期間取樣裝置12可以自動(dòng)地鎖到分析器10中。
診斷除上述的簡(jiǎn)單電子自檢之外，分析器10便利裝置的整體精度的用戶幫助自測(cè)試。這采用填充有校準(zhǔn)流體或“QC流體”的專用診斷一次性裝置(這能是優(yōu)選地具有與血液類似的超聲波性質(zhì)的任何流體，鹽溶液是可接收的例子)。
圖18是校準(zhǔn)取樣裝置512的前視圖，該校準(zhǔn)取樣裝置512同樣一般包括如以上參照?qǐng)D6-9描述的取樣裝置12那樣構(gòu)造和形成的細(xì)長(zhǎng)較薄的橡膠支撐框架。然而，替代打開(kāi)毛細(xì)輸入，校準(zhǔn)取樣裝置512包括連接到像測(cè)試區(qū)20和致動(dòng)器區(qū)30上的滴管端口514。滴管端口514包括用來(lái)放置近似50微升的試樣QC流體的入口孔徑。QC流體由封閉毛細(xì)管511引導(dǎo)到測(cè)試區(qū)520。值得注意的是，連接到測(cè)試區(qū)520上的毛細(xì)管511對(duì)于校準(zhǔn)取樣裝置512水平地布置，而不是像對(duì)于實(shí)際取樣裝置12那樣豎直地布置。而豎直取向?qū)τ跍p小紅細(xì)胞的沉降是必需的，對(duì)于諸如鹽之類的QC流體不用面對(duì)這個(gè)問(wèn)題。水平取向保證QC流體的校準(zhǔn)試樣的更均勻分布。毛細(xì)管511繼續(xù)通過(guò)測(cè)試區(qū)520到泵孔口522，如在血液取樣一次性裝置12中那樣。校準(zhǔn)取樣裝置512預(yù)標(biāo)記有代表基于信號(hào)的飛行時(shí)間的、穿過(guò)QC流體試樣的期望聲速(SOS)的校準(zhǔn)值。給定關(guān)于血液試樣在以上描述的診斷計(jì)算的相同形式，校準(zhǔn)取樣裝置512允許使用QC流體試樣的可靠用戶自測(cè)試，使校準(zhǔn)結(jié)果便利地顯示在顯示器40處。用戶只需確認(rèn)校準(zhǔn)結(jié)果與預(yù)打印在校準(zhǔn)取樣裝置512上的那些結(jié)果相匹配。
工業(yè)適用性血液測(cè)試典型地用注射器和試驗(yàn)室血液分析器進(jìn)行。然而，較新的進(jìn)步導(dǎo)致便攜式和更便利的(較少侵入)產(chǎn)品。在市場(chǎng)上出現(xiàn)很少的一般接收測(cè)試條(涂有血樣和試劑)等的便攜式血液分析器。然而，這些極為骯臟，并且至少不保護(hù)血樣從病人到分析器的傳送。本發(fā)明是適于便攜或手持用途、并且也適于臺(tái)式或永久設(shè)施的血液分析器。系統(tǒng)是快速的，并且適于小達(dá)1％的精度，如由國(guó)際參考標(biāo)準(zhǔn)證實(shí)的那樣。另外，本發(fā)明適用于最小侵入測(cè)量(使用血液取樣裝置以把非常小的血樣放置在測(cè)量腔室中)。上述系統(tǒng)屬性反映了第一護(hù)理點(diǎn)的HCT和/或HGB測(cè)量裝置，該裝置具有與較大CBC試驗(yàn)室設(shè)備可比的精度。這在如下領(lǐng)域的每一個(gè)中提供優(yōu)于傳統(tǒng)裝置的顯著改進(jìn)便攜性-在裝置中的元件較小、耐久、和重量輕。目標(biāo)重量小于10磅，這小于自動(dòng)細(xì)胞計(jì)數(shù)器的重量的三分之一。
速度-單一超聲波脈沖和測(cè)量周期占用幾分之一秒，并且固件信號(hào)分析允許幾乎即時(shí)結(jié)果。目標(biāo)周期時(shí)間小于60秒，這是在由血液試驗(yàn)室處理所要求的最小10分鐘上作出了90％改進(jìn)。對(duì)于本發(fā)明，精確的血細(xì)胞比容和血紅蛋白濃度測(cè)量設(shè)有僅一分鐘的回轉(zhuǎn)時(shí)間，從試樣到結(jié)果的時(shí)間減少多于90％。試樣和精確HCT和HGB測(cè)量因而不需要等待就可以得到。
精度-優(yōu)于現(xiàn)有便攜式裝置兩倍，好于2％。
本發(fā)明在民用和軍用緊急醫(yī)療環(huán)境中是有用的，并且可作為小的、輕重量的、獨(dú)立的、及耐久的裝置進(jìn)行實(shí)施，該裝置可容易地?cái)y帶到緊急場(chǎng)合。它服務(wù)于私人開(kāi)業(yè)醫(yī)師，因?yàn)楫?dāng)立即需要具有高精度的結(jié)果時(shí)，它提供一種縮小血液分析試驗(yàn)室的選擇。速度和精度為醫(yī)師提供他們?cè)谕怀鲈\期間可使用的信息，節(jié)省關(guān)于重復(fù)出診和電話呼叫的時(shí)間。它也為貧血精確地篩選輸血者而服務(wù)于血庫(kù)。
現(xiàn)在已經(jīng)充分地描述了本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然，不脫離這里敘述的本發(fā)明的精神或范圍，對(duì)其可進(jìn)行多種變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)確定血液的血細(xì)胞比容或血紅蛋白濃度的系統(tǒng)，包括取樣裝置，用來(lái)采集血樣；和分析器，適于所述取樣裝置的插入，并且用來(lái)測(cè)量和顯示所述血樣的血細(xì)胞比容或血紅蛋白濃度，所述分析器還包括信號(hào)發(fā)生器，用來(lái)產(chǎn)生電子信號(hào)，至少一個(gè)換能器，所述換能器聯(lián)接到所述脈沖發(fā)生器上，用來(lái)把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成超聲波信號(hào)，所述換能器向在所述取樣裝置中的孔徑取向，用來(lái)把超聲波信號(hào)發(fā)射到同時(shí)仍然在所述取樣裝置內(nèi)的血樣中，并且用來(lái)接收來(lái)自所述血樣的超聲波反射，接收器，用來(lái)從超聲波反射測(cè)量物理參數(shù)，及處理器，用來(lái)由所述測(cè)量物理參數(shù)計(jì)算在所述血樣中的任何血細(xì)胞比容或血紅蛋白濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用來(lái)確定血液的血細(xì)胞比容或血紅蛋白濃度的設(shè)備，其中，所述孔徑限定在所述取樣裝置中的測(cè)試單元，并且當(dāng)所述取樣裝置插入在所述分析器中時(shí)，所述至少一個(gè)換能器覆蓋所述孔徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用來(lái)確定血液的血細(xì)胞比容或血紅蛋白濃度的設(shè)備，其中，所述取樣裝置包括用來(lái)引導(dǎo)血樣的毛細(xì)通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用來(lái)確定血液的血細(xì)胞比容或血紅蛋白濃度的設(shè)備，其中，所述分析器包括用來(lái)把所述血樣從所述毛細(xì)通道泵入到所述測(cè)試單元中的微型泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用來(lái)確定血液的血細(xì)胞比容或血紅蛋白濃度的設(shè)備，其中，所述分析器包括樞轉(zhuǎn)門(mén)，該樞轉(zhuǎn)門(mén)具有用于所述取樣裝置的插入的套，并且用來(lái)樞轉(zhuǎn)所述取樣裝置進(jìn)入所述分析器中的測(cè)試腔室中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用來(lái)確定血液的血細(xì)胞比容或血紅蛋白濃度的設(shè)備，其中，所述門(mén)是彈簧偏置打開(kāi)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用來(lái)確定血液的血細(xì)胞比容或血紅蛋白濃度的設(shè)備，還包括用來(lái)把所述樞轉(zhuǎn)門(mén)鎖閉的鎖插機(jī)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用來(lái)確定血液的血細(xì)胞比容或血紅蛋白濃度的設(shè)備，其中，所述鎖插機(jī)構(gòu)包括固定底架和安裝在所述底架上的可滑動(dòng)支架。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用來(lái)確定血液的血細(xì)胞比容或血紅蛋白濃度的設(shè)備，還包括用來(lái)解鎖所述門(mén)的電氣控制解鎖機(jī)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用來(lái)確定血液的血細(xì)胞比容或血紅蛋白濃度的設(shè)備，其中，所述解鎖機(jī)構(gòu)包括形狀記憶合金。
11.一種用來(lái)確定血液的血細(xì)胞比容或血紅蛋白濃度的設(shè)備，包括取樣裝置，用來(lái)獲得血樣，所述取樣裝置包括本體，該本體在一端處具有指握桿和相對(duì)功能端，所述功能端還包括采集區(qū)，包括入口孔徑，通過(guò)該入口孔徑，流體通過(guò)毛細(xì)作用進(jìn)入該裝置，并且流入所述采集區(qū)；測(cè)試區(qū)，與所述采集區(qū)流體連通，用來(lái)在測(cè)試期間在所述分析器的內(nèi)部容納所述流體；及泵吸區(qū)，與所述測(cè)試區(qū)流體連通，用來(lái)引入壓差，并且由此把所述流體從所述采集區(qū)引導(dǎo)到用于測(cè)試的所述測(cè)試區(qū)中；和分析單元，包括試樣端口，用于所述取樣裝置的插入；信號(hào)發(fā)生器，用來(lái)產(chǎn)生電信號(hào)；至少一個(gè)換能器，聯(lián)接到所述脈沖發(fā)生器上并且向在所述取樣裝置上的測(cè)試區(qū)取向，用來(lái)按照所述電信號(hào)發(fā)射穿過(guò)同時(shí)在所述取樣裝置中的血樣的超聲波信號(hào)，并且用來(lái)接收來(lái)自所述血樣的反射；溫度探測(cè)器，用來(lái)測(cè)量所述血樣的溫度；接收機(jī)，用來(lái)由所述超聲波反射測(cè)量物理參數(shù)；及處理器，用來(lái)由所述測(cè)得的物理參數(shù)計(jì)算在所述血樣中的任何血細(xì)胞比容或血紅蛋白濃度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的流體試樣采集裝置，其中，所述泵入?yún)^(qū)包括用來(lái)引入所述壓差的球泡。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的流體試樣采集裝置，其中，所述泵入?yún)^(qū)包括用來(lái)把在所述分析器中的泵聯(lián)接到所述測(cè)試區(qū)上的孔口，用來(lái)引入所述壓差。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的流體試樣采集裝置，其中，所述球泡通過(guò)將所述采集裝置插入到所述分析器中和在插入期間對(duì)其擠壓而操作。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的流體試樣采集裝置，其中，所述球泡經(jīng)在所述分析器中的致動(dòng)器的擠壓而操作。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的流體試樣采集裝置，其中，所述測(cè)試區(qū)包括開(kāi)口腔室，該開(kāi)口腔室通過(guò)在所述分析器的傳感器壁之間的插入被密封。
17.一種血液分析裝置，包括一次性血液取樣裝置，具有用來(lái)通過(guò)毛細(xì)作用采集流體試樣的裝置、和用來(lái)通過(guò)壓差把所述流體運(yùn)送到測(cè)試單元以便由所述分析器進(jìn)行測(cè)試的裝置；和分析器單元，所述一次性流體取樣裝置可以插入到該分析器單元中，用來(lái)測(cè)量穿過(guò)仍在所述一次性取樣裝置中的血樣的超聲波的飛行時(shí)間，并且用來(lái)由所述測(cè)得物理參數(shù)計(jì)算在所述血樣中的血細(xì)胞比容或血紅蛋白。
18.一種自測(cè)試分析器的方法，該分析器如在權(quán)利要求1中描述的那樣用來(lái)確定血液的血細(xì)胞比容或血紅蛋白濃度，該方法包括步驟把校準(zhǔn)測(cè)試流體放置在取樣裝置中，并且把期望物理參數(shù)直接記錄在所述取樣裝置上；把所述取樣裝置插入在所述分析器中，使所述測(cè)試流體包含在其中；由其中的超聲波反射，測(cè)量和顯示物理參數(shù)；及由在所述分析器處的所述校準(zhǔn)測(cè)試流體，計(jì)算和顯示實(shí)際物理參數(shù)，用于由用戶與記錄在所述取樣裝置上的期望物理參數(shù)相比較。
19.一種用來(lái)與在權(quán)利要求1中所描述的分析器一道使用的一次性取樣裝置，包括毛細(xì)管，具有用來(lái)把測(cè)試流體抽入到所述取樣裝置中的入口孔徑，所述毛細(xì)管當(dāng)插入到所述分析器中時(shí)被大體豎直地取向；和測(cè)試單元，與所述毛細(xì)管流體連通。
20.一種用來(lái)與在權(quán)利要求1中所描述的分析器一道使用的校準(zhǔn)取樣裝置，包括毛細(xì)管，用來(lái)把測(cè)試流體抽入到所述取樣裝置中，所述毛細(xì)管當(dāng)插入到所述分析器中時(shí)被水平地取向；和測(cè)試單元，與所述毛細(xì)管流體連通。
全文摘要
一種超聲波現(xiàn)場(chǎng)－便攜式系統(tǒng)，用來(lái)精確地測(cè)量在小食品試樣中的血細(xì)胞比容(HCT)和血紅蛋白濃度(HGB)。該系統(tǒng)包括分析器(10)，該分析器(10)允許由在一次性取樣裝置(12)中采集的僅一滴或兩滴血液極精確地測(cè)量血液的血細(xì)胞比容，該一次性取樣裝置(12)然后插入到分析器(10)中。該系統(tǒng)緊湊得足以包裝在護(hù)理點(diǎn)檢測(cè)(pointof care)裝置中，使得護(hù)理點(diǎn)檢測(cè)(point of care)裝置具有與較大CBC試驗(yàn)室設(shè)備可比較的精度。
文檔編號(hào)G01N29/024GK1906485SQ200480040888
公開(kāi)日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月26日
發(fā)明者弗朗西斯·斯考特·科里, 本·萊恩, 布萊恩·墨菲, 布萊恩·利普福德, 塞繆爾·里德 申請(qǐng)人:分離技術(shù)公司