Пристрій для діагностики порушень гемостатичного балансу крові “коагулоскоптс”

Изобретение относится к области медицины, а именно к приборам для регистрации состояния систем гемостаза цельной крови, и преимущественно может использоваться в широкой сети поликлиник, больниц и научно-исследовательских институтах. Известно устройство "Коагулограф Н-333", включающее термостатический блок, содержащий регулятор температуры, электродную камеру, установленную в последней ячейку для крови с запрессованными на дне двумя точечными электродами и отслеживающее устройство. Регулятор температуры обеспечивает стабилизацию температуры в электродной камере в пределах +37± 0,5°С при температуре окружающего воздуха не выше +37°С. Ячейка для крови установлена в электродной камере с приспособлением для ее качания. Отслеживающее устройство включает миллиамперметр, самописец и лентопротяжный механизм с диаграммной бумагой Работа этого прибора основана на кондуктометрическом принципе, Происходящее в электродной ячейке свертывание крови вызывает изменение величины силы тока, которая регистрируется самописцем на диаграммной бумажной ленте в виде пилообразной графической кривой. Затем по известной скорости перемещения бумажной ленты (10 мм/сек) вычисляются временные интервалы некоторых фаз коагуляции. Последние показатели используются для оценки свертывающих свойств крови [Кац A.M., Канторович А.С. Руководство по приборам и оборудованию для медико-биологических исследований. Л., "Медицина", 1976; Баранов А.А. Электрокоагулография с применением интегральных показателей в оценке нарушения гемостаза у детей. - Анестезиология и реаниматология, 1988, № 6, с. 56-61]. К недостаткам прототипа относятся: - непригодность устройства для эксплуатации при температуре окружающего воздуха от +37,5°С до +50°С из-за отсутствия в термостатическом блоке элементов, обеспечивающих охлаждение электродной камеры до рабочей температуры (+37°С), - отсутствие в электродной камере приспособления для создания в ней 100% влажности, необходимой для устранения неблагоприятного влияния испарения крови на показатели ее электропроводности и скорости образования сгустка, - зависимость графической кривой коагулограммы и, следовательно, временных интервалов фаз свертывания крови от качества работы лентопротяжного механизма, приспособления для качания электродной ячейки и затрудненного выхода из нее пузырьков газа, - отсутствие равномерного контакта крови с электродами на всей площади дна электродной ячейки и изменение толщины слоя крови над электродами из-за колебания электродной ячейки нарушают процесс электролиза крови, что отражается на исследуемых показателях, - на графической кривой коагулограммы трудно выделить участки, соответствующие II и III фазам коагуляции, ретракции сгустка и началу фибринолиза. В основу изобретения положена задача создать устройство для диагностики нарушений гемостаза, в котором путем усовершенствования термостатического блока, разработки новой электродной ячейки, введения приспособления для увлажнения воздуха в электродной камере, использования электронных систем для построения графической кривой коагулограммы, отслеживания электрических Сигналов и вычисления параметров, обеспечивалось бы при температуре окружающего воздуха от +10°С до +50°С стабильное состояние в электродной камере температуры t=37 ± 0,1°С и 100% влажности, необходимое для процесса свертывания крови и фибринолиза сгустка в течение установленного времени исследования (30-45 мин), измерение временных интервалов фаз образования тромбопластина, тромбина, фибрина, ретракции сгустка, фиксация начала фибринолиза, определение величин плотности крови на этапах ее свертывания и растворения сгустка, вычисление количества вещества, участвующего в образовании каждой фазы, и соотношения между антисвертывающей и свертывающей системами крови, визуализация трудно диагностируемого синдрома диссеминированного внутрисосудистого свертывания крови, определение количественного показателя степени и направленности нарушения коагуляции и фибринолиза, благодаря чему повысилась бы эффективность диагностики и лечения нарушений гемостаза при острых и хронических заболеваниях, Поставленная задача решена тем, что в предлагаемом устройстве, включающем термостатический блок, содержащий источник опорного напряжения, предварительный усилитель, регулятор температуры и электродную камеру, установленную в последней электродную ячейку для крови, отслеживающее устройство, согласно изобретению дополнительно введены второй источник опорного напряжения, ручной регулятор напряжения, аналоговый коммутатор напряжений, цифро-аналоговый преобразователь, микроЭВМ, входящие в термостатический блок термоэлектрические модули, радиаторы охлаждения и устройство сигнализации, в электродную ячейку для крови четыре продольных электрода из нерастворяющегося при электролизе материала, напыленного на ее дне от передней до задней стенки, приспособление, состоящее из емкости для воды и пористой ткани, для создания 100% влажности воздуха в электродной камере, и входящие в отслеживающее устройство аналоговый коммутатор сигналов электродной камеры и ячейки, аналого-цифровой преобразователь, устройство согласования с принтером, устройство согласования с персональной ЭВМ и семисегментные индикаторы. Один источник опорного напряжения подключен ко входу предварительного усилителя, который выходом соединен с регулятором температуры, подключенным к термоэлектрическим модулям, и с устройством сигнализации, при этом последовательно соединенные термоэлектрические модули, установленные под электродной камерой, соединены с электродной камерой и с радиаторами охлаждения. Второй источник опорного напряжения, ручной регулятор напряжения и аналоговый коммутатор напряжений соединены последовательно, кроме того второй источник опорного напряжения подключен к цифроаналоговому преобразователю, соединенному с микроЭВМ, а аналоговый коммутатор напряжений выходом подключен к электродной камере термостатического блока, в котором электродная ячейка для крови с четырьмя продольными электродами фиксируется в горизонтальной плоскости. При этом электродная камера подключена ко входу аналогового коммутатора сигналов электродной камеры и ячейки, соединенного с "Общей шиной" и с аналогоцифровым преобразователем, также соединенным с "Общей шиной". Устройство согласования с принтером, устройство согласования с персональной ЭВМ и семисегментные индикаторы подключены к "Общей шине". Электродная камера выполнена с возможностью ее герметизации и имеет приспособление для создания 100% влажности воздуха при рабочей температуре +37 ±0,1 °С. Введение второго источника опорного напряжения, цифро-аналогового преобразователя, микроЭВМ, термоэлектрических модулей, радиаторов охлаждения, устройства сигнализации, четырех продольных электродов, напыленных на дне электродной ячейки, приспособления для создания 100% влажности воздуха в электродной камере и электронного отслеживающего устройства, в отличие от прототипа, позволяет качественно регистрировать процесс свертывания крови и фибринолиза сгустка при температуре окружающей среды от +10°С до +50°С, нивелировать отрицательное влияние испарения крови на изучаемые показатели, и создать равномерный процесс физико-химической реакции коагуляции и фибринолиза на всей площади дна электродной ячейки для крови, благодаря чему появилась возможность выделить на кривой коагулограммы I, II и III фазы коагуляции, фазу ретракции сгустка, определить начало фибринолиза, вычислить известные и новые показатели этих участков и получить реальное представление о степени и направленности нарушения гемостаза, в том числе при синдроме ДВС. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для диагностики нарушений гемостатического баланса крови; на фиг. 2 -структурная схема термостатического блока; на фиг. 3 - схема графической кривой коагулограммы цельной крови. Устройство для диагностики нарушений гемостатического баланса крови, представленное на фиг. 1 и фиг. 2, отличается тем, что содержит соединенные последовательно источник опорного напряжения 1, ручной регулятор напряжения 2 и аналоговый коммутатор напряжений 3; источник опорного напряжения 1 подключен ко входу цифро-аналогового преобразователя 4, который соединен с "Общей шиной", подключенной к микроЭВМ 5, а аналоговый коммутатор напряжений 3 соединен с цифро-аналоговым преобразователем 4 и с "Общей шиной"; в термостатическом блоке 6 под электродной камерой 7 установлены соединенные последовательно термоэлектрические модули 8, подключенные к радиаторам охлаждения 9 и к электродной камере 7, которая соединена также с выходом аналогового коммутатора напряжений 3, предварительный усилитель 10 выходом соединен с регулятором температуры 11, подключенном к термоэлектрическим модулям 8, и с устройством сигнализации 12, соединенном с индикатором выхода на температурный режим 13, кроме того предварительный усилитель 10 подключен ко второму источнику опорного напряжения 14 и соединен с датчиком температуры 15; электродная ячейка 16 с четырьмя продольными электродами 17 помещается в электродную камеру 7, аналоговый коммутатор сигналов электродной камеры и ячейки 18 входом подключен к термостатическому блоку 6 для регистрации сигналов по температуре, току и напряжению и соединен с "Общей шиной" и с аналого-цифровым преобразователем 19, также подключенным к "Общей шине"; микро-ЭВМ имеет клавиатуру 20, центральный процессор 21, содержащий счетчик времени, оперативное запоминающее устройство 22, постоянное запоминающее устройство 23, дисплей 24 и сменный модуль памяти 25; выходными устройствами являются: устройство согласования с принтером 26, соединенное с принтером 27 и "Общей шиной", и устройство согласования с дополнительной персональной ЭВМ 28, подключенное к "Общей шине", которая соединена со входом семисегментных индикаторов 29. В электродной камере 7 установлено приспособление для создания 100% влажности воздуха, состоящее, например, из емкости для воды 31 и соприкасающейся с ней пористой ткани 30, прикрепленной к внутренней стенке камеры с целью увеличения скорости и площади испарения воды. Для стабилизации величин температуры и влажности воздуха в электродной камере предлагается ее герметизация, например, при помощи резиновой прокладки и винтовой нарезки, способствующие обеспечению плотности стыка дверцы с передней стенкой камеры. Нерастворяющимся при электролизе материалом, который рекомендован для электродов, может быть платиноиридиевый сплав или платина. Электродная ячейка для крови должна находиться в медном корпусе, обладающим хорошей теплопроводностью и защищающим от механических перегрузок. Отслеживающее устройство включает; 1) микроЭВМ для отслеживания электрических сигналов, поступающих с термостатического блока, электродной камеры, аналогового коммутатора сигналов электродной камеры и ячейки, аналогоцифрового преобразователя и счетчика времени, входящего в центральный процессор микроЭВМ, с последующей их обработкой для электронного построения графической кривой коагулограммы и вычисления параметров ее фаз и интегральных показателей; 2) принтер для распечатки результатов исследования и сведений о пациенте, устройство согласования с принтером; 3) семисегментные индикаторы для постоянной визуализации динамики величин силы тока, сопротивления, напряжения, времени исследования и температуры в электродной камере; 4) устройство согласования с персональной ЭВМ. Устройство работает следующим образом. После включения его в электрическую сеть начинается процесс стабилизации температуры и влажности воздуха в электродной камере 7. Этот режим обеспечивается источником опорного напряжения 14, из которого электрический ток поступает на вход предварительного усилителя 10, соединенного с регулятором температуры 11, и с устройством сигнализации 12, которое подключено к индикатору выхода на температурный режим 13. В термостатическом блоке 6 регулятор температуры 11 подключен к термоэлектрическим модулям, которые в зависимости от температуры воздуха в окружающей среде могут функционировать в режиме подогрева или охлаждения согласно термоэлектрическим эффектам Пельтье и Томсона. В режиме охлаждения подключаются радиаторы охлаждения 9. Величина температуры в электродной камере 7 регистрируется датчиком температуры 15, контролируется специальным устройством сигнализации 12 и индикатором выхода на температурный режим 13 и в виде аналогового сигнала передается на аналоговый коммутатор сигналов электродной камеры и ячейки 18, который соединен с "Общей шиной" и аналого-цифровым преобразователем 19, обеспечивающим трансформацию сигнала для высвечивания температуры на индикаторах 29. Предусмотренная 100% влажность воздуха в электродной камере 7 достигается благодаря емкости с водой 31 и пористой ткани 30 После высвечивания на индикаторах 29 температуры +37°С оператор помещает электродную ячейку 16 с образцом крови в электродную камеру 7 и герметично ее закрывает. При стабилизации температуры +37°С устройство включают в режим "измерение". С этого момента сигналы термостатического блока 6 находятся под постоянным визуальным контролем. Следует отметить, что при температуре окружающего воздуха от +37,5°С до +50°С для обеспечения охлаждения электродной камеры 7 рассчитываются теплопритоки по формуле где a - коэффициент теплообмена, соответствующий 8; где tокр - температура окружающего воздуха, tстат - температура в электродной камере =+37 ±0,1 °С; Активные теплопритоки составляют QA = WA =20в x 20Α = 0,48Вт, тогда суммарный теплоприток к термоэлектрическим модулям 8 составит Q =Qa + QA = 2,3 + 0,4 = 2,7 Вт. Для отводов токов теплового потока рассчитываются термоэлектрические модули 8 по количеству (исходя из их хладопроизводительности) и по току. Могут использоваться такие термоэлектрические модули как ТЭМО-11 и ТЭМО-7. В обоих случаях предполагается использовать радиаторы охлаждения 9 с тепловым сопротивлением 1°С/Вт. При включении устройства в режим "измерение" сигналы счетчика времени, находящегося в центральном процессоре 21, начинают регистрироваться каждые 10 сек в блоке памяти микроЭВМ 5 и передаются на семисегментные индикаторы 29. Одновременно из источника опорного напряжения 1 через цифроаналоговый преобразователь 4 заданное рабочее напряжение поступает на аналоговый коммутатор напряжений 3, из которого подается на электроды 17 электродной ячейки 16, где происходящие физико-химические процессы свертывания крови изменяют ее электропроводность, которая в измерительной цепи представлена величинами силы тока и сопротивления. Для регистрации этого процесса, выходящие из электродной ячейки 16 сигналы силы тока и. напряжения поступают на аналоговый коммутатор сигналов электродной камеры и ячейки 18, с которого передаются на аналого-цифровой преобразователь 19, подключенный к "Общей шине", и в виде цифровых эквивалентов аналоговых сигналов поступают в микро-ЭВМ 5, где с интервалом 10 сек происходит их запоминание и вычисление сопротивления, величина которого вместе с величинами силы тока и напряжения высвечивается на семисегментных индикаторах 29. Таким образом, счетчик времени, электродная камера, термостатический блок и показатели электропроводности крови в электродной ячейке являются объектом отслеживания микроЭВМ за дискретное время электрических сигналов, несущих информацию о температуре, протекающего через кровь тока и приложенного к электродам напряжения. МикроЭВМ по команде оператора может находиться в режиме ожидания (при отсутствии температурной готовности устройства), подготовки исследования (ввод анкетных данных пациента, даты, электрических режимов) или в состоянии проведения исследования с дискретным документированием результатов. Поступившие в память микроЭВМ показатели времени и силы тока используются для электронного построения графической кривой коагулограммы (фиг. 3) на дисплее 24/ На коагулограмме выделяется 5 участков, соответствующих фазам свертывания крови и фибринолизу: АВ - 1 фаза (образование тромбопластина), ВС- II фаза (образование тромбина), CD - III фаза (образование фибрина), DE - IV фаза (ретракция сгустка), EF -фибринолиз. Для выявления этих фаз на графике коагулограммы определяются опорные точки, местонахождение которых найдено империческим путем при помощи лабораторной модели предлагаемого устройства. Точка А соответствует максимальной величине силы тока, которая фиксируется в памяти микроЭВМ через 10 сек с момента включения устройства в режим "измерение". Определение точек В, С, D, Ε и F осуществляется путем математического анализа в микроЭВМ двух последовательных значений цифровых величин силы тока, получения их разности и выдачи команды для фиксации искомой точки в тот момент, когда значение предыдущего кода будет отличаться от значения последующего кода на заданную величину (для точек В, С и Е), или когда значения двух последующих кодов станут равными, а очередные три кода с интервалом в 60 сек будут направлены в сторону снижения (для точки D). Точка F регистрируется автоматически через 900 сек после точки Е, или может отсутствовать при чрезмерном удлинении интервала DE или при использовании максимально допустимого времени исследования (45 мин,). Для выявления точки В необходимо учитывать интервал между кодами величины силы тока равный 10 сек. Точка В фиксируется в том месте, где значение предыдущего кода будет больше значения последующего кода на 0,07 мА (например; на 120-й сек исследования величина кода была 6,20 мА, а на 130-й сек - 6,13 мА; точке В соответствует - 6,20 мА). При выявлении точек С, D и Ε учитывается интервал между кодами равный 60 сек. Точка С фиксируется в том месте, где значение предыдущего кода будет больше последующего не более чем на 0,315 мА и в дальнейшем величина кода будет уменьшаться. Точка D соответствует минимальной величине кода, после которой последующие три кода сохранятся на таком же уровне или постепенно увеличиваются. Точка Ε регистрируется на участке кривой, где значение предыдущего кода будет отличаться от предыдущего в сторону увеличения на 0,105 мА или несколько выше. Представленный способ электронной регистрации кривой коагулограммы позволяет выявить такие нарушения свертывания крови, как гипо- и гиперкоагуляция. В тех случаях, когда имеет место нарушение гемостаза, называемое синдромом диссеминированной внутрисосудистой свертываемости крови (ДВС), чередование гиперкоагуляции с процессом фибринолиза отразится на графике участков DE и EF. В этой связи следует учитывать следующее. Если на участке DE через 180 сек или более после появления точки D код величины силы тока начнет снижаться более чем на 0,21 мА и эта величина будет сохраняться последующие 180 сек или более, фиксируется новая точка С1 и интервал C1 - D1. После точки Сі следует определить точку D1, которой соответствует новая максимально низкая величина силы тока при условии отсутствия дальнейшего снижения трех последующих величин силы тока. В том случае если через 45 мин от начала исследования точка D1 не обнаружена, регистрация кривой коагулограммы прекращается, а условной точкой D1 будет величина аналогового сигнала на последней минуте исследования. Если же точка D1 выявлена, тогда определяют расположение точки Ε по указанному выше принципу. Выявленные изменения предлагается обозначить как синдром ДВС I степени. Аналогичная картина может иметь место на уровне интервала E-F. В этом случае новая точка Ε1 будет в том месте, где величина силы тока снизится до уровня точки D или ниже и будет сохраняться последующие 180 сек. Затем отмечается точка 1 по общему принципу, или прекращается исследование через 45 мин от его начала. Выявленные изменения предложено обозначить как синдром ДВС II степени. Одновременно с регистрацией графики коагулограммы на дисплее 24 в микроЭВМ происходит обработка величин силы тока и напряжения с целью вычисления сопротивления, используемого для оценки плотности сгустка крови в электродной ячейке, и количества прошедшего через кровь электричества (Q) за реальное время. Величина Q вычисляется по формуле: Q = t (сек) x 1 (А), где t - время, I - сила тока. Затем величина Q используется для вычисления количества вещества (т), образовывающегося или разлагающегося в приэлектродном пространстве. Согласно законам электролиза для образования или разложения 1 моль вещества надо пропустить через электролит (кровь) 96484,56 кулонов электричества, то есть m = Q : 96484,56 (моль). Поскольку в электродной ячейке объем крови известен, количество вещества, участвующего в физико-химических процессах образования фаз свертывания крови, или растворяющегося в фазе фибринолиза, рекомендовано измерять в международных единицах - ммоль/л. Кроме того, разместив электронную кривую коагулограммы в координатной плоскости, представляется возможным вычислить величину отношения между антисвертывающей и свертывающей системами крови в фазе ретракции сгустка, где наличие практически горизонтальной линии DE указывает на прекращение свертывания крови. Если через точки D и Ε провести перпендикуляры к оси абсцисс, то получим общую площадь фазы ретракции в которой под линией DE находятся вещества крови, соответствующие мощности (емкости) антисвертывающей системы, а выше этой линии находятся вещества, превратившиеся в сгусток и соответствующие мощности (емкости) свертывающей системы крови. Расположение линии DE ниже ее нормального уровня свидетельствует о гиперкоагуляции крови, а сдвиг вверх - признак гипокоагуляции. Предусмотренное программным обеспечением микроЭВМ вычисление интегрального количества вещества в этих системах и соотношение между ними базируется на определении общего количества вещества, находящегося на площади фазы ретракции, и реального количества вещества сгустка. Разница между этими показателями соответствует количеству вещества антисвертывающей системы. При вычислении m на участке EF, соответствующего фазе фибринолиза, необходимо на графике коагулограммы отточки D провести горизонтальную линию до восстановленного перпендикуляра, проходящего через точку F к оси абсцисс. На площади, расположенной выше горизонтальной линии, определяется величина т, соответствующая количеству вещества сгустка до фибринолиза. Затем вычисляется величина m1 по данным Q и определяется разность между m и m1, указывающая на количество растворившегося вещества в процессе активизации фибринолиза. Эти и другие вычисления, связанные с определением общего количества вещества, образующего сгусток на участке A-D, сопоставлением результатов со средними показателями здоровых лиц, выявлением степени и направленности нарушения коагуляции и фибринолиза, могут найти отражение в программном обеспечении микроЭВМ. Зарегистрированные и вычисленные показатели вместе с анкетными данными пациента и датой обследования поступают на дисплей 24 и передаются на устройство согласования с принтером 26 и распечатываются принтером 27. Достоверность данных о медико-биологических возможностях предлагаемого устройства подтверждена результатами испытаний, проведенных на лабораторной модели с целью диагностики нарушений гемостатического баланса крови. Кроме того выявлено, что у больных с острыми формами ишемической болезни сердца (инфаркт миокарда, нестабильная стенокардия) в 56% случаев развивается гиперкоагуляция I—VI11 степени, происходит депрессия фибринолиза I-IV степени, величина отношения между антисвертывающей и свертывающей системами крови может снижаться до 37,7% (средняя норма 95%). У больных гипертонической болезнью с цереброваскулярными нарушениями выявляется гиперкоагуляция V степени и депрессия фибринолиза I! степени. Эти результаты могут использоваться в практической медицине для подбора индивидуальной эффективной терапии. Качество фармакологической коррекции определяется путем повторного обследования больного.