Способ определения динамики измерения скорости оседания эритроцитов

Предлагаемое изобретение относится к области медицины, а именно к лабораторной клинической диагностике, и может быть использовано для проведения лабораторных анализов, а также в исследовательских целях.

Величина скорости оседания эритроцитов (СОЭ) является неспецифическим показателем, широко используемым в клинической практике для оценки наличия воспалительных процессов в организме человека при различных заболеваниях и позволяющим следить за ходом заболевания и его лечения.

Известен принятый в России (классический) способ оценки скорости оседания эритроцитов, выполненный по методу Панченкова [Лабораторные методы исследования в клинике. / Под ред. Меньшикова В.В. - М.: Медицина, 1987. - 368 с.]. Стеклянную градуированную трубку до установленного уровня наполняют смесью крови с 3,8% цитратом натрия (антикоагулянт) в соотношении 4:1 и помещают вертикально в штатив под зажимом (для устранения вытекания крови). Через час после начала измерения по делениям на трубке определяют расстояние (в мм), на которое опустился столбик эритроцитов от исходного уровня.

Недостатком данного способа является длительное время анализа (более 1 часа), а также трудности, возникающие при заборе необходимого для исследования объема капиллярной крови (не менее 0.3 мл) и связанные с данным фактом нарушения правил забора и подготовки крови к исследованию.

Также известен классический метод Вестергрена [Лабораторные методы исследования в клинике. / Под ред. Меньшикова В.В. - М.: Медицина, 1987. - 368 с.]. Это показатель скорости разделения крови в пробирке с добавленным антикоагулянтом на 2 слоя: верхний (прозрачная плазма) и нижний (осевшие эритроциты). Скорость оседания эритроцитов оценивается по высоте образовавшегося слоя плазмы в мм за 1 час. Удельная масса эритроцитов выше, чем удельная масса плазмы, поэтому в пробирке при наличии антикоагулянта под действием силы тяжести эритроциты оседают на дно. Скорость, с которой происходит оседание эритроцитов, в основном определяется степенью их агрегации, т.е. их способностью слипаться вместе.

Недостатком является нарушение соотношения цитрата с кровью. При постановке реакции оседания важно соблюдать точность соотношения цитрата и крови (1:4). Более концентрированный цитрат извлекает воду из эритроцитов и ускоряет оседание. Менее концентрированный цитрат (гипотонический) вызывает поступление воды в эритроцит и замедляет СОЭ.

Известен способ определения динамики изменения скорости оседания эритроцитов [см. Патент РФ №2256917, МПК G01N 33/49, публ. 20.07.2005, бюл. №13], включающий смешивание исследуемой пробы крови с антикоагулянтом, забор полученного раствора крови с антикоагулянтом в капилляр, размещение его вертикально, с последующим измерением за равные промежутки времени высоты слоя плазмы, свободной от эритроцитов. При этом раствор крови с антикоагулянтом разливают с помощью автоматического дозатора в гематокритный капилляр, нижний конец которого герметично закупоривают, размещают капилляр вертикально в гнездо центрифуги и осуществляют измерение высоты слоя плазмы, свободной от эритроцитов, в режиме вращения центрифуги с угловой скоростью не более 50 об/мин через равные промежутки времени в течение заданного временного интервала, по полученным данным определяют максимальную величину оседания эритроцитов и строят график динамики оседания эритроцитов.

Недостатком способа является низкая точность измерения из-за определения искомых значений по статистической градуировочной характеристике с множеством измерений.

За прототип принят способ определения динамики изменения скорости оседания эритроцитов [см. Патент РФ №2516914, МПК G01N 33/49, бюл. №14], включающий смешивание исследуемой пробы крови с антикоагулянтом, забор полученного раствора крови с антикоагулянтом в капилляр, размещение его вертикально, при этом раствор крови с антикоагулянтом разливают с помощью автоматического дозатора в гематокритный капилляр, нижний конец, которого герметично закупоривают, размещают капилляр вертикально в гнездо центрифуги и осуществляют измерение высоты слоя плазмы, свободной от эритроцитов, в режиме вращения центрифуги с угловой скоростью не более 50 об/мин, по полученным данным определяют максимальную величину оседания эритроцитов, измеряют высоту слоя плазмы по импульсной динамической характеристике, амплитуду h₁, h₂ которой фиксируют в два кратных момента времени t₁, t₂=2t₁, по которым регистрируют максимальную величину Н оседания эритроцитов и постоянную времени Т, а также предельную скорость V₀, как их отношение, по которым определяют действительную характеристику скорости V(t) оседания эритроцитов.

Недостатком прототипа является то, что он рассчитан на случай, когда оба информативных параметра известны, но как правило, на практике один из информативных параметров неизвестен.

Технической задачей является определение действительной характеристики скорости V(t) оседания эритроцитов при неизвестном информативном параметре - постоянной времени Т.

Данная техническая задача решается за счет того, что в способе определения динамики изменения скорости оседания эритроцитов, включающем смешивание исследуемой пробы крови с антикоагулянтом, забор полученного раствора крови с антикоагулянтом в капилляр, размещение его вертикально, при этом раствор крови с антикоагулянтом разливают с помощью автоматического дозатора в гематокритный капилляр, нижний конец которого герметично закупоривают, размещают капилляр вертикально в гнездо центрифуги и осуществляют измерение высоты слоя плазмы, свободной от эритроцитов, в режиме вращения центрифуги с угловой скоростью не более 50 об/мин, по полученным данным определяют максимальную величину оседания эритроцитов, отличающемся тем, что определяют максимальную величину оседания эритроцитов по калибровочной характеристике, калибровку проводят априори для двух измеренных h₁, h₂ и известных h_э1, h_э2 значений высоты слоя плазмы в два кратных момента времени t₁, t₂=2t₁, калибровочной характеристикой H_i служит функция максимальной величины оседания эритроцитов, компенсирующая неопределенность постоянной времени, выбранной произвольно Т^*, и связывающая эталонную h_эi и измеренную h_i характеристики высоты слоя плазмы за счет нормирования измеренных значений известными, по калибровочной характеристике H_i находят действительные значения постоянной времени Т и максимальной величины оседания эритроцитов H, по которым последовательно строят калибровочную характеристику H_i и действительную характеристику скорости оседания эритроцитов

Сущность предлагаемого способа поясняется на фиг. 1-3. Предлагаемый способ включает следующие этапы:

1. Определяют максимальную величину оседания эритроцитов Н по калибровочной функции H_i(t)=H_i.

2. Калибровку проводят априори для двух известных эталонных h_эi (фиг. 1, кривая 1) и измеренных h_i, i=1,2 (фиг. 1, кривая 4) значений верхней и нижней границ адаптивного диапазона высоты слоя плазмы в два кратных момента времени измерения t₁ и t₂=2t₁.

3. Калибровочной характеристикой служит функция H_i (фиг. 1, кривая 5) максимальной величины оседания эритроцитов, компенсирующая неопределенность постоянной времени Т*, выбранной произвольно (фиг. 1, прямая 6), и связывающая эталонную h_эi и измеренную h_i, зависимости за счет нормирования измеренных значений известными:

По калибровочной характеристике H_i, восстанавливают характеристику

которая максимально приближена к эталонной h_эi:

Эталонная характеристика h_эi=h_t и характеристика, ей тождественная, h_i получены из экспоненциальной динамической характеристики с искомыми информативными параметрами Т, Н:

где Т - постоянная времени процесса (фиг. 1, прямая 3) и Н - максимальная величина оседания эритроцитов (фиг. 1, прямая 2). Физический смысл информативных параметров следует из предельных соотношений:

т.е. Н - максимальная величина оседания эритроцитов для t=∞.

т.е. Т - постоянная времени при h=0,66H, т.к.

На практике один из информативных параметров исследуемой характеристики, как правило, неизвестен. В этом случае один параметр выбираем произвольно Т* (фиг. 1, прямая 6), а второй принимает вид функции H_i (фиг. 1, кривая 5), которая компенсирует незнание первого информативного параметра T (фиг. 1, прямая 3). По калибровочной функции H_i нормируется измеренная кривая h_i=h_эi до тождественного эквивалента h_эi (фиг. 1, кривые 4 и 1).

Задаем произвольно параметр Т*=const вместо неизвестного действительного значения постоянной времени Т. Для компенсации произвольности константы Т* предельное напряжение крови Н превратиться в характеристику H_i, компенсирующую незнание постоянной времени Т.

Калибровочной функцией для неизвестных параметров Т, H служит экспоненциальная динамическая характеристика H_i (фиг. 1, кривая 5).

Калибровочную характеристику H_i выразим из системы уравнений с известными параметрами Т, H характеристики h_эi, являющейся эталонной (получено путем аппроксимации экспериментальных данных), и характеристики h_i, измеренной с произвольной константой Т* и характеристикой H_i:

Поделим одно уравнение системы на другое, чтобы выразить калибровочную характеристику:

В соответствии с закономерностями калибровки t_эi=t_i, h_эi=h_i следует калибровочная характеристика H_i, связывающая между собой эталонную h_эi и измеренную h_i характеристики высоты слоя плазмы.

Следовательно, калибровочной характеристикой служит функция максимальной величины оседания эритроцитов (фиг. 1, кривая 5), компенсирующая неопределенность постоянной времени T (фиг. 1, прямая 3), выбранной произвольно T^* (фиг. 1, кривая 6).

4. По калибровочной характеристике H_i находят действительные значения постоянной времени T (фиг. 1, прямая 3) и максимальной величины оседания эритроцитов Н (фиг. 1, прямая 2), которые являются информативными параметрами, доставляющими оптимум калибровочной характеристике. Из характеристики (5) составим систему уравнений для i=1,2:

Поделив одно уравнение системы (6) на другое и прологарифмировав, определяют алгоритм постоянной времени Т:

Выразим Н из первого уравнения системы (6), подставив найденное Т:

5. По полученным информативным параметрам (7) и (8) строят калибровочную (фиг. 1, кривая 5) характеристику H_i (5), по которой находят действительную (фиг. 1, кривая 7) характеристику высоты слоя плазмы h_di=h_эi, тождественную эквиваленту (4) (фиг. 1, кривая 1), и действительную характеристику скорости оседания эритроцитов (фиг. 2, кривая 2):

Характеристика (9) следует из дифференцирования динамической характеристики (4), т.к. скорость V(t) является ее производной по времени:

Адекватность и эффективность предлагаемого способа представлены ниже.

Адекватность предлагаемого способа физике эксперимента доказывает математическое моделирование действительной характеристики h_di (фиг. 1, кривая 7), относительно эквивалента 1 экспериментальной характеристики h_э (фиг. 1, кривая 1), по полученным значениям.

Проводят оценку адекватности полученных зависимостей по формуле определения относительной погрешности:

ее оценка представлена на фиг. 3.

При этом погрешность ε отклонения исследуемой h_di относительно экспериментальной h_эi, не превышает 2.1*10^-14.

Аналогично, что ИДХ (фиг. 2, кривые 1, 2) скорости V(t) относительно V_э(t), не превышает 3.4*10^-14:

ее оценка аналогична погрешности на фиг. 3.

Эффективность по точности определяется нелинейностью η калибровочной характеристики H_i (5):

Нелинейность прототипа регламентирует методическую погрешность для известных параметров Н, Т (фиг. 1, прямые 2, 3) эквивалента, но на практике, как правило, один из параметров неизвестен. Его выбирают произвольно T^* (фиг. 1, прямая 6). При этом второй параметр из константы Н принимает вид функции H_i (фиг. 1, кривая 5), которая компенсирует незнание параметра T, что исключает методическую погрешность (10) характеристики (фиг. 4). Это следует из тождественности эквиваленту действительной характеристики (фиг. 1, кривые 1, 7) после подстановки в (2) нелинейности (5):

Динамическая погрешность δ определяется нелинейностью η:

т.е. δ также убывает по экспоненте с увеличением времени t_эi, в то время как мгновенное значение H_i (5) характеристики (фиг. 1, кривая 5) стремится по асимптоте к максимальной высоте Н (фиг.1, прямая 2).

Следовательно, предлагаемый способ, в отличие от прототипа, устраняет и методическую, и динамическую погрешность из-за калибровочной характеристики, компенсирующей произвольность постоянной времени процесса T^*.

Таким образом, определение максимальной величины оседания эритроцитов по калибровочной характеристике, компенсирующей неопределенность постоянной времени, выбранной произвольно, по которой определяют действительные значения информативных параметров, действительную характеристику скорости оседания эритроцитов, в отличие от известных решений, повышает точность на 7 порядков.