Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения динамики изменения 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 агрегациии, 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, опубл. 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 - максимальной величине оседания эритроцитов Н.

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, отличающийся тем, что определяют постоянную времени Т 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 Т_i служит функция постоянной времени процесса, компенсирующая неопределенность максимальной величины оседания эритроцитов, выбранной произвольно H^*, и связывающая эталонную h_эi и измеренную h_i характеристики высоты слоя плазмы за счет нормирования измеренных значений известными, по калибровочной характеристике T_i, находят действительные значения постоянной времени Т и максимальной величины оседания эритроцитов Н, по которым последовательно строят калибровочную характеристику Т_i и действительную характеристику скорости оседания эритроцитов:

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

1. Определяют постоянную времени Т по калибровочной функции T_i(t)=Т_i.

2. Калибровку проводят априори для двух известных эталонных h_эi (фиг. 1) и измеренных h_i, i=1,2 (фиг. 1) 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 T_i (фиг. 2) постоянной времени, компенсирующая неопределенность максимальной величины оседания эритроцитов Н^*, выбранной произвольно (фиг. 1), и связывающая эталонную h _эi и измеренную h_i зависимости за счет нормирования измеренных значений известными:

По калибровочной характеристике T_i восстанавливают характеристику h_i

которая максимально приближена к эталонной h_эi:

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

где Т - постоянная времени процесса (фиг. 1) и Н - максимальная величина оседания эритроцитов (фиг. 1). 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 Н^* (фиг. 1), а второй принимает вид функции T_i (фиг. 2), которая компенсирует незнание первого информативного параметра Н (фиг. 1). По калибровочной функции T_i нормируется измеренная кривая h_i=h_эi до тождественного эквивалента h_эi (фиг. 1).

Задаем произвольно параметр H^*=const вместо неизвестного действительного значения максимальной величины оседания эритроцитов Н. Для компенсации произвольности константы Н^* постоянная времени Т превратится в характеристику T_i, компенсирующую незнание максимальной величины оседания эритроцитов Н.

Калибровочной функцией для неизвестных параметров Т, Н служит динамическая характеристика T_i (фиг. 2).

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

В соответствии с закономерностями калибровки t_эi=t_i, h_эi= h_i следует калибровочная характеристика T_i (фиг. 2), связывающая между собой эталонную h_эi и измеренную h_i характеристики величины оседания эритроцитов

Следовательно, калибровочной характеристикой служит функция постоянной времени T_i (фиг. 2), компенсирующая неопределенность максимальной величины оседания эритроцитов Н (фиг. 1), выбранной произвольно Н^* (фиг. 1).

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

Поделив одно уравнение системы (6) на другое и проэкспоненцировав, учитывая, что t₂=2t₁, определяют алгоритм постоянной времени T:

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

5. По полученным информативным параметрам (7) и (8) строят калибровочную (фиг. 2) характеристику Т_i (5), по которой находят действительную (фиг. 1) характеристику высоты слоя плазмы h_di=h_эi, тождественную эквиваленту (4) (фиг. 1), и действительную характеристику скорости оседания эритроцитов (фиг. 3):

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

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

Проводят оценку адекватности полученных зависимостей по формуле определения относительной погрешности:

ее оценка представлена на фиг. 4.

Относительная погрешность моделирования не превышает 0,3⋅10^-15.

Эффективность по точности определяется нелинейностью η (фиг. 2).

Нелинейность калибровочной характеристики T_i (фиг. 5) и прототипа убывает с увеличением времени от 0,85 до 0,2 или в среднем ниже в 2 раза:

Нелинейность действительного значения Т, (фиг. 5), по которому находят действительную характеристику высоты слоя плазмы, равна:

т.е нелинейность равна 1, что исключает методическую погрешность (10) действительной характеристики и соответственно предлагаемого способа (фиг. 4). Закономерность (11) также следует из тождественности эквиваленту действительной характеристики (фиг. 1) после подстановки в (2) калибровочной характеристики (5):

т.е.

Динамическая погрешность δ_изм (фиг. 6) измеренной характеристики h_i увеличивается с течением времени с 20 до 80%:

Динамическая погрешность (фиг. 6) действительной характеристики постоянна и не превышает 0,01, т.е. на 4 порядка ниже прототипа:

Таким образом, определение максимальной величины оседания эритроцитов по калибровочной характеристике, компенсирующей неопределенность максимальной величины оседания эритроцитов, выбранной произвольно, по которой определяют действительные значения информативных параметров, действительную характеристику скорости оседания эритроцитов, в отличие от известных решений, повышает точность на 4 порядка.