RU2570381C1 - Device for rheological analysis of blood - Google Patents
Device for rheological analysis of blood Download PDFInfo
- Publication number
- RU2570381C1 RU2570381C1 RU2014122941/15A RU2014122941A RU2570381C1 RU 2570381 C1 RU2570381 C1 RU 2570381C1 RU 2014122941/15 A RU2014122941/15 A RU 2014122941/15A RU 2014122941 A RU2014122941 A RU 2014122941A RU 2570381 C1 RU2570381 C1 RU 2570381C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- blood
- viscosity
- rotation
- measuring cell
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к диагностической медицинской технике и может быть использовано при оценке вязкости крови.The invention relates to diagnostic medical equipment and can be used to assess blood viscosity.
Оценка вязкости крови имеет высокую диагностическую и клиническую значимость. К настоящему времени накоплен огромный клинический материал, свидетельствующий об участии нарушенных реологических свойств крови в патогенезе сердечно-сосудистых заболеваний. При наличии клинически значимого стеноза, синдром высокой вязкости может во многом определять тяжесть и прогноз заболевания.Assessment of blood viscosity has a high diagnostic and clinical significance. To date, huge clinical material has been accumulated, indicating the participation of violated rheological properties of blood in the pathogenesis of cardiovascular diseases. In the presence of clinically significant stenosis, high viscosity syndrome can largely determine the severity and prognosis of the disease.
Увеличение содержания в крови белков и липопротеидов с большим молекулярным весом (>500 kDa) сопровождается ростом плазмы и микрореологическими нарушениями эритроцитов. Подобные белки довольно часто называют ″реологически активными макромолекулами″. Гиперфибриногенемия, возникающая вследствие нарушений системы гемостаза, приводит к выраженным нарушениям вязкости крови. Наиболее неблагоприятное действие на реологические свойства крови оказывают растворимые комплексы фибрин - мономера (продукты полимеризации молекул фибриногена при действии тромбина), молекулярный вес которых достигает нескольких миллионов дальтон. Фибриноген и его продукты метаболизма являются тем звеном в системе гемостаза, которые патогенетически реализуются в виде нарушений реологических свойств крови, что делает очень тесной взаимосвязь нарушений в системе гемостаза и реологии крови.An increase in the blood content of proteins and lipoproteins with a high molecular weight (> 500 kDa) is accompanied by plasma growth and microreological disorders of red blood cells. Such proteins are often called ″ rheologically active macromolecules ″. Hyperfibrinogenemia resulting from disorders of the hemostatic system leads to severe violations of blood viscosity. The most unfavorable effect on the rheological properties of blood is exerted by soluble complexes of fibrin monomer (products of the polymerization of fibrinogen molecules under the action of thrombin), the molecular weight of which reaches several million daltons. Fibrinogen and its metabolic products are the link in the hemostatic system, which are pathogenetically realized in the form of violations of the rheological properties of blood, which makes the relationship between disorders in the hemostatic system and blood rheology very close.
Успешное фунционирование фибринолитической системы крови препятствует развитию тромбозов, но не предохраняет от реологических нарушений. Одновременное появление в кровотоке ранних продуктов деградации фибрина и растворимых комплексов фибрин - мономеров может приводить к возникновению ″реологической окклюзии″, с соответствующими нарушениями кровотока.Successful functioning of the fibrinolytic blood system prevents the development of thrombosis, but does not protect against rheological disorders. The simultaneous appearance in the bloodstream of the early products of the degradation of fibrin and soluble complexes of fibrin monomers can lead to the appearance of “rheological occlusion”, with corresponding impaired blood flow.
Ряд таких заболеваний, как истинная полицитемия, болезнь Вальденстрема, могут сопровождаются настолько выраженными нарушениями текучести крови, без нормализации которых, возможно развитие шоковых состояний, происхождение которых связано с гемореологическими нарушениями.A number of diseases, such as true polycythemia, Waldenstrom's disease, can be accompanied by such severe violations of blood flow, without normalization of which, the development of shock conditions, the origin of which is associated with hemorheological disorders, is possible.
Имеются убедительные данные о том, что вязкость плазмы и гематокрит могут рассматриваться как достоверные и независимые факторы риска сердечно-сосудистых заболеваний.There is compelling evidence that plasma viscosity and hematocrit can be considered reliable and independent risk factors for cardiovascular disease.
Тангенциальная составляющая напряжения сдвига, текущей по сосудистому руслу крови, является одним из главных факторов, который определяет функционирование эндотелиальных клеток. В свою очередь, состояние эндотелия является ключевым в патогенезе развития атеросклероза и его осложнений. Эндотелий, являясь барьером между текущей по сосудам крови и тканью, получает информацию о состоянии кровотока посредством реологических параметров. Напряжение сдвига напрямую модулирует функционирования эндотелиальных клеток. Более того, начало самого процесса стенозирования, в конкретном месте артериального русла, связано с особенностями величины напряжения сдвига и ангиоархитектоникой (ветвление артерий под определенным углом, определенные места изгиба артерий).The tangential component of shear stress flowing through the vascular bed of blood is one of the main factors that determines the functioning of endothelial cells. In turn, the condition of the endothelium is key in the pathogenesis of the development of atherosclerosis and its complications. The endothelium, being a barrier between the blood flowing through the blood vessels and the tissue, receives information about the state of blood flow through rheological parameters. Shear stress directly modulates the functioning of endothelial cells. Moreover, the beginning of the stenosis process itself, in a specific place of the arterial bed, is associated with the peculiarities of shear stress and angioarchitectonics (branching of arteries at a certain angle, certain places of bending of arteries).
Интегральным показателем реологических свойств крови является вязкость крови. Величина вязкости крови определяется четырьмя главными составляющими: гематокритом, вязкостью плазмы, агрегацией и деформируемостью эритроцитов. При проведении анализа по оценке реологических свойств крови необходимо знание не только интегрального показателя текучести - вязкости, но и ее составляющих. Только при таком подходе имеется возможность проводить целенаправленную терапевтическую коррекцию выявленных нарушений.An integral indicator of the rheological properties of blood is blood viscosity. The value of blood viscosity is determined by four main components: hematocrit, plasma viscosity, aggregation and deformability of red blood cells. When conducting an analysis to assess the rheological properties of blood, it is necessary to know not only the integral indicator of fluidity - viscosity, but also its components. Only with this approach is it possible to carry out targeted therapeutic correction of the revealed violations.
Высокие цифры вязкости крови, определяемые при малых скоростях сдвига, связаны с процессом агрегации эритроцитов. При малых скоростях сдвига в образце крови присутствуют эритроцитарные агрегаты, приводящие к более высокой вязкости крови. По мере увеличения скорости сдвига происходит гидродинамическое разрушение эритроцитарных агрегатов, которое сопровождается снижением вязкости крови. При достижении скорости сдвига 200 и более обратных секунд определяется дальнейшее снижение вязкости крови, связанное с процессом деформируемости эритроцитов. При высоких скоростях сдвига движение эритроцитов в потоке упорядочивается, они ориентируются и деформируются. При этом их форма меняется от двояковогнутого тора к ориентированному в потоке эллипсу.High numbers of blood viscosity, determined at low shear rates, are associated with the process of aggregation of red blood cells. At low shear rates, erythrocyte aggregates are present in the blood sample, resulting in higher blood viscosity. As the shear rate increases, the hydrodynamic destruction of erythrocyte aggregates occurs, which is accompanied by a decrease in blood viscosity. Upon reaching a shear rate of 200 or more reverse seconds, a further decrease in blood viscosity is determined associated with the process of deformability of red blood cells. At high shear rates, the movement of red blood cells in the flow is ordered, they are oriented and deformed. Moreover, their shape changes from a biconcave torus to a stream-oriented ellipse.
Наиболее мощным предиктором величины вязкости крови является гематокрит (т.е. объемное отношение клеточной массы к объему жидкой части крови-плазмы). В норме величина гематокрита колеблется около 40% (0,4), но при ряде гематологических заболеваниях может достигать 80% и более, а при снижении числа эритроцитов, связанной с анемией или кровопотерей снижаться до 20% и менее.The most powerful predictor of blood viscosity is the hematocrit (i.e., the volumetric ratio of cell mass to volume of the liquid portion of blood plasma). Normally, the hematocrit value fluctuates around 40% (0.4), but with a number of hematological diseases it can reach 80% or more, and with a decrease in the number of red blood cells associated with anemia or blood loss, it can decrease to 20% or less.
Вязкость плазмы также может достаточно сильно влиять на величину вязкости крови, но это влияние, преимущественно опосредованное, через воздействие на форменные элементы крови. Вязкость плазмы увеличивается при появлении в кровотоке белков и других ингредиентов плазмы (липопротеиды) с большим молекулярным весом. Из таких белков необходимо указать на фибриноген, иммуноглобулины, α2-макроглобулин и др. Эти белки, сорбируясь на эритроциты, приводят к усилению и увеличению прочности эритроцитарных агрегатов.Plasma viscosity can also strongly affect the blood viscosity, but this effect, mainly indirectly, through the effect on the formed elements of the blood. Plasma viscosity increases when proteins and other plasma ingredients (lipoproteins) with a high molecular weight appear in the bloodstream. Of these proteins, it is necessary to point to fibrinogen, immunoglobulins, α2-macroglobulin, etc. These proteins, adsorbed on red blood cells, lead to an increase and increase in the strength of erythrocyte aggregates.
Оценка реологических свойств крови важна не только с позиций диагностики выявления реологических нарушений, но и как метод контроля терапии, направленной на ее коррекцию. Имеется ряд фармакологических подходов, направленных на нормализацию реологических свойств крови, а также высокоэффективных нефармакологических методов коррекции. К примерам последних следует отнести процедуры неселективной гемосорбции, изоволюмической гемодилюции, реофереза и плазмофереза.Evaluation of the rheological properties of blood is important not only from the standpoint of diagnosing the detection of rheological disorders, but also as a method of monitoring therapy aimed at correcting it. There are a number of pharmacological approaches aimed at normalizing the rheological properties of blood, as well as highly effective non-pharmacological correction methods. Examples of the latter include non-selective hemosorption, isovolumic hemodilution, rheopheresis and plasmapheresis.
Многофакторное влияние на величину вязкости крови вызывает необходимость знания тех основных факторов, которые привели к формированию, так называемого, ″синдрома высокой вязкости″. Только при расшифровке тех составляющих, которые привели к нарушению вязкости, возможно правильное проведение медикаментозной коррекции этих нарушений. Терапия при высокой вязкости крови, определяемой высоким гематокритом или усиленной агрегацией эритроцитов принципиально различна и для правильного лечения ″синдрома высокой вязкости″ необходимо знание составляющих вязкости крови.The multifactorial effect on the blood viscosity value necessitates the knowledge of those basic factors that led to the formation of the so-called “high viscosity syndrome”. Only when deciphering those components that led to a violation of viscosity, is it possible to carry out the medical correction of these violations. Therapy with a high blood viscosity, determined by high hematocrit or enhanced aggregation of red blood cells, is fundamentally different and for the proper treatment of "high viscosity syndrome" knowledge of the components of blood viscosity is necessary.
Приведенные выше данные свидетельствуют о необходимости определения не только вязкости крови, но и ее составляющих (гематокрита, вязкости плазмы, агрегации и деформируемости эритроцитов). Оптимальным для оценки гемореологических свойств является использование измерительного устройства, позволяющего проводить определение вязкости крови и ее составляющих на одном приборе - анализаторе крови реологическом.The above data indicate the need to determine not only the viscosity of the blood, but also its components (hematocrit, plasma viscosity, aggregation and deformability of red blood cells). Optimal for assessing hemorheological properties is the use of a measuring device that allows the determination of blood viscosity and its components on one device - a rheological blood analyzer.
Кровь, являясь неньютоновской жидкостью, проявляет псевдопластический характер течения при определенных скоростях сдвига. На рис.1 представлена кривая вязкости образцов крови, где можно видеть снижение вязкости при возрастании скорости сдвига. В настоящее время, установлено, что оценка вязкости крови должна проводиться на «абсолютных вискозиметрах», т.е. таких устройствах, где результат измерения вязкости может быть выражен в «абсолютных физических величинах». Размерность вязкости «паскаль · секунда» [Па·с], для крови используется размерность [мПа·с]. Одним из важных преимуществ абсолютной вискозиметрии является то, что результаты измерений не зависят от устройства используемого вискозиметра. Это чрезвычайно важно для оценки характеристик течения крови. Абсолютная вискозиметрия позволяет сравнивать результаты, полученные в различных лабораториях. Для представления полученных результатов оценки вязкостных свойств крови используют кривую зависимости вязкости от скорости сдвига (рис.1).Blood, being a non-Newtonian fluid, shows the pseudoplastic nature of the flow at certain shear rates. Figure 1 shows the viscosity curve of blood samples, where you can see a decrease in viscosity with increasing shear rate. Currently, it has been established that the assessment of blood viscosity should be carried out on “absolute viscometers”, i.e. such devices where the result of measuring viscosity can be expressed in “absolute physical quantities”. The dimension of viscosity is "Pascal · second" [Pa · s]; for blood, the dimension [MPa · s] is used. One of the important advantages of absolute viscometry is that the measurement results do not depend on the device used viscometer. This is extremely important for evaluating blood flow characteristics. Absolute viscometry allows you to compare the results obtained in different laboratories. To present the obtained results of evaluating the viscosity properties of blood, a curve of the dependence of viscosity on shear rate is used (Fig. 1).
Принцип ротационных вискозиметров с измерительными ячейками типа коаксиальных цилиндров позволяет конструировать разнообразные абсолютные вискозиметры. В абсолютных вискозиметрах с использованием коаксиальных цилиндров применяется два основных варианта, которые позволяют:The principle of rotational viscometers with measuring cells such as coaxial cylinders allows the design of a variety of absolute viscometers. In absolute viscometers using coaxial cylinders, two main options are used that allow:
1. - задавать напряжение и определять полученную в результате величину скорости сдвига; эти устройства называют «вискозиметрами с контролируемым напряжением сдвига»;1. - set the voltage and determine the resulting shear rate; these devices are called “controlled shear stress viscometers”;
2. - задавать скорость сдвига и определять, полученное в результате этого напряжения сдвига; эти устройства называют «вискозиметрами с контролируемой скоростью сдвига».2. - set the shear rate and determine the resulting shear stress; these devices are called "controlled shear rate viscometers."
Для вискозиметрии крови наиболее распространены вискозиметры в которых задается величина скорости сдвига и измеряется момент, который передается на неподвижный цилиндр, подвешенный на торсионе. Примером подобного технического решения является вискозиметр, разработанный фирмой Contraves AG (Швейцария) и описан в патенте США №4,726,220 опубликованный 23.02.1988 года ″Method of and apparatus for measuring rheological characteristics of substance″. Данное устройство позволяет создавать широкий диапазон скоростей сдвига и работать с малыми объемами исследуемой жидкости. В вискозиметрах серии Rotovisco RV фирмы Haake (Германия) для регистрации момента используется ротор, установленный на воздушном подшипнике, и датчик деформации с разрешением более 106 импульсов за один оборот. Однако, сложность работы с подобными устройствами и их обслуживание, а также высокая стоимость, резко ограничивают применение подобных вискозиметров в клинико-диагностических лабораториях.For blood viscometry, the most common are viscometers in which the shear rate is set and the moment is measured, which is transmitted to a fixed cylinder suspended on a torsion bar. An example of such a technical solution is a viscometer developed by Contraves AG (Switzerland) and is described in US Pat. No. 4,726,220 published 02.23.1988, Method of and apparatus for measuring rheological characteristics of substance. This device allows you to create a wide range of shear rates and work with small volumes of the investigated fluid. Haake Rotovisco RV series viscometers (Germany) use a rotor mounted on an air bearing and a strain gauge with a resolution of more than 10 6 pulses per revolution to record the moment. However, the complexity of working with such devices and their maintenance, as well as the high cost, severely limit the use of such viscometers in clinical diagnostic laboratories.
Большой интерес представляют вискозиметры с свободноплавающим ротором. В подобных вискозиметрах, образец крови находиться в неподвижном вискозиметрическом статоре, а ротору свободно плавает в объеме жидкости. В подобных конструкциях вискозиметров, как правило, используется магнитный привод, позволяющий создать заданное напряжение сдвига. Примером такого типа вискозиметров является устройство, описанное в патенте США ″Free rotor viscometer″ №6691560 опубликованный 17 февраля 2001. В данном устройстве используется электромагнитный привод, позволяющий создать заданную величину напряжения сдвига. Необходимо отметить, что этот вискозиметр создавался не для измерения вязкости крови, поэтому объемы измеряемой жидкости достаточно велики (десятки мл), что не позволяет применить данную разработку в лабораториях лечебно-профилактических учреждений. В вискозиметре Захарченко В.Н. также используется, принцип свободноплавающего ротора, но для его вращения используется передаточная жидкость. Использование передаточной жидкости резко ухудшает процедуру термостабилизации измерительной ячейки и уменьшает динамический диапазон, создаваемых напряжений сдвига.Of great interest are viscometers with a free-floating rotor. In such viscometers, the blood sample is in a fixed viscometer stator, and the rotor floats freely in the volume of liquid. In such constructions of viscometers, as a rule, a magnetic drive is used, which makes it possible to create a given shear stress. An example of this type of viscometer is the device described in US patent ″ Free rotor viscometer ″ No. 6691560 published February 17, 2001. This device uses an electromagnetic drive that allows you to create a given value of shear stress. It should be noted that this viscometer was not designed to measure blood viscosity, therefore, the volumes of the measured liquid are quite large (tens of ml), which does not allow the use of this development in the laboratories of medical institutions. In the viscometer Zakharchenko V.N. The principle of a free-floating rotor is also used, but a transmission fluid is used to rotate it. The use of transfer fluid dramatically worsens the process of thermal stabilization of the measuring cell and reduces the dynamic range created by shear stresses.
В авторском свидетельстве СССР №1821129, опубликованном 15.06.1993 ″Ротационный вискозиметр крови″, описано устройство вискозиметра с свободноплавающем ротором и электромагнитным управлением. Данная конструкция вискозиметра имеет ограниченную область измерений, охватывая диапазон скоростей сдвига от 20 до 200 с-1. Ограниченный диапазон задаваемых скоростей сдвига, особенно в области малых значений значительно ограничивает клинико-диагностическую ценность устройства. К недостаткам данной разработки следует отнести невозможность получения достоверной информации о процессах агрегации - дезагрегации эритроцитов, что является результатом невозможности работы в области малых скоростей сдвига, а также отсутствием возможности получения информации о других составляющих вязкости.In USSR author's certificate No. 1821129, published on 06/15/1993 ″ Rotational blood viscometer ″, a viscometer device with a free-floating rotor and electromagnetic control is described. This design of the viscometer has a limited measurement range, covering a range of shear rates from 20 to 200 s -1 . The limited range of preset shear rates, especially in the region of small values, significantly limits the clinical diagnostic value of the device. The disadvantages of this development include the impossibility of obtaining reliable information about the aggregation processes - disaggregation of red blood cells, which is the result of the inability to work in the field of low shear rates, as well as the lack of the ability to obtain information about other viscosity components.
Принцип измерения вязкости крови с использованием свободноплавающего ротора с электромагнитным приводом описан в патенте США №5798454, опубликованном 25.01.1998 ″Magnetically suspended device with function of measuring viscosity″. Данное устройство предназначено для измерения вязкости крови во время операции на открытом сердце и использовании насоса для перфузии крови. Для регистрации величины вязкости крови в устройстве задается заданная величина напряжения сдвига с регистрацией скорости сдвига. Данная конструкция вискозиметра имеет достаточно узкое и высокоспециализированное применение - кардиохирургия, так как она установлена последовательно на магистрали аппарата искусственного кровообращения.The principle of measuring blood viscosity using a free-floating rotor with an electromagnetic drive is described in US Pat. No. 5,798,454, published Jan. 25, 1998, ″ Magnetically suspended device with function of measuring viscosity ″. This device is designed to measure blood viscosity during open heart surgery and use a blood perfusion pump. To register the value of blood viscosity in the device, a predetermined shear stress value is set with recording the shear rate. This design of the viscometer has a rather narrow and highly specialized application - cardiac surgery, since it is installed sequentially on the main line of the heart-lung machine.
Для регистрации составляющих вязкости крови (гематокрит, агрегация и деформируемость эритроцитов) используются самостоятельные устройства. Так для регистрации агрегации эритроцитов производятся отдельные приборы, основанные на регистрации рассеяния света. Примерами таких приборов являются Erythroaggregometer (Франция), Myrenne aggregometer (Германия) и LORCA (Голландия). Оценку деформирумости эритроцитов проводят по измерению времени фильтрации крови, через поры с диаметром меньше размера единичного эритроцита (<5 мкм) или с использованием оптического метода. Оптический метод оценки деформируемости основан на регистрации перехода формы эритроцита из двояковогнутого тора в эллипс. Пример данного метода описан в патенте США №3955890, опубликованном 11.05.1976 ″Method of measuring the deformation capacity of microscopic objects, more particularly red blood corpuscles and a device for implementing the method″.To register the components of blood viscosity (hematocrit, aggregation and deformability of red blood cells), independent devices are used. So, for the registration of aggregation of red blood cells, individual devices are manufactured based on the registration of light scattering. Examples of such instruments are the Erythroaggregometer (France), Myrenne aggregometer (Germany) and LORCA (Holland). Erythrocyte deformability is assessed by measuring the time of blood filtration, through pores with a diameter less than the size of a single red blood cell (<5 μm) or using the optical method. The optical method for assessing deformability is based on recording the transition of a red blood cell form from a biconcave torus to an ellipse. An example of this method is described in US patent No. 3955890, published 05/11/1976 ″ Method of measuring the deformation capacity of microscopic objects, more particularly red blood corpuscles and a device for implementing the method ″.
В перечисленных выше устройствах для оценки микрореологических свойств крови (агрегации и деформируемости эритроцитов) используются отдельные элементы для создания заданной скорости сдвига, присущие вискозиметрам, система коаксиальных цилиндров в патенте США №3955890, систему конус-плоскость в эритроцитарном агрегометре (Myrenne)). Однако проводить оценку вязкости крови на их основе невозможно.The above devices for evaluating the micro-rheological properties of blood (aggregation and deformability of red blood cells) use individual elements to create a given shear rate inherent to viscometers, a coaxial cylinder system in US Pat. No. 3,955,890, a cone-plane system in an erythrocyte aggregometer (Myrenne)). However, it is not possible to evaluate blood viscosity based on them.
Представляет определенный интерес для получения информации о составляющих вязкости использование расчетных величин индекса агрегации и деформируемости эритроцитов.It is of certain interest to obtain information on the components of viscosity using the calculated values of the aggregation index and deformability of red blood cells.
Так для оценки состояния агрегация - дезагрегация эритроцитов было предложено использования индекса агрегации эритроцитов. Для получения этой расчетной величины использовался анализ крутизны падения вязкости крови (рис.2) при увеличении скорости сдвига от 20 до 100 с-1. Известно, что значимое снижения вязкости крови в этом диапазоне скоростей сдвига определяется процессом гидродинамической дезагрегации эритроцитов (Парфенов А.С. 1992). Индекс агрегации эритроцитов определялся путем измерения вязкости крови при скоростях сдвига 20 и 100 с-1. Разделив величину вязкости крови, измеренной при 20 с-1, на величину вязкости крови, измеренной при 100 с-1, получаем индекс агрегации эритроцитов, который характеризует выраженность процесса агрегации эритроцитов.So to assess the state of aggregation - disaggregation of red blood cells, it was proposed to use the index of aggregation of red blood cells. To obtain this calculated value, we used the analysis of the slope of the blood viscosity drop (Fig. 2) with an increase in the shear rate from 20 to 100 s -1 . It is known that a significant decrease in blood viscosity in this range of shear rates is determined by the process of hydrodynamic disaggregation of red blood cells (Parfenov A.S. 1992). The erythrocyte aggregation index was determined by measuring blood viscosity at shear rates of 20 and 100 s -1 . Dividing the blood viscosity measured at 20 s −1 by the blood viscosity measured at 100 s −1 , we get the red blood cell aggregation index, which characterizes the severity of the red blood cell aggregation process.
Аналогичный подход с использованием расчетных величин использовался и для оценки деформируемости эритроцитов. Индекс деформируемости эритроцитов определяется (рис.3) путем измерения вязкости крови при скоростях сдвига 100 и 200 с-1. Разделив величину вязкости крови, измеренной при 100 с-1, на величину вязкости, измеренной при 200 с-1, получаем индекс деформируемости эритроцитов, свидетельствующий о способности эритроцитов к деформации в потоке.A similar approach using calculated values was used to assess the deformability of red blood cells. The erythrocyte deformability index is determined (Fig. 3) by measuring blood viscosity at shear rates of 100 and 200 s -1 . Dividing the blood viscosity measured at 100 s −1 by the viscosity measured at 200 s −1 , we obtain the erythrocyte deformability index, which indicates the ability of red blood cells to deform in the flow.
Не смотря на диагностическую информативность расчетных показателей агрегации и деформируемости эритроцитов, их прямые методы оценки имеют, несомненно, большую диагностическую значимость. Из прямых методов изучения микрореологических характеристик крови (агрегации и деформируемости эритроцитов) наиболее информативны метода непосредственной микроскопии и оптические методы. Наиболее удобны для анализа оптические методы анализа, основанные либо на оценке прохождения света через образец крови подвергнутый сдвигу, либо на светорассеянии. Для корректной оценки этих показателей (агрегации и деформируемости) их анализ должен проводиться при заданных скоростях сдвига. Ротационный вискозиметр со свободноплавающим ротором, изготовленный из прозрачного материала является оптимальным для проведения этого анализа.Despite the diagnostic informativeness of the calculated indicators of aggregation and deformability of red blood cells, their direct methods of assessment are undoubtedly of great diagnostic significance. Of the direct methods for studying the micro-rheological characteristics of blood (aggregation and deformability of red blood cells), the most informative are direct microscopy methods and optical methods. The most convenient for analysis are optical analysis methods based either on the estimation of the passage of light through a sheared blood sample or on light scattering. For the correct assessment of these indicators (aggregation and deformability), their analysis should be carried out at given shear rates. A free-flowing rotary viscometer made of a transparent material is optimal for this analysis.
Техническим результатом, проявляющимся при использовании предлагаемого изобретения является упрощение конструкции устройства для реологического анализа крови, а также повышении точности измерений за счет комплексного анализа различных составляющих вязкости крови.The technical result manifested when using the present invention is to simplify the design of a device for rheological analysis of blood, as well as to increase the accuracy of measurements due to a comprehensive analysis of various components of blood viscosity.
Для достижения предполагаемого вышеуказанных недостатков было разработано устройство для реологического анализа крови, включающее ротор, средство приведения ротора во вращение, средство регистрирующее параметры вращения ротора, измерительную ячейку, причем, согласно изобретению ротор размещен внутри измерительной ячейки с зазором, при этом ротор и измерительная ячейка выполнены таким образом чтобы соблюдалось условие: 1,0≤δ≤1,10, где δ отношение радиуса измерительной ячейки к радиусу ротора.To achieve the aforementioned disadvantages, a device for rheological analysis of blood was developed, comprising a rotor, means for bringing the rotor into rotation, a means for recording rotor rotation parameters, a measuring cell, and according to the invention, the rotor is placed inside the measuring cell with a gap, while the rotor and the measuring cell are made so that the condition is met: 1.0≤δ≤1.10, where δ is the ratio of the radius of the measuring cell to the radius of the rotor.
Ротор может быть выполнен с возможностью плавания в анализируемом образце крови, размещенном в зазоре.The rotor can be made with the possibility of swimming in the analyzed blood sample, placed in the gap.
Устройство может быть дополнительно снабжено микроконтроллером связанным со средством регистрирующим параметры вращения ротора, а также с устройством ввода вывода информации.The device can be additionally equipped with a microcontroller associated with the means registering the parameters of rotation of the rotor, as well as with an input / output information input device.
Ротор может быть выполнен из оптически прозрачного материала.The rotor may be made of optically transparent material.
Ротор может быть выполнен из стекла.The rotor may be made of glass.
Ротор может быть выполнен из полистирола.The rotor may be made of polystyrene.
Ротор выполнен из металла.The rotor is made of metal.
Измерительная ячейка может быть выполнена с возможностью герметичного закрытия.The measuring cell can be made with the possibility of tight closure.
Средство приведения ротора во вращение может быть выполнено с возможностью ступенчатого изменения скорости вращения ротора.The means for bringing the rotor into rotation can be configured to stepwise change the rotor speed.
Средство, регистрирующее параметры вращения ротора может представлять собой оптопару с открытым оптическим каналом.The means for recording rotor rotation parameters can be an optocoupler with an open optical channel.
В оптопаре в качестве источника излучения может быть использован лазерный диод, а в качестве приемника излучения использован кремниевый фотодиод.In an optocoupler, a laser diode can be used as a radiation source, and a silicon photodiode is used as a radiation receiver.
Измерительная ячейка может содержать антикоагулянт.The measuring cell may contain an anticoagulant.
Средство приведения ротора во вращение может быть выполнено в виде электромагнитного статора.The means for bringing the rotor into rotation can be made in the form of an electromagnetic stator.
Средство приведения ротора во вращение может быть выполнено в виде статора с переменным магнитным сопротивлением, при этом в ротор содержит в своем составе постоянный магнит.The means for bringing the rotor into rotation can be made in the form of a stator with variable magnetic resistance, while the rotor contains a permanent magnet.
Предложенное изобретение поясняется следующими чертежами.The proposed invention is illustrated by the following drawings.
Рис.1. Кривые вязкости крови (1 - пациента контрольной группы и 2 - больного ишемической болезнью сердца)Fig. 1. Blood viscosity curves (1 for a patient in the control group and 2 for a patient with coronary heart disease)
Рис.2 Определение индекса агрегации эритроцитов Рис.3 Определение индекса агрегации эритроцитовFig. 2 Determination of the index of red blood cell aggregation Fig. 3 Determination of the index of red blood cell aggregation
Рис.4. Измерительная ячейка вискозиметра со свободноплавающим роторомFig. 4. Free-flowing rotor viscometer measuring cell
Рис.5. Измерительная ячейка вискозиметра со свободноплавающим ротором для одноразового измерения (картридж).Fig.5. Measuring cell of a viscometer with a free-floating rotor for a one-time measurement (cartridge).
Рис.6 Схема взаимного расположения измерительной ячейки вискозиметра и электромагнитного статора (вид сверху)Fig. 6 Diagram of the relative position of the measuring cell of the viscometer and the electromagnetic stator (top view)
Рис.7. Измерительная ячейка вискозиметра с установленной оптопарой для контроля скорости вращения.Fig. 7. Measuring cell of a viscometer with an installed optocoupler for controlling the rotation speed.
Рис.8. Измерительная ячейка (картридж) реологического анализатора с установленной оптопарой контроля скорости вращения (средняя часть ротора) и оптическим каналом для регистрации агрегации и деформируемости (верхняя часть ротора).Fig. 8. A measuring cell (cartridge) of a rheological analyzer with an installed optocouple for controlling the rotation speed (middle part of the rotor) and an optical channel for recording aggregation and deformability (upper part of the rotor).
Рис.9. Оптический канал для регистрации микрореологических характеристик в стандартной конструкции вискозиметрического ротора и статора.Fig. 9. An optical channel for recording micro-rheological characteristics in a standard design of a viscometric rotor and stator.
Рис.10. Анализатор крови реологический.Fig. 10. Blood analyzer rheological.
Ниже приведено более подробное описание заявляемого изобретения. Как известно величины скоростей сдвига и напряжения сдвига в случае ротационных вискозиметров определяются математически. Скорость сдвига γ на вискозиметрическом роторе (далее роторе) равна угловой скорости Ω, умноженной на константу М, которая зависит от радиусов вискозиметрического статора (далее статора) Ro и ротора Ri.Below is a more detailed description of the claimed invention. As is known, the values of shear rates and shear stress in the case of rotational viscometers are determined mathematically. The shear rate γ on the viscometer rotor (hereinafter referred to as the rotor) is equal to the angular velocity Ω times the constant M, which depends on the radii of the viscometer stator (hereinafter referred to as the stator) R o and the rotor R i .
Для определения углового зазора вместо разности радиусов Ro - Ri обычно используют отношение радиусов:To determine the angular clearance instead of the difference of the radii R o - R i usually use the ratio of the radii:
Это отношение в реальных измерительных системах ротационного вискозиметра всегда больше 1,00. Отношение 1,00 было бы возможным, только если бы оба радиуса были одинаковы, а зазор сократился бы до нуля. Отношение 1,10 при одинаковой частоте вращения ротора n уже приводит к скорости сдвига, почти на порядок меньшей, чем при отношении 1,01, при этом соответствующие значения вязкости различаются на 37%. Ввиду того, что отношение радиусов имеет существенное значение для точности измерений вязкости неньютоновских жидкостей, эта величина должна быть ограничена:This ratio in real measuring systems of a rotational viscometer is always greater than 1.00. A ratio of 1.00 would be possible only if both radii were the same and the gap would be reduced to zero. A ratio of 1.10 for the same rotor speed n already leads to a shear rate that is almost an order of magnitude lower than for a ratio of 1.01, while the corresponding viscosity values differ by 37%. Due to the fact that the ratio of the radii is essential for the accuracy of viscosity measurements of non-Newtonian fluids, this value should be limited:
1,0≤δ≤1,101,0≤δ≤1,10
Несоблюдения этого требования может приводить к большой ошибке измерений вязкости крови.Failure to do so may result in a large error in blood viscosity measurements.
Другой причиной, возникновения ошибок измерения вязкости крови являются «концевые эффекты», относящиеся к особенностям формы торцов ротора. Проведение абсолютной вискозиметрии образцов крови требует, чтобы измеряемый крутящий момент являлся только результатом сопротивления жидкого образца, подвергаемого сдвигу в точно определенных сдвиговых зазорах. Однако все роторы имеют нижние и верхние торцы, в которых может возникать добавочный крутящий момент при сдвиге в зазоре между этими торцами и поверхностью статора. Этот дополнительный крутящий момент, величина которого неизвестна, добавляется к общему крутящему моменту, оцениваемому измерительной системой вискозиметра. Только при тщательном выборе геометрии измерительной системы коаксиальных цилиндров можно свести к минимуму эти торцевые эффекты. Если размер зазора между цилиндрами достаточно мал, а высота ротора примерно в 100 раз больше, то концевой эффект становится пренебрежимо малым.Another reason for the occurrence of errors in the measurement of blood viscosity is the "end effects" related to the features of the shape of the ends of the rotor. Absolute viscometry of blood samples requires that the measured torque is only the result of the resistance of a liquid sample subjected to shear in precisely defined shear gaps. However, all rotors have lower and upper ends, in which additional torque can occur during a shift in the gap between these ends and the stator surface. This additional torque, the magnitude of which is unknown, is added to the total torque estimated by the measuring system of the viscometer. Only with careful selection of the geometry of the measuring system of the coaxial cylinders can these end effects be minimized. If the size of the gap between the cylinders is small enough and the rotor height is about 100 times larger, then the end effect becomes negligible.
Сила вязкого трения, действующая на вращающийся и плавающий в жидкости ротор, может быть определена из закона Ньютона для внутреннего трения:The force of viscous friction acting on a rotor rotating and floating in a fluid can be determined from Newton's law for internal friction:
τ=η∙γτ = η ∙ γ
τ напряжение сдвига; η - вязкость; γ - скорость сдвига.τ shear stress; η is the viscosity; γ is the shear rate.
Согласно этому закону, сила F, приложенная к площади А, находящейся на границе раздела боковой поверхности ротора и крови, вызывает течение в слое жидкости. Индуцируемое напряжение сдвига определяется какAccording to this law, the force F applied to the area A located at the interface between the side surface of the rotor and the blood causes a flow in the liquid layer. The induced shear stress is defined as
Напряжение сдвига τ взывает характерную картину послойного распределения скоростей в слое жидкости. Максимальная скорость течения vmax наблюдается у границы раздела крови с движущейся поверхностью ротора. По мере удаления от подвижной плоскости скорость течения снижается, и на расстоянии y от нее, на границе с неподвижной стенкой статора, vмин=0. Ламинарное течение означает, что слои жидкости бесконечно малой величины скользят один по другому подобно отдельным картам в колоде. Один ламинарный слой смещается по отношению к другому на некоторую часть общего сдвига всего слоя жидкости между плоскостями ротора и статора. Градиент скорости поперек зазора называют ″скоростью сдвига″, которая математически выражается в виде дифференциала:Shear stress τ invokes a characteristic picture of the layer-by-layer velocity distribution in the liquid layer. The maximum flow velocity v max is observed at the blood interface with the moving surface of the rotor. As you move away from the moving plane, the flow velocity decreases, and v min = 0 at a distance y from it, at the boundary with the fixed stator wall. Laminar flow means that fluid layers of infinitesimal size slide one over the other like separate cards in a deck. One laminar layer is shifted relative to another by some part of the total shift of the entire liquid layer between the planes of the rotor and stator. The velocity gradient across the gap is called ″ shear rate ″, which is mathematically expressed as a differential:
Зная угловую скорость и размеры ротора, можно вычислить величины, входящие в уравнение Ньютона. Скорость слоя крови, прилегающей к статору, примерно равна нулю; для вращающегося ротора - это скорость вращения. В промежуточных слоях крови скорости пропорциональны радиальному расстоянию от статора. Следовательно, градиент сдвига является постоянной величиной и составляетKnowing the angular velocity and dimensions of the rotor, it is possible to calculate the quantities included in the Newton equation. The speed of the blood layer adjacent to the stator is approximately zero; for a rotating rotor, this is the speed of rotation. In the intermediate layers of the blood, the velocities are proportional to the radial distance from the stator. Therefore, the shear gradient is constant and is
где R - средний радиус ротора и статора, S - скорость вращения (об/мин) и d - расстояние между цилиндрами. Напряжение сдвига составляетwhere R is the average radius of the rotor and stator, S is the rotation speed (rpm) and d is the distance between the cylinders. Shear stress is
τ=T/2πR2h,τ = T / 2πR 2 h,
где h - высота ротора, а T - момент вращения, необходимый для того, чтобы поддерживать скорость вращения ротора S.where h is the height of the rotor, and T is the moment of rotation necessary to maintain the speed of rotation of the rotor S.
С другой стороны, электромагнитный статор, формирующий вращающееся магнитное поле, и ротор образуют асинхронную машину. Величина электромагнитной силы, действующей на ротор определяется: толщиной стенок ротора, удельным сопротивлением материала ротора, шириной магнитопровода статора, током катушек статора, количеством витков катушек статора, а также расстоянием между магнитопроводом статора и ротором.On the other hand, the electromagnetic stator forming the rotating magnetic field and the rotor form an asynchronous machine. The magnitude of the electromagnetic force acting on the rotor is determined by: the thickness of the rotor walls, the resistivity of the rotor material, the width of the stator magnetic circuit, the current of the stator coils, the number of turns of the stator coils, as well as the distance between the stator magnetic circuit and the rotor.
Учитывая, что при достижении равномерного вращения электромагнитная сила равна силе вязкого трения, можно получить значение вязкости анализируемой жидкости.Given that when uniform rotation is achieved, the electromagnetic force is equal to the force of viscous friction, it is possible to obtain the viscosity value of the analyzed fluid.
Принцип действия устройства для реологического анализа крови основан на поддержании заданной скорости вращения (скорости сдвига) вискозиметрического ротора и определения вязкости по величине напряжения на обмотках электромагнитного статора при заданной скорости вращения (скорости сдвига). При использовании статора шагового двигателя для управления вискозиметрическим ротором, вязкость определяется по величине частоты переключения обмоток статора при заданной скорости вращения ротора.The principle of operation of the device for rheological analysis of blood is based on maintaining a given rotation speed (shear rate) of the viscometric rotor and determining the viscosity by the magnitude of the voltage across the windings of the electromagnetic stator at a given rotation speed (shear rate). When using a stator of a stepper motor to control a viscometric rotor, the viscosity is determined by the frequency of switching the stator windings at a given rotor speed.
Для определения деформируемости эритроцитов использован эктацитометрический принцип измерения, в основе которого находится регистрация изменений дифракционной картины ″тор-эллипс″. Эритроциты при малых скоростях сдвига имеют дифракционную картину в виде концентрических окружностей, а при высоких в виде эллипсоида. Деформация эритроцитов оценивается по изменению соотношения вертикальных и горизонтальных размеров дифракционной картины. Оценка изменений дифракции проводится при двух скоростях сдвига 50 и 300 с-1. Количественная оценка перехода ″тор-эллипс″ осуществляется с использованием специальной маски, установленной на фотодиод. Индекс деформируемости эритроцитов определяется по отношению величин фотовольтажа, полученных при скоростях сдвига 50 и 300 с-1.To determine the deformability of red blood cells, the ectacytometric measurement principle was used, which is based on the registration of changes in the diffraction pattern ″ tor-ellipse ″. Red blood cells at low shear rates have a diffraction pattern in the form of concentric circles, and at high in the form of an ellipsoid. The deformation of red blood cells is estimated by changing the ratio of vertical and horizontal sizes of the diffraction pattern. The diffraction changes are evaluated at two shear rates of 50 and 300 s -1 . Quantification of the transition ″ tor-ellipse ″ is carried out using a special mask mounted on the photodiode. The red blood cell deformability index is determined by the ratio of the photovoltage values obtained at shear rates of 50 and 300 s -1 .
Диапазон задаваемых скоростей сдвига анализатора может варьировать от 0,1 до 1000 с-1. Мы выбрали диапазон измерений от 1 до 300 с-1. Минимальное значение 1 с-1 выбрано из соображений исключения феномена седиментации эритроцитов за время измерения. Максимальное значение 300 с-1 выбрано с целью исключения гидродинамического повреждения эритроцитов во время проведения измерения. Для построения кривой вязкости достаточно проведение измерений вязкости в 5-8 точках диапазона скоростей сдвига. Наибольший интерес представляют замеры вязкости в начальном (наиболее нелинейном) участке кривой вязкости. Такими точками измерений может явиться перечень 1, 5, 10, 50, 100, 200 и 300 с-1.The range of preset analyzer shear rates can vary from 0.1 to 1000 s -1 . We have chosen a measurement range from 1 to 300 s -1 . The minimum value of 1 s -1 is chosen from considerations of eliminating the phenomenon of sedimentation of red blood cells during the measurement. The maximum value of 300 s -1 was chosen in order to exclude hydrodynamic damage to red blood cells during the measurement. To build a viscosity curve, it is sufficient to measure viscosity at 5-8 points in the shear rate range. Of greatest interest are viscosity measurements in the initial (most non-linear) section of the viscosity curve. A list of 1, 5, 10, 50, 100, 200 and 300 s -1 can be such measurement points.
Разработанное для реализации данного принципа устройство (рис.10) включает ротор (1), средство приведения ротора во вращение (2), средство регистрирующее параметры вращения ротора (3), измерительную ячейку (4), причем ротор размещен внутри измерительной ячейки с зазором (5), при этом ротор и измерительная ячейка выполнены таким образом чтобы соблюдалось условие: 1,0≤δ≤1,10, где δ отношение радиуса измерительной ячейки к радиусу ротора. Ротор может быть изготовлен из оптически прозрачного материала (стекло, полистирол и т.д.). Ротор представляет собой комбинацию оптически прозрачного материала с цилиндрической вставкой (6) из немагнитного металла, взаимодействующего с электромагнитным полем статора. В качестве металла, используемого для вставки можно использовать немагнитную нержавеющую сталь, сплавы алюминия и др. Масса ротора подобрана таким образом, что, будучи помещенным, в заполненный образцом крови статор он оставался на плаву. В ряде случаев (работа только в режиме вискозиметра без оптического канала) ротор может быть выполнен целиком из металла. Для регистрации скорости вращения ротора в верхней части последнего нанесены штрихи (7) с различной отражающей способностью.A device developed to implement this principle (Fig. 10) includes a rotor (1), means for bringing the rotor into rotation (2), means registering rotor rotation parameters (3), measuring cell (4), and the rotor is placed inside the measuring cell with a gap ( 5), while the rotor and the measuring cell are made in such a way that the condition is met: 1.0≤δ≤1.10, where δ is the ratio of the radius of the measuring cell to the radius of the rotor. The rotor can be made of optically transparent material (glass, polystyrene, etc.). The rotor is a combination of an optically transparent material with a cylindrical insert (6) of non-magnetic metal interacting with the electromagnetic field of the stator. Non-magnetic stainless steel, aluminum alloys, etc. can be used as the metal used for insertion. The mass of the rotor is selected so that, when placed in a stator filled with a blood sample, it stays afloat. In some cases (operation only in the viscometer mode without an optical channel), the rotor can be made entirely of metal. To register the rotor speed in the upper part of the latter, strokes (7) are applied with different reflectivity.
Конструкция измерительной ячейки (4) может быть выполнена в виде одноразового картриджа (рис.5). Такая конструкция исключает необходимость процедуры промывки ротора и статора от предыдущего образца крови. Верхний торец одноразовой системы закрыт резиновой пробкой (8), которая позволяет сохранить отрицательное давление в измерительной ячейке. Внутри ячейки находится антикоагулянт, препятствующий процессу свертывания крови (ЭДТА, цитрат или гепарин). При прокалывании резиновой пробки иглой измерительная ячейка автоматически заполняется заданным объемом венозной крови. При использовании измерительной системы вискозиметра, выполненной в виде однократно используемого картриджа, штриховка (9) нанесена на поверхность ротора (1) в его средней части (рис.5). Поскольку величина вязкости крови сильно зависит от температуры, при которой проводится измерение. Для исключения влияния температуры на результат измерения проводится термостатирование измерительной ячейки при температуре 37°C.The design of the measuring cell (4) can be made in the form of a disposable cartridge (Fig. 5). This design eliminates the need for washing the rotor and stator from a previous blood sample. The upper end of the disposable system is closed with a rubber stopper (8), which allows you to maintain negative pressure in the measuring cell. Inside the cell is an anticoagulant that interferes with the blood coagulation process (EDTA, citrate or heparin). When a rubber stopper is punctured with a needle, the measuring cell is automatically filled with a given volume of venous blood. When using a viscometer measuring system made in the form of a single-use cartridge, hatching (9) is applied to the surface of the rotor (1) in its middle part (Fig. 5). Since the value of blood viscosity is highly dependent on the temperature at which the measurement is carried out. To exclude the influence of temperature on the measurement result, the measuring cell is thermostated at a temperature of 37 ° C.
Конструкция ротора (1) в одноразовой системе модифицирована (рис.5) по сравнению со стандартной измерительной ячейкой (рис.7). Подобная модификация ротора позволяет заполнять измерительную ячейку необходимым объемом крови автоматически. После установки измерительной ячейки в анализатор, ротор приводится во вращение, тем самым объем крови активно взаимодействует с антикоагулянтом, находящимся в статоре. После перемешивания образца крови с антикоагулянтом запускается процесс измерения.The rotor design (1) in a disposable system is modified (Fig. 5) compared to a standard measuring cell (Fig. 7). Such a modification of the rotor allows you to fill the measuring cell with the required volume of blood automatically. After installing the measuring cell in the analyzer, the rotor is rotated, thereby the blood volume actively interacts with the anticoagulant located in the stator. After mixing the blood sample with an anticoagulant, the measurement process starts.
Для регистрации параметров вращения ротора устройство снабжено фотоэлектрическим таходатчиком (10), вырабатывающим импульсный сигнал, частота которого пропорциональна скорости вращения ротора. Формирователь сигнала (11) нормализует импульсы по длительности и амплитуде, так что на его выходе формируется последовательность равной длительности, частота следования которых пропорциональна скорости вращения ротора.To register the rotor rotation parameters, the device is equipped with a photoelectric tachometer (10) that generates a pulsed signal whose frequency is proportional to the rotor speed. The signal conditioner (11) normalizes the pulses in duration and amplitude, so that at its output a sequence of equal duration is formed, the repetition rate of which is proportional to the rotor speed.
Оценка агрегационных свойств эритроцитов проводится при помощи фотометрического блока (12). С его помощью проводится определение скорости агрегации и прочности образующихся эритроцитарных агрегатов. Фотометрический блок (12) управляет работой лазерного диода (650 нм, 1,5 мВт) и стабилизирует его мощность. В качестве приемника сигнала светорассеяния используется кремневый фотодиод, сигнал от которого поступает на операционный усилитель.Evaluation of the aggregation properties of red blood cells is carried out using a photometric unit (12). With its help, the determination of the rate of aggregation and the strength of the formed erythrocyte aggregates is carried out. The photometric unit (12) controls the operation of the laser diode (650 nm, 1.5 mW) and stabilizes its power. A silicon photodiode is used as a light scattering signal receiver, the signal from which is fed to an operational amplifier.
Для создания электромагнитного поля взаимодействующего с ротором можно применять конструкцию электромагнитного статора аналогично используемого в двухфазных асинхронных двигателях или однофазный статор с расщепленным полюсом. В зависимости от используемого электромагнитного статора драйвер (13) создает соответствующий алгоритм его работы (одно- или двухфазное управление). Возможно также использование статора с переменным магнитным сопротивлением, применяемого в шаговых двигателях. В этом случае, в вискозиметрический ротор устанавливается постоянный магнит.To create an electromagnetic field interacting with the rotor, one can use the design of an electromagnetic stator similar to that used in two-phase asynchronous motors or a single-phase stator with a split pole. Depending on the electromagnetic stator used, the driver (13) creates an appropriate algorithm for its operation (one- or two-phase control). It is also possible to use a stator with variable magnetic resistance, used in stepper motors. In this case, a permanent magnet is installed in the viscometer rotor.
Основой устройства управления электромагнитным статором является AVR микроконтроллер (14). Сигналы управления обмотками статора формируются программно. Драйвер электромагнитного статора (13) усиливает и увеличивает мощность управляющего сигнала, обеспечивающего вращение ротора с заданной скоростью сдвига и соответствующего вязкости образца крови. Микроконтроллер получает информацию о скорости движения ротора и рассчитывает величину вязкости анализируемой пробы. Информация о величине вязкости выдается на жидкокристаллический дисплей, а также через интерфейс RS-232 подается к компьютеру. Задатчик скорости сдвига (15) позволяет в режиме ручного управления задавать необходимую скорость сдвига при проведении фотометрических оценок агрегации и деформируемости эритроцитов.The basis of the electromagnetic stator control device is the AVR microcontroller (14). Stator winding control signals are generated by software. The electromagnetic stator driver (13) amplifies and increases the power of the control signal, which ensures the rotation of the rotor with a given shear rate and the corresponding viscosity of the blood sample. The microcontroller receives information about the rotor speed and calculates the viscosity value of the analyzed sample. Information on the value of viscosity is displayed on the liquid crystal display, and also through the RS-232 interface is supplied to the computer. The shear rate adjuster (15) allows, in the manual control mode, to set the necessary shear rate during photometric assessments of the aggregation and deformability of red blood cells.
Предложенное устройство работает следующим образом: Исследуемый образец помещают в измерительную ячейкуThe proposed device works as follows: The test sample is placed in a measuring cell
- создается вращение вискозиметрического ротора, соответствующее скорости сдвига 300 с-1 в течение 10 секунд;- creates a rotation of the viscometric rotor corresponding to a shear rate of 300 s -1 for 10 seconds;
- регистрируется сигнал светорассеяния от полностью дезагрегированных эритроцитов;- a light scattering signal from completely disaggregated red blood cells is recorded;
- задатчиком скорости сдвига задается скорость сдвига, равная 5 с-1, которая не препятствует процессу агрегации эритроцитов, но предохраняет их от седиментации;- the shear rate setter sets the shear rate equal to 5 s -1 , which does not interfere with the process of aggregation of red blood cells, but protects them from sedimentation;
- регистрируется зависимость интенсивности светорассеяния от времени;- recorded the dependence of light scattering intensity on time;
- рассчитывается время t1/2, за которое начальный сигнал светорассеяния уменьшился в 2 раза.- time t 1/2 is calculated, during which the initial light scattering signal decreased by 2 times.
- Для определения прочности образующихся эритроцитарных агрегатов в зазоре вискозиметра создают скорость сдвига 1 с-1 в течение 30 секунд. За это время образуются эритроцитарные агрегаты. После чего, ступенчато увеличивая скорость сдвига, регистрируют светорассеяния. Величина скорости сдвига, при которой определяется максимальный сигнал светорассеяния, соответствует прочности эритроцитарных агрегатов.- To determine the strength of the formed erythrocyte aggregates in the gap of the viscometer create a shear rate of 1 s -1 for 30 seconds. During this time, red blood cell aggregates are formed. Then, stepwise increasing the shear rate, light scattering is recorded. The shear rate at which the maximum light scattering signal is determined corresponds to the strength of red blood cells.
Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретные варианты его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.The invention has been disclosed above with reference to specific options for its implementation. Other specialists may be obvious to other embodiments of the invention, without changing its essence, as it is disclosed in the present description. Accordingly, the invention should be considered limited in scope only by the following claims.
Источники информации:Information sources:
1. Парфенов А.С. Оценка реологических свойств крови с использованием ротационного вискозиметра. Клин. лаб. диагн. - 1992, №3, С.45-47.1. Parfenov A.S. Assessment of the rheological properties of blood using a rotational viscometer. Wedge. lab. the diagnosis - 1992, No. 3, S. 45-47.
2. Парфенов А.С. Гемореология атеросклероза. Механизмы формирования гемореологических нарушений, лабораторные методы диагностики, контроль терапии. Диссертация на соискание ученой степени доктора медицинских наук. Москва 1998.2. Parfenov A.S. Hemorheology of atherosclerosis. The mechanisms of formation of hemorheological disorders, laboratory diagnostic methods, therapy control. The dissertation for the degree of Doctor of Medical Sciences. Moscow 1998.
3. Hardeman M.R., Dobbe J.G., Ince C. The laser-assisted optical rotational cell analyzer (LORCA) as red bllod cell aggregometer. Clinical Hemorheology 2001, vol.25, pp.1-11.3. Hardeman M.R., Dobbe J.G., Ince C. The laser-assisted optical rotational cell analyzer (LORCA) as red bllod cell aggregometer. Clinical Hemorheology 2001, vol. 25, pp. 1-11.
4. Dobbe, J.G., Streekstra, G.J., Grimbergen C.A. Syllectometry: the effect of aggregometer geometry in the assessment of red blood cell shape recovery and aggregation. Biomedical Engineering 2003, vol.50, pp.97-106.4. Dobbe, J.G., Streekstra, G.J., Grimbergen C.A. Syllectometry: the effect of aggregometer geometry in the assessment of red blood cell shape recovery and aggregation. Biomedical Engineering 2003, vol.50, pp. 97-106.
Claims (14)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014122941/15A RU2570381C1 (en) | 2014-06-05 | 2014-06-05 | Device for rheological analysis of blood |
| PCT/RU2015/000354 WO2015187062A2 (en) | 2014-06-05 | 2015-06-05 | Device for rheological analysis of blood |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014122941/15A RU2570381C1 (en) | 2014-06-05 | 2014-06-05 | Device for rheological analysis of blood |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2570381C1 true RU2570381C1 (en) | 2015-12-10 |
Family
ID=54767529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014122941/15A RU2570381C1 (en) | 2014-06-05 | 2014-06-05 | Device for rheological analysis of blood |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2570381C1 (en) |
| WO (1) | WO2015187062A2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU949418A1 (en) * | 1981-01-12 | 1982-08-07 | Горьковский Исследовательский Физико-Технический Институт При Горьковском Государственном Университете Им.Н.И.Лобачевского | Electroviscometer |
| SU1420463A1 (en) * | 1987-03-18 | 1988-08-30 | Институт Тепло-И Массообмена Им.А.В.Лыкова | Rotary viscometer |
| RU1821129C (en) * | 1991-03-29 | 1993-06-15 | Всесоюзный научно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники | Rotary blood viscometer |
| RU2038578C1 (en) * | 1992-07-21 | 1995-06-27 | Владимир Анатольевич Гончаров | Micro-viscosimeter |
| SE518255C2 (en) * | 2001-01-04 | 2002-09-17 | Viscocheck Ab | Measuring properties of blood sample in container, using oscillating rotor and stator supplied with amplitude modulated sinusoidal current |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1124979A1 (en) * | 1983-06-28 | 1984-11-23 | Специальное Конструкторское Бюро Биофизической Аппаратуры | Apparatus for dividing blood into fractions |
| CA1261765A (en) * | 1984-03-21 | 1989-09-26 | Donald W. Schoendorfer | Method and apparatus for separation of matter from suspension |
| CA2169506A1 (en) * | 1995-03-22 | 1996-09-23 | Michael Alan Marcus | Associated dual interferometric measurement apparatus and method |
| RU2219643C2 (en) * | 1999-07-23 | 2003-12-20 | Эдвенсед Ротари Системс, Ллс. | Electric drive (alternatives) |
| US6691560B2 (en) * | 2001-11-02 | 2004-02-17 | Albert C. Abnett | Free rotor viscometer |
| SE522473C2 (en) * | 2002-06-20 | 2004-02-10 | Alfa Laval Corp Ab | A method and apparatus for purifying crankcase gas |
| RU86011U1 (en) * | 2009-05-04 | 2009-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курский государственный технический университет" | Biotor Viscometer |
-
2014
- 2014-06-05 RU RU2014122941/15A patent/RU2570381C1/en not_active IP Right Cessation
-
2015
- 2015-06-05 WO PCT/RU2015/000354 patent/WO2015187062A2/en active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU949418A1 (en) * | 1981-01-12 | 1982-08-07 | Горьковский Исследовательский Физико-Технический Институт При Горьковском Государственном Университете Им.Н.И.Лобачевского | Electroviscometer |
| SU1420463A1 (en) * | 1987-03-18 | 1988-08-30 | Институт Тепло-И Массообмена Им.А.В.Лыкова | Rotary viscometer |
| RU1821129C (en) * | 1991-03-29 | 1993-06-15 | Всесоюзный научно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники | Rotary blood viscometer |
| RU2038578C1 (en) * | 1992-07-21 | 1995-06-27 | Владимир Анатольевич Гончаров | Micro-viscosimeter |
| SE518255C2 (en) * | 2001-01-04 | 2002-09-17 | Viscocheck Ab | Measuring properties of blood sample in container, using oscillating rotor and stator supplied with amplitude modulated sinusoidal current |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2015187062A3 (en) | 2016-02-04 |
| WO2015187062A2 (en) | 2015-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hardeman et al. | Methods in hemorheology | |
| Errill | Rheology of blood | |
| JP6035329B2 (en) | Optical thromboelastography system and blood coagulation criteria evaluation method | |
| Chien et al. | Clinical hemorheology: applications in cardiovascular and hematological disease, diabetes, surgery and gynecology | |
| Shin et al. | Measurement of erythrocyte aggregation in a microchip stirring system by light transmission | |
| Nichols | Nature of Flow of a Liquid | |
| Wyss | Rheology of soft materials | |
| Bull et al. | Guidelines for measurement of blood viscosity and erythrocyte deformability | |
| Alexy et al. | An automated tube‐type blood viscometer: validation studies | |
| Tyler et al. | New uses for thromboelastography and other forms of viscoelastic monitoring in the emergency department: a narrative review | |
| WO2011101815A1 (en) | An apparatus and a method for the measurement of erythrocyte aggregation using disposable capillary tubes | |
| CN103814284A (en) | Capillary microviscometer | |
| US20130083311A1 (en) | Microfluidic system for optical measurement of platelet aggregation | |
| RU2570381C1 (en) | Device for rheological analysis of blood | |
| Benis et al. | Study of erythrocyte aggregation by blood viscometry at low shear rates using a balance method | |
| Hijikata et al. | Detection of thrombosis in a magnetically levitated blood pump by vibrational excitation of the impeller | |
| CN113654921B (en) | Variable-volume turbulence drag reduction evaluation device and method for conical plate | |
| RU2653175C2 (en) | Highly viscous liquids viscosity determination method and the device for its implementation | |
| Antonova et al. | Development of experimental microfluidic device and methodology for assessing microrheological properties of blood | |
| RU2522718C2 (en) | Inertial viscosity gage | |
| Sarabia Aldana et al. | Hemorheological and biochemical study in patients with liver cirrhosis | |
| Dissanayake | A rapid method for testing the erythrocyte sedimentation rate | |
| Stephen et al. | Analytical comparison between microhematocrit and automated methods for packed cell volume (PCV) determination | |
| TWI664413B (en) | Apparatus and method for viscosity measurement of fluids | |
| IL266403A (en) | Rheometer and method for the use thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170606 |