专利名称：止血分析仪和方法
技术领域：
本发明一般涉及血液分析，更具体地涉及止血分析仪和方法。
背景技术：
血液在身体通道中不受干扰地行进时为液体形式。然而，损伤会使得血液在损伤部位快速凝血以最初停止出血，之后有助于愈合过程。以及时有效的方式准确地测量患者血液凝结并随后消散(lysis)的能力对于某些的外科和内科处置至关重要。另外，准确地检测异常止血对于对患有凝血障碍的患者进行适当治疗尤为重要。
止血是高度复杂的生化过程的结果，该过程将血液从液态转变为固态。血液的特性(例如，血块强度)推断出，血液的机械性能对于确定液态血液的粘性之外的特性很重要。
图1是根据本公开的教导(teaching)而构成的止血分析仪的示意图。
图2是表示根据本公开的教导的血样的止血特性的视图。
图3是用于保持根据本公开教导的血样的容器的局部分解剖视立体图。
图4是根据本公开的教导的图3的容器的示意图，在该容器中具有血样并且振动该血样。
图5是根据本公开的教导的分析仪的示意图。
图6是根据本公开的教导的分析仪的示意图。
图7是根据本公开的教导的分析仪的示意图。
图8是用于根据本公开的教导构成的止血分析仪的第一示例性架台(stand)的立体图。
图9是用于根据本公开教导构成的止血分析仪的第二示例性架台的立体图。
具体实施例方式
参照图1，图1一般性地示出了根据本公开教导的止血分析仪10。分析仪10根据这样的原理操作，即因为血样的止血将血样从液态变为类似凝胶态，并且血样的弹性模量(modulus of elasticity)决定血样的固有频率，所以在止血期间测量血样固有频率的变化提供了血样的止血特性。遵循该原理，所公开的止血分析仪10测量在止血和消散过程中血样基本固有频率的变化，以提供血样的止血特性。为了实施前述原理，分析仪10一般包括容器12，用于保持血样14；振动器(shaker)16，用于使容器12移动从而激励血样14达到谐振；以及传感器18，用于测量血样14的所得振幅。
下面将描述所公开的止血分析仪所执行的示例性方法。液体在谐振时的振动与类似于钟摆的运动的晃动(sloshing)非常相似。因此，随着血液在凝血期间从液态转变为类似凝胶态并可能变为固态，血液的基本固有频率增加。所公开的示例性方法测量在止血/凝血和消散过程中血样14的基本固有频率的变化。
最初，将血样14放置在容器12中。然后通过振动器16使容器12振动，从而最初处于液态的血样14以线性晃动的方式振动。液体通常接近其第一基本固有频率以晃动方式进行振动，这可称为容器中全部液体的摆动，因此类似于钟摆。当血样14以其基本固有频率振动时，晃动的振幅达到最大值。因此，为了最初激励血样14以进行谐振，振动器16使得容器12以或非常接近血样14的基本固有频率地进行振动。另外，振动器16使得容器12以血样14的基本固有频率或非常接近该频率地进行振动，该频率在止血以及可能的消散过程中始终都在改变。
本领域普通技术人员将容易理解振动器16在止血和消散过程中始终使容器12以血样14的基本固有频率或非常接近该频率地进行振动所采用的多种方法。然而，在所公开示例中，容器12最初以低于血样14的基本固有频率的频率进行振动。然后该频率以很小的步幅(step)增加，同时测量得到的血样14的位移振幅。随着容器12的振动频率增加至接近血样的基本固有频率时，血样14的位移振幅将显著增加。血样14的位移振幅将在其基本固有频率时达到最大值。因此，监控血样14的位移振幅达到最大值，这提供了当达到该最大值时血样14的基本固有频率的值。
随着止血过程的继续，重复前述寻找血样14的基本固有频率的方法。当相对于时间绘制血样14的所测得的基本固有频率时，生成了与图2中所示曲线相似的曲线30。曲线30通常用其相对于x轴的镜像来表示，该镜像被示出为曲线31。曲线30的形状表示血液止血特性。x轴32表示时间，而y轴34表示在止血和消散过程中血样14的基本固有频率。本领域普通技术人员应该理解，由于血样14的频率与血样14的弹性模量成比例，因此y轴还表示在止血和消散过程中血样14的弹性模量的变化。
本领域普通技术人员将容易意识到，在试验期间容器12的振动频率增加或减少的频率步幅的大小会影响测定血样14的基本固有频率的速度和效率。例如，很大的频率步幅不会提供详尽的频率分辨率以进行接近精确地测量血样14的基本固有频率。另一方面，很小的频率步幅不会提供测定血样14的基本固有频率的快速方法。因此，为了在容器12的振动频率范围内找到血样的基本固有频率，有必要通过以有序的方式改变频率步幅和/或对容器12的振动频率增加或减少该频率步幅来搜寻血样14的基本固有频率。多种数学算法和方法对于本领域普通技术人员是熟知的，通过这些方法可以有序地改变频率步幅以在血样14的振动振幅内快速测定峰值。
本领域普通技术人员可以采用其它熟知的方法以在止血和消散过程的始终找到血样的基本固有频率。例如，在止血和消散过程的始终以一频率函数(该频率函数模拟了具有在血样14的基本固有频率附近或与其相等的频率分量的白噪声)移动容器12，可将血样14激励为谐振状态。白噪声是包括在一系列频率中选出的频率分量的频率函数。因为血样将以谐振激励响应于等于其基本固有频率或在其附近的频率，所以具有这种频率分量的白噪声会将血样14激励为谐振状态。本领域普通技术人员应容易理解，可使用诸如傅立叶频率分析的熟知方法来寻找被白噪声激励之后的血样14的基本频率。
下面将描述采用上述确定血样14的止血特性的方法的示例性装置。参照图1，振动器16使容器12移动以将血样14激励为谐振。通常，振动器16是能够以期望的频率和振幅来振动容器12的装置。本领域普通技术人员应知道多种可以振动物体的装置。在所公开的示例中，振动器16是类似于扬声器的音圈的磁簧继电器(dipcoil)。换言之，振动器16包括一电磁体，该电磁体通过由电信号驱动其电流而相对于固定永磁体振荡。振动器16可直接连接到容器12上或者通过连杆36连接到容器12上。连杆36将由振动器16产生的运动传递给容器12。对于本领域普通技术人员来说，他们熟知电信号的特性(即，电压、电流、电流方向等)可以确定振动器16的振荡运动的特性。因此，振动器16可以以振动器16的操作极限内的任何期望振幅和频率使容器12移动。
容器12在血样14的激励期间保持着血样14。容器12的大小和形状是任意的。然而，容器的形状和尺寸会影响分析仪10的操作，这是因为容器12用作谐振器。容器12越大，则血样14的固有频率就越低。另外，容器12不能太小以至于由于血样14中的表面张力而生成弯液面效应(meniscus effect)。相反，如果容器12太大，则在分析仪10中需要大量血样14进行分析，这在医学上是不可接受的。
在图3中显示了示例性容器12。容器12具有下部40和上部42。下部40和上部42通常为矩形。上部42与下部40相比具有较大的宽度、较大的长度和较小的深度，从而提供内部台阶44。容器12还包括可密封地附接在上部40的顶部上的盖46。容器12包括用于接收血样14的端口48。为了减少当将血样14放置在容器12中时的弯液面效应，用血样填充所述下部40直到上部42开始之处。因此，血样14的体积基本上等于下部40的容积。
为了防止血样14在测试期间蒸发并防止其污染，端口48可以自密封。例如，端口48可以由橡胶或硅构成从而在其中插入注射器针头时，橡胶或硅会弹性地包围该注射器针头以在将血样14注入容器12期间基本上密封该端口。当从端口48抽出针头时，橡胶或硅的弹性会基本上重新密封由针头生成的孔。为了防止血样14蒸发以及血样因暴露于空气而会产生的任何反应，容器12可预填充有或加压有惰性气体，例如氦。另选地，可以除去容器中的空气以在容器12内提供真空。本领域普通技术人员应认识到，容器12中的压力对于血样14的基本固有频率的影响小到几乎没有。在这里所公开的示例中，容器12可安全地一次性使用(disposable)，并可以在每次使用后安全地抛弃。容器12的一次性确保了血样14在测试期间被安全地处理并在测试之后被安全地抛弃。此外，一次性容器12可以制造成被完全密封并仅由端口48提供到其的入口。因此，容器12的一次性以及可完全地密封容器12确保了血样14不会暴露于空气(即，防止血样14的表面干燥)或者任何其它污染物，另外还确保了在测试之前、期间和之后，操作和处理血样14的安全性。
分析仪10包括用于容纳容器12的槽(未示出)。本领域普通技术人员应容易地认识到，容器12可以以任何期望的方式插入该槽中并从该槽移除。然而，为了容易地将容器12插入分析仪10并从该分析仪10移出容器12，容器12可以包括一把手(未示出)，使用者可把持该把手以分别将容器12插入分析仪10中并从分析仪10移出容器12。
为了测量由于容器12移动而导致的血样14的振荡，一固定的电磁源60朝向血样14发出光束62。如图1所示，源60可以是传感器18(即，主动传感器)的一部分。另选地，源60和传感器66(即，被动传感器)可以是独立的装置。光束62在从血样14的表面反射之后由传感器18检测。从血样14的表面反射之后的光束特性表示了血样14响应于容器12的移动的运动。
本领域普通技术人员将理解，源60的电磁光束可以被生成为在电磁光谱内任何发射，只要光束62可以从血样14的表面反射，并且从血样14的表面反射之后的光束特性表示了血样14的运动就行。
在所公开的示例中，源60是固定的LED(发光二极管)源，其将光束62指向血样14。光束62随后从血样14的表面反射。因此，容器12具有透光部分，从而光束62及其反射64可分别进入和离开容器12。在所公开示例中，盖46是透光的。本领域普通技术人员将认识到，盖46尽管透光但其本身反射光束62中的一些光。为了减少从盖46反射的光，可以在盖46上涂覆抗反射涂层。这种抗反射涂层由于应用在多种光学装置(例如，眼镜、望远镜、相机等)上，因此对于本领域普通技术人员是熟知的。尽管大多数液体都是高度透光的，但是血液表面形成了高度反射表面，从而大部分光束62从血样14的表面反射。
参照图4，用具有角度6的虚线70表示血样14相对于静止位置的移动。因此，血样14的移动将光束62的反射角改变了同一角度δ。传感器18从血样14的表面截取光束62的反射64，并生成表示血样14的移动的电信号。在所公开示例中，传感器18包括多个光电二极管，它们集体检测反射光束64的移动。差动测量这些二极管的输出，从而可以识别在血样14移动中的表示谐振的峰值。
在本公开的其它示例中，可以通过多个其它装置来测量血样14的振动。在一个示例中，布置在容器12中的声传感器(未示出)可差动测量从血样14的表面到该传感器的距离，这表示血样14的振动。在另一示例中，布置在容器12内的电极(未示出)用作电容或电阻桥(即，惠斯登电桥)。电容器或电阻器的电压差动表示血样14的振动。在又一示例中，可以在容器的在血样14表面附近的内壁上放置两个光电二极管(未示出)。当血样14振动时，其部分地或者全部遮蔽一个或两个光电二极管(即，防止光到达这些二极管)。因此，差动测量了二极管的输出，从而可识别表示谐振的血样14移动的峰值。
本领域普通技术人员应认识到，有多种方法和装置可用于驱动振动器16并分析来自传感器18的信号以确定血样14的止血特性。例如，如图5所示，止血分析仪10可包括内部计算装置80，该装置包括所需的硬件和软件以独立地或者响应于来自传感器18的信号而驱动振动器16。另外，该内部计算装置80可分析来自传感器18的信号以确定在止血期间血样14的基本固有频率。如前所述，这种分析将生成用于构建曲线30的数据以及关于血样14的止血特性的其它数据。在如图6所示的另一示例中，分析仪10可包括用于存储来自传感器18的数据的存储器装置82，以供以后由外部计算装置84进行分析。振动器16可以由存储在存储器装置82中的预定方法或者由外部计算装置84来驱动。在图7所示的又一示例中，分析仪10并不包括任何内部存储器或计算装置。在测试期间，分析仪10与外部计算装置86(例如，膝上型电脑、个人数字助理、台式计算机等)进行连续且实时的通信。外部计算装置86驱动振荡器16并接收来自传感器18的信号，以如前所述地确定血样14的止血特性。本领域普通技术人员将理解，可采用多种其它熟知的方法、算法和装置，独立地或响应于来自传感器18的信号来驱动振荡器16，并根据传感器信号确定止血特性。另外，可以通过多种熟知的方法和装置(例如，在显示屏上显示数据或者在纸上打印结果)，将所确定的止血特性传送给使用者。
本领域普通技术人员将理解，前述概括的装置非常结实并不易于因误操作而受到损害。所公开的装置具有数量非常少的活动部件或者易损坏的部件。另外，当必要时，所公开装置的简单性使得可快速地更换有缺陷部件。
在分析仪10附近的周围振动或者地震噪声(seismic noise)会干扰或影响止血分析。因此，分析仪10可包括振动过滤装置，分析仪10安装在该装置上。在图8所示的第一示例中，振动过滤装置为钩件90，分析仪10通过缆线92悬于该钩件上。实际上，分析仪10以钟摆式的方式悬于钩件90上。在宽频率范围内的地震噪声或周围振动在到达分析仪10之前通过钩件90和缆线92而消散。本领域普通技术人员将理解，为了供电或通信目的而连接到分析仪10的任何导线可以由缆线92承载，从而不会在外部影响分析仪10的运动(例如，与其它物体接触的悬挂导线)。在如图9所示的第二示例中，振动过滤装置是座靠在多个腿102上的平台100。实际上，平台100是倒置的钟摆。在应用中，将分析仪10放置在平台100上，从而在宽频率范围内的任何周围振动或地震噪声在到达分析仪10之前通过平台100而消散。本领域普通技术人员将理解许多隔离噪声的方式，包括使用吸振泡沫、弹簧悬架等。
尽管这里已描述了根据本发明教导构造的特定装置，但是本专利所覆盖的范围并不限于此。相反，本专利覆盖了在字面上或者在等同原则下落在所附权利要求范围内的本发明教导的所有示例。
权利要求
1.一种用于测量止血的装置，包括容器，其适于保持血样，该容器包括可透射来自传感器的发射的部分；振动器，其适于使该容器移动，从而激励所述血样，所述血样被激励到谐振状态；以及所述传感器，其适于通过生成所述发射并将该发射通过所述部分向所述血样引导，来确定容器内血样响应于所述振动器对所述容器的移动的运动；其中，来自该传感器的数据表示所述血样的谐振状态。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括一分析仪，该分析仪与所述传感器相连接以接收来自传感器的数据，该分析仪适于根据来自传感器的所述数据得到所述血样的止血特性。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述振动器以这样的频率函数使容器移动，该频率函数具有选自一系列频率的随机选出的频率分量。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述振动器使得容器以一移动频率移动，并响应于所述血样的谐振状态的变化来改变该移动频率。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述容器包括一自密封端口，用于接收血样。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述容器是一密封容器。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述容器是安全一次性的。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述容器包括连接到较大第二部分的第一部分，其中所述血样填充该第一部分。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器是光学传感器。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器是电传感器。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器是声传感器。
12.一种用于测量止血的装置，包括槽，其适于容纳容器，该容器中具有血样，其中该容器包括可透射来自传感器的发射的部分；振动器，其适于使该容器移动，从而激励所述血样，该血样被激励到谐振状态；所述传感器，其适于通过生成所述发射并将该发射通过所述部分朝向所述血样引导，来确定容器内血样的响应于振动器对所述容器的移动的运动；分析仪，其与所述传感器相连接，以接收来自传感器的数据，该分析仪适于根据来自所述传感器的所述数据得到所述血样的止血特性；其中，来自该传感器的数据表示血样的谐振状态。
13.根据权利要求9所述的装置，其中，所述振动器以这样的频率函数使容器移动，该频率函数具有选自一系列频率的随机选出的频率分量。
14.根据权利要求9所述的装置，其中，所述振动器使得容器以一移动频率移动，并响应于血样的谐振频率的变化来改变该移动频率。
15.一种用于测量止血的方法，包括提供血样；通过使血样移动以在血样中产生运动，而将血样激励到谐振状态；观察血样中的运动；周期性地确定血样的谐振频率，以提供血样的多个谐振频率；以及根据血样的所述多个谐振频率得到血样的止血特性。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括使血样以一频率移动，并且增加地改变该频率直到确定了血样的谐振频率。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括从所述谐振频率增加地改变所述频率，以确定血样在血样止血之前、期间和之后的多个谐振频率，其中所述多个谐振频率表示血样的止血特性。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括以这样的频率函数使血样移动，该频率函数具有选自一系列频率的任意选择的频率分量；和确定所述血样在所述血样止血之前、期间和之后的多个谐振频率；其中，所述多个谐振频率表示血样的止血特性。
19.一种用于测量止血的方法，包括将血样放置在容器中，该容器具有可透射来自传感器的发射的部分；利用振动器使该容器移动以使得血样运动；通过接收表示血样的运动的发射的传感器来测量血样的运动，其中所述发射在被所述传感器接收之前，至少与一部分血样接触；根据血样的运动周期性地确定血样的谐振频率，以提供血样的多个谐振频率；以及根据血样的所述多个谐振频率得到血样的止血特性。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括使血样以一频率移动；增加地改变该频率直到确定了血样的谐振频率；以及从所述谐振频率增加地改变所述频率，以确定血样在血样止血之前、期间和之后的多个谐振频率；其中，所述多个谐振频率表示血样的止血特性。
21.根据权利要求19所述的方法，还包括以这样的频率函数使血样移动，该频率函数具有选自一系列频率的随机选择的频率分量；和确定血样在血样止血之前、期间和之后的多个谐振频率；其中，所述多个谐振频率表示血样的止血特性。
22.根据权利要求19所述的方法，其中，将血样放置在容器中还包括通过在容器上的自密封端口将血液注入容器中。
23.一种用于保持血样的密封容器，用于测试血样，该容器包括限定封闭容积的壁；自密封单向端口，其设置在该壁上并与所述封闭容积连通；以及可透射传感器发射的所述壁的一部分；以及其中，在测试血样期间，所述端口适于允许将血样插入容器中并将血样保持在所述容积内。
24.根据权利要求23所述的容器，所述封闭容积包括与较大的第二部分连接的第一部分，其中所述血样填充该第一部分。
25.根据权利要求23所述的容器，其适于可安全地一次性使用。
全文摘要
公开了用于止血分析的方法和装置。使血样移动以达到谐振状态。确定血样在止血过程之前、期间和之后的谐振频率。血样谐振频率的变化表示血样的止血特性。
文档编号B01L99/00GK1784599SQ200480012096
公开日2006年6月7日 申请日期2004年4月26日 优先权日2003年4月24日
发明者汉斯·考茨基 申请人:希缪司构普公司