一种无创测试红细胞寿命的方法以及系统与流程

1.本发明涉及生物医学测量领域，尤其涉及一种无创测试红细胞寿命的方法以及系统。


背景技术：

2.红细胞寿命是指红细胞在循环血液中的存活时间，或者说红细胞从骨髓释放开始到血液循环起至最终破坏为止所持续的时间。早期的红细胞寿命测试方法有凝集法、核素标记示踪技术。二十世纪末，生物素标记与流式细胞检测技术的普及为红细胞寿命测定带来了更先进的办法。耗时太长是上述各项标记测定法的严重缺陷，这使得测试只适用于机体红细胞生成与破坏速度基本相等的稳态时期，动态变化时并不适用。此外，耗时太长也使得试验难以在临床常规使用，基础研究也很不方便。
3.利用流式细胞检测技术强大的识别计数能力，最近有学者提出了一种基于网积红细胞计数的红细胞寿命快速测算方法。其基本思想是，成熟红细胞由网织红细胞转化而来，稳态时网织红细胞的成熟量显然等于衰老红细胞的死亡量，这样，网织红细胞成熟时间除以血液网织红细胞的比例便是红细胞寿命。这是迄今为止最快的红细胞寿命测定法。问题是该算法将网积红细胞的成熟时间设定为常数似不妥当，因为并无证据表明不同个体、不同状态下网织红细胞的成熟时间都是相同的。另一个问题是该算法并未考虑到失血引起的网织红细胞数量波动并不意味着红细胞寿命发生了变化。可见，网积红细胞计数至多只能作为稳态下红细胞寿命的粗略估算。
4.可见，既有的各种成熟的红细胞寿命测试方法存在各种缺陷，有的测试周期长，有的测试准确度不够，有的对人体具有创伤。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种无创测试红细胞寿命的方法以及系统。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.构造一种无创测试红细胞寿命的方法，所述方法包括：
8.采集受试者的呼气并测试受试者的呼气得到内源性一氧化碳浓度；
9.无创测试受试者的血红蛋白浓度；
10.利用所述内源性一氧化碳浓度和血红蛋白浓度，基于如下计算式计算得到受试者的红细胞寿命：
[0011][0012]
其中，rbc
span
表示所述红细胞寿命，k是常数，[hb]代表所述血红蛋白浓度，endopco代表所述内源性一氧化碳浓度。
[0013]
进一步地，所述的采集受试者的呼气，包括：
[0014]
在收集呼气之前，对受试者进行预采气并分析得到呼气的二氧化碳浓度的第一阈值和第二阈值；
[0015]
利用缓存装置开始呼气收集，实时测试呼气中的二氧化碳浓度，根据第一阈值、第二阈值/预设时长、实时测试到的所述二氧化碳浓度控制集气电磁阀的开关以收集呼气；
[0016]
当缓存装置集满呼气时停止收集呼气。
[0017]
进一步地，所述的根据第一阈值、第二阈值/预设时长、实时测试到的所述二氧化碳浓度控制集气电磁阀的开关以收集呼气，包括：当二氧化碳浓度值高于第一阈值时开启集气电磁阀使呼气进入缓存装置，当二氧化碳浓度值低于第二阈值或者集气电磁阀开启时长达到预设时长时关闭集气电磁阀使呼气停止进入缓存装置而直接排出到环境中。
[0018]
进一步地，所述的测试受试者的呼气，包括：
[0019]
对所述测量气室进行一次抽真空处理使测量气室内的压力达到设置的进样前的压力阈值；或者，对所述测量气室进行一次或多次清洗，并在每次清洗前后都进行一次抽真空处理，使测量气室内的压力达到设置的进样前的压力阈值，所述进样前的压力阈值小于大气压力；
[0020]
打开进气电磁阀，以使缓存装置内的呼气因所述测量气室的负压而进入所述测量气室内，直至所述测量气室的压力等于大气压时关闭进气电磁阀。
[0021]
进一步地，所述抽真空处理包括：关闭进气电磁阀，打开出气电磁阀，启动与所述测量气室具有气路连通的气压控制单元开始抽气，当所述测量气室的压力达到进样前的压力阈值时关闭所述出气电磁阀和气压控制单元；
[0022]
所述清洗包括：打开进气电磁阀，关闭出气电磁阀，使缓存装置的呼气因所述测量气室的负压而进入所述测量气室内，当所述测量气室的压力达到清洗后的压力阈值时，关闭所述进气电磁阀。
[0023]
本发明另一方面构造一种无创测试红细胞寿命的系统，用于执行所述方法，所述系统包括中央处理和控制系统、用于采集受试者的呼气并测试受试者的呼气得到内源性一氧化碳浓度的一氧化碳浓度测试系统、用于无创测试受试者的血红蛋白浓度的血红蛋白浓度测试系统、显示模块、人机交互模块；
[0024]
所述中央处理和控制系统分别与所述一氧化碳浓度测试系统、血红蛋白浓度测试系统、显示模块、人机交互模块连接，用于利用所述内源性一氧化碳浓度和血红蛋白浓度计算得到受试者的红细胞寿命并送往显示模块显示。
[0025]
进一步地，所述一氧化碳浓度测试模块包括：测量气室、主控单元、设置了进气电磁阀的与测量气室连通的进气口、设置于所述进气口和采气前端之间的用于抽取呼气的气泵、设置于所述气泵和所述进气口之间的用于缓存采集到的呼气的缓存装置、设置于气泵和缓存装置之间的用于测量二氧化碳浓度的二氧化碳传感器、设置在缓存装置的集气口处的集气电磁阀、设置了出气电磁阀的与测量气室连通的出气口、与测量气室具有气路连通的气压控制单元、与测量气室具有光路连通的光源、与测量气室具有光路连通且与主控单元具有电性连接的光电探测器和与测量气室具有气路连通的用于测量测量气室内的压力的压力传感器。
[0026]
进一步地，所述集气电磁阀均是一个三通电磁阀，所述集气电磁阀被打开时连通采气前端和缓存装置，所述进气电磁阀被关闭时连通采气前端和外界环境。
[0027]
本发明的无创测试红细胞寿命的方法以及系统，具有以下有益效果：本发明的测试方法，首先无创测试受试者的血红蛋白浓度和内源性一氧化碳浓度，然后通过计算得到受试者的红细胞寿命，既可进行稳态测定，又可进行动态监控，达到真正意义上的红细胞寿命的无创测定。
附图说明
[0028]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
[0029]
图1是本发明无创测试红细胞寿命的方法的流程图；
[0030]
图2是本发明无创测试红细胞寿命的系统的结构示意图；
[0031]
图3是一氧化碳浓度测试系统的结构示意图。
具体实施方式
[0032]
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
[0033]
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
[0034]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
[0035]
本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。
[0036]
参考图1，本发明总的思路是，构造一种无创测试红细胞寿命的方法以及系统，该系统用于实现该方法，方法包括：
[0037]
s101、采集受试者的呼气并测试受试者的呼气得到内源性一氧化碳浓度；
[0038]
s102、无创测试受试者的血红蛋白浓度；
[0039]
s103、利用所述内源性一氧化碳浓度和血红蛋白浓度，基于如下计算式计算得到受试者的红细胞寿命：
[0040][0041]
其中，rbc
span
表示所述红细胞寿命，k是常数，[hb]代表所述血红蛋白浓度，endopco代表所述内源性一氧化碳浓度。
[0042]
呼气一氧化碳(co)有三个来源：血红素降解、非血红素代谢产生和外源吸入。内源
性co的86％来自血红素降解，非血红素代谢所产co不超过14％。而产生co的血红素85％又来自红细胞降解，15％来自非红细胞血红素。故总体上约70％的内源性co来自于红细胞降解。可见，在排除外源干扰的前提下，肺的co排泄率可推算出红细胞的破坏速度。无论稳态或动态，机体血红蛋白总量除以每天的血红蛋白分解速率显然就是测量时期的红细胞平均预期寿命。因为血红蛋白4条肽链各含1个血红素亚基，而每1mmol血红素降解可产生1mmol co，所以等式转化表达为血红蛋白来源的co总量除以每天co肺排泄量，公式表达如下：
[0043][0044]
其中，rbc
span
表示所述红细胞寿命，[hb]代表所述血红蛋白浓度(g/l)，endopco代表所述内源性一氧化碳浓度(ppm)，22400代表标准状态气体克分子容积(ml)，4代表1mmol血红蛋白释放4mmol co，0.7代表来自血红蛋白更新在内源性co中的大致所占比例，64400代表血红蛋白分子量，1440代表1天的分钟数(min)，vb和vt分别代表血容量(ml)和静息肺泡通气量(ml
·
min-1)。血容量(vb)和静息肺泡通气量(vt)大小与体表面积相关，二者若分别以ml和ml/min表达，则在数值上相等，可公式中约分去除而无需实测。于是，公式简化成：
[0045][0046]
式中1380单位是ml
·d·
g-1，也即计算式(1)中的k。虽然上述公式是以稳态为条件建立的，但从最终简化公式(2)可以看出动态情况下同样适用。只要测得血红蛋白浓度和内源性co浓度，便可依式算出所测时刻的红细胞寿命值。
[0047]
基于上述方法和系统，本发明既可进行稳态测定，又可进行动态监控，达到真正意义上的红细胞寿命的无创测定。
[0048]
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0049]
实施例一
[0050]
参考图1，本发明方法实施例的无创测试红细胞寿命的方法可以基于图2的系统实现，关于系统部分详见实施例二。本实施例的方法包括：
[0051]
s101、采集受试者的呼气并测试受试者的呼气得到内源性一氧化碳浓度；
[0052]
s102、无创测试受试者的血红蛋白浓度；
[0053]
s103、利用所述内源性一氧化碳浓度和血红蛋白浓度，基于如下计算式计算得到受试者的红细胞寿命：
[0054][0055]
其中，rbc
span
表示所述红细胞寿命，k是常数，[hb]代表所述血红蛋白浓度，endopco代表所述内源性一氧化碳浓度。
[0056]
需要说明的是，步骤s101和s102并不存在先后执行顺序上的要求，可以是先执行s101也可以是先执行s102，还可以是同时执行。步骤s102中无创测试受试者的血红蛋白浓度，是采用现有的测试方法实现。步骤s101关于一氧化碳浓度的测试，理论上也可以采用现
有的测试方法，本实施例提供一种新的测试方法，可以实现呼气的自动化采集，使得测试结果更精确，而且适用于呼气量少的情形。
[0057]
本实施例中的步骤s101具体包括：
[0058]
s1011、在收集呼气之前，对受试者进行预采气并分析得到二氧化碳阈值；
[0059]
需要说明的是，本实施例的集气电磁阀12是一个三通电磁阀，包括一个入口两个出口。入口是与采气前端2的气路相通的，其中一个出口与外部环境连通，所以其与入口之间形成的是外界环境通道；另一个出口是与缓存装置11连通的，该另一个出口与入口之间形成的是呼气收集通道。平时，集气电磁阀12是关闭的，即外界环境通道处于常开状态，呼气收集通道处于常闭状态。
[0060]
该步骤s1011主要有两种实施方式：
[0061]
1)一种实施方式中，所述二氧化碳阈值可以是仅包括第一阈值，分析得到二氧化碳阈值包括如下几个步骤：
[0062]
a、采气前端2进气，等待一段时间后顺序采样n个二氧化碳浓度数值并按照采样顺序依次存入第一数组co2_con[]中；
[0063]
这里是进气后，先等待一段时间后才采样，主要是为了保证采样的准确性，尽量减少之前存留在管路中的气体的影响。
[0064]
b、判断第一数组co2_con[]中的波峰值和波谷值，并将波峰值和波谷值按照时间先后顺序暂存，并在波峰值、波谷值全部找出来之后，将波峰值按规则进行排序存放至第二数组中，以及将波谷值按规则进行排序存放至第三数组中；
[0065]
c、对第二数组的全部数值或部分数值求平均值，得到平均波峰值，对第三数组的全部数值或部分数值求平均值，得到平均波谷值，将平均波峰值减去平均波谷值得到平均峰谷差值；
[0066]
d、按照如下计算式计算第一阈值：co2threshold＝avevalleyres+η*finalavepv，其中，co2threshold代表第一阈值，finalavepv代表平均峰谷差值，avevalleyres代表平均波谷值，η为第一阈值系数，η取值范围为0-1。
[0067]
2)另一种实施方式中，所述二氧化碳阈值可以是包括第一阈值和第二阈值，分析得到二氧化碳阈值除了按照上面1)部分计算第一阈值外，还按照如下计算式计算第二阈值：co2cutoff＝avepeakres+f*finalavepv；其中，co2cutoff代表第二阈值，avepeakres代表平均波峰值，f为第二阈值系数，f取值范围为0-1。
[0068]
s1012、开始收集呼气，实时测试呼气中的二氧化碳浓度，根据第一阈值、第二阈值/预设时长、实时测试到的所述二氧化碳浓度控制收集呼气的集气电磁阀12的开关使符合二氧化碳阈值要求的呼气进入缓存装置11；
[0069]
所谓收集呼气，即让气体经过缓存装置11内。具体的，打开集气电磁阀12即意味着开始收集呼气。但是，本实施例并非一直保持集气电磁阀12打开，而是反复的开关的，只让符合二氧化碳阈值要求的呼气进入，具体有两种控制策略：
[0070]
1)对应上面提到的所述二氧化碳阈值仅包括第一阈值的情形，具体的控制策略是：当所述二氧化碳浓度达到所述第一阈值时，控制所述集气电磁阀12的外界环境通道关闭且呼气收集通道打开，以便呼气被收集进入测量气室1；当所述外界环境通道关闭且呼气收集通道打开预设时长后，控制所述集气电磁阀12的外界环境通道打开且呼气收集通道关
闭，以便呼气被排入外界环境中。
[0071]
2)对应上面提到的所述二氧化碳阈值包括第一阈值和第二阈值的情形，具体的控制策略是：当所述二氧化碳浓度达到所述第一阈值时，控制所述集气电磁阀12的外界环境通道关闭且呼气收集通道打开，以便呼气被收集进入测量气室1；当所述二氧化碳浓度达到所述第二阈值时，控制所述集气电磁阀12的外界环境通道打开且呼气收集通道关闭，以便呼气被排入外界环境中。
[0072]
s1013、当缓存装置11集满呼气时本轮收集呼气，关闭集气电磁阀12。
[0073]
s1014、对所述测量气室进行一次抽真空处理使测量气室内的压力达到设置的进样前的压力阈值；或者，对所述测量气室进行一次或多次清洗，并在每次清洗前后都进行一次抽真空处理，使测量气室内的压力达到设置的进样前的压力阈值，所述进样前的压力阈值小于大气压力。
[0074]
结合图3，该步骤中抽真空处理方式是：关闭进气电磁阀，打开出气电磁阀，启动与所述测量气室1具有气路连通的气压控制单元5开始抽气，当所述测量气室1的压力达到进样前的压力阈值时关闭所述出气电磁阀和气压控制单元5。
[0075]
结合图3，该步骤中清洗的处理方式是：打开进气电磁阀，关闭出气电磁阀，使缓存装置11的呼气因所述测量气室1的负压而进入所述测量气室1内，当所述测量气室1的压力达到清洗后的压力阈值时，关闭所述进气电磁阀。
[0076]
本实施例中，进样后的压力阈值与清洗后的压力阈值，可以是相同的或不同的。
[0077]
s1015、打开进气电磁阀，以使缓存装置内的呼气因所述测量气室的负压而进入所述测量气室内，直至所述测量气室的压力等于大气压时关闭进气电磁阀。
[0078]
由于步骤1014中已经将测量气室1抽真空，所以只要进气电磁阀打开，则依靠抽真空形成的测量气室1的内外压力差会使连接在测量气室1的进气口3的缓存装置11内的呼气进入测试气室1。
[0079]
s1016、开始测量，光电探测器7将测量信号传输给主控单元。
[0080]
本实施例首先无创测试受试者的血红蛋白浓度和呼气一氧化碳浓度，然后通过计算得到受试者的红细胞寿命，既可进行稳态测定，又可进行动态监控，达到真正意义上的红细胞寿命的无创测定。而且由于步骤s1011通过抽真空进样方式使测量气室1原有气体去除到一个可控限值以下，使测量气室1残留气体的影响降低到一个可控范围内，从而克服了呼气样本量少而无法完全置换测量气室1原有气体的困难，并克服测量气室1需要较长时间清洗的缺点，适用于待测气体样本量有限的呼气试验。而且，本实施例并非直接收集co，而是先通过分析二氧化碳阈值，在收集co时，并非将所有的呼气全部收集，而是收集符合二氧化碳阈值的呼气，实现自动采集，不需要用户具备主动呼气意识，尤其适用于认知能力较低的婴幼儿和无主动意识或者有认知障碍的成人。
[0081]
实施例二
[0082]
参考图2，基于同一发明构思，本实施例公开了一种无创测试红细胞寿命的系统，用于执行实施例一所述方法，所述系统包括中央处理和控制系统300、用于采集受试者的呼气并测试受试者的呼气得到一氧化碳浓度的一氧化碳浓度测试系统100、用于无创测试受试者的血红蛋白浓度的血红蛋白浓度测试系统200、显示模块500、用于实现人机交互的人机交互模块400。
[0083]
所述中央处理和控制系统300分别与所述一氧化碳浓度测试系统100、血红蛋白浓度测试系统200、显示模块500、人机交互模块400连接，用于利用所述一氧化碳浓度和血红蛋白浓度计算得到受试者的红细胞寿命并送往显示模块500显示。
[0084]
参考图3，所述一氧化碳浓度测试模块包括：测量气室1、主控单元、设置了进气电磁阀的与测量气室1连通的进气口3、设置于所述进气口和采气前端2之间的用于抽取呼气的气泵10、设置于所述气泵10和所述进气口之间的用于缓存采集到的呼气的缓存装置11、设置于气泵10和缓存装置11之间的用于测量二氧化碳浓度的二氧化碳传感器9、、设置在缓存装置11的集气口处的集气电磁阀12、设置了出气电磁阀的与测量气室1连通的出气口4、与测量气室1具有气路连通的气压控制单元5、与测量气室1具有光路连通的光源6、与测量气室1具有光路连通且与主控单元具有电性连接的光电探测器7和与测量气室1具有气路连通的用于测量气室1内的压力的压力传感器8。
[0085]
其中，缓存装置11可以是活塞或气袋或储气罐等。
[0086]
其中，所述气压控制单元5包括气泵或气缸或其它能对测量气室1进行增压或减压的压力控制处理设备或器件，本实施例主要是利用气压控制单元5抽真空。
[0087]
实施例一部分也提到了，进气电磁阀是一个三通电磁阀，其被打开时，连通采气前端2和测量气室1，其被关闭时，连通采气前端2和外界环境。
[0088]
二氧化碳传感器9、压力传感器8反馈检测信号给主控单元，气压控制单元5、进气电磁阀、出气电磁阀受控于主控单元。主控单元实现步骤s101的方法的流程控制。用户可以通过人机交互模块400给出指令通知主控单元启动步骤s101，还可以设置步骤s101中各种控制参数，比如步骤s1012提到的预采气的等待时间、s1013提到的预设时长等。
[0089]
更多内容可以参考实施例一部分，此处不再赘述。
[0090]
综上所述，本发明的无创测试红细胞寿命的方法以及系统，具有以下有益效果：本发明的测试方法，首先无创测试受试者的血红蛋白浓度和呼气一氧化碳浓度，然后通过计算得到受试者的红细胞寿命，既可进行稳态测定，又可进行动态监控，达到真正意义上的红细胞寿命的无创测定。
[0091]
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。