专利名称：血液分析装置和血液分析方法
血液分析装置和血液分析方法技术领域
本公开涉及血液分析装置和血液分析方法，并且更具体地涉及用于使用红血球中的血红蛋白的降解过程作为指标来评估血液质量的血液分析装置等。
背景技术：
对于临床治疗，需要用于输血的包括红血球的血液产物。重要的问题是实现对血液的长期存储以有效地使用有限的血液资源。在红血球的寿命和氧输送功能中牵涉两个新陈代谢物质，即，ATP (三磷酸腺苷)和2，3- 二磷酸甘油酸(2，3-BPG)。已知血液中的这些物质的浓度在血液存储期间迅速下降，并且已经使用所述浓度作为用以评估所存储的血液的质量的指标。
关于本公开，日本未审查专利申请公布No. 2003-508765公开了一种用于测量包括血红蛋白的血液特性的方法和装置(也参见“A direct relationship between adenosine triphosphate-level and in vivo viability of erythrocytes，， (Nature ，1962，Vol. 194，Issue4831, pp. 877-878)、以及 “Red blood cell function and blood storage” (Vox Sanguinis, 2000, Vol. 79, No. 4, pp. 191-197))。发明内容
需要提供能够评估血液质量的新装置和方法。
本公开的发明人获得了红血球的紫外可见吸收光谱并对其进行了分析。结果，他们发现对于每个红血球检测多个光谱图样，并且在对相同的红血球的随着时间的测量中获得了类似的光谱图样。此外，他们揭示出这些光谱图样对应于亚铁血红素以及其降解产物胆绿素和胆红素的紫外可见吸收光谱。基于这些发现而完成本公开。
具体地，根据本公开的实施例，提供了一种血液分析装置，包括分析部分，其被配置为将获得的关于红血球的测量光谱与亚铁血红素、胆绿素和胆红素中的每一个的标准光谱进行比较，并使得测量光谱属于标准光谱中的任何一个。红血球中的亚铁血红素降解为胆绿素，胆绿素接着降解为胆红素。因此，当获得的关于红血球的测量光谱对应于这些光谱中的任何一个时，可以评估红血球中的亚铁血红素的降解程度，并使用测量光谱作为红血球的时间降解的指标。
有利地，在此血液分析装置中，分析部分被配置为将在一个红血球的多个区域中获得的每个测量光谱与标准光谱进行比较，并计算造成属于亚铁血红素的标准光谱的测量光谱、造成属于胆绿素的标准光谱的测量光谱、以及造成属于胆红素的标准光谱的测量光谱的数目。更有利地，分析部分被配置为计算造成属于胆绿素的标准光谱的测量光谱以及造成属于胆红素的标准光谱的测量光谱中的至少一个相对于造成属于亚铁血红素的标准光谱的测量光谱的比率。
数目或比率可以是红血球的时间降解的指标。因此，此血液分析装置有利地包括存储器，其被配置为存储对于预定时段而获得的关于红血球的测量光谱、以及对于预定时段而计算的造成属于亚铁血红素、胆绿素和胆红素之一的标准光谱的测量光谱的数目和比率之一中的至少一个，作为有关红血球的时间降解信息。
此外，在此血液分析装置中，分析部分可以基于获得的关于红血球的测量光谱和/ 或造成属于亚铁血红素、胆绿素和胆红素之一的标准光谱的测量光谱的数目和比率之一， 来识别红血球的来源。
另外，根据本公开的实施例，提供了一种血液分析方法，包括将获得的关于红血球的测量光谱与亚铁血红素、胆绿素和胆红素中的每一个的标准光谱进行比较，并使得测量光谱归属于标准光谱中的任何一个。
此血液分析方法能够将在一个红血球的多个区域中获得的每个测量光谱与标准光谱进行比较，计算造成属于亚铁血红素的标准光谱的测量光谱、造成属于胆绿素的标准光谱的测量光谱、以及造成属于胆红素的标准光谱的测量光谱的数目和比率之一，基于所计算的数目和比率之一评估血液质量。
此血液分析方法能够获得对于预定时段的关于红血球的测量光谱，以及计算对于预定时段的造成属于亚铁血红素、胆绿素和胆红素之一的标准光谱的测量光谱的数目和比率之一，并且基于如此获得和计算的数据中的至少一项而评估红血球的时间降解。此外，此血液分析方法还能够基于获得的关于红血球的测量光谱和/或造成属于亚铁血红素、胆绿素和胆红素之一的标准光谱的测量光谱的数目和比率之一，来识别红血球的来源。
在本公开中，“红血球”包括从活体得到的红血球以及从诸如iPS细胞(诱导多能干细胞人造多能干细胞)和ES细胞(胚胎干细胞)的多能干细胞得到并通过分化诱导技术获得的人造红血球。应注意，可以例如通过Takahashi, K.和Yamanaka, S. 在Cell, 126:663-676 (2006)中公开的创建方法来执行iPS细胞的创建，并例如通过 Shi-Jiang Lu、Qiang Feng、Jeniffer S. Park、Loyda Vida、Bao-Shiang Lee、 Michael Strausbauch、Peter J. Wettstein、George R. Honig、Robert Lanza 在 blood, 112:4475-4484(2008)中公开的分化诱导方法来执行红血球从多能干细胞的分化。
根据本公开，提供了一种能够评估血液质量的新装置和方法。
本公开的这些和其它目的、特征和优点根据下面对其最佳模式实施例的详细描述 (如附图中所图示的)，将变得更加明显。
图I是用于说明根据本公开的实施例的血液分析装置的结构的示意图2A-C是作为各自示出根据本公开的示例的从红血球获得的紫外可见吸收光谱的描绘替代的曲线图；以及
图3是作为示出根据本公开的示例的一个红血球的多个区域中获得的紫外可见吸收光谱的矩阵的描绘替代的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本公开的有利实施例。应注意，下列实施例是本公开的典型实施例的示例，并且不限制本公开的范围。
根据本公开的实施例的血液分析装置可以被构成为通用相衬显微镜和二维紫外可见光谱仪的组合。血液分析装置包括发光系统，其中关于血液样本S而扫描紫外区和可见区中的光并将所述光施加至所述血液样本S ;以及光检测系统，其中检测透射通过血液样本S或者在血液样本S上反射的光。图I示出根据本公开的实施例的血液分析装置的结构。发光系统11由光源、反射镜、透镜等构成。另一方面，光检测系统12由透镜、衍射元件、狭缝、反射镜、诸如CCD (电荷耦合器件)或CMOS (互补金属氧化物半导体)的图像拾取器件等构成。发光系统11和光检测系统12构成测量部分I。如图I中所示，将血液样本S 放置在样本存储部分13上。样本存储部分13将血液样本S保持在这样的状态中从发光系统11施加光，并且将透射通过血液样本S或在血液样本S上反射的光引导至光检测系统 12。
期望在样本存储部分13中维持密封环境，使得影响光学测量的灰尘等不从外面进入样本存储部分13内部。样本存储部分13可以配备有用于监控血液样本S的抗药性等的药物管理的间隙(slot)、或者用以根据血液样本S的降解状态而选择特定样本的诸如夹钳的器具。根据测量环境和对象，并不阻止样本存储部分13使用技术以及本领域技术人员公知的技术的组合。
根据本公开的实施例，将详细描述在体外环境中静态分析血液样本S的情况。应注意，作为另一实施例，还可以在将血液样本S从外部装载的同时分析它。在此情况下，例如，使用不阻挡可见区中的光的导管，在将血液从需要评估身体中的血液质量的对象导入样本存储部分13之后，应用本公开的实施例中公开的分析环境。此时，变得可以通过维持血液从外部到身体内部的再循环，来执行血液质量的动态评估，而不存在对象上的负担。
此血液分析装置包括分析部分3，其将获得的关于红血球的紫外可见吸收光谱(测量光谱)与预先存储的亚铁血红素、胆绿素和胆红素中的每一个的标准光谱进行比较，并使得测量光谱属于标准光谱中的任一个。可以将标准光谱存储在存储器5中，使得分析部分 3可以读出光谱，或者可以将其存储在分析部分3中。
可以应用迄今为止的已知算法作为使得测量光谱属于标准光谱中的任一个的算法。例如，可以采用下面描述的算法。当测量光谱的(在650nm波长的吸收率)/ (在380nm 波长的吸收率)的值等于或大于1/4时，使得测量光谱属于胆绿素的标准光谱。当测量光谱的(在650nm波长的吸收率)/ (在380nm波长的吸收率)的值小于1/4、并且测量光谱的(在 550nm波长的吸收率)/ (在420nm波长的吸收率)的值等于或大于1/100时，使得测量光谱属于亚铁血红素的标准光谱。当测量光谱的(在550nm波长的吸收率)/ (在420nm波长的吸收率)的值小于1/100时，使得测量光谱属于胆红素的标准光谱。应注意，用于光谱归属的算法不限于此。
分析部分3被配置为将在一个红血球的多个区域中获得的多个测量光谱的每一个、与标准光谱进行比较，并计算造成属于亚铁血红素的标准光谱的测量光谱、造成属于胆绿素的标准光谱的测量光谱、以及造成属于胆红素的标准光谱的测量光谱的数目或比率。 所计算的数目或比率被输出至显示部分4 (例如，显示器或打印机)用以在其上显示。
分析部分3基于所获得的测量光谱和/或造成属于亚铁血红素、胆绿素或胆红素的标准光谱的测量光谱的数目或比率而确定血液质量。亚铁血红素被接连降解为胆绿素和胆红素。因此，随着造成属于胆绿素和/或胆红素的标准光谱的测量光谱相对于造成属于亚铁血红素的标准光谱的测量光谱的数目或比率增加，可以确定红血球中的亚铁血红素的降解正进行，并且，血液(或红血球)腐坏。相反，随着上述数目或比率减小，可以确定红血球中的亚铁血红素被保存，并且血液是新鲜的。
分析部分3的对血液质量的判定结果也被输出至显示部分4用以在其上显示。此时，作为稍后将描述的示例，通过将有关血液的降解状态的信息显示为二维信息(见图3)， 操作员可以迅速或短暂地掌握要被评估的区域中的降解的分布或降解速率。因此，操作员变为可以使用样本存储部分13中提供的器具从血液样本S选择任何降解状态中的红血球并从样本存储部分13获取它们，同时基于显示部分4上显示的作为分析图像的二维信息而确认血液样本S的降解的分布。
存储器5存储对于预定时段而获得的关于红血球的测量光谱和/或对于预定时段而计算的造成属于亚铁血红素、胆绿素和胆红素的标准光谱的测量光谱的数目或比率，作为有关红血球的时间降解信息。时间降解信息可以是对于预定时段连续地或间断地获得或计算的时间降解信息。
操作员可以基于被存储为时间降解信息的测量光谱和/或造成属于亚铁血红素、 胆绿素或胆红素的标准光谱的测量光谱的数目或比率，以定点观察的方式更详细地跟踪作为红血球的行为的时间降解过程。因此，变为可以将所述信息应用至诸如高铁血红蛋白症的由于铁的异常氧化而导致的血红蛋白病等的诊断、或者源自遗传性血红蛋白病的红血球的功能分析，等等。
在此情况下，分析部分3或存储器5存储特别出现在特定疾病中的光谱图样、或者造成属于亚铁血红素、胆绿素或胆红素的标准光谱的光谱的数目或比率，使得可以进行诊断，而与操作员的熟练程度无关。然后，分析部分3通过读出这些数据并将它们与测量数据进行比较来识别疾病的状态。然后在显示部分4上输出结果。
此外，分析部分3可以基于获得的关于红血球的测量光谱和/或造成属于亚铁血红素、胆绿素或胆红素的标准光谱的测量光谱的数目或比率，来识别血红细胞的细胞来源。 而且，在此情况下，分析部分3或存储器5存储出现在源自特定细胞的红血球中的光谱图样、或者造成属于亚铁血红素、胆绿素或胆红素的标准光谱的光谱的数目或比率。然后，分析部分3通过读出这些数据并将它们与测量数据进行比较来识别红血球的细胞来源。然后在显示部分4上输出结果。
应注意，根据本公开的实施例的血液分析装置还可以通过将从活体得到的红血球与从iPS细胞得到的红血球进行比较来评估iPS细胞的未分化的红血球的物理属性，同时捕获暴露在调整渗透压、pH、氧浓度等的各种充满压力的环境中时的红血球的细胞变形、以及与细胞变形关联的血红蛋白的变性。
根据本公开的实施例的血液分析装置还可以被构造如下。
( I) 一种血液分析装置，包括
分析部分，被配置为将获得的关于红血球的测量光谱与亚铁血红素、胆绿素和胆红素中的每一个的标准光谱进行比较，并使得所述测量光谱属于标准光谱中的任何一个。
(2)根据上述(I)所述的血液分析装置，其中
所述分析部分将在一个红血球的多个区域中获得的每个测量光谱与所述标准光谱进行比较，并计算造成属于亚铁血红素的标准光谱的测量光谱、造成属于胆绿素的标准光谱的测量光谱、以及造成属于胆红素的标准光谱的测量光谱的数目。6
( 3 )根据上述(I)或(2 )所述的血液分析装置，其中
所述分析部分计算造成属于胆绿素的标准光谱的测量光谱以及造成属于胆红素的标准光谱的测量光谱中的至少一个相对于造成属于亚铁血红素的标准光谱的测量光谱的比率。
(4)根据上述(I)至(3)所述的血液分析装置，还包括
存储器，被配置为存储对于预定时段而获得的关于红血球的测量光谱、以及对于预定时段而计算的造成属于亚铁血红素、胆绿素和胆红素之一的标准光谱的测量光谱的数目和比率之一中的至少一个，作为有关所述红血球的时间降解信息。
( 5 )根据上述(I)至(4 )所述的血液分析装置，其中
所述分析部分基于获得的关于红血球的测量光谱和/或造成属于亚铁血红素、胆绿素和胆红素之一的标准光谱的测量光谱的数目和比率之一，来识别红血球的来源。
此外，根据本公开的实施例的血液分析方法可以被构造如下。
( I) 一种血液分析方法，包括
将获得的关于红血球的测量光谱与亚铁血红素、胆绿素和胆红素中的每一个的标准光谱进行比较，并使得所述测量光谱归属于所述标准光谱中的任何一个。
(2)根据上述(I)所述的血液分析方法，还包括
比较在一个红血球的多个区域中获得的每个测量光谱、与标准光谱；
计算造成属于亚铁血红素的标准光谱的测量光谱、造成属于胆绿素的标准光谱的测量光谱、以及造成属于胆红素的标准光谱的测量光谱的数目和比率之一；以及
基于所计算的数目和比率之一评估血液质量。
( 3 )根据上述(I)或(2 )所述的血液分析方法，还包括
获得对于预定时段的关于红血球的测量光谱，以及计算对于预定时段的造成属于亚铁血红素、胆绿素和胆红素之一的标准光谱的测量光谱的数目和比率之一，并且基于如此获得和计算的数据中的至少一项而评估红血球的时间降解。
(4)根据上述(I)至(3)所述的血液分析方法，还包括
基于获得的关于红血球的测量光谱和/或造成属于亚铁血红素、胆绿素和胆红素之一的标准光谱的测量光谱的数目和比率之一，来识别红血球的来源。
(示例)
使用相衬显微镜(TE2000，Nikon公司)和二维可见光谱仪(内部产品)进行对红血球的观察。在图2中示出获得的紫外可见吸收光谱。此外，确认仅从具有悬浮的红血球的缓冲溶液没有检测到吸收峰值。
图2A至图2C各自示出从不同的红血球获得的紫外可见吸收光谱。这些光谱也在如下情况下出现继续将紫外线施加到红血球上，并且短暂地测量同一红血球的紫外可见吸收光谱。具体地，首先观察到图2A中所示的光谱，其随后变为图2B或2C中所示的光谱。
血红蛋白由亚铁血红素铁复合物和球蛋白组成。已知亚铁血红素铁复合物从围绕铁原子的卩卜啉环得到、并且显示出特征为在约400nm的波长的Soret吸收带和在约550nm 的波长的Q吸收带的吸收光谱。因为图2A中所示的紫外可见吸收光谱与还原血红蛋白的光谱相匹配，所以认为其对应于亚铁血红素的紫外可见吸收光谱。另一方面，图2B和图2C 中所不的紫外可见吸收光谱分别与“UV-VIS and CD-spectroscopic investigations ofintermolecular interactions of bile pigments with small proteins，，(Monatshefte fur Chemie/Chemical Monthly, 1989, Vol. 120, No. 2, pp. 163-168)中描述的胆绿素和胆红素的光谱相匹配。
通过用紫外线辐射而被降解的红血球的紫外可见吸收光谱从首先获得的亚铁血红素的光谱(图2A)改变为胆绿素和胆红素的光谱(分别为图2B和图2C)。这指示红血球中的亚铁血红素的降解程度可以基于红血球的紫外可见吸收光谱来评估，并且可以用作红血球的时间降解的指标。
图3是作为示出一个红血球的多个区域中获得的紫外可见吸收光谱的矩阵的描绘替代的曲线图。在每个区域中检测对应于亚铁血红素、胆绿素或胆红素的光谱。因此，可见，可以基于对应于亚铁血红素的光谱以及对应于胆绿素或胆红素的测量光谱的数目或比率，以高精度确定一个红血球中的亚铁血红素的降解程度。此外，如上所述，发现可以通过使用亚铁血红素的降解程度获得作为二维信息的有关血液的降解状态的信息，迅速或短暂地掌握要被评估的区域中的降解分布或降解速率。
应注意，虽然图3示出通过放大一个红血球而获得的紫外可见吸收光谱的矩阵的示例，但是也可以得到以低放大率从多个红血球获得的紫外可见吸收光谱的矩阵。在此情况下，变为可以通过亚铁血红素的降解程度而获得可以迅速或临时掌握血液样本中包括的多个红血球的降解分布或降解速率的二维信息、以及有关整个血液样本的降解状态的信肩、O
根据本公开的实施例，可以通过获得的关于红血球的紫外可见吸收光谱来评估红血球中的亚铁血红素的降解程度，并获得红血球的时间降解的指标。因此，本公开用于例如所存储的血液的质量评估或药物治疗监测，并且适用于体外循环透析装置、血液气体测量装置、凝血评估装置、用于测试潜血的装置，等等。
本公开包含与于2011年8月8日在日本专利局提交的日本在先专利申请 JP2011-172736中公开的主题有关的主题，通过引用将其全部内容合并在此。
本领域技术人员应理解，可以根据设计需求和其它因素而进行各种修改、组合、子组合和更改，只要它们在所附权利要求书或其等价物的范畴内即可。
权利要求
1.一种血液分析装置，包括分析部分，被配置为将获得的关于红血球的测量光谱与亚铁血红素、胆绿素和胆红素中的每一个的标准光谱进行比较，并使得所述测量光谱属于所述标准光谱中的任何一个。
2.如权利要求I所述的血液分析装置，其中所述分析部分将在一个红血球的多个区域中获得的每个测量光谱与所述标准光谱进行比较，并计算造成属于亚铁血红素的标准光谱的测量光谱、造成属于胆绿素的标准光谱的测量光谱、以及造成属于胆红素的标准光谱的测量光谱的数目。
3.如权利要求2所述的血液分析装置，其中所述分析部分计算所述造成属于胆绿素的标准光谱的测量光谱以及所述造成属于胆红素的标准光谱的测量光谱中的至少一个相对于所述造成属于亚铁血红素的标准光谱的测量光谱的比率。
4.如权利要求3所述的血液分析装置，还包括存储器，被配置为存储对于预定时段而获得的所述关于红血球的测量光谱、以及对于预定时段而计算的所述造成属于亚铁血红素、胆绿素和胆红素之一的标准光谱的测量光谱的数目和比率之一中的至少一个，作为有关所述红血球的时间降解信息。
5.如权利要求3所述的血液分析装置，其中所述分析部分基于获得的所述关于红血球的测量光谱和/或所述造成属于亚铁血红素、胆绿素和胆红素之一的标准光谱的测量光谱的数目和比率之一，来识别所述红血球的来源。
6.—种血液分析方法,包括将获得的关于红血球的测量光谱与亚铁血红素、胆绿素和胆红素中的每一个的标准光谱进行比较，并使得所述测量光谱归属于所述标准光谱中的任何一个。
7.如权利要求6所述的血液分析方法，还包括比较在一个红血球的多个区域中获得的每个测量光谱与所述标准光谱；计算造成属于亚铁血红素的标准光谱的测量光谱、造成属于胆绿素的标准光谱的测量光谱、以及造成属于胆红素的标准光谱的测量光谱的数目和比率之一；以及基于所计算的数目和比率之一评估血液质量。
8.如权利要求7所述的血液分析方法，还包括获得对于预定时段的所述关于红血球的测量光谱，以及计算对于预定时段的所述造成属于亚铁血红素、胆绿素和胆红素之一的标准光谱的测量光谱的数目和比率之一，并且基于如此获得和计算的数据中的至少一项而评估所述红血球的时间降解。
9.如权利要求7所述的血液分析方法，还包括基于获得的所述关于红血球的测量光谱和/或所述造成属于亚铁血红素、胆绿素和胆红素之一的标准光谱的测量光谱的数目和比率之一，来识别所述红血球的来源。
全文摘要
一种血液分析装置包括分析部分。所述分析部分被配置为将获得的关于红血球的测量光谱与亚铁血红素、胆绿素和胆红素的标准光谱进行比较，并使得所述测量光谱属于所述标准光谱中的任何一个。
文档编号A61B5/145GK102928360SQ20121027167
公开日2013年2月13日 申请日期2012年8月1日 优先权日2011年8月8日
发明者松居惠理子, 堂胁优, 辰田宽和, 国弘威, 丹羽明, 斋藤润, 中畑龙俊 申请人:索尼公司, 国立大学法人京都大学