Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Методы и средства исследования системы гемостаза 14
1. Общие представления о механизмах свертывающей системы крови
2. Методы исследования системы гемостаза 18
3. Физические основы функционирования современных анализаторов свертывающей системы крови 32
4; Влияние типа анализатора.на результаты измерений,... 42
5 Приборы для исследования параметров системы гемостаза и.их. классификация.. 44
6. Обоснование актуальности разработки приборов для исследования свертывающей системы крови 52
7. Общие выводы. Постановка задачи на разработку оборудования-для анализа параметров системы гемостаз 54
Глава II. Разработка измерительной ячейки и микрокюветы оптимизированной геометрией для анализатора свертывающей системы-крови 56
1; Материалы, оборудование и методы 56
2 Выбор источника оптического излучения для регистрации коагуляции... 67
3. Возможности" применения мешалок (шариков) из стали ШХ15 69
4. Исследование влияния шероховатостей стенок кюветы при проведении-коагулологических исследований 78
5. Разработка и оптимизация опытных образцов измерительной ячейки и микрокюветы 84
6. Исследование влияния перемешивания реакционной смеси в ходе реакции свертывания на точность регистрации образования фибринового сгустка... 92
7. Определение минимального объема пробы для выполнения точного коагулологического исследования на анализаторе с комбинированным
принципом регистрации фибринового сгустка 97
Выводы 103
Глава III. Алгоритмы работы и программное обеспечение анализаторов показателей системы гемостаза 104
1. Алгоритмический анализ выполнения исследований параметров системы гемостаза 104
2. Организация пользовательского интерфейса анализатора 110
3. Выбор метода интерполяции и определение величины ошибки при проведении калибровок 114
4. Прикладное программное обеспечение 121
Выводы 125
Глава IV. Построение и испытания многофункционального программируемого анализатора показателей гемостаза 126
1. Технические требования к современному анализатору показателей гемостаза 126
2. Разработка блок-схемы и выбор базовых комплектующих основных узлов прибора 129
3. Проверка функциональных возможностей и проведение испытаний 142
4. Экономические предпосылки применения анализатора АПГ4-01 в КДЛ. 147 Выводы 151
Заключение. 152
Библиографический список литературы
- Физические основы функционирования современных анализаторов свертывающей системы крови
- Возможности" применения мешалок (шариков) из стали ШХ15
- Организация пользовательского интерфейса анализатора
- Разработка блок-схемы и выбор базовых комплектующих основных узлов прибора
Введение к работе
Свертывание крови является защитной реакцией, предохраняющей организм от кровопотери [38]. Возникающие при различных состояниях организма, нарушения свертываемости, крови могут сопровождаться кровоточивостью (геморрагические состояния , при , тромбрцитопении,, тромбоцитопатии, наследственных нарушениях плазменного , гемостаза, первичном и вторичном гиперфибринолизе, ревматизме, приобретенных коагулопатиях, ДВС-синдроме, микротромбоваскулитах и др.), а также быть причиной внутрисосудистого . тромбообразования .., (тромбозы, ..при атеросклерозе,. инфаркте .миокарда, гипертонии, нарушении мозгового кровообращения, сахарном диабете, злокачественных... новообразованиях, патологиях беременности и пр.) [5,8,23,26,41,52,54].
Определение параметров свертывающей . системы крови ..занимает существенное -место в клинической лабораторной диагностике [34]. Исследование 28 параметров системы гемостаза включено в утвержденньщ Минздравом "Рекомендуемый перечень лабораторных исследований для клинико-диагностических лабораторий лечебно-профилактических учреждений" [57,63].
Лабораторные исследования - самые массовые исследования в здравоохранении. От 30 до 45% случаев заболеваний не могут быть правильно диагностированы без данных объективного обследования, среди которых результаты клинических лабораторных исследований составляют от 60 до 80%. Ежегодно только в лечебно-профилактических учреждениях (ЛПУ) системы Министерства здравоохранения клинические лаборатории выполняют свыше 2,546 миллиарда лабораторных исследований. Если прибавить к этому ведомственные, академические, частные и др. клинико-диагностические лаборатории (КДЛ), то эту цифру необходимо увеличить по крайней мере в 1,5 раза. Номенклатура лабораторных исследований составляет более 1,5 тыс. наименований [52,57,63].
За последнее десятилетие техника для диагностики нарушений системы гемостаза совершила качественный переход от ручного способа (при помощи водяной бани и секундомера) к автоматическому способу измерения времени свертывания крови (при помощи коагулометра, автоматически регистрирующего время образования сгустка фибрина в тестируемой смеси) [32].
Различные виды коагулометров эксплуатировались в КДЛ за эти годы..Это оборудование развивалось от простых одноканальных приборов, не производящих никаких расчетов до современных многопараметровых многоканальных автоматических анализаторов, способных определять более 10-ти коагулологических показателей с производительностью до 120-150 проб крови в час. Использование автоматических анализаторов позволяет не только существенно улучшить регистрацию, хранение, первичную обработку данных коагулограммы, применять компьютерные методы анализа,, предоставляющие, врачу дополнительную диагностическую информацию, но и заметно облегчить труд лаборанта, устранить элементы субъективности при выполнении коагулологических тестов и повысить точность проводимых исследований.
Анализаторы свертывания крови являются важнейшим средством изучения системы гемостаза в КДЛ. Значительное расширение за последние годы ассортимента коагулометров все еще не. позволяет кардинально решать вопросы всестороннего исследования, системы, гемостаза [2,3,36]. В то .время как. исследование гемостаза остается острейшей проблемой современной медицины [8,16].
Актуальность работы:
В течение последних лет наблюдается интенсивное развитие методов и технологий клинической лабораторной диагностики. Это обусловлено общими тенденциями в здравоохранении и технологическими факторами:
1: Совершенствованием методов клинической лабораторной диагностики и повышением качества лабораторных исследований на базе внедрения новой лабораторной техники и технологий.
2. Заменой трудоемких ручных методов на автоматизированные, выполняемые на биохимических, гематологических, иммунологических, коагулологических, бактериологических и других типах анализаторов, всесторонней информатизацией и интеграцией на основе развития компьютерных технологий.
3. Переходом медицинских диагностических технологий на объективные количественные методы исследований, внедрением протоколов лечения и стандартов диагностики. Разработкой комплекса мер по управлению качеством лабораторных исследований.
4. Интеграцией лабораторной диагностики с другими медицинскими дисциплинами.
5. Повышением уровня подготовки врачей клинических специальностей в области клинической лабораторной диагностики. . ,.,...
Особая значимость контроля свертывающей системы крови в последнее время связана с активным применением в клинической практике современных высокоэффективных антикоагулянтов прямого и непрямого действия, антиагрегантов и тромболитиков. Узкий терапевтический коридор и избирательная индивидуальная чувствительность к препаратам разных групп требует точного индивидуального подбора дозировки и продолжительности лечения, а главное целесообразности и эффективности проводимой терапии [28,29].
Большое количество людей имеют факторы риска, обусловленные генетическими дефектами отдельных звеньев гемостаза, применением некоторых фармакологических препаратов, в том числе антибиотиков и оральных, контрацептивов, наличием сопутствующих заболеваний [25]. В обычных условиях дисбаланс компонентов свертывающей системы может не проявиться, но в условиях оперативного вмешательства или бесконтрольно назначенной терапии риск тяжелых осложнений у таких пациентов многократно возрастает. Выявление факторов риска у разных групп пациентов и принятие соответствующих профилактических мероприятий позволяет избежать тяжелых осложнений [741.
.Современные методы лабораторной диагностики состояния,. системы гемостаза позволяют получить большой объем информации. Однако, нередко из-за- недостаточного . финансирования, выделяемого на лабораторную диагностику, гемостаза, российские лаборатории не могут обеспечить: высокое качество исследований. Лаборатории пользуются устаревшими методиками (время рекальцификации, р-нафтоловый тест, аутокоагуляционный тест, определение концентрации фибриногена по методу Рутберга и др.) инередко самостоятельно приготовленными не аттестованными реагентами. и контрольными материалами [1,52]. Спектр .исследований не выходит за рамки 3-х тестов, а сами исследования до сих пор проводятся ручными методами,с использованием.водяных бань и секундомеров.
На сегодняшний день актуальной задачей является стандартизация методов диагностики [35], разработка, программ контроля .за эффективностью антикрагулянтной, тромболитической, фибринолитической. терапии [29]. В связи с большим количеством факторов, влияющих на свертывание крови, требуется разработка алгоритмов диагностики углубленного исследования и контроля лечения нарушений гемостаза. Существенного улучшения требует приборный парк для диагностики нарушений гемостаза (около 1500 приборов приходится на 14 тысяч российских КДЛ) [30,36]. Особого внимания заслуживает направление для экспресс-диагностики нарушений гемостаза [33].
Для российских КДЛ требуются анализаторы показателей гемостаза, предназначенные как для использования в лабораториях участковых больниц, поликлиник, других медицинских учреждениях при проведении профилактических осмотров, оценке эффективности лечебных мероприятий и диагностике целого ряда заболеваний, выявлении нарушений свертывающей системы крови на ранней стадии, так и для лабораторий уровня центральных, районных и областных больниц, посредством определения . в процессе измерений как базовых коагулологических параметров в пробах плазмы и цельной крови, так и расширенных.....,
Цель работы:
Разработка современных приборов для, экономичного и надежного, определения параметров системы гемостаза в условиях КДЛ различного,уррвня и их внедрение в клиническую практику. ........... . .... .,..;.
Для осуществления этой цели были поставлены следующие задачи:/,
. 1. Проведение анализа современного состояния методов исследования
системы гемостаза и применяемых технических решений в используемых приборах лечебно-профилактических учреждениях (ЛИУ) России.
..-2. ...Определение, .требований к. . .анализаторам свертывающей системы крови, методическому обеспечению,.расходным материалам для .оптимального.
Обеспечения СОВремеННЫХПОТребнОСТеЙ ЛПУ РФ...
3. На основе проведенного анализа разработать математическую модель определения параметров системы гемостаза при проведении калибровки для создания более совершенного прибора для исследования свертывающей системы крови в КДЛ
4. Разработать унифицированные модули для построения, анализаторов свёртывающей системы крови с Целью применения: в условиях КДЛ,различного УРОВНЯ И ПОДГОТОВИТЬ Приборы К СерИЙНОМу ПРОИЗВОДСТВУ
5; Разработать технические решения,-в том к числе , конструкцию одноразовых кювет, обеспечивающие качественные"исследования системы гемостаза с применением отечественных реагентов;
Научная новизна: ._. . :Г,,.-;
Разработаны : коагулометры, не .имеющие., .аналогов., в России, .с комбинированным оптико-механическим принципом регистрации фибринового сгустка и уменьшенным объемом .биопробы 35г50 мкл, позволяющие проводить анализ цельной крови .или плазмы в различных разбавлениях и расширить спектр проводимых исследований свертывающей системы. ...
Научно обоснованы технология нанесения силиконового покрытия на стальные шарики и введение шероховатости внутренней поверхности, в одноразовых кюветах. для проведения коагулолргических исследований, что обеспечивает повышенную точность и надежность, регистрации .образования фибринового сгустка.
Построена математическая модель определения, параметров,,системы гемостаза при проведении калибровок, позволившая оценить, возможные погрешности, при пересчете результатов измерений,. и разработать, включая экспериментальную оптимизацию, улучшенный алгоритм,.. проведения.
КаЛИбрОВОК.
Практическая значимость:
Разработаны унифицированные модули и на их основе построены два программируемых прибора для исследования показателей системы гемостаза различного назначения: АПГ4-01-«МИНИЛАБ-704», ТУ 9443-003-59879815- 2004 - 4-х канальный высокопроизводительный анализатор показателей гемостаза со встроенным принтером для КДЛ средних и крупных больниц и АПГ2-01 -М-«МИНИЛАБ-701-М»;, ТУ 9443-015-11254896-2004-2-х;канальный анализатор показателей гемостаза для поликлиник,, мелких больниц и экспресс- лабораторий, позболяющие проводить анализ с уменьшенными объемом пробы и расходом реагентов в 2-3 раза. Анализаторы позволяют снизить количество методических ошибок при" подготовке и измерении биопроб,".упростить выполнение рутинных операций и повысить.пройзводительностытруда в КДЛ при выполнении коагулологических исследований и существенно-снизить их стоимость. Коагулометры серийно выпускаются..на =производственной базе ООО «Эйлитон» (г. Москва). . Освоена технология применения шариков.чиз • стали марки ШХ15, покрытых силиконом в кюветах для проведения коагулологических исследований, позволившая значительно упростить конструкцию кювет и снизить их стоимость более чем в 4 раза.
Разработаны одноразовые кюветы (с шероховатыми. участками поверхностей) для проведения коагулологических измерений с повышенной воспроизводимостью (свидетельство на полезную, модель №2004129084), Кюветы в настоящий момент, серийно выпускающиеся на производственной базе ООО «Эйлитон» (г.Москва). .;; .
Внедрение. Разработанные анализаторы внедрены :, - в - серийное производство ООО «Эйлитон» (г. Москва). Произведено 35 коагулометров, которые поступили.в КДЛ лечебногпрофилактических и научных учреждений, страны.
Положения, выносимые на защиту:
1. Математическая модель определения параметров системы гемостаза при проведении калибровок, позволившая оценить возможные погрешности при пересчете результатов измерений, и разработать, • включая экспериментальную оптимизацию, алгоритм проведения калибровок.
2. Разработка коагулометров/ обладающих существенно низкой стоимостью и более высокими техническими характеристиками в сравнении с существующими прототипами благодаря использованию" в . v них унифицированных модулей, дешевых одноразовых кювет и применения улучшенного алгоритма проведения калибровок с учетом результатов математического моделирования и экспериментальных данных, а. также обладающих значительной производительностью за счет оптимизации конструкции и алгоритма работы анализатора для исследования системы гемостаза. Результаты исследований и разработка .одноразовых расходных материалов, обеспечивающих уменьшенные объемы пробы и реактивов,
повышенную точность и надежность определения параметров системы гемостаза и обладающих низкой стоимостью. 4.. Результаты испытаний разработанного оборудования для..выполнения коагулологических исследований в КДЛ.
Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях:
1. 8-ая..Всероссийская.межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2001», МИЭТ, Москва, 18-19 апреля 2001г.; ,.,-
2. На научно-практической конференции лаборантов Московской области, МОНИИКИ, Москва, 12-13 февраля 2002г. _,.._;
3. 11-я Всероссийская межвузовская, научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-200.4», Москва, МИЭТ, 21-23 апреля 2004г.;
4. II Всероссийская научная конференция «Клиническая гемостазиология и гемореология в сердечно-сосудистой хирургии» (с международным участием), научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева РАМН, Москва, 2-4 февраля 2005г.
Объем и структура работы:
Диссертация изложена на 172 страницах, включает" введение; аналитический обзор, решение задачи по разработке измерительной ячейки и кюветы с уменьшенным объемом пробы, решение задачи по разработке программных средств анализаторов свертывающей системы крови, решение задачи по разработке и подготовке к серийному производству анализаторов показателей гемостаза и результаты медицинских испытаний разработанных изделий, выводы, заключение и практические рекомендации. Литературный указатель включает 164 источника информации. Работа иллюстрирована 33 таблицами и 47 рисунками
По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, включая.патенты на полезные модели: устройство для поштучной выдачи тестовых шариков, кювета для определения времени свертывания.
Публикации:
1. Кутепов М.В., Термостатированный измерительный блок анализатора показателей гемостаза, Тезисы докладов научно-технической конференции "Микроэлектроника и информатика - 2001". - М.: МИЭТ.Г 2001.-С. 128
2. Кутепов М.В., Программируемый четырехканальный. коагулометр полуавтомат, Тезисы докладов, научно-технической; конференции "Микроэлектроника и информатика - 2004". - М.:МИЭТ.-2004.-С. 138.
3. Безруков А.В., Кутепов М.В., .Шибанов А.Н.,. Устройство -для поштучной выдачи тестовых шариков, Патент РФ, RU №200331723 U17A61 J7/00,2003r.
4. Безруков А.В., Кутепов М.В., Шибанов А.Н., Минимизация объема пробы при проведении коагулологического исследования, Тромбоз, гемостаз и реология, №3, 2004г, с. 75-78.
5. Безруков А.В.І, Кутепов М.В., Шибанов А.Н., Кювета для определения времени свертывания, Патент РФ, RU №2004129084, 7А 61 В 5/145, 2004г. .
6. Гулидова О.В.,-Кутепов М.В., Токар М.И.,"Определение показателей гемостаза на программируемом оптико-механическом коагулометре Минилаб . 701, руководство - пользователя и "методические рекомендации, 2003г, с. Зб.: \ Гулидова О.В. , Кутепов М.В., Определение показателей гемостаза на программируемом оптико-механическом . коагулометре Минилаб 704, руководство пользователя и методические рекомендации, 2005г, с. 50.
Физические основы функционирования современных анализаторов свертывающей системы крови
В основу лабораторных методов исследования системы гемостаза положены биофизические и биохимические свойства крови, изменяющиеся в процессе ее свертывания (коагуляции). Наиболее важными и диагностически информативными являются: неоднородность механических характеристик крови (вязкость и модуль сдвига) [60,105], изменение, светопропускания (оптическая плотность) [89,116], электропроводность [155] или диэлектрическая проницаемость образца крови [24].
Автоматизация коагулологических исследований позволяет упростить, ускорить анализы, увеличить производительность труда, а главное, улучшить точность и воспроизводимость измерений [44].
Первые устройства, получившие широкое распространение в КДЛ, были созданы в Германии и Швейцарии [103,145,148]. В последствии на основе принципов их работы создано все многообразие существующих сегодня анализаторов показателей гемостаза (АПГ) или коагулометров.
Одним из первых приборов является анализатор свертывания созданный в конце 60-х годов прошлого века Schnitger и Gross [76,150] (выпускался серийно). В данном приборе датчик, выполненный в виде крючка, опускается и вынимается из кюветы с пробой через определенные интервалы времени. При. формировании сгустка фибрина подвижный электрод окутывается фибриновыми нитями, это приводит к замыканию контактов датчика сгустком, что и регистрируется как момент свертывания образца. Поскольку колебания осуществляются с частотой 0,2-0,5 Гц, то Точность таких приборов невысока. Прямой контакт датчика с исследуемой пробой увеличивает время анализа, так как требуется очистка датчика от сгустка и остатков реагента. Влияние внешних факторов (изменение температуры, влажности и запыленности помещения), а также невозможность регистрации коагуляции сильно разведенных образцов плазм, сужает область применения данных устройств.
Прототипом современных коагулометров является анализатор свертывания крови, описанный в работе [153]. Для обнаружения образовавшегося сгустка впервые предложено использовать шарик из ферромагнитного материала, возвратно-поступательно перемещаемый в пробирке с исследуемой пробой при помощи магнитов (рис. 3).
Устройство содержит: кювету (1) с исследуемой пробой, внутри которой помещен шарик (2) из ферромагнитного материала и систему постоянных магнитов (4), размещенную снаружи от кюветы. Кювета совершает возвратно-поступательное движение, при коагуляции образца происходит захват шарика пробой, что фиксируется оптической системой (3,5) (светодиод "- фотоприемник) как момент образования сгустка в пробе. Рассмотренное устройство имеет существенные недостатки:
Низкая точность обусловлена возвратно- по ступательньїм движением механической системы. Соответственно, не удается обеспечить дискретность отсчета времени менее 2-3 с. Частота колебаний не может быть достаточно большой, что требует увеличения силы магнитного взаимодействия и приводит к снижению чувствительности устройства. Кроме того, затруднено точное определение момента начала коагуляции, поскольку в кювете с малым зазором между ее стенками и шариком перемешивание взаимодействующих реактивов и установление шарика в исходное положение происходит медленно, что также снижает точность измерения времени свертывания.
Соотношение диаметра кюветы и шарика, а также сила магнитного взаимодействия однозначно определяются параметрами исследуемой жидкости. Таким образом, устройство не допускает электрического регулирования параметров для расширения классов исследуемых биологических жидкостей, например, для исследования плазмы крови с низким содержанием фибриногена. При такой конструкции устройства затруднено равномерное перемешивание, реактивов и пробы.
В конце 70-х начале 80-х годов появились приборы, позволившие устранить недостатки, описанные выше, за счет использования кругового движения кюветы [99,119,160].
4 Устройство коагулометра "Amelung" В "наклонную кювету (принцип, предложен фирмой Amelung, Германия) помещается шарик из ферромагнитного материала. Далее во вращательное движение (вдоль продольной оси) приводится реакционная кювета [108], причем шарик остается в неподвижном состоянии на дне у стенки кюветы. Для этого он фиксируется (удерживается) постоянным магнитом. Принцип измерения времени свертывания основан на наблюдении за шариком. При свертывании пробы, образовавшийся сгусток вызывает смещение, а затем и вращение шарика вместе с кюветой, что фиксируется с помощью датчика магнитного поля (датчика Холла) [130] как момент начала коагуляции. Эта конструкция позволила повысить точность регистрации времени свертывания.
Уже в начале 80-х фирмой Amelung был налажен серийный выпуск приборов этого типа. На рис. 4 показана схема таких приборов. Устройство содержит: наклонную кювету (1) (угол наклона а - 5, обеспечивает установку шарика в исходное состояние), шарик (4) из ферромагнитного материала, датчик Холла (2) и постоянный магнит (3) для фиксации шарика.
Регистрация движения шарика при помощи магнитных датчиков (датчик Холла) [129,131] имеет ряд недостатков. Во-первых, расстояние от шарика до магнита регулируется таким образом, чтобы сила притяжения имела заданное значение. Так как датчик механически связан с магнитом, а сигнал датчика резко уменьшается при увеличении расстояния от датчика до шарика, то при больших расстояниях магнита от шарика сигнал датчика может быть очень слабым, что снижает точность измерения [131]. Кроме того, на чувствительность датчика влияет изменение температуры. Во-вторых, вследствие неровности поверхности кюветы, наличия в пробе примесей (например, каолина), прилипших к стенке кюветы или пузырьков воздуха, шарик испытывает колебания, ложно регистрируемые датчиком устройства как момент коагуляции, что также искажает результаты исследования. Для увеличения чувствительности устройств предлагалось даже использование двух датчиков Холла, расположенных под углом 90 друг к другу [124].
Возможности" применения мешалок (шариков) из стали ШХ15
Точность и информативность лабораторного ; исследования системы гемостаза зависит от соблюдения целого ряда условий. В большей степени точность и воспроизводимость коагулологйческого исследования зависит от чистоты лабораторной посуды и правильной ее обработки, при необходимости повторного использования [44]
В. практике . КДЛ обычно. используется -технология отмачивания лабораторной посуды. Последовательность такой обработки следующая. Посуду замачивают с заполнением, всех полостей в 4% растворе H2Q2 (перекись водорода) на 1-3 ч, после чего ее.споласкивают в проточной водопроводной воде.. Дополнительную механическую очистку от остатков крови и. реактивов проводят, в .4% растворе перекиси водорода, содержащем 0,5% моющего состава (порошки «Астра», «Биос», «Лотос» и др.), при температуре, раствора около +50С. Однако, "производителями -реагентов" ! (000 «Технология Стандарт», и НПО «Ренам») установлено, что использование перекиси водорода с-моющим составом .= (детергентом) приводит к неудовлетворительным результатам, даже в очень небрльших количествах детергенты ингибируіот ряд ферментов (снижая скорость реакции), искажая результаты, измерений [44]. После. такой обработки и при повторном использовании кювет .снижаются точность и воспроизводимость анализов. Поэтому пластиковую и. стеклянную посуду .(кюветы, _ пробирки? . наконечники пипеток).. после использования рекомендуется обрабатывать в течение.. 2-3 .часов в.. 6% растворе . перекиси водорода., в., ультразвуковой, ...мойке., .Затем посуду необходимо тщательно промыть в проточной воде, сполоснуть в дистиллированной воде и высушить на воздухе (стеклянную - в сушильном шкафу при температуре 180 - 200С в течение 1-2 часов). Таким образом, время, затрачиваемое лабораторией, на обработку кювет может занять около пяти часов
Для оценки влияния повторного. использования расходных предметов (кювет и шариков) на результаты коагулологических - измерений было проведено определение протромбинового: времени по Квику на коагулометре АПГ2-01. Для исследования использовались две группы кювет: одноразовые и многоразовые (мытые после использования в ультразвуковой ванне). Результаты измерений представлены в таблице 10.
Таблица 10 показывает, что при использовании многоразовых расходных предметов ухудшается.точность проводимого исследования -. ,СУ 6т9%, в то время как при применении одноразовых кювет CV снижается в 2-3 раза. Таким образом, эксперимент доказывает,. что для того что бы,повысить качество , проводимого исследования, необходимо исключить, повторное использование расходных материалов. Один из способов повышения чувствительности анализатора — разработка кювет специальной конструкции. В 90-х годах фирмой ООО «ЭМКО».(Москва, Россия), были разработаны принципиально новые кюветы, для анализаторов «ЭМКО-02» с механическим (по; остановке шарика) принципом регистрации фибринового сгустка. За счет применения внутренней перегородкигфиксатора (стопорного элемента) повышается чувствительность самого анализатора [10]. В кюветах применяется шарик из; нержавеющей стали 0 4мм. Стопорный элемент, выполнен в виде скобы, неподвижно установленной в кювете по линии ее диаметра с зазором 0,1-0,5 мм над ферромагнитным шариком из нержавеющей стали, причем диаметр шарика равен (0,5-0,9) dic, где dk внутренний диаметр кюветы. Тем самым промежуток между стенкой кюветы и стопорным элементом меньше, чем диаметр шарика (глава 2, рис. 14). Образовавшийся.-- в пробе. фибриновый. сгусток, останавливает... шарик, причем шарик заклинивает; между стенками кюветы, и. перегородкой, фиксатором. Что обеспечивает более четкую фиксацию шарика-при исследовании проб с.низким содержанием фибриногена (С. 1,0-1,2 г/л).
Высокая стоимость этих кювет ( 5 руб. за комплект: кювета, стрпорный элемент, шарик) обусловлена наличием перегородки-фиксатора, ,что. требует дополнительных затрат на сборку кюветы (шарик в .пустой кювете не. должен заклинивать) и применением шариков из .магнитной нержавеющей, стали
Организация пользовательского интерфейса анализатора
Большинство коагулометров для вывода результатов измерений снабжено цифровыми светодиодными индикаторами (например, коагулометры фирм Amelung, Behnk Elektronik, Human, Teco) или цифровым ЖКИ без подсветки (например, коагулометры фирм Cormay, DiaLab, DiaMed, Ral). Однако, при. существующем на сегодняшний день количестве коагулологических тестов [57,63], зачастую возникает необходимость отображения не только времени свертывания (или пересчитанного времени в соответствующие единицы теста), но и дополнительной или служебной информации (системы подсказок), что при использовании таких дисплеев затруднительно. К тому же, с целью снижения ошибок лаборанта ВОЗ рекомендовано проводить все коагулологические измерения в дубле. В этом случае приборы оказываются не способными наглядно отображать произведенный расчет среднего значения.
В ряде приборов эта проблема частично решена, по мнению производителей, применением встроенного термопринтера, который производит вывод результатов измерений и наиболее важных параметров теста. Однако, наличие в приборе встроенного принтера, прежде всего, упрощает работу лаборанта и исключает возможность его ошибок при записи результатов измерений.
В настоящее время все большее распространение стали получать. ЖКИ с подсветкой (например, коагулометры фирм Roche, Sysmex, Dade Behring и Юнимед), обладающие более гибкими возможностями при конфигурировании интерфейса прибора и возможностью использования в условиях недостаточной освещенности, например, в экспресс-лаборатории или у постели больного.
Большое количество полуавтоматических коагулометров имеют встроенный последовательный интерфейс RS232 для связи: с персональным компьютером, но до сих пор нет программного обеспечения для осуществления этой связи. Таким образом, без полноценного ПО наличие RS232 практически бесполезно и бессмысленно.
Есть сложности и при создании системы управления и программирования анализатора. Одна из самых важных проблем — большое количество клавиш управления в анализаторах полуавтоматах, что усложняет работу лаборанта с прибором. Желательно иметь управление по возможности простым.(минимум, клавиш управления) хотя эта простота, например, управление всего двумя клавишами (Behnk Elektronik), может быть обманчива, так как при этом клавиши становятся функционально перегруженными,, значительно усложняется иерархия меню прибора, в результате . возникает., большое количество ненужных дополнительных подтверждений и запросов. Таким образом, даже может потребоваться обучение лаборанта.
В связи с этим, к интерфейсу современного, анализатора предъявляются следующие требования: ....—. информация на индикаторе анализатора должна быть простой, удобной и зрительно легко воспринимаемой, т.е. не должна быть избыточной; ,. , . количество клавиш необходимых для .управления и. программирования прибора должно быть минимальным; - анализатор должен иметь встроенный термопринтер; - в качестве дисплея использовать ЖКИ с подсветкой.
Основной задачей пользовательского интерфейса является обеспечение удобства работы с коагулометром. На рис 32. приведено минимальное иерархическое меню, которое должен предоставлять анализатор. Органы управления иерархическим меню и его отображения выполнены с помощью 4-х кнопок и ЖКИ с подсветкой, с помощью которых осуществляется программирование (установка режимов измерений, введение калибровочных значений и т.д.). В анализаторе минимизировано количество клавиш управления до 9, причем из них только 4 имеют непосредственное отношение к программированию. Для удобства работы кнопки управления меню размещены непосредственно под индикатором прибора.
Главное меню анализатора содержит следующие подпункты: «Тест» (задается название методики), «Буфер» (задается устройство на которое будет осуществляться вывод результатов измерений — встроенный принтер или RS232), «Принтер» (включение/выключение встроенного принтера), «Автостарт» (включение/выключение функции автостарта). Подпункты — «Температура», «Скорость» и «Порог» доступны в главном меню только в сервисном режиме.
Разработка блок-схемы и выбор базовых комплектующих основных узлов прибора
Преимущества модульной конструкции анализатора: — возможность построения многоканального анализатора; — взаимозаменяемость модулей термостатов; — компактность конструкции; — удобство ремонта и настройки; В АПГ4-01 модули измерительных ячеек (4 шт.) и модуль для перемешивания реактивов (1 шт.) соединяются при помощи одного плоского 10 жильного кабеля. Связь между этими модулями осуществляется по протоколу
Каждый модуль выполнен в виде законченного устройства, где реализуется сбор и полная, цифро-аналоговая обработка сигналов сдатчиков, а также команд, поступающих с модуля управления и индикации. Применением раздельных (полностью независимых друг от друга) модулей удается также добиться высокой точности . температуры термостатирования. .. Температура термостатирования измерительных ячеек составляет 37,0 ± 0,2 С; ячейки для перемешивания реактивов - 37,0 ± 0,5 С.
Модуль управления и индикации осуществляет управление анализатором АПГ4-01, а также отвечает за организацию пользовательского интерфейса. В центральный процессор модуля поступают и обрабатываются данные со всех модулей. В зависимости от принятой информации центральный процессор принимает то или иное решение и выдает управляющий сигнал на соответствующий модуль.
Схема модуля управления и индикации включает в себя (рис. 38): - микроконтроллер; - двунаправленные последовательные интерфейсы: RS232C и I Синтерфейс встроенного принтера (последовательный канал типа "токовая петля") интерфейс управления нагревателями модулей; устройства пользовательского интерфейса: жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) и клавиатура; светодиоды индикации событий, звуковой индикатор событий.. Микроконтроллер блока управления и индикации прибора реализует следующие функции: - поддержание протокола обмена данными между микроконтроллерами модулей и ІШЗУ (энергонезависимая память анализатора) через последовательный интерфейс 12С; организацию протокола обмена данными между прибором и персональным компьютером через последовательный интерфейс RS232C; осуществление термостатирования модулей; поддержание пользовательского интерфейса: вывод информации на ЖКИ и обработка событий от клавиатуры (звуковые события и светодиоды индикации событий); организацию встроенного иерархического меню прибора, математическую обработку результатов измерений.
Блок схема модуля управления и индикации На основании сравнительного анализа технико-экономических характеристик современных микроконтроллеров в блоке.... управления целесообразно применять микросхемы фирмы ATMEL или Winbond (AVR, RISC, MCU). Эти микроконтроллеры являются общецелевыми и обладают рядом преимуществ: - максимальным относительным быстродействием (одна команда за кт); - внутрисхемным программированием; - не требуют внешней памяти для программ; - имеют все необходимые средства, такие как последовательный асинхронный интерфейс, последовательный периферийный интерфейс, счетчики и таймеры, входы внешних прерываний, что позволяет просто и недорого строить взаимодействие микроконтроллера со всеми частями прибора.
В то же время на рынке появляются общецелевые цифровые сигнальные процессоры, которые превосходят микроконтроллеры по вычислительной мощности, но уступают по составу портов ввода-вывода и средств сопряжения. С развитием микроэлектронных технологий (с уменьшением цены изделий и повышением их функциональности) в будущем разумнее использовать общецелевые цифровые сигнальные процессоры при построении анализаторов показателей гемостаза.
Наличие в микроконтроллере встроенного полнодуплексного универсального асинхронного приемопередатчика позволяет реализовывать схему сопряжения по интерфейсу RS232C. Интерфейс RS232C не требует дорогих элементов и имеет простую схемотехнику гальванической (оптической) развязки. Однако низкая скорость передачи данных (до 10 кбайт/с) может ограничивать его применения. Интерфейс USB обладает высокими техническими характеристиками, такими как высокая скорость передачи данных, гибкость конфигурирования и др. Но в то же время требует повышенных технико-экономических затрат на его реализацию.
