Способ измерения концентрации исследуемого вещества в пробе биологической жидкости - RU2201595C2
Код документа: RU2201595C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к измерительному прибору и съемному (одноразовому) устройству для измерения концентрации исследуемого вещества в биологической жидкости, более конкретно к прибору, съемное устройство для которого представляет собой полую часть геометрического тела, заключенную между двумя секущими плоскостями.
Медицинский диагноз часто предусматривает измерения на таких биологических жидкостях, как кровь, моча или слюна, которые берутся у пациента. Вообще говоря, важно избегать как загрязнения оборудования, так и инфицирования персонала этими жидкостями, и избегать инфицирования пациента жидкостями, взятыми у других. Таким образом, существует потребность в диагностических устройствах, которые минимизируют риск такого инфицирования.
Среди медицинских диагностических устройств, которые сегодня находят наиболее широкое применение, имеется монитор для проверки концентрации глюкозы в крови. Только в США есть 14 миллионов человек, у которых установлен диабет. Чтобы избежать серьезных медицинских проблем, например - потери зрения, проблем кровообращения, почечной недостаточности и т.д., многие из этих людей регулярно проверяют концентрацию глюкозы в своей крови, а затем принимают необходимые меры для поддержания своей концентрации глюкозы в приемлемом диапазоне.
Инфицирование крови происходит при осуществлении измерения концентрации глюкозы в крови. Например, при использовании большинства распространенных типов (фотометрических) цельнокровяных глюкозиметров определение концентрации глюкозы, как правило, производят по пробе крови, нанесенной на индикаторную полоску, которая находится на измерительном приборе. Для нанесения пробы крови, взятой из проколотого пальца пациента, надо расположить палец пациента над индикаторной полоской и вблизи нее, чтобы инокулировать индикаторную полоску пробой крови. При этом существует риск того, что палец пациента может соприкоснуться с частью измерительного прибора, загрязненной кровью, оставшейся после предшествующего использования другими, в частности, при эксплуатации в больнице.
Риск для пациента минимизируется, если индикаторную полоску инокулируют до ее помещения в измерительный прибор. Это так называемый подход "внеприборного дозирования". При таком подходе пациент наносит свою кровь на снабженную реактивом индикаторную полоску на первом этапе процесса измерения. Затем эту полоску вставляют в измерительный прибор. Палец пациента соприкасается только с новой (чистой) съемной полоской, которая не может быть инфицирована кровью другого пациента. Палец никогда не соприкасается с загрязненной частью измерительного прибора. Подход внеприборного дозирования использовался некоторое время, в частности, в измерительных приборах фотометрического действия, а также в системах, которые определяют гематокритное число. Недостатком внеприборного дозирования является то, что измерительный прибор не может осуществить изменение в "нулевой момент времени" или перед ним, т.е. в момент, когда проба была нанесена на полоску. В фотометрическом измерительном приборе показание коэффициента отражения, получаемое перед инокуляцией полоски, позволяет вносить в измерительный прибор поправки на изменения фонового цвета полоски и положения. Измерительный прибор может также более непосредственно и более точно определять нулевой момент времени, что облегчает точные измерения. В отличие от этого, может быть трудно или невозможно определить нулевой момент времени, если полоску инокулируют вне прибора.
Хотя внеприборное дозирование нивелирует проблему инфицирования пациента, измерительный прибор по-прежнему может быть загрязнен кровью. Таким образом, существует риск для других людей, которые могут прикасаться к загрязненному измерительному прибору, например для сотрудников больницы и техников по ремонту измерительных приборов. Кроме того, если пациенту помогает сотрудник здравоохранения, то этот сотрудник может касаться крови пациента при извлечении съемной полоски после завершения анализа.
В измерительных приборах электрохимического действия обычно используется "дистанционное дозирование", при котором индикаторную полоску помещают в прибор до инокуляции, но точка нанесения крови удалена от поверхностей измерительного прибора, которые могут стать загрязненными. Например, приборы "Глюкометр Элит" (Glucometer Elite®) фирмы "Байер Диагностикс" (Bayer Diagnostics) и "Эдвентедж" (Advantage®) фирмы "Берингер Маннгейм" (Boehringer Mannheim) включают в себя электроды с дистанционным нанесением пробы. Как и при внеприборном дозировании удаление полоски также может создать риск для измерительных приборов, в которых используется дистанционное дозирование.
В литературе описано некоторое количество систем, целью которых является уменьшение риска инфицирования пациента и/или других людей в связи с диагностическими анализами. В патенте США 4952373, выданном 28 августа 1990 г. на имя Шугармена (Sugarman) и др., раскрыт экран, который предназначен для предотвращения передачи избытка жидкости в диагностических кассетах в монитор, в котором используется кассета. Экран изготовлен из тонкой пластмассовой или металлической пленки и крепится к кассете, которая, как правило, имеет размер кредитной карточки.
В патенте США 5100620, выданном 31 марта 1992 г. на имя Бреннмена (Brennman), раскрыт корпус в виде обратной воронки с центральной капиллярной трубкой для переноса пробы жидкости из удаленной точки взятия пробы на поверхность для анализа. Это приспособление можно использовать для переноса крови от зонда на пальце к пленке с реактивом.
В патенте США 3991617, выданном 16 ноября 1976 г. на имя Матро д'Атри (Matreau d'Autry), раскрыто приспособление, которое используется с пипеткой, предназначенной для применения со съемными наконечниками. Это приспособление обеспечивает наличие кнопочного механизма для сбрасывания наконечника с конца пипетки.
Общим для всех вышеупомянутых патентов является то, что каждое из раскрытых приспособлений предназначено для устранения риска инфицирования, который создается биологическими жидкостями и другими потенциально опасными жидкостями.
В соответствии с
настоящим изобретением устройство для использования в приборе для измерения концентрации исследуемого вещества в пробе биологической жидкости содержит
а) полую часть геометрического тела,
заключенную между двумя секущими плоскостями, имеющую открытые концы неодинакового размера, и
б) пористую мембрану для приема пробы, прикрепленную к меньшему открытому концу и, по существу,
закрывающую его, содержащую
i) поверхность для приема пробы и
ii) реактив для реакции с исследуемым веществом, чтобы вызвать в физически обнаружимом параметре мембраны изменение,
которое можно измерить и связанное с концентрацией исследуемого вещества в пробе.
Соответствующий этому изобретению способ измерения концентрации исследуемого вещества в пробе
биологической жидкости заключается в том, что
а) обеспечивают устройство, которое содержит полую часть геометрического тела, заключенную между двумя секущими плоскостями, имеющую открытые
концы неодинакового размера, меньший из которых, по существу, закрыт мембраной, которая имеет
i) поверхность для приема пробы и
ii) реактив для реакции с исследуемым веществом, чтобы
вызвать в физически обнаружимом параметре мембраны изменение, которое можно измерить и связанное с концентрацией исследуемого вещества в пробе,
б) наносят пробу на поверхность мембраны,
в) измеряют изменение параметра, и
г) определяют концентрацию исследуемого вещества по замеру изменения параметра.
Устройство, соответствующее настоящему изобретению,
можно использовать преимущественно с измерительным прибором для измерения концентрации исследуемого вещества в пробе биологической жидкости, которую наносят на первую поверхность пористой мембраны,
которая содержит реактив, реагирующий с исследуемым веществом, вызывая изменение коэффициента отражения второй поверхности мембраны, прикрепленной к концу устройства, имеющего форму полой части
геометрического тела, заключенной между двумя секущими плоскостями, и, по существу, закрывающей этот конец. Измерительный прибор содержит
а) корпус, имеющий выполненный в форме части
геометрического тела, заключенной между двумя секущими плоскостями, дальний участок для обеспечения сопрягающего контакта с устройством, причем этот участок сужается внутрь к концу, который обращен ко
второй поверхности мембраны,
б) оптическую систему в корпусе для направления луча света из дальнего конца и приема света, отраженного от второй поверхности мембраны,
в) средство для
измерения света, отраженного обратно в корпус, как перед нанесением пробы на мембрану, так и после этого, и
г) средство для вычисления концентрации исследуемого вещества в жидкости по
измеренным значениям параметра отраженного света.
Устройство, соответствующее настоящему изобретению, позволяет человеку измерять концентрацию исследуемого вещества в биологической жидкости с минимизацией риска контакта этой жидкости или пользователя с измерительным прибором. Таким образом устройство уменьшает как вероятность инфицирования прибора пользователем, так и обратную вероятность. Устройство является съемным (одноразовым) и термины "устройство" и "съемное устройство" употребляются взаимозаменяемо по всему описанию и в прилагаемой формуле изобретения.
На фиг.1 показано перспективное изображение устройства, соответствующего настоящему изобретению, с удаленной для ясности частью;
на фиг. 2 показан поперечный разрез, сделанный вдоль линии
2-2, изображенной на фиг.1;
на фиг. 3 показано перспективное изображение измерительного прибора и устройства, соответствующего изобретению, перед их скреплением;
на фиг. 4 показано
перспективное изображение измерительного прибора и устройства в процессе получения пробы крови;
на фиг. 5 показан частичный поперечный разрез измерительного прибора и устройства, изображенных
на фиг.4, сделанный вдоль линии 5-5, изображенной на фиг.4;
на фиг. 6 показан вид сбоку в частичном разрезе множества устройств в упаковке;
на фиг.7 показано перспективное
изображение измерительного прибора, соответствующего этому изобретению, сбрасывающего устройства;
на фиг. 8 показан продольный разрез, на котором для ясности приведена проекция некоторых
деталей по фиг.7 в первом положении (положении использования);
на фиг. 9 показан вертикальный вид сбоку, частично - в поперечном разрезе, измерительного прибора, изображенного на фиг.7, во
втором положении (положении сбрасывания);
на фиг.10 показано перспективное изображение альтернативного конкретного варианта осуществления измерительного прибора;
на фиг.11 показано
перспективное изображение альтернативного конкретного варианта осуществления устройства, соответствующего этому изобретению;
на фиг.12 показано фрагментарное перспективное изображение
дальнего конца устройства, показанного на фиг.11;
на фиг. 13 показан поперечный разрез вдоль линии 13-13, изображенной на фиг.12;
на фиг. 14 показан поперечный разрез вдоль линии
14-14, изображенной на фиг.12;
на фиг.15 показан поперечный разрез другого конкретного варианта осуществления дальнего конца устройства, соответствующего изобретению;
на фиг. 16
показано перспективное изображение еще одного конкретного варианта осуществления измерительного прибора и устройства перед их скреплением;
на фиг. 17 показан еще один конкретный вариант
осуществления измерительного прибора и устройства;
на фиг.18 показано перспективное изображение дальнего конца другого конкретного варианта осуществления измерительного прибора и устройства;
на фиг.19 показан вид сбоку дальнего конца измерительного прибора и устройства, изображенных на фиг.18, в собранном положении.
Устройство, соответствующее настоящему изобретению, предназначено, в основном, для использования в приборе для измерения концентрации таких исследуемых веществ, как спирт, холестерин, белки, кетоны, ферменты, фенилаланин и глюкоза, в таких биологических жидкостях, как кровь, моча и слюна. Для краткости, описаны подробности использования устройства в связи с самоконтролем глюкозы в крови, тем не менее, обычный специалист в области медицинской диагностики должен суметь без затруднений приспособить эту методику для измерения других исследуемых веществ в других биологических жидкостях.
Самоконтроль глюкозы в крови, как правило, осуществляется с помощью измерительных приборов, работающих по одному из двух принципов. Приборы первого типа - фотометрические, которые основаны на использовании снабженных реактивами полосок, включающих в себя состав, который изменяет цвет после нанесения крови. Изменение цвета является мерой концентрации глюкозы.
Монитор второго типа для контроля концентрации глюкозы - электрохимический и построен на понимании того, что кровь, нанесенная на электрохимический элемент, может вызывать появление электрического сигнала - напряжения, тока или заряда, зависящего от типа измерительного прибора, который может быть связан с концентрацией глюкозы в крови.
Настоящее изобретение обеспечивает удобное дистанционное дозирование как в случае фотометрических, так и в случае электрохимических систем. Для краткости, основное внимание в нижеследующем описании уделено фотометрической системе. Аналогичные устройства можно использовать совместно с электрохимической системой. При любом из двух типов системы данное устройство позволяет измерительному прибору контролировать весь ход реакции с момента нанесения пробы до определения концентрации глюкозы. Возможность определения времени начала анализа упрощает точное определение концентрации глюкозы.
При использовании фотометрической, а не электрохимической системы для определения концентрации глюкозы имеется несколько преимуществ. Одно преимущество фотометрической системы заключается в том, что можно проводить измерения более чем на одной длине волны света и можно вносить поправки на отклонения гематокритного числа крови. Раскрытое здесь одноразовое устройство обеспечивает эти преимущества фотометрической системы, допуская при этом минимальное загрязнение измерительного прибора.
Съемные устройства, применяемые в фотометрических измерительных системах, как правило, имеют форму тонкой прямоугольной полоски. Эта форма вытекает из исходной так называемой конфигурации типа "окуни и сними показания" индикаторной полоски. Один конец служит в качестве ручки, тогда как химическая реакция с пробой жидкости происходит на другом конце.
Эти прямоугольные съемные устройства образуют вкладываемую часть сопряжения с измерительным прибором. То есть полоска фиксируется теми деталями на измерительном приборе, которые охватывают съемное устройство. Этот способ фиксации обуславливает загрязнение измерительного прибора пробой жидкости.
Чтобы избежать проблем загрязнения, предлагаемому съемному устройству придана форма полой части геометрического тела, заключенной между двумя секущими плоскостями, которая представляет собой охватывающую часть сопряжения с измерительным прибором. То есть съемное устройство охватывает часть измерительного прибора и служит в качестве крышки для предотвращения загрязнения измерительного прибора пробой жидкости.
На фиг. 1 изображен с частичным срезом конкретный вариант осуществления этого изобретения, в котором съемное устройство 10 является полым усеченным конусом. Мембрана 12 прикреплена к меньшему концу 14. Необязательный край 16 обеспечивает наличие поверхности, к которой мембрана 12 крепится клеем 18. По окружности конуса расположены необязательные лунки 20 для создания механизма фиксации совместно с канавкой на измерительном приборе.
На фиг.2 показан поперечный разрез съемного устройства, изображенного на фиг. 1, сделанный вдоль линии 2-2. Как показано на фиг.2, мембрана прикреплена к наружной поверхности съемного устройства. Вместо этого, как показано на фиг.11, мембрана может быть прикреплена к внутренней поверхности съемного устройства.
На фиг.3 показано перспективное изображение с пространственным разделением элементов фотометрического измерительного прибора и съемного устройства того типа, который изображен на фиг.1. Измерительный прибор 30 имеет удлиненную конфигурацию с дальним участком 32, который, по существу, является цилиндрически симметричной частью геометрического тела, заключенной между двумя секущими плоскостями, по периметру которого необязательно расположена канавка 34. Отметим, что съемное устройство посажено на дальний участок измерительного прибора таким образом, что существует точно определенный зазор G между дальним концом 36 измерительного прибора 30 и нижней поверхностью мембраны 12. Такое точное позиционирование вносит свой вклад в точность и достоверность измерений. В вырезе можно увидеть источник света 38 и детектор 40, которые предназначены, соответственно, для подсветки съемного устройства и для обнаружения света, отраженного от съемного устройства. Как обсуждается ниже, измеряемый свет, отраженный от съемного устройства, дает концентрацию глюкозы в пробе, нанесенной на мембрану. Хотя на фиг.3. показаны только один источник и детектор, можно использовать несколько источников, необязательно имеющих разные выходные спектры, и/или несколько детекторов.
На фиг. 4 показано перспективное изображение способа использования устройства и измерительного прибора, изображенных на фиг.3, для получения пробы S из кончика проколотого пальца. Пользователю очень легко ввести съемное устройство в контакт с пальцем, что является большим преимуществом для пользователей, имеющих ослабленное зрение.
На фиг.5 показан поперечный разрез удаленного участка 32 измерительного прибора 30 и съемного устройства 10, который иллюстрирует способ, которым лунки 20 и канавка 30 принудительно фиксируют измерительный прибор 30 в съемном устройстве 10, оставляя зазор G. Отметим, что зазор G гарантирует, что кровь проникает через мембрану и не инфицирует измерительный прибор. Размер зазора, хотя это и не критично, предпочтительно составляет, по меньшей мере, около 0.5 мм.
Преимущество устройства, соответствующего изобретению, при использовании с измерительным прибором того типа, который показан на фиг.3, заключается в том, что устройства можно укладывать в стопку, удобно расположенную в контейнере 42, как показано на фиг.6. Затем устройство можно прикрепить, просто вводя дальний участок 32 измерительного прибора 30 в контейнер 42 и вводя канавку 34 в контакт с лунками 20. После завершения анализа использованное съемное устройство можно сбросить в контейнер W для отходов, как показано на фиг. 7, при условии, что имеется необязательный кнопочный механизм сбрасывания.
Кнопочные механизмы сбрасывания этого типа широко известны и для этого изобретения используются подходящие из них (см. , например, патент США 3991617). Один такой механизм изображен на фиг.8 и 9, где показан кнопочный механизм, установленный в измерительном приборе того типа, который показан на фиг.3. В число элементов этого механизма входят ось 44, которая соединяет выталкиватель 46 и кнопку 48. Кнопка 48 срабатывает посредством оси 44, заставляя выталкиватель 46 разъединять съемное устройство и удаленный участок 32 измерительного прибора 30. Для возврата выталкивателя 46 и кнопки 48 в их отведенное положение служит пружина 50. Позволяя удалять съемное устройство без непосредственного контакта, сбрасывание с помощью кнопки помогает избежать инфицирования. Съемные устройства, используемые с кнопочными сбрасывающими механизмами того типа, который показан на фиг.8 и 9, предпочтительно имеют фланец 19.
На фиг. 10 изображен конкретный вариант осуществления измерительного прибора, соответствующего изобретению, который включает в себя индикатор 50 для изображения концентрации исследуемого вещества, измеренной измерительным прибором. Этот индикатор может быть индикатором на светоизлучающих диодах (СИД), жидкокристаллическим (ЖК) индикатором или аналогичным индикатором, известным в данной области техники.
Хотя в приведенном выше описании и на упомянутых чертежах рассматривается съемное устройство, имеющее круглое поперечное сечение, и измерительный прибор с удаленным участком, имеющим сопряженное поперечное сечение, эта геометрия несущественна и, фактически, может даже не быть предпочтительной. Исходным моментом при выборе геометрии в фотометрической системе является оптическая система. Вообще говоря, измерение коэффициента отражения предписывает, по меньшей мере, минимальное угловое разделение (обычно 45o) между детектором и зеркально отраженным светом. Это, в свою очередь, требует наличия, по меньшей мере, минимального угла при вершине конического съемного устройства. Однако преимущество для пользователя заключается в том, чтобы видеть свой палец при дозировании, а большой угол при вершине мешает этому обзору. Таким образом, может оказаться предпочтительным съемное устройство, имеющее прямоугольное поперечное сечение, например, имеющее форму полой усеченной прямоугольной пирамиды 110, как показано на фиг.11. В этом случае угловое разделение между детектором и зеркально отраженным светом определяет лишь минимальное достижимое значение L, продольного размера большего открытого конца. Но съемное устройство может быть меньше и создавать меньшие помехи при взгляде пользователя на свой палец. Кроме того, прямоугольные мембраны можно изготавливать из лент листов при меньших издержках и с меньшими отходами материала. Все же, круглое поперечное сечение предпочтительно при использовании в оптической системе группы из нескольких источников и/или детекторов.
Поскольку инфицирование возможно в случае, если излишек пробы капал со съемного устройства, желательно помещать на нем большие пробы без капания. Для фиксации излишка пробы могут служить различные конструкции. Одна из них показана на фиг.12, 13 и 14. На фиг.12 показано съемное устройство, изображенное на фиг.11, с лунками 124 на поверхности меньшего конца съемного приспособления. Как показано на фиг.13 и 14, лунки позволяют капиллярному потоку заполнять получаемый зазор между мембраной и верхней внутренней поверхностью устройства. Альтернативный способ образования таких зазоров заключается в приклеивании мембраны к съемному устройству густым клеем, оставляющим зазоры, вмещающие излишек пробы. Еще один способ поглощения излишка пробы заключается в прикреплении поглощающей подушечки 126 поверх передней поверхности мембраны, как показано на фиг.15.
На фиг.16 показано перспективное изображение с пространственным разделением элементов измерительного прибора и съемного устройства того типа, который показан на фиг. 11. Дальний участок 132 измерительного прибора 130 имеет необязательную канавку 134, которая аналогична канавке 34, для фиксации съемного устройства. Удлиненная шейка 130 облегчает извлечение съемных устройств из удлиненных контейнеров 42, изображенных на фиг.6. Индикатор 140 изображает измеренную концентрацию исследуемого вещества.
На фиг.17 изображен альтернативный конкретный вариант осуществления измерительного прибора, предназначенного для использования со съемным устройством, изображенным на фиг.11.
На фиг.18 изображен дальний конец еще одного конкретного варианта осуществления съемного устройства 210 и измерительного прибора 230. Дальний участок 232 сопрягается со съемным устройством 210. Отметим, что пазы 234 являются альтернативой канавке 34 (или 134) для захвата лунок, например 220, на съемном устройстве.
На фиг. 19 показан вид сбоку конкретного варианта осуществления, изображенного на фиг.18.
В способе, соответствующем этому изобретению, пробу крови наносят на обращенную наружу поверхность мембраны. Глюкоза в пробе взаимодействует с реактивом в мембране, вызывая изменение цвета, которое изменяет коэффициент отражения обращенной внутрь поверхности мембраны. Источник света в измерительном приборе подсвечивает обращенную внутрь поверхность мембраны и измеряет интенсивность света, отраженного от этой поверхности. С помощью надлежащего расчета изменение коэффициента отражения дает концентрацию глюкозы в пробе.
Известно множество комбинаций мембраны и составов реактивов для фотометрического определения концентрации глюкозы в крови. Предпочтительной комбинацией мембраны и состава реактива является полиамидная матрица, содержащая фермент оксидазы, пероксидазу и краситель или пару красителей. Фермент оксидазы предпочтительно является оксидазой глюкозы. Пероксидаза предпочтительно является пероксидазой хрена обыкновенного. Предпочтительной парой красителей является 3-метил-2-бензотиазолинонгидразон гидрохлорид плюс 3,3-диметиламинобензойная кислота. Особенности этой комбинации мембраны и реактива и ее вариации приведены в патенте США 5304468, выданном 19 апреля 1994 г. на имя Филлипса (Phillips) и др. и упоминаемом здесь для ссылки.
Другой предпочтительной комбинацией мембраны и реактива является анизотропная полисульфоновая мембрана (поставляемая фирмой "Мемтек Америка Корп. " (Memtec America Corp.), Тимониум, штат Мэриленд, США), содержащая оксидазу глюкозы, пероксидазу хрена обыкновенного и пару красителей, состоящую из однонатриевого [3-метил-2-бензотиазолинонгидразон]N-сульфонилбензенсульфоната в сочетании с аммониевой солью 8-анилино-1-нафталинсульфоновой кислоты. Особенности этой комбинации мембраны и реактива и ее вариации приведены в заявке на патент США 08/302575, поданной 8 сентября 1994 г. и упоминаемой здесь для ссылки.
Специалистам в данной области техники будет ясно, что вышеизложенное описание предпочтительных конкретных вариантов осуществления этого изобретения является иллюстрацией практического воплощения настоящего изобретения, а не каким-либо ограничением. Изменения представленных здесь особенностей можно провести без отступления от объема притязаний настоящего изобретения.
Реферат
Изобретение относится к медицинской измерительной технике и предусматривает наличие съемного устройства, имеющего форму части геометрического тела, заключенной между двумя секущими плоскостями. Реактив в мембране реагирует с исследуемым веществом, вызывая изменение цвета. Устройство устанавливают на измерительном приборе, который измеряет изменение цвета и вычисляет по этому изменению концентрацию исследуемого вещества в пробе. Устройство снимают с измерительного прибора, не касаясь индикаторной полоски и мембраны. Технический результат заключается в снижении риска контакта биологической жидкости и пользователя с измерительным прибором, т.е. в устранении риска инфицирования, который создается биологическими жидкостями. 6 з. п.ф-лы, 19 ил.
