Устройство для определения объема частиц в жидких средах

 

О П И С А И--И--Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<й) 470099

Союз Соеетскнк

Соцналнотнчеекнк

Республик

К ПАТЕНТУ (61) Зависимый от патента № (22) Заявлено 13.09.71 (21) 1700934/31-16 (32) Приоритет 14.09.70 (31) 71700 (33) США

Опубликовано 05.05.75. Бюллетень № 17 (51) М. Кл. А 61Ь 5/14

Государатеенный комитет

Смета Министров СССР (53) УДК 615.471:612.

Л1/018(088 8) ло делам нэооретеннй н открытий

Дата опубликования описания 01.08.75 (72) Автор изобретения

Иностранец

Вильям Дж. Калогеро (США) Иностранная фирма

«Текникон инструментс Корпорейшн» (США) (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА ЧАСТИЦ

В ЖИДКИХ СРЕДАХ

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для проведения анализа состава жидкости, например крови.

Устройства для определения объема частиц жидких средах, например, объема форменных элементов крови, содержащие центрифугу с электрическим приводом и капиллярные камеры, известны. Однако они не обеспечивают последовательный забор проб исследуемой жидкости и промывочной, синхронизацию работы загрузочного механизма, автоматическую непрерывную подачу заданных порций исследуемой жидкости с последующей промывкой и продуванием капиллярных камер. Известные устройства не регистрируют процесса центрифугирования, не показывают объем уплотненных частиц и главное — они не обеспечивают непрерывный, автоматический процесс исследования и не определяют объем частиц с высокой точностью.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Для этого в предлагаемом устройстве установлены загрузочный механизм, один или несколько, по числу капиллярных камер, программное и фотоэлектронное устройства-, а капиллярные камеры выполнены с возвратным направлением, например, j-образной и

$-образной формы.

Кроме того, загрузочный механизм может быть выполнен в виде- источника исследуемой жидкости, источника промывочной жидкости, насоса пульсирующего потока, накопительной камеры, управляемых вентилей и системы трубопроводов, выход которой соединен с капиллярной камерой.

Фотоэлектронное устройство может быть выполнено в виде последовательно установ10 ленных источника света, коллиматора, ограничительного отверстия, подвижного зеркала, неподвижного зеркала, фотодетектора и последовательно включенных усилителя, интегрирующей цепочки, дифференциального усили15 теля и электрического привода движения подвижного зеркала и писчика регистрирующего прибора.

Программное устройство целесообразно выполнить в виде релейного источника последо20 вательных сигналов.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— диск центрифуги с капиллярными камерами, вид сверху.

25 Из источника 1 исследуемая жидкость (кровь) непрерывным потоком отдельных проб одна за другой направляется по трубке

2. Каждая проба 3 крови в трубке отделена одна от другой порциями 4 промывочной жид470099 пробы крови; таким образом создается непрерывный поток в трубке 2, объем каждой порции можно регулировать временем погруже- 50 ния приемной трубки 8 в приемник 7 и источник 10, и временным интервалом между последующими погружениями, пока трубка 8 «аходится на воздухе. Порции 4 промывочной жидкости и порции 5 воздуха предназначены 55 для тщательной промывки и продувки внутренних стенок трубок, по которым поступает непрерывный поток, и для эффективного удаления остатков предыдущей пробы крови и предотвращения загрязнений поступающих, 40 новых порций пробы крови.

Непрерывный поток, прока чиваемый по трубке 11, проходит по трубке 15 при постоянной скорости и подается в накопительную камеру 16 с входом 17. Трубка 15 соединена 45 с входом в накопительную камеру муфтой 18.

Выход 19 из накопительной камеры выполнен в виде тройника с двумя выходами 20 и 21.

Накопительная камера, вход 17 и выход 19 могут выполняться в виде целого стеклянного 50 изделия. Выход 19 соединен с муфтой 22 гибкой трубкой 23, которая соединена с трубкой

24 для отвода сбросов, с трубкой 24 взаимодействует насос 12; выход 21 соединен через

: уфту 25 с гибкой трубкой 26, предназначен- 55

«ой для выброса содержимого накопительной камеры в загрузочное отверстие 27 центрифуги 28.

Гибкие трубки 23 и 26 имеют управляемые вентили 29 и 30 соответственно, которые управ- 60 ляются программным устройством 31, выполненным в виде релейного источника последовательных сигналов; эти вентили управляются так, что пробы крови отдельно накапливаются внутри накопительной камеры 16, а проме- б5

3 кости, находящимися между двух порций 5 воздуха.

Источник 1 представляет собой поворотный стол 6 с несколькими приемниками 7; каждый из приемников находится ниже приемной трубки 8. Эта трубка установлена сбоку от поворотного стола и регулируется механизмом

9 так, чтобы она входила и выходила из приемника 7, расположенного под ней, во время перемещения поворотного стола. Вблизи стола расположен источник 10 промывочной жидкости. Приемная трубка 8 механизмов 9 может поворачиваться вбок, чтобы она попадала и извлекалась из источника 10. Приемная трубка 8 соединена с трубкой 11 роликового насоса 12. Насос содержит несколько непрсрывно вращающихся параллельных роликов

13, которые прижимают к пластине 14 трубку

15. Соответственно, жидкость или газ в трубке 15 принудительно текут в направлении движения роликов, а на входной стороне трубок насоса создается всасывание. В результате приемная трубка 8 последовательно всасывает часть пробы крови, находящейся в приемниках 7, подводимых в положение всасывапия, порции воздуха и промывочной жидкости по очереди между засасываемыми порциями

25 жуточные порции промывочной жидкости вь1орасываются. Во время уплотнения пробы крови и подачи порции промывочной жидкости в накопительную камеру вентиль 29 открыт, а вентиль 30 закрыт. Порция 4 промывочной жидкости «ромывает внутреннюю часть накопительной камеры и выходит по трубке 23 и насосной трубке 24 на выброс.

Сразу перед поступлением пробы 3 крови в накопительную камеру вентили 29 и 30 закрываются программным устройством 31. Отключаются трубки 23 и 26, соответственно, и закрывается накопительная камера. Затем не

«рерывный поток снова вводится во входную трубку 17, подаваемый насосом, порция 3

«робы крови отдельно накапливается в накопительной камере 16 -- вентиль 30 открывается; в это время вентиль 29 остается закрытым.

Накопившаяся в накопительной камере проба крови выжимается под давлением через выход 21 и трубку 26 в отверстие 27. Вследствие создаваемого в камере 16 напора каждая «орцпя крови подается в загрузочное отверстие

27 со значительно большей скоростью, чем ссли бы эта порция подавалась прямо «о трубке 15. Порция пробы крови через отверстие 27 центробежными силами выдавливается в ка«иллярную камеру 32 для центрифугирования.

В то время, как накопившаяся порция крови подается из накопительной камеры в загрузочное отв рстие 27, программное устройство 31 открывает вентиль 29; в это время вс«тиль 30 остается открытым. Трубка 26 « полость накопительной камеры соединяется трубкой 23 и насосной трубкой 24 с атмосферой. Остатки жидкости в накопительной камере и трубке 26 продуваются и выбрасываются в отходы. Поскольку трубка 26 соединена с атмосферой, она в первую очередь (Ipoчищается и продувает систему. Прохождение воздуха по трубке 26 эффективно очищает внутренние стенки, чтобы избежать загрязне«ия следующей порции крови. Затем программное устройство 31 закрывает вентиль 30, вентиль 29 остается открытым. В накопительную камеру подается очередная порция промывочной жидкости. Поскольку вентиль 29 открыт, эта порция промывочной жидкости проходит через камеру 16 и по трубке 23 выбрасывается. Накопительная камеры промывается от всех остатков предшествующей порции пробы крови. Затем в накопительную камеру подается следующая порция воздуха, камера очищается от промывочной жидкости по трубке

23 под действием насоса 12. Чтобы избежать низких давлений вследствие всасывающего действия насоса по трубке 23 и для создания напора в камере 16 во время введения следующей порции крови, вентиль 29 остается открытым, а вентиль 30 открывается для продувки накопительной камеры. Когда вентиль

30 закрывается, накопительная камера вновь оказывается готовой к накоплению следуюгцей порции крови из потока, направленного

470099

5

r о трубке 15, при этом вентиль 29 снова закрывается. Этот цикл повторяется для каждой порции пробы крови, подаваемой в центрифугу 32. Кроме того, программное устройство 31 управляет поворотным столом 6 и механизмом 9, создавая соответствующий сдвиг фаз в работе вентилей 29 и 30 для подачи непрерывного потока в накопительную камеру.

11ентрифуга для порций проб крови. поступающих из накопительной камеры по трубке

26, содержит головку ЗЗ, периферия которой расположена в кольцевом контейнере 34, Головка центрифуги установлена на валу 35 электродвигателя 36. Электродвигатель работает непрерывно и вращает головку центрифуги, при этом проба крови подвергается действию центробежной силы с большим ускорением. В головке центрифуги находятся капиллярные камеры 37, которые соединяются входными концами с загрузочным отверстием 27.

Капиллярная камера 37 может быть выполнена в виде стеклянной трубки с радиальновозвратным направлением, например 8-образной формы, образуя ловушку 38 для жидкости в средней части трубки. Концы капилляр. ной камеры открыты для перетока избыточной жидкости, поданной в камеру. Ловушка

38 для жидкости, создаваемая коленами 39 и

40, обеспечивает центрисругирование одинакового объема жидкой пробы крови, независимо от количества крови. поданной в отверстие центрифуги.

Капилляпная камеоа 37 и загрузочное отверстие 27 могут быть выполнены за одно целое в виде ппозрачной вставки 41 из эпоксидной смолы. Вставка вставляется в выступ 42, выточенный в головке центрифуги, и крепится в ней зажимами и т. п. Кпоме того. в основании выступа имеется смотровое окно 43 с продольными размерами, равными размеру капилляоной камеры 37; оно расположено вдоль колена 39 капиллярной камеры. Продольный размер окна соответствует промежуточной части колена 39, заполненной порцией крови для анализа.

При работе устройства, когда вентиль 30 открывается, следующая порция крови, накопленная в накопительной камере 16, быстро, под давлением выбрасывается в загрузочное отверстие 27. Большой объем жидкости в загрузочном отверстии центробежной силой продавливается в. капиллярную камеру 37 и выдавливает из нее сочержимое. Уплотненные клетки 44, находящиеся в ловушке 38, выбрасываются по колену 40 в направлении, противоположном центробежной силе. и IIO ко.лену 45 они попадают в контейнер 34 и далее подаются на выброс. Для обеспечения хорошей. очистки и предотвращения загрязнения пробы крови объем жидкости должен в 6 — Я раз превосходить объем ловушки капиллярн и камеры; первая попция каждой пробы испол..зуется для выброса уплотненных клеток, а также для удаления или вымывания остатков

6 ранее цснтрпфугировавшихся порций крови из капиллярной камеры; только последующая часть порции крови захватывается ловушкой и подвергается центрифугированию.

Поскольку каждая порция пробы крови вводится в каппллярную камеру 37. эритроциты или клстки подвергаются действшо центробежной силы в коленах 39 и 40. Насосный эффект, благодаря тому, что часть каждой порции крови центробежно продавливается по колену 45 к выходу капиллярной камеры 37, приводит к увеличению концентрации эритроцитов в колене 40 по сравнению с концентрацией их в колене 39. Поток порции пробы крови в капиллярной камере продолжается до прекращения подачи в загрузочное отверстие

27. В это время часть пробы крови в колене

45 выдавливается центробежной силой из капилляра 37 в контейнер 34. внутренние стенки которого можно промывать непрерывно обычным способом для предотвращения накопления выбрасываемых клеток ц обеспечения их прохождения на выброс; эта часть пробы крови, находящаяся в ловушке 38, задерживается и центрифугируется, при этом эритроциты уплотняются в радиальной наружной

U-образной части. Вследствие увеличенной концентрации эритроцитов нли клеток в колене 40 объемы уплотненных клеток в коленах 39 и 40 слегка отличаются. Однако существует прямое соотношение объемов уплотненных клеток в коленах 39 и 40 и каждый из этих объемов можно измерять.

Объем уплотненных клеток в колене 39 можно опрсделпть оптически, например, с помощью фотоэлектронного устройства. Для этого плоскость вращения головки 33 центрифуги помещают между неподвижным зеркалом

46 и фотодетектором 47. Зеркало и фотодстектор установлены так, чтобы они освещались через окно 43 и капиллярную камеру 37 при каждом повороте головки центрифуги.

Выход фотодетектора подключен к усилителю

48, выход которого через быстродействующую интегрирующую цепь 49 присоединен к первому входу дифференциального усилителя 50; компенсирующее напряжение в потенциометрс 51 прилагается ко второму входу дифференциального усилителя 50, выход которого связан с электрическим приводом 52, снабженным арматурой 53. На арматуре неподвижно установлено зеркало. 54, которое расголожено так. что оно отражает световой луч

55. ограниченный отверстием,56 и; направленный от источника:света 57 через коллнматор

58 на.зеркало 46, Компенсиртющее- напряжсвие на потенциометре 51; причагаемое ко второму входу дифференциального усилите,чя 50, достаточно для приведения в действие привода 52, поддерживающего луч 55 света на внутренне-радиальном конце окна 43. Световой луч перемещается наружу по стрелке 59, когда зеркало 54 поворачивается электродвигателем привода 52 против часовой стрелки.

470099

Когда порция крови поступает в капиллярную камеру 37, зеркало 54 возвращается в исходное положение, и световой луч 55 располагается на внутренне-радиальном конце окна

43, Как только порция пробы крови в капиллярной камере уплотняется, и поскольку плазма 60 прозрачна, световой луч модулируется, н световой импульс проходит через капиллярную камеру на детектор 47 при каждом повороте головки центрифуги. Каждый световой импульс, падающий на фотодетектор 47, заставляет усилитель 48 заряжать интегрирующую цепь 49, при этом напряжение, прилаIaeMoe к первому входу дифференциального усилителя 50, быстро и непрерывно возрастаег в противоположность компенсирующему нацряжению на втором входе этого дифференциального усилителя. Электродвигатель привода 52 приводится в действие и заставляет зеркало 54 поворачиваться против часовой стрелки, при этом световой луч перемещается наружу по радиусу головки центрифуги. Благодаря заряжающему действию интегрирующей цепи 49 световой луч непрерывно прослеживает границу 61 раздела между плазмой 60 и уплотненными клетками 44 в колене 39. Когда клетки уплотняются и граница 61 раздела фиксируется, световой луч остается неподвижным на этой границе, положение зеркала 54 указывает объем уплотненных клеток в капиллярной камере 37. В действительности световой луч несколько колеблется около границы раздела благодаря мгновенной зарядке и разрядке интегрирующей цепи 49. Например, если световой луч находится на границе раздела, то общее освещение фотодетектора 47 несколько уменьшено, что приводит к мгновенной разрядке интегрирующей цепи 49 и соответствующему уменьшению напряжения на первом входе дифференциального усилителя

50. Соответственно, электродвигатель привода 52 поворачивает зеркало 54 против отверстия 64 по трубке 65, которая соединена с выходным отверстием накопительной камеры (не показана на чертежах), подобной камере 16 на фиг. 1. В этом случае программное устройство 31 должно быть приспособлено для управления дополнительным источником проб крови и порциями промывочной жидкости, соответствующим источнику 1, а также вентильным устройством, соответствующим вентилям

29 и 30; это обеспечивает одновременную подачу проб крови по трубкам 26 и 65 в загрузочные отверстия 27 и 64, соответственно.

Объем уплотненных клеток во второй капиллярной камере 63 можно оптически определять при дублировании описанного выше регистрирующего оборудования, представленного каниллярной камерой 63, световым лучом

66, зеркалом 67 и фотодетектором 68, как это показано пунктиром на фиг. 1.

8

Фотодетекторы 47 и 68 могут быть связаны с вращением центрифуги так, чтобы они включались только при прохождении соответствующих кагиллярцых камер 37 и 63 между ними и зеркалами 46 и 67, соответственно. Поэтому, объемы уплотненных клеток в коленах

39 и 69 могут быть определены и результаты записаны отдельно. Например, самописец 62 может быть обычным двухперьевым устройством, каждое из перьев которого связано с соответствующим регистрирующим устройством капиллярных камер 37 и 63. соответственно, или это может быть отдельный самописец, связанный с регистрирующим устройством капиллярной камеры 63, как указано выше.

П р ед м ет изобретения

1. Устройство для определения объема частиц в жидких средах, например в крови, содержащее центрифугу с электрическим приводом и капиллярные камеры, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью ооеспечения непрерывного автоматического процесса исследования н повышения точности определения объема частиц, в нем установлены загрузочный мех»низм, один или несколько, по числу капиллярных камер, программное и фотоэлектронные устройства, а капиллярные камеры выполнены с возвратным награвлением, например, S-образной и j-образной формы.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем. что. с целью непреphlвнoй автоматической подачи заданных порций исследуемой жидкости с последующей промывкой и про35 дувкои капиллярных камер, загрузочный механизм выполнен в виде источника исследуемой жидкости, источника промывочной жидкости. насоса пульсирующего потока, накопи40 тельной камеры, управляемых вентилей и системы трубопроводов, выход которой соединен с капиллярной камерой.

3. Устройство по п, 1, отличающееся тем. что, с целью регистрации процесса цент45 рифугирования и индикации объема уплотненных частиц, фотоэлектронное устройство выполнено в виде последовательно установленных источника света, коллиматора, ограничительного отверстия, подвижного зеркала, неподвижного зеркала, неподвижного зерка50 ла, фотодетектора и последовательно включенных усилителя. интегрирующей цепочки, дифференциального усилителя и электрического привода движения подвижного зеркала и писчика регистрирующего прибора.

4. 1строиство по п. 1. отличающееся тем, гто, с целью .тес.тедовательного забора проб исследуемой жидкости, затем промывочной и синхронизации работы загрузочного механизма, программное устройство выполнен в виде релейного источника последовательны. сигналов.