通过交流电阻抗相角检测以确定电化学红细胞比容的系统和方法

摘要

用于测定红细胞比容水平的系统包括配置成接受样品的测试条；配置成接受测试条的仪表；且进一步包括电路和微处理器，所述电路和微处理器配置成向测试条及样品施加电能并测定试样品的电性质，测试条及样品的阻抗相角或阻抗大小，并且根据所述电性质计算样品的红细胞比容水平。

说明书

背景技术

红细胞比容是测量由红细胞组成的全血体积百分比的血液测试。此量度取决于红细胞数目和红细胞大小。红细胞比容(Ht或HcT，英式英语拼写为“haematocrit”)也称为“红细胞压积”(PCV)或“红细胞体积分数”(EVF)。正常而言，男性为约45％，而女性为约40％。

许多情况下，需要了解个体血液中红细胞的百分比。红细胞比容水平能指示失血过多(包括内出血)、红细胞破坏(由于疾病)、红细胞生成减少、营养不良问题、水分过多、脱水、氧可用性低、红细胞增多、肺心病和其它病症。红细胞比容水平还可影响多种血液分析物测试的结果。

发明内容

在一个实施方案中，用于测定红细胞比容水平的系统包括配置成接受样品的测试条和配置成接受测试条的仪表；且进一步包括电路和微处理器，所述电路和微处理器配置成向测试条及样品施加电能并测定测试条及样品的阻抗大小和相角，且基于阻抗大小和相角来计算样品中的红细胞比容水平。任选地，所述电路和微处理器进一步配置成测定测试条及样品的阻抗大小和相角。或者，红细胞比容水平基于阻抗相角和阻抗大小。在一种配置中，所述电路和微处理器进一步配置成测定样品的葡萄糖水平。在另一配置中，所测红细胞比容水平基于阻抗大小与相角之间的相互关系，其中葡萄糖水平和红细胞比容水平对阻抗大小与阻抗相角产生不同但成比例的影响，从而葡萄糖水平和红细胞比容水平的每一种水平可测。任选地，所述测试条包括第一样品窗，所述第一样品窗包括第一电极和第二电极。或者，葡萄糖水平和红细胞比容水平都测自单一样品窗中的样品。任选地，所述单一样品窗包括第一组电极和第二组电极。在另一配置中，第一组电极配置成检测阻抗大小，第二组电极配置成检测阻抗相角。任选地，所述测试条包括第一样品窗和第二样品窗，所述第一样品窗包括具有用于葡萄糖检测的试剂的电极。

在一个实施方案中，用于测定红细胞比容水平的方法包括提供系统，所述系统包括配置成接受样品的测试条；配置成接受测试条的仪表，且进一步包括电路和微处理器，所述电路和微处理器配置成向测试条及样品施加电能并测定测试条的阻抗大小和相角。所述方法还包括在所述测试条接受样品并将测试条插入所述仪表。所述方法进一步包括从所述仪表向测试条施加电流。所述方法还包括用所述电路和微处理器测定样品的相角。所述方法进一步包括计算处于所述仪表的样品的红细胞比容水平和向用户提供红细胞比容水平的输出。任选地，所述方法还包括用所述电路和微处理器测定测试条和样品的阻抗。在一种配置中，红细胞比容水平基于阻抗相角与阻抗大小。任选地，所述方法进一步包括用电路和微处理器测定样品的葡萄糖水平。任选地，所测定的红细胞比容水平基于阻抗大小与相角之间的相互关系，其中葡萄糖水平和红细胞比容水平对阻抗大小与阻抗相角产生不同但成比例的影响，从而葡萄糖水平和红细胞比容水平的每一种水平可测。或者，所述测试条包括第一样品窗，所述第一样品窗包括第一电极和第二电极。在一种配置中，葡萄糖水平和红细胞比容水平都测自单一样品窗中的样品。在另一配置中，所述单一样品窗包括第一组电极和第二组电极。任选地，第一组电极配置成检测阻抗大小，第二组电极配置成检测阻抗相角。或者，所述测试条包括第一样品窗和第二样品窗，所述第一样品窗包括具有用于葡萄糖检测的试剂的电极。

在一个实施方案中，用于测定红细胞比容水平的系统包括配置成接受样品的测试条；配置成接受测试条的仪表。所述系统还包括电路和微处理器，所述电路和微处理器配置成向测试条及样品施加电能并测定一种样品电性质，阻抗大小或相角，且根据至少一种电性质计算样品的红细胞比容水平。

附图简要说明

图1显示使用电化学测试条和仪表以检测葡萄糖的示范性测试结果；

图2描述示范性结果，显示相移与红细胞比容和葡萄糖水平相关；

图3描述示范性结果，显示就多种不同葡萄糖水平而言，当红细胞比容水平较高时，阻抗增加；

图4显示红细胞比容如何改变阻抗大小的示范性概念模型；

图5显示红细胞比容如何改变阻抗相角的示范性概念模型；

图6描述示范性结果，显示就9mV-lkHz X301测试条中的不同红细胞比容水平而言，阻抗vs.时间的图。

图7描述示范性结果，显示相角量度提供红细胞比容水平差异；和

图8显示测试条与仪表组合的示范性结构。

发明详述

本文所用某些术语仅出于便利目的，不用于对通过交流电阻抗大小和相角检测以确定电化学红细胞比容的系统和方法的实施方案构成限制。附图中，相同的参考字母用于指定数幅图中的同一元件。

红细胞比容常用库尔特计数器测量。库尔特计数器的输出是电子信号，该信号能用于自动调节脂质计(lipid meter)的输出。对于一些健康分析，红细胞比容水平可能是重要的。红细胞比容的出现可影响葡萄糖、多种脂质的检测以及多种其它分析物检测。因此，在许多试验中，红细胞比容被去除或进行补偿。

图1显示使用电化学测试条和仪表以检测葡萄糖的示范性试验结果。所提供样品具有不同红细胞比容水平，从而能测量红细胞比容对葡萄糖的影响。图1显示，在不同红细胞比容水平，同一葡萄糖水平产生不同阻抗读数。此研究用交流电进行。x轴代表时间而y轴代表阻抗。20％、45％和70％的红细胞比容水平由不同的线显示。

图2显示，相移与红细胞比容和葡萄糖水平相关。因此，如果测定样品的葡萄糖水平，则红细胞比容水平可根据相移测定。在多个葡萄糖水平，红细胞比容增加导致相移减少。

图3显示，对于多种不同葡萄糖水平，当红细胞比容水平较高时，阻抗增加。再次，这代表用电化学仪表在测试条上完成的测试。红细胞比容增加引起所测阻抗大小提高。

从所述图1-3可确定，红细胞比容水平影响所测阻抗和相角，因为其涉及葡萄糖检测，并且相移与葡萄糖水平和红细胞比容水平相关；然而，当比较相移与红细胞比容水平时，不同葡萄糖水平的相移具有大致相同的斜率。因此，根据阻抗水平和相移水平测定红细胞比容水平是可能的。

图4显示红细胞比容如何改变阻抗大小的示范性概念模型。如所示，是10秒时期的阻抗大小对某些红细胞比容百分比。可根据数据确定方程式获得斜率。此情况下，方程式为y＝18.154x+3740.2。这纯粹是工作方程式的范例，多种其它方程式也是可能的。此阻抗大小vs.红细胞比容的图复制了预期的和之前观察到的结果。

图5显示红细胞比容如何改变阻抗相角的示范性概念模型。如所示，是10秒时期的阻抗大小对某些红细胞比容百分比。可根据数据确定方程式获得斜率。此情况下，方程式为y＝0.0607x+28.364。这纯粹是工作方程式的范例，多种其它方程式也是可能的。此阻抗相角vs.红细胞比容的图复制了预期的和之前观察到的结果。

图6显示对于9mV-lkHz X301测试条中的不同红细胞比容水平，阻抗vs.时间的图。这些样品的红细胞比容水平未知；然而，红细胞比容水平能根据在大约5.783秒、7.763秒和10.734秒的阻抗读数测定。此图的意义在于帮助确定红细胞比容的影响处于恒定的时间。在该图中，y轴可代表阻抗大小。如所示，约10秒后，红细胞比容对阻抗的影响持平，足以根据阻抗(大小和相角)提供多种红细胞比容水平之间的可测差异。

在实验上，检测红细胞比容水平未知的测试条以确定测试条是否能根据阻抗(大小和相角)区分。如图7所示，相角量度帮助区分红细胞比容水平。

因此，对于测试条，多个设置是可能的。在一种方案中，可提供电化学测试条，以及用于读取测试条的仪表。电化学测试条包括第一电极和第二电极以测量样品提供的阻抗和相变。所述仪表设计成向测试条提供电流并监控电流以测定阻抗和相变。

在许多实施方案中，所述仪表包括用于计算红细胞比容的校正算法。或者，所述算法可在多种设备中实施。本文所述的系统和方法的多个实施方案可在软件和/或固件中完全或部分实施。此软件和/或固件可采用指令形式，包含于永久性计算机可读存储介质内或之上。这些指令随后可由一个或多个处理器读取或执行，从而能进行本文所述操作。所述指令可采用任何合适形式，例如但不限于源代码、编译代码、翻译代码、可执行代码、静态代码、动态代码等。这种计算机可读介质可包括任何有形永久性介质，以采用一个或多个计算机可读的形式存储信息，例如但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存等。

本文所述的系统和方法的实施方案能在多种系统中实施，包括但不限于智能手机、平板电脑、笔记本电脑以及计算装置和云计算资源的组合。例如，部分操作可在一种装置中发生，其它操作可在远程位置发生，如一个或多个远程服务器。例如，数据采集可在智能手机中进行，数据分析可在服务器或云计算资源中进行。任何单一计算装置或计算装置组合能执行本文所述方法。

仪表中的微处理器随后根据内部方程估计红细胞比容水平。在一些替代方案中，所述测试条还可包括有另外的电极或反应物的另一测试区，所述电极或反应物与葡萄糖产生反应。在一些替代方案中，所述葡萄糖测试区可与红细胞比容测试区相同。由于样品中的葡萄糖量影响阻抗和相角的比率不同于红细胞比容，因而能测定葡萄糖水平和红细胞比容水平。上述配置中，也可包括另外的测试区。这些另外的测试区能检测多种就红细胞比容校正的分析物。

测试条和仪表组合的示范性结构如图8所示。基本上，测试条810配置有工作电极812和对电极811。在替代方案中，可纳入另外的电极，如参比电极等。测试条810还包括连接点820、821。连接点820、821配置成当测试条810插入仪表时，上述连接点接触仪表电路830上的连接点831、832。仪表电路830可包括激发缓冲放大器环840、跨阻放大器850和开关矩阵860。激发缓冲放大器环840可经开关矩阵860向测试条810提供所需励磁电流。一般，激发缓冲放大器环840提供所需电流以进行测量。跨阻放大器850与微处理器互联且通常接受经过包括样品的测试条810的电流，并向微处理器提供可用形式的信号。跨阻放大器850提供电流-电压转换用于通过ADC测量(微处理器)。

图8所示系统仅是示范性的，有多种替代方案可用。

简言之，想法是通过在DC测量开始、中间或结束时读取AC阻抗来测定样品的红细胞比容。通过测定大小、相角或两者，可从预定方程对红细胞比容值进行赋值。测定红细胞比容后，可基于红细胞比容影响的已知偏差在数学上调整浓度。

红细胞干扰已被鉴定为造成许多分析物系统(包括测试葡萄糖和胆固醇分析物的那些)中的偏差的分析结果的因素。确定红细胞比容对仪表上分析物测量的影响的能力可大幅降低分析物结果误差。专用微处理器芯片能用于经DC测量来检测全血样品中的葡萄糖分析物，以及向电极施加AC电压。根据真实的和设想的结果，计算大小和相角。系统特异性因素如红细胞比容校正因子(线性回归参数或是单系数)、AC和DC电压适用的时标以及使用相角和/或大小结果可根据DC量度来确定“校正”葡萄糖值。

尽管特定实施方案详细描述于前面的详述并示于附图，本领域技术人员应理解能按照本公开的整体教导和其广泛的发明构思来开发这些细节的多种修饰和替代方案。因此，应理解本公开范围不限于本文公开的特定示例和实施，而意在涵盖如所附权利要求定义的其精神和范围内的改良，以及其任何和所有等价物。