新型测量方法：阻抗测量监测血液凝固

简介

血液凝固是一种复杂的，动态的生理过程，通过这种过程形成凝块以终止受伤部位的出血。在心脏旁路手术期间，血液被转移出心脏机器，从而维持心肺功能。该机器由灌注师操作，其作用包括监测适当的参数，以确保患者得到有效的抗凝血剂治疗，以避免血栓。为此目的，在手术期间给予肝素，一种抗凝血药物，然后快速逆转，以防止出血过多。 1 为了保持凝血和出血之间的微妙平衡，患者的凝血时间手术期间每30至60分钟监测一次，手术后数次监测，直至正常凝血时间恢复。 2 目前，从患者静脉注射的血液样本在床边测试，测量凝血 - 用于调整抗凝治疗的时间值。

ADI公司是生物医学诊断研究所（BDI）的合作伙伴， 3 科学，工程和技术中心，爱尔兰科学基金会。 4 BDI是一个多学科研究机构，致力于开发下一代生物医学诊断设备。在其中一项BDI整合计划中，ADI公司与都柏林城市大学 5 以及一家全球专业制药和药物输送公司合作，为在重症监护环境中接受治疗的患者开发凝血监测设备。该系统将提供关于患者凝血状态的快速，自动化信息 - 改善患者安全性，工作流程和决策支持 - 从而改善患者预后。

血液凝固的电测量

血液体内的凝血由许多细胞和其他活性成分调节。 凝血级联描述了血液成分以及它们如何参与凝块形成过程。随着级联激活，血液从非凝固状态进展到凝固状态，引起分子电荷状态和有效电荷迁移率的变化。级联的最后步骤涉及两个组分，凝血酶和纤维蛋白原。凝血酶通过切割纤维蛋白原起作用，形成纤维蛋白丝 - 其自发聚集。凝血时间的终点定义为纤维蛋白凝块形成的时间。 6,7

通过监测凝血样本的全局阻抗，测量与凝块形成相关的电导率。为了评估仪器性能，根据数据确定的凝血时间与凝血时间的“金标准”临床测量值相关联。

使用AD5933进行阻抗测量

AD5933 8 完全集成的单芯片阻抗分析仪（图1）是一种高精度阻抗转换器系统，它结合了以下功能。电路板频率发生器，带有12位，1 MSPS，模数转换器（ADC）。频率发生器以已知频率向外部复阻抗提供激励电压。响应信号（电流）由板载ADC采样，离散傅立叶变换（DFT）由板载DSP引擎处理。 DFT算法在每个输出频率返回实数（R）和虚数（I）数据字。使用这些元件，可以轻松计算沿扫描每个频率点的阻抗大小和相对相位。

AD5933的框图演示了阻抗测量的完全集成系统。本地数字处理可以计算被测电路的复阻抗。系统需要初始校准：用精密电阻代替待测量的阻抗;并计算后续测量的比例因子。对于1 kHz至100 kHz的激发频率，AD5933可以测量100Ω至10MΩ之间的阻抗值，系统精度为0.5％。

血液凝固与阻抗变化的相关性早已在文献。 9,10,11,12,13 然而，最近可用的集成电路复阻抗测量装置意味着血凝时间测量仪器可以小型化。这在节能，便携性和最终仪器占地面积方面具有显着优势，这是关键护理设置中的一个关键考虑因素。

单电源设备（如AD5933）通常将信号摆动定位在固定直流偏置值。这在大多数阻抗测量中不是重要的考虑因素，但是高于特定阈值的直流电压导致电化学过程发生在与电极接触的水性导电介质中，从而改变样品。为了防止在当前项目中使用AD5933进行血液样本测量时发生电解，使用图2所示的信号调理电路对电压激励和电流测量进行交流耦合。

血液凝固测量系统

血液样本传递与测量仪器之间的界面至关重要。在这种情况下，血液样本输送到的特定微流体通道被设计为连接到AD5933仪器电路（图3）。微流体装置由三层组成。底层包括两个丝网印刷电极，它们连接到AD5933电路的输入/输出端口引脚。顶部微模塑聚合物通道由两个通过微通道连接的储存器组成。调节凝固反应的化学试剂可以包含在该微通道内或中心粘合层上。使用压敏粘合剂（PSA）粘合顶部和底部通道。施加到一个储液器的血液样品填充微通道。这与丝网印刷电极接触，电极又与AD5933电路连接。

测量的阻抗响应

凝血和非凝固血液的阻抗响应曲线在图4中比较了样品。图中的箭头表示样品凝固时间的确定点。

图5的阻抗响应显示凝血时间增加增加血液样本中肝素的浓度。箭头表示不同样品的凝固时间。

使用上述系统测量许多临床相关的献血者样品的凝血时间，并将这些与在样本供体样本，使用临床金标准测量系统（图6）。

结论

AD5933单芯片阻抗分析仪已成功应用于凝血过程中血液阻抗变化的测量。与现有的商用解决方案相比，它为最终用户提供了灵活性，功率和尺寸优势。将这种集成电路技术与其他介质中的新技术（如微流体和样品处理）相结合，为未来医疗器械的研究和开发提供了强大的平台。