DE2842578A1

DE2842578A1 - Verfahren und vorrichtung zum ermitteln des blutgerinnungsendpunktes

Info

Publication number: DE2842578A1
Application number: DE19782842578
Authority: DE
Inventors: Yukio Saito; Koichi Sekiya; Masaaki Takahashi
Original assignee: Sankyo Co Ltd
Current assignee: Sankyo Co Ltd
Priority date: 1977-09-30
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1979-04-19
Also published as: GB2005014B; FR2404853B1; DE2842578C2; JPS5451893A; JPS5756694B2; FR2404853A1; US4217107A; GB2005014A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln des Blutgerinnungsendpunktes

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln des Gerinnungsendpunktes für eine bekannte Vorrichtung zum Messen der Blutgerirgaungszeit, um eine genaue und reproduzierbare Ermittlung des Gerinnungsendpunktes zu erleichtern und eine zuverlässige Messung der Blutgerinnungszeit zu liefern.

Eine Messung der Blutkoagulationszeit oder der Blutgerinnungszeit ist bei Patienten, die zum Bluten neigen,und zur Steuerung der Antikoagulations-Therapie für Thrombosenerkrankungen notwendig. Die dazu üblicher Weise verwandten Verfahren sind die Messung der Prothrombinzeit PT zur Überprüfung des äußeren Koagulationssystems, die aktivierte Partial-Thromboplastinzeitmessung APTT für das innere System und die Partial-Thromboplastinzeitmessung (PTT).

Bei dem oben erwähnten PT-Verfahren wird ein Reagens, beispielsweise Simplastin, hergestellt von Warner-Lambert, einer vom Blut abgetrennten Plasmaprobe zugegeben. Anschließend wird eine optische Eigenschaft der Probe, beispielsweise die Extinktion, die Transmission oder das optische Dämpfungsverhältnis, die Intensität oder deren logarithmischer Wert des durch die Probe gestreuten Lichts, der Brechungsindex oder die Summe oder der Unterschied dieser Werte überwacht. Danach wird der augenblickliche Wert der überwachten optischen Eigenschaft oder der überwachten Eigenschaften mit A bezeichnet. Der Zeitpunkt, an dem sich der gemessene Wert (A) wesentlich ändert, wird als Gerinnungsendpunkt genommen, und das Zeitinterval

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zwischen der Zugabe des Reagens und dem Gerinnungsendpunkt ist die Prothrombinzeit PT.

Bei dem APTT-Verfahren wird ein Reagens, wie beispielsweise der von Warner-Lambert hergestellte Platelin-plus-Aktivator, einer Plasmaprobe zugegeben, die dann bei 37°C für eine Zeitdauer aktiviert wird, die für das Reagens vorgeschrieben ist und beispielsweise 5 Minuten beträgt. Dann wird ein Koagulationsmittel, beispielsweise eine Calciumchloridlösung, zugegeben. Wie im Falle des PTT-Verfahrens wird eine optische Eigenschaft oder werden mehrere optische Eigenschaften der Probe überwacht, wobei der Zeitpunkt, an dem sich der Wert A wesentlich ändert, als Gerinnungsendpunkt genommen wird, während das Zeitintervall zwischen der Zugabe des Koagulationsmittels und dem Gerinnungsendpunkt die aktivierte Partial-Thromboplastinzeit APTT ist. Das PTT-Verfahren ist im wesentlichen gleich dem APTT-Verfahren.

Die Kurve für den überwachten Wert A bezüglich einer oder mehrerer optischer Eigenschaften der Plasmaprobe nach der Zugabe des Koagulationsmittels ändert sich in der Anfangsphase allmählich und stärker mit fortschreitender Gerinnung und kommt schließlich auf einen gegebenen Endwert.

Der Unterschied zwischen dem Wert A vor der Koagulation und nach dem Ende der Koagulation ändert sich und hängt von der Probe ab. Im Falle der Extinktion beträgt er annähernd 0,01 bis 0,1 abs. Die Blutgerinnungszeit wird dadurch ermittelt, daß die Zeit zwischen der Zugabe des Koagulationsmittels und dem Zeitpunkt gemessen wird, an dem sich die optischen Eigenschaften der Probe ändern. Üblicherweise werden zwei Verfahren dazu benutzt, den Punkt zu ermitteln, an dem sich die optischen Eigenschaften ändern oder an dem die Gerinnung abgeschlossen ist.

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Das erste Verfahren besteht darin, die Kurve A nach der Zeit zu differenzieren und zu ermitteln, wann das Differential g-4 einen gegebenen vorgeschriebenen Schwellenwert überschreitet, wobei dieser Zeitpunkt als Gerinnungsendpunkt genommen wird. Wenn bei diesem Verfahren die Wahl des Schwellenwertes relativ zur zeitlichen Änderung des Wertes A während der Gerinnung geändert wird, dann wird sich auch der Zeitpunkt ändern, der als Gerinnungsendpunkt ermittelt wird. Wenn sich daher die Amplitude des ersten Differentials der Kurve A ändert, wird sich auch der Gerinnungsendpunkt ändern. Aus diesem Grunde wurden bisher die Schwellenwerte empirisch festgelegt. Um die empirischen Einflußfaktoren zu vermeiden, die zur Messung der Gerinnungszeit als unerwünscht anzusehen sind, wurde das folgende Verfahren verwandt.

Bei diesem zweiten Verfahren wird als Gerinnungsendpunkt nicht ein bestimmter Gradient der Kurve A, sondern der steilste Teil dieser Kurve A genommen. D.h. mit anderen Worten, dai3 die Kurve A zweimal differenziert wird, um den Verlauf des zwei-

ten Differentials d A in Abhängigkeit von der Zeit zu erhalten. Die dt Stelle, an der die Amplitude dieser Kurve von der positiven Seite zur negativen Seite durch Null geht, wird als Gerinnungsendpunkt genommen. In diesem Fall ist der Gerinnungsendpunkt nur durch die optischen Eigenschaften der Probe bestimmt, da kein Schwellenwert verwandt wird, so daß durch die Höhe der gewählten Schwellenwerte kein Einfluß ausgeübt wird. Dieses zweite Verfahren hat daher den Vorteil, daß keine empirischen Einflußfaktoren in die Ermittlung des Gerinnungsendpunktes einfließen.

Wie es im Obigen dargestellt wurde, sind das erste und das zweite Verfahren für Plasma zwe.ckmäßig, das einen normalen zeitlichen Gerinnungsverlauf zeigt. Blutkoagulationstests sollten jedoch nicht nur die Gerinnungszeit messen, sondern auch diese Gerinnungszeit mit der Aktivierungskurve oder der

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Beziehung zwischen der Gerinnungszeit und der Koagulationsfaktorkonzentration korrigieren. In diesem Fall zeigt die Aktivierungskurve die Beziehung zwischen den Koagulationsfaktorkonzentrationen oder den Konzentrationen des normal zusammengesetzten Plasmas in der Lösung des normalen Plasmas, die mit einer physiologischen Salzlösung PSS verdünnt ist, des Fibrinogens oder des adsorbierten Plasmas. Wenn das normal zusammengesetzte Plasma mit einer physiologischen Salzlösung zehnfach verdünnt wird, um die obige Aktivierungskurve zu erhalten, nimmt der Unterschied zwischen dem Wert A vor der Gerinnung und nach einer ausreichenden Gerinnung auf etwa 1/10 des Wertes des normalen Plasmas ab. Die Gerinnung tritt partial und nicht gleichmäi3ig über die Probe auf, und der Wert A ändert sich schrittweise und nicht gleichförmig mit der Zeit, bis er schließlich auf einen gewissen Endwert kommt. Ein abnormes Plasma mit einer längeren Gerinnungszeit zeigt gleichfalls dieselbe Tendenz.

Die Kurve A für die obigen Proben enthält somit einen zusätzlichen Wellenanteil als wäre ihr ein höherfrequentes Rauschen überlagert. Wenn die Gerinnungszeit derartiger Proben nach dem oben erwähnten ersten Verfahren gemessen wird, bewirkt der Rauschfaktor, der durch die Differenzierung ver-

dA stärkt wird, daß die Kurve des ersten Differentials -rr den

Schwellenwert mehrfach überschreitet, so daß eine Anzahl von Signalen erzeugt wird, die falsche Endpunkte wiedergeben, und es somit schwierig wird, den wirklichen Endpunkt zu beurteilen.

Wie es bereits erwähnt v/urde, liegt der Vorteil des zweiten Verfahrens darin, daß der Gerinnungsendpunkt nur durch die optischen Eigenschaften der Probe bestimmt werden kann. Wenn die Kurve A jedoch einen den Koagulationsprozeß begleitenden Rauschfaktor aufweist, wird dieser Faktor zweimal differenziert, so daß sich eine Anzahl von Null-Durchgängen des zwei-

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ten Differentials von der positiven Seite zur negativen Seite ergibt, was es noch schwieriger als beim ersten Verfahren macht, den Gerinnungsendpunkt genau zu bestimmen. Der Grund dafür liegt darin, daß die Empfindlichkeit bezüglich eines hochfrequenten Rauschfaktors bei der zweiten Differenzierung größer als bei der ersten Differenzierung ist.

Zur Beseitigung des Rauschens wird in bekannter Weise zwar ein Tiefpaßfilter verwandt, die Ergebnisse sind jedoch nicht vollständig zufriedenstellend.

Bei einem Versuch wurde ein Beispiel eines normalen Plasmas 10-fach mit einer physiologischen Salzlösung verdünnt und nach dem APTT-Verfahren untersucht. Nach der Zugabe des Koagulationsmittels zum Plasma nahm der Wert A, der bezüglich der optischen Eigenschaften der Probe gemessen wurde, im Gegensatz zum normalen Plasma allmählich ab, in der Nähe des Koagulationsendpunktes etwas zu und erreichte danach einen gewissen Endwert.

Bei diesem Versuch zeigte die Kurve des zweiten Differentials

^=—55· Null-Durchgänge von der positiven Seite zur negativen

Seite nicht nur am wahren Endpunkt, sondern an einer Vielzahl von Stellen.

Wenn somit das oben erwähnte zweite Verfahren zur Untersuchung einer derartigen Probe verwandt wird, wird eine Reihe von Signalen erzeugt, die falsche Endpunkte neben dem einen richtigen Endpunkt wiedergeben, was zu großen Fehlern führen kann.

Durch die Erfindung sollen die erwähten Mängel der herkömmlichen Verfahren zum Messen der Blutgerinnungszeit, die oben beschrieben wurden, beseitigt werden, so daß sich eine genauere Messung der Blutgerinnungszeit ergibt.

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Dazu wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Ermitteln des Blutgerinnungsendpunktes geliefert, die eine Einrichtung zum Überwachen eines elektrischen Signales, das den Viert A einer optischen Eigenschaft oder mehrerer optischen Eigenschaften einer Blutplasmaprobe wiedergibt, dem ein Koagulationsmittel zugesetzt worden ist, eine Einrichtung zum Bilden des ersten und des zweiten Differentials des ¥ertes A nach der Zeit, eine Einrichtung zur Ermittlung des Zeitpunkts Ta, an dem sich das zweite Differential von einem negativen Wert auf einen positiven Wert ändert oder positiv wird, eine Einrichtung zum Ermitteln des Zeitpunkts Tb, an dem das zweite Differential seinen Wert als nächstes von einem positiven Wert auf einen negativen Wert ändert, eine Einrichtung zur Bildung des Unterschieds R zwischen der Tangente an die Kurve A zum Zeitpunkt Ta und der Kurve A, und eine Einrichtung aufweist, die ermittelt, ob der Unterschied R oder das Zeitintegral vom Zeitpunkt Ta bis zum Zeitpunkt Tb des Unterschiedes R einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wobei in diesem Fall der Zeitpunkt Tb als wahrer Gerinnungsendpunkt genommen wird.

Durch die Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zum Ermitteln des Blutgerinnungsendpunktes einer Blutplasmaprobe geliefert, der ein Koagulationsmittel zugesetzt ist, bei dem ein elektrisches Signal überwacht wird, das den Wert A einer optischen Eigenschaft oder mehrerer optischen Eigenschaften der Probe wiedergibt, das erste und das zweite Potential des Wertes A nach der Zeit gebildet wird, der Zeitpunkt Ta ermittelt wird, an dem das zweite Differential seinen Wert von einem negativen auf einen positiven Wert ändert oder positiv wird, der Zeitpunkt Tb ermittelt wird, an dem das zweite Differential seinen Wert das nächste Mal von einem positiven Wert auf einen negativen Wert ändert und bei dem der Zeitpunkt Tb als wahrer Gerinnungsendpunkt genommen wird, wenn wenigstens eine der beiden folgenden Bedingungen erfüllt ist:

(1) Der Unterschied R zwischen der Tangente an die Kurve A

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zum Zeitpunkt Ta und der Kurve A überschreitet einen ersten
vorbestimmten Schwellenwert.

(2) Das Integral über die Zeit vom Zeitpunkt Ta bis zum
Zeitpunkt Tb dieses Unterschiedes R überschreitet einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert.

Im folgend-än werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Darin zeigt;

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, die

zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwandt werden kann;

Fig. 2 und 3 typische Beispiele der Kurve A zusammen mit den
zugehörigen Kurven mit und ohne Rauschen jeweils;

Fig. 4 schematisch ein Ausführungsbeispiel zur
Durchführung der Erfindung;

Fig. 5 einen getasteten Funktionsklemmverstärker, der

bei der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung verwandt werden kann;

Fig. 6 und 7 schematisch zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung;

Fig. 8 einen Halteverstärker, der bei der in Fig. 7 dargestellten Vorrichtung verwandt werden kann.

In Fig. 1 der zugehörigen Zeichnung ist ein Beispiel für eine
Vorrichtung dargestellt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwandt werden kann. Wenn das PT-Verfahren
verwandt wird, befindet sich eine Plasmaprobe in einer Probe-

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zelle 1, während dann,, wenn das APTT-VErfahren verwandt wird, eine Plasmaprobe und der Platelin-plus-Aktivator sich in der Probezelle 1 befindet. Eine Steuerung 8 wird anschließend in Betrieb gesetzt, um mit der Untersuchung zu beginnen, so daß ein Pumpenantrieb 9 eine Pumpe 10 antreibt, um eine bestimmte Menge eines Koagulationsmittels von einem Vorrat 2 in die Zelle 1 zu pumpen. Gleichzeitig wird ein Zeitgeber 3 in Gang gesetzt. Licht von der Lichtquelle 4 fällt auf die Zelle 1, und das durch die Probe gestreute Licht wird von einem photoelektrischen Wandler 5 aufgenommen, dessen Ausgangssignal durch einen Verstärker 6 verstärkt und einem Koagulationsendpunktdetektor 7 zugeführt wird, der zur rechten Zeit den Endpunkt der Gerinnung ermittelt und den Zeitgeber 3 anhält. Der Zeitgeber zeichnet somit die Gerinnungszeit auf.

In den Fig. 2 und 3 sind die Meßkurven für die Blutgerinnungszeit mit Rauschanteil und ohne Rauschanteil jeweils dargestellt. Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer PT-Messung, bei der das Koagulationsmittel dem normalen Plasma zugesetzt wurde, während Fig. 3 ein Beispiel einer APTT-Messung zeigt, bei der das normale Plasma 1o-fach mit einer physiologischen Salzlösung verdünnt wurde.

In den Fig. 2 und 3 ist die Zeit t auf der Abszisse aufgetragen, und Fig. 2b und 3b zeigen die Meßwerte A einer optischen Eigenschaft oder mehrerer optischer Eigenschaften der Probe, beispielsweise den Wert der Extinktion, den Wert der Transmission oder der optischen Dämpfung, den Wert der Intensität des gestreuten Lichtes oder dessen logarithmischen Wert, den Brechungsindex oder die Summe oder Differenz der obigen w^rte. Fig. 2c und 3c zeigen die ersten Differentiale nach der Zeit

4-r der Kurven A, während die Fig. 2d und 3d die zweiten Differentiale d A zeigen. Fig. 2a und 3a geben die schraffier-

dt²

ten Bereiche in Fig. 2b und 3t» wieder und sind somit zweifache

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Integrale über die Zeit der ersten Differentiale, die in Fig. 2c und 3c dargestellt sind.

Wenn zum Zeitpunkt t = T_Q das Koagulationsmittel zugegeben wird, hat die Kurve A die in den Fig. 2b und 3b dargestellte Form, wobei ihre ersten Differentiale in den Fig. 2c und 3c und ihre zweiten Differentiale in den Fig. 2d und 3d dargestellt sind.

Der Zeitpunkt, an dem die Kurve des zweiten Differentials positiv wird oder von der negativen Seite zur positiven Seite durch Null geht, ist der Zeitpunkt Ta,während der Zeitpunkt, an dem die Kurve von der positiven Seite zur negativen Seite durch Null geht, der Zeitpunkt Tb ist. Der Zeitpunkt Tb gibt somit den steilsten Punkt der Kurve A wieder. Das zweite Dif-

2
ferential d A ist zwischen den Zeitpunkten Ta und Tb positiv,

was eines dt der Erfordernisse zur Ermittlung des Gerinnungsendpunktes bei diesem Beispiel ist.

dA.
Der Wert des ersten Differentials ^r zum Zeitpunkt t = Ta

wird aufgezeichnet, und der Unterschied zwischen diesem Wert und dem Wert Co der Kurve A zum selben Zeitpunkt, d.h. (^ - Co), wird zweimal über die Zeit t von Ta bis Tb integriert, um die in den Fig. 2a und 3a dargestellten Kurven zu erhalten,deren Ordinate S gegeben ist als

( ^i.- Co) dt dt Ta J Ta dt

Das heißt mit anderen V/orten, daß S der zweifach integrierte Wert des Unterschieds R zwischen der Tangente an die Kurve A und der Kurve A zum Zeitpunkt Ta ist, wobei die Integration über die Zeit t vom Zeitpunkt Ta bis zum Zeitpunkt Tb erfolgt, so daß der Wert S der Flächenbereich zwischen den jeweiligen Zeitpunkten ist, der durch die Schraffierung in den Fig. 2b

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und 3b wiedergegeben ist. Der Zeitpunkt, an dem dieses Doppelintegral S einen vorbestimmten Schwellenwert C, überschreitet, wird als Tc₁ vermerkt,und ein Erfordernis für die Ermittlung des Gerinnungsendpunktes besteht darin, daß das zweifache Integral S größer als C, ist.

Um zu beurteilen, ob die Steigung bei Tb der Kurve A eines der Erfordernisse zur Ermittlung des Gerinnungsendpunktes bei diesem Ausführungsbeispiel erfüllt, wird der Zeitpunkt, an dem

d4
die Kurve des ersten Differentials -^r einen vorbestimmten Schwellenwert Cp überschreitet, als Tcp aufgenommen. Das andere Erfordernis der Ermittlung des Gerinnungsendpunktes besteht darin, daß der Wert des ersten Differentials größer als Cp ist.

Wenn wenigstens eines der obigen zwei Erfordernisse zur Ermittlung des Endpunktes bei dem vorliegenden Beispiel erfüllt ist, dann wird der sich ergebende Zeitpunkt Tb als Gerinnungsendpunkt genommen. Bei dem obigen Verfahren wird der Zeitpunkt, an

dem der Wert des zweiten Differentials d A von einem negati-

ven Wert oder von Null aus positiv dt wird, als Ta genommen und wird anschließend der Zeitpunkt, an dem dieser Wert von der positiven Seite her negativ wird, als Tb genommen. D.h.

ο mit anderen Worten, daß das zweite Differential d A zwischen

den Zeitpunkten Ta und Tb positiv wird. Der dt Flächenbereich S, der in Fig. 2b und 3b schraffiert wiedergegeben ist, ist bei t = Tb größer als C₁. Die Steigung der Kurve A in den Fig. 2b und 3b oder der Wert -rr in den Fig. 2c und 3c ist zum Zeitpunkt Tb größer als C₂· Der Zeitpunkt Tb an der steilsten Stelle der Kurve A wird als Gerinnungsendpunkt genommen.

Dieses Verfahren erleichtert eine zuverlässige Ermittlung des steilsten Teils der Kurve A als Gerinnungsendpunkt, ohne daß die Ermittlung von Störungen beeinflußt wird, die während des Koagulationsverfahrens erzeugt werden. Im folgenden wird anhand der Fig. 4 und 5 eine praktische Verwirklichung dieses Verfah-

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rens beschrieben. In Fig. 4 sind mit IN Eingangsklemmen "bezeichnet, während a,b,c und d Spannungskurven bezeichnen, die den Fig. 2a, 2b, 2c, 2d oder 3a, 3b, 3c und 3d entsprechen. Weiterhin sind ein erster Differentiator Dif. 1, ein zweiter Differentiator Dif. 2 und ein Komparator CMP.0 vorgesehen, der die positive oder negative Spannung d des zweiten Differentials ermittelt, wobei sein Ausgangs signal Sq den logischen Wert 1 bekommt, wenn sein Eingangssignal positiv wird. Ein Verstärker CGA dient dazu, die Spannung der Welle ό der ersten Differenzierung festzuklemmen und zu sperren und durchzulassen, wobei Einzelheiten dieses Verstärkers in Fig. 5 dargestellt sind.

Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung weist weiterhin einen ersten Integrator INT.1, einen zweiten Integrator INT.2, einen Komparator CMP.1, einen Komparator CMP.2, ein logisches UND-Glied AND, einen monostabilen Multivibrator MM, der Meßimpulse für den Gerinnungsendpunkt erzeugt, wenn das logische Produkt der Signale Sq, S^, Sp sich vom Wert 0 auf den logischen Wert 1 ändert, Ausgangsklemmen OUT, eine Vergleichsspannungsquelle 0 mit einer Spannung von 0 V und Vergleichsspannungsquellen CpC₂ mit vorbestimmten Werten auf.

Die Meßwerte A bezüglich der optischen Eigenschaften der Probe, wie sie in Fig. 2b und 3b dargestellt sind, liegen als Signal b an der Klemme IN auf der linken Seite in Fig. 4, und der

dA
einmal differenzierte Wert -τχ des Signals c wird durch den Differentiator Dif. 1 erhalten, wobei der Verlauf dieses Wertes in den Fig. 2c und 3c dargestellt ist. Das Signal c wird nochmals durch den Differentiator Dif. 2 differenziert, um das Zweitdifferential d. A oder das Signal d zu erhalten, dessen Wellenform in Fig 2d ^dt und 3d dargestellt ist. Das Signal d wird durch den Komparator CMP.0 mit OVoIt verglichen, und das Ausgangssignal Sq des Komparators CMP.O bekommt den logischen Wert 1, wenn das Signal d oder das zweite Differential d A positiv ist. dt

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dA.
Das erste Differential ^- vom Ausgang des Differentiators Dif. 1 oder das Signal c liegt am getasteten Klemmfunktionsverstärker CGA. Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Verstärkers, das in Fig. 5 dargestellt ist, weist Pufferverstärker A^ und Ap auf, wobei die Ausgangsimpedanz des Verstärkers A^ extrem niedrig und die Eingangsimpedanz des Verstärkers Ap extrem groß ist. Ein Schalter SW erfüllt die Klemm- und Torsteuerfunktion. Wenn der logische We;rt am Grenzwerteingang LIN des Schalters SW gleich Null ist, wird das Eingangssignal am Eingang IN nicht zum Ausgang OUT übertragen, an dem dann ein Signal mit dem Wert 0 auftritt. Wenn sich der Eingangsgrenzwert am Eingang LIN vom logischen Wert 0 auf den logischen Wert 1 ändert, werden am Ausgang OUT Ausgangssignale auf der Basis des Eingangssignals am Eingang IN erhalten, die proportional zu Änderungen des Eingangssignals sind. Wenn das Signal Sq, das auf den logischen Wert 1 kommt, wenn das zweite Differential £~ positiv ist, dem Eingangsgrenzwert des Schalters SW zuaddiert wird, um einen logischen Wert 1 zu bekommen, wird das Ausgangssignal am Ausgang OUT auf 0 Volt an CO geklemmt und liegt da
gangsklemme .

und liegt das Signal des ersten Differentials ^ an der EinDas Ausgangssignal am Ausgang OUT wird proportional zum Unterschied zwischen dem Signal des ersten Differentials -τί , das an der Eingangsklemme liegt und Cq. Wenn Sq den logischen Wert 0 bekommt, kommt das Ausgangssignal am Ausgang OUT wieder auf den logischen Wert 0. In Fig. 4 liegt das Ausgangssignal vom getasteten Klemmfunktionsverstärker am Integrator INT.1. Das Signal S_n liegt am Rücksetzeingang des Integrators INT.1, so

dA

daß am Ausgang des Integrators INT. 1 der Wert tjt - C_Q integriert über die Zeit oder die Änderung des ersten Differentials vom Zeitpunkt Ta an erhalten wird, an dem der logioche Wert von Sq vom Wert 0 auf den Wert 1 kommt. Dieses Ausgangssignal ist somit gleich dem Unterschied R zwischen der Tangente an die Kurve A(t) zum Zeitpunkt Ta und dem Wert A.

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Das Ausgangssignal des Integrators INT.1 liegt am Eingang des Integrators INT.2 und wird wie im Integrator INT.1 integriert, so daß das Ausgangssignal des Integrators INT.2 proportional zum Flächenbereich, der in Fig. 2b und 3b schraffiert angegeben ist,oder proportional zu den Werten von Fig. 2a und 3a ist. Das Ausgangssignal a vom Integrator INT.2 liegt am Eingang des Komparators CMP.1 und wird mit einem vorbestimmten Schwellenwert C₁ verglichen. Wenn das Ausgangssignal vom Integrator INT.2 größer als C₁ ist, hat das Ausgangssignal S₁ des Komparators CMP. 1 den logischen Wert 1. In dieser V/eise wird bestimmt, ob der Flächenbereich in Fig. 2a den vorbestimmten Schwellenwert C₁ überschreitet oder nicht. Das Signal -rr liegt anschließend am Komparator CMP.2 und wird dort mit einem vorbestimmten Wert C₂ verglichen. Wenn der Wert ^r größer als Cp ist, hat das Ausgangssignal Sp des Komparators den logischen Wert 1. Dadurch wird die Steigung der Kurven in den Fig. 2b und 3b ermittelt.

Die Ausgangssignale Sq, S₁ und Sp der jeweiligen Komparatoren CMP.0, CMP.1 und CMP.2 liegen am Eingang eines UND-Gliedes, dessen Ausgangssignal das logische Produkt der Eingangssignale ist. Wenn der logische Wert dieses Ausgangssignals gleich 1 ist, sind drei Erfordernisse zur Ermittlung des Gerinnungsendpunktes erfüllt, so daß nur noch der Zeitpunkt ermittelt werden muß, an dem das Ausgangssignal vom UND-Glied vom logischen Wert 1 auf den logischen Wert 0 komnr.. oder das logische Produkt der Signale S_Q, S₁ und Sp vom Wert 1 auf den Wert 0 kommt, um den steilsten Teil der Kurve A(t) aufzusuchen. Das positive logische Ausgangssignal vom UND-Glied liegt somit am Eingang eines monostabilen Multivibrators, der dann angesteuert wird, wenn sich der logische Wert vom Wert 1 auf den Wert 0 ändert, wobei der Multivibrator ein Signal für den Gerinnungsendpunkt liefert.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wurden zwei Integratoren

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INT.1 und INT.2 dazu benutzt, das erste Differential ~¥r zweimal zu integrieren, um den Flächenbereich zu ermitteln. Das kann auch durch eine Integration erreicht werden. D.h., daß der Unterschied R der Tangente an die Kurve A (t) am Punkt Ta und dem Wert A(t) direkt mit C, verglichen werden kann. Das

2 Erfordernis, daß der zweifach differenzierte viert d A zwischen Ta und Tb positiv sein sollte, ist dann nicht dt notwendigerweise erforderlich, wenn die zum Rücksetzen der Integratoren INT.1 und INT.2 erforderliche Zeit nicht allzu lang ist und das Ansprechen des !Comparators CMP. 1 nicht zu sehr verzögert ist. Daher kann das Signal Sq am Eingang des UND-Gliedes fehlen. Obwohl das Signal S₂ dazu benutzt wird, die Steigung der Kurve A(t) am Punkt Tb zu bestimmen, ist es in Abhängigkeit von der Probe möglich, daß dieses Signal am Eingang des UND-Gliedes fehlt.Die -obigen Ausführungen, die sich auf eine analoge Schaltung bezogen, haben auch für eine digitale Schaltung Gültigkeit.

Der Unterschied R zwischen der Tangente an die Kurve A(t) und dem Wert A am Punkt Ta oder der Wert S, der dadurch erhalten wird, daß der Unterschied R über die Zeit t von Ta bis Tb integriert wird, kann auch in anderer Weise erhalten werden, als es oben beschrieben wurde. Eine Möglichkeit besteht darin, den Unterschied R dadurch zu ermitteln, daß das zweite Differential

—von Ta bis Tb zweifach integriert wird, oder daß der Wert

S durch eine dreifache Integration ermittelt wird. Fig.β zeigt ein Ausführungsbeispiel, das nach diesem Verfahren arbeitet. Mit der Ausnahme des Aufbaus der Schaltung arbeitet das in Fig. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel in der gleichen Weise wie das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel, wenn der Schaltungsteil zwischen dem Eingang IN und dem Ausgang OUT als Blackbox angesehen wird. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist anstelle des getasteten Klemmfunktionsverstärkers CGA in Fig. 4 ein dritter Integrator INT.3 vorgesehen, dessen Eingang am Ausgang d des zweiten Differentia-

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tors Dif. 2 liegt, während der Rücksetzeingang des dritten Integrators INT. 3 mit dem Ausgang S_Q des !Comparators CMP.0 verbunden ist. Der übrige Schaltungsaufbau ist gleich dem in Fig. 4 dargestellten Schaltungsaufbau. D.h., daß statt der Kurve c des ersten Differentials, die als Eingabe für den Verstärker CGA verwandt wird, die Kurve des zweiten Differentials dem dritten Integrator INT.3 in Fig. 6 eingegeben wird, wohingegen das Ausganssignal des dritten Integrators INT.3 der integrierte Wert des zweiten Differentials' über die Zeit von Ta bis Tb oder gleich (-rr - Co) bei dem in Fig. 4 dargestellten Verfahren und somit gleich dem Ausgangssignal des Verstärkers CGA in Fig. 4 ist. Im übrigen arbeitet das in Fig. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel in der gleichen Weise wie das in Fig. 4 dargestellte AusfUhrungsbeispiel.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den einmal differenzierten Wert (^) = Co zum Zeitpunkt Ta über die Zeit von Ta bis Tb zu integrieren, wobei die Kurve des integrierten Wertes gegenüber der Zeit t gleich der Tangente für die Kurve A (t) zum Zeitpunkt Ta wird, und den Unterschied R dadurch zu ermitteln, daß der Unterschied zwischen A und dem integrierten Wert gebildet wird, oder den Wert S dadurch zu erhalten, daß R über die Zeit von Ta bis Tb integriert wird. Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das nach diesem Verfahren arbeitet, wobei die Arbeitsweise mit der Arbeitsweise des in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel.-5 identisch ist, wenn der Schaltungsteil zwischen dem Eingang IN und dem Ausgang OUT ohne Rücksicht auf den Schaltungsaufbau als Blackbox angesehen wird. Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind ein Halteverstärker HA, ein vierter Integrator INT.4 und ein Differentialverstärker D-AMP statt des getasteten Klemmfunktionsverstärkers CGa und des ersten Integrators INT.1 vorgesehen. Der Eingang des Halteverstärkers HA liegt am Ausgang c des ersten Differentiators DIF.1, während der Grenzwerteingang LIN des Halteverstärkers HA in ähnlicher Weise am Ausgang S_Q des Komparators CMP.O liegt.

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Ein Ausführungsbeispiel des Halteverstärkers, das in Fig. 8 dargestellt ist, weist Bufferverstärker A* und Ap auf, wobei die Ausgangsimpedanz des Verstärkers A^ extrem niedrig ist, während die Eingangsimpedanz des Verstärkers Ap extrem groß ist.

Wenn der logische Wert am Grenzwerteingang LIN des Halteschalters SW gleich 0 ist, wird das Eingangssignal an der Klemme IN zum Ausgang OUT übertragen, wobei da's Ausgangssignal proportional zum Eingangssignal ist. Wenn der Grenzwerteingang LIN vom logischen Wert 0 auf den logischen Wert 1 umschaltet, hält der Ausgang OUT aufgrund des Kondensators C den Wert, der proportional zum Eingangssignal ist, solange unverändert, bis der Grenzwerteingang LIN wieder auf den logischen Wert kommt. Wenn das Signal Sq am Grenzwerteingang LIN des Schalters SW liegt, um den logischen Wert auf den Wert 1 zu ändern,

2 wenn der zweifach differenzierte Wert d A nositiv ist und S_n

—2 zum Zeitpunkt Ta vom logischen dt Wert 0 auf den logischen Wert 1 übergeht, dann hält der Ausgang des Halteverstärkers den Wert, der proportional zum einmal differenzierten Wert(-γτ) = Co ist und zum Zeitpunkt Ta η der Eingangsklemme liegt bis zum Zeitpunkt Tb.

Der Eingang des vierten Integrators INT.4 liegt am Ausgang des Halteverstärkers HA,während der Rücksetzeingang des vierten Integrators INT.4 mit dem Ausgang Sq des Komparators CMP.O verbunden ist. Das Ausgangssignal des vierten Integrators INT.4 ist somit das Integral von Cq über die Zeit von Ta bis Tb. Die Kurve dieses integrierten Wertes gegenüber der Zeit t ist.-der Tangente an die Kurvo A(t) zum Zeitpunkt Ta äquivalent.

Der Eingang auf der Probeseite des Differentialverstärkers D-AMP liegt an der Eingangsklemme b,an der ein Meßwert A auftritt, wohingegen der Eingang auf der Vergleichsseite mit dem Ausgang des oben erwähnten vierten Integrators INT.4 verbunden ist.

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Der Unterschied zwischen diesen beiden Signalen oder die Differenz R zwischen der Tangente an die Kurve A(t) und A zum Zeitpunkt Ta wird als Ausgangssignal erhalten. Das Ausgangssignal vom Differentialverstärker D-AMP ist somit gleich dem Ausgangssignal des ersten Integrators INT.1. Im übrigen arbeitet das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel in der gleichen Weise wie das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel.

Obwohl sich die obigen Ausführungen auf eine analoge Schaltung bezogen, werden dieselben Ergebnisse erhalten, wenn eine digitale Schaltung verwandt wird und digitale Signale des Meßwerts A benutzt werden, die durch einen Analogdigitalwandler umgewandelt werden.

Durch die Erfindung wird eine zuverlässige Messung der Blutgerinnungszeit nach dem PT-Verfahren, dem APTT- und dem PTT-Verfahren erreicht, indem als Gerinnungsendpunkt zuverlässig der steilste Teil der Kurve A ermittelt wird, die die Meßwerte der optischen Eigenschaften der Probe gegenüber der Zeit t wiedergibt und frei von Störungen ist. In Fig. 3a sind zwei kleine Impulse zwischen den Zeitpunkten To und Ta dargestellt, die integrierte Störungen wiedergeben, die unberücksichtigt bleiben, um falsche Endpunkte zu vermeiden.

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert ähnliche Ergebnisse bei der Ermittlung des Gerinnungsendpunktes, wenn die Koagulationszeit der Thrombozyten als Blutgerinnungszeit gemessen wird.

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Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr E. Assmann - Dr, ft. rCceni^sb^ Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. KJingseisen - Dr. F. ZumsteSn jun. PATENTANWÄLTE S'JOO München 2 · BräuhausstraBe 4 Telefon SammelNr. 2253 41 ■ Telegramme Zumpat -Telex 5 29979 3/Li FP-7811-2 SANKYO COMPANY LIMITED, Tokyo / Japan PATENTANSPRÜCHE

1.) Vorrichtung zum Ermitteln des Blutgerinnungsendpunktas, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Überwachen eines elektrischen Signals, das den ¥ert(A)einer optischen Eigenschaft oder mehrerer optischen Eigenschaften einer Blutplasmaprobe wiedergibt, der ein Koagulationsmittel zugesetzt worden ist, durch eine Einrichtung zur Bildung des ersten und zweiten Differentials des Wertes (A) nach der Zeit, durch eine Einrichtung, die den Zeitpunkt (Ta) ermittelt, an dem sich der Wert des zweiten Differentials von einem negativen Wert auf einen positiven Wert ändert oder positiv wird, durch eine Einrichtung,

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die den Zeitpunkt (Tb) ermittelt, an dem sich der Wert des zweiten Differentials als nächstes von einem positiven Viert auf einen negativen Wert ändert, durch eine Einrichtung, die die Differenz (R) zwischen der Tangente an die Kurve (A) zum Zeitpunkt (Ta) und der Kurve (A) bildet, und durch eine Einrichtung, die bestimmt, ob die Differenz (R) oder das Integral der Differenz (R) über die Zeit vom Zeitpunkt (Ta) bis zum Zeitpunkt (Tb) einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wobei in diesem 'Fall der Zeitpunkt (Tb) als der wahre Blutgerinnungsendpunkt genommen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die die Differenz (R) bildet, eine Einrichtung aufweist, die die Differenz zwischen dem ersten Differential und dem Wert des ersten Differentials zum Zeitpunkt (Ta) bildet.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die die Differenz (R) zweimal über die Zeit vom Zeitpunkt (Ta) bis zum Zeitpunkt (Tb) integriert, wobei der Zeitpunkt (Tb) als wahrer Endpunkt genommen wird, vorausgesetzt, daß der zweimal integrierte Wert einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die das zweite Differential zweimal integriert.

5· Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die ermittelt, ob der Wert des zweiten Differentials zum Zeitpunkt (Tb) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wobei der Zeitpunkt (Tb) als wahrer Endpunkt nur dann genommen wird, wenn dieser Wert überschritten wird.

6. Vorrichtung zum Messen, Anzeigen und Aufzeichnen der Blutgerinnungszeit, indem ein elektronischer Zeitgeber zu dem

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ORIGINAL INSPECTED

Zeitpunkt in Gang gesetzt wird, an dem das Koagulationsmittel der Plasmalösung in der Koagulationsmeßprobenzelle zugegeben wird, die elektrischen Signale verstärkt werden, die dann erzeugt werden, wenn Licht von einer Lichtquelle, das durch die Probezelle hindurchgeht, an einem photoelektrischen Wandler liegt,und der elektronische Zeitgeber durch Signale für den Gerinnungsendpunkt angehalten wird, die dadurch erhalten werden, daß die analog verstärkten Signale des Meßwertes oder digitale Signale des Meßwertes, die aus den analogen Signalen mittels eines Analogdigitalwandlers umgewandelt wurden, entweder an einem analogen oder einem digitalen Gerinnungsendpunktdetektor liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Blutgerinnungsendpunktdetektor ein erstes Differenzierglied, das die Signale des Meßwertes (A) nach der Zeit differenziert, ein zweites Differenzierglied, das mit dem ersten Differenzierglied verbunden ist und das die Signale nochmals differenziert, eine Einrichtung, die den Punkt ermittelt, an dem sich der Wert des zweiten Differentials von einem negativen auf einen positiven Viert ändert, der als erster Festpunkt (Ta) genommen wird_yund die den Punkt ermittelt, an dem sich der Wert des zweiten Differentials von einem positiven auf einen negativen Wert ändert, der als zweiter Festpunkt (Tb) genommen wird, eine Einrichtung, die die Differenz (R) zwischen der Tangente an die Kurve des Meßwertes (A) gegenüber der Zeit an ersten Festpunkt (Ta) und dem Meßwert (A) bildet, und eine Einrichtung aufweist, die ermittelt, wann die Differenz (R) einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet oder wann das Integral der Differenz (R) über die Zeit vom ersten Festpunkt (Ta) zum zweiten Festpunkt (Tb) einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wobei in diesem Fall der zweite Festpunkt (Tb) als wahrer Gerinnungsendpunkt genommen wird.

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Verfahren zum Ermitteln des Blutgerinnungsendpunktes einer Blutplasmaprobe, der ein Koagulationsmittel zugesetzt worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisches Signal überwacht wird, das den Wert (A) einer optischen Eigenschaft oder mehrerer optischen Eigenschaften der Probe wiedergibt, daß das erste und das zweite Differential des Wertes (A) nach der Zeit gebildet werden, daß der Zeitpunkt (Ta) ermittelt wird, an dem sich der Wert des zweite η Differentials von einem-negativen Wert auf einen positiven Wert ändert oder positiv wird, daß der Zeitpunkt (Tb) ermittelt wird, an dem sich der Wert des zxveiten Differentials als nächstes von einem positiven Wert auf einen negativen Wert ändert, und daß der Zeitpunkt (Tb) als wahrer Gerinnungsendpunkt nur dann genommen wird, wenn.wenigstens eine der folgenden beiden Bedingungen erfüllt ist, nämlich daß die Differenz (R) zwischen der Tangente an die Kurve (A) zum Zeitpunkt (Ta) und der Kurve (A) einen ersten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, oder daß das Integral der Differenz (R) über die Zeit vom Zeitpunkt (Ta) bis zum Zeitpunkt (Tb) einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.

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