簡介

血液凝固是一種復雜的，動態(tài)的生理過程，通過這種過程形成凝塊以終止受傷部位的出血。在心臟旁路手術期間，血液被轉移出心臟機器，從而維持心肺功能。該機器由灌注師操作，其作用包括監(jiān)測適當?shù)?a target="_blank">參數(shù)，以確保患者得到有效的抗凝血劑治療，以避免血栓。為此目的，在手術期間給予肝素，一種抗凝血藥物，然后快速逆轉，以防止出血過多。 1 為了保持凝血和出血之間的微妙平衡，患者的凝血時間手術期間每30至60分鐘監(jiān)測一次，手術后數(shù)次監(jiān)測，直至正常凝血時間恢復。 2 目前，從患者靜脈注射的血液樣本在床邊測試，測量凝血 - 用于調整抗凝治療的時間值。

ADI公司是生物醫(yī)學診斷研究所（BDI）的合作伙伴， 3 科學，工程和技術中心，愛爾蘭科學基金會。 4 BDI是一個多學科研究機構，致力于開發(fā)下一代生物醫(yī)學診斷設備。在其中一項BDI整合計劃中，ADI公司與都柏林城市大學 5 以及一家全球專業(yè)制藥和藥物輸送公司合作，為在重癥監(jiān)護環(huán)境中接受治療的患者開發(fā)凝血監(jiān)測設備。該系統(tǒng)將提供關于患者凝血狀態(tài)的快速，自動化信息 - 改善患者安全性，工作流程和決策支持 - 從而改善患者預后。

血液凝固的電測量

血液體內的凝血由許多細胞和其他活性成分調節(jié)。 凝血級聯(lián)描述了血液成分以及它們如何參與凝塊形成過程。隨著級聯(lián)激活，血液從非凝固狀態(tài)進展到凝固狀態(tài)，引起分子電荷狀態(tài)和有效電荷遷移率的變化。級聯(lián)的最后步驟涉及兩個組分，凝血酶和纖維蛋白原。凝血酶通過切割纖維蛋白原起作用，形成纖維蛋白絲 - 其自發(fā)聚集。凝血時間的終點定義為纖維蛋白凝塊形成的時間。 6,7

通過監(jiān)測凝血樣本的全局阻抗，測量與凝塊形成相關的電導率。為了評估儀器性能，根據(jù)數(shù)據(jù)確定的凝血時間與凝血時間的“金標準”臨床測量值相關聯(lián)。

使用AD5933進行阻抗測量

AD5933 8 完全集成的單芯片阻抗分析儀（圖1）是一種高精度阻抗轉換器系統(tǒng)，它結合了以下功能。電路板頻率發(fā)生器，帶有12位，1 MSPS，模數(shù)轉換器（ADC）。頻率發(fā)生器以已知頻率向外部復阻抗提供激勵電壓。響應信號（電流）由板載ADC采樣，離散傅立葉變換（DFT）由板載DSP引擎處理。 DFT算法在每個輸出頻率返回實數(shù)（R）和虛數(shù)（I）數(shù)據(jù)字。使用這些元件，可以輕松計算沿掃描每個頻率點的阻抗大小和相對相位。

AD5933的框圖演示了阻抗測量的完全集成系統(tǒng)。本地數(shù)字處理可以計算被測電路的復阻抗。系統(tǒng)需要初始校準：用精密電阻代替待測量的阻抗;并計算后續(xù)測量的比例因子。對于1 kHz至100 kHz的激發(fā)頻率，AD5933可以測量100Ω至10MΩ之間的阻抗值，系統(tǒng)精度為0.5％。

血液凝固與阻抗變化的相關性早已在文獻。 9,10,11,12,13 然而，最近可用的集成電路復阻抗測量裝置意味著血凝時間測量儀器可以小型化。這在節(jié)能，便攜性和最終儀器占地面積方面具有顯著優(yōu)勢，這是關鍵護理設置中的一個關鍵考慮因素。

單電源設備（如AD5933）通常將信號擺動定位在固定直流偏置值。這在大多數(shù)阻抗測量中不是重要的考慮因素，但是高于特定閾值的直流電壓導致電化學過程發(fā)生在與電極接觸的水性導電介質中，從而改變樣品。為了防止在當前項目中使用AD5933進行血液樣本測量時發(fā)生電解，使用圖2所示的信號調理電路對電壓激勵和電流測量進行交流耦合。

血液凝固測量系統(tǒng)

血液樣本傳遞與測量儀器之間的界面至關重要。在這種情況下，血液樣本輸送到的特定微流體通道被設計為連接到AD5933儀器電路（圖3）。微流體裝置由三層組成。底層包括兩個絲網(wǎng)印刷電極，它們連接到AD5933電路的輸入/輸出端口引腳。頂部微模塑聚合物通道由兩個通過微通道連接的儲存器組成。調節(jié)凝固反應的化學試劑可以包含在該微通道內或中心粘合層上。使用壓敏粘合劑（PSA）粘合頂部和底部通道。施加到一個儲液器的血液樣品填充微通道。這與絲網(wǎng)印刷電極接觸，電極又與AD5933電路連接。

測量的阻抗響應

凝血和非凝固血液的阻抗響應曲線在圖4中比較了樣品。圖中的箭頭表示樣品凝固時間的確定點。

圖5的阻抗響應顯示凝血時間增加增加血液樣本中肝素的濃度。箭頭表示不同樣品的凝固時間。

使用上述系統(tǒng)測量許多臨床相關的獻血者樣品的凝血時間，并將這些與在樣本供體樣本，使用臨床金標準測量系統(tǒng)（圖6）。

結論

AD5933單芯片阻抗分析儀已成功應用于凝血過程中血液阻抗變化的測量。與現(xiàn)有的商用解決方案相比，它為最終用戶提供了靈活性，功率和尺寸優(yōu)勢。將這種集成電路技術與其他介質中的新技術（如微流體和樣品處理）相結合，為未來醫(yī)療器械的研究和開發(fā)提供了強大的平臺。