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专利名称：利用分析样本中电抗变化以测量凝血酶原时间及血球容积比(hct%)的诊断装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种生化检测装置，特别有关于一种利用分析电抗变化以测量凝血酶原时间及血球容积比(HCT%)的诊断装置及方法。
背景技术：
人体凝血反应可分为外在路径(extrinsic pathway)和内在路径(intrinsicpathway)。当人体受伤时,首先会启动外在路径以控制体内的凝血反应,该凝血反应除了需要血液外，另外需组织因子(tissue factor),把不具活性的因子X(factor X)催化为因子Xa(factor Xa)。再者，因子Xa经因子Va(factor Va)、酸性磷脂以及I丐离子的作用把凝血酶原(prothrombin, factor II)变成凝血酶(thrombin, factor IIa),而凝血酶再把纤维蛋白原(fibrinogen)变成纤维蛋白，加强聚集在内皮细胞受伤处的血小板,而凝血酶也能增进factor XIII的作用，把各别的纤维蛋白分子连合而稳定纤维蛋白。因此，凝血酶原时间(PTOthix)Hibin time)之检查除了可以是外在因子活化凝固系统功能是否正常检测指针夕卜，亦可以用于观察口服抗凝剂治疗、肝脏功能、缺乏维他命K、缺乏凝固因子、弥漫性血管内凝固症(DIC)的评估与监控。已知检测凝血时间的方法是以分析血液凝固时，该血清中可溶性蛋白质转变为不可溶性蛋白质所产生的凝聚现象，并利用如颜色变化、反射、折射、冷光和荧光等光学方法进行检测，然而此分析方法需要大量的血液样本及高纯度的试剂及耗费较长的时间，如美国专利第5，418，141号所示。但是，此等检测方式所需要的检测时间较长、耗材多，实为不便。另有已知电化学检测方法，美国专利第3，699，437号，其为观察阻抗从初始到最低点的比较的下降率，将其计算结果作为判断凝血的依据，为将阻抗(impedance)或电阻(resistance)讯号作为凝血测量机制。而在其之后，亦有美国专利第6，060，323号、第6，338，821号、第6，066，504号、第6，673，622号，以及第6，046，051号等，公开依测量需求设计成单一电极或复数个电极，利用血液凝固前后黏滞度的不同，所导致的阻抗变化之方法以测量血样凝血的技术。然而,此技术会因血球容积比及个体间血液中的电解质浓度不同而导致测试的误差。再者，美国专利第7，005，857号专利另公开了一种包含自动采血的凝血检测装置，该检测机制为测量两电极间电容(capacitance)或阻抗(impedance)的变化来决定凝血时间。因此，此等技术大大提高检测的简便性，但却无法达到光学方法所检测的精准度。
有鉴于此，实有必要提供一可快速检测、方便使用及准确性高之测量凝血酶原时间(PT)及血球容积比(HCT % )之生物传感器。

发明内容
有鉴于此，本发明之一目的在于提供一种利用电抗(reactance，X)对血液进行测量方法。其中该电抗分析可提供更准确的血液性质分析，并有效减少测试误差及提高测量的准确性。本发明之另一目的在于提供一种以电抗分析法测量凝血酶原时间及HCT%之检测系统，该系统包含传感器及其使用测试片，系指在该试片包含一对或复数对之贵金属电极，分别设置于同一平面上或非同一平面上，系利用传感器提供一交流电(Alternatingcurrent, AC),以电抗分析法测量及运算凝血酶原时间及HCT%。在本发明之又一目的在于提供一种可增加血液与反应试剂的接触面积之测试卡 组件。根据本发明一些实施例，所述测试卡组件采用多孔洞的材质，例如玻纤板(FR-4)作为该测试卡基板的至少一部分。由于该测试卡基板的至少一部分，优选为全部的表面上具有多孔性，例如可具有多个孔、洞、及空穴于其表面上，故材质可更佳且均匀地分散血液，由此增加血液与试剂的接触面积,并有效改善传统非孔洞材质之缺点。根据本发明，能有效地降低或消除因使用非孔洞材质基板所造成血液内聚力提高，导致血液与试剂之接触面不佳的问题。根据本发明之一方面，提供一种测量血球容积比(HCT% )及/或凝血酶原时间的诊断装置，其包括相对电极型传感器装置；及测试卡组件，包括一或多对工作电极；其中由该传感器装置提供交流(AC)讯号，藉由电抗分析以测量及计算血液测试中的凝血酶原时间和血球容积比。于一实施例中，该传感器装置包括测试卡容置单元以容纳该测试卡组件；温度维持单元以控制及维持该测试卡容置单元至恒定温度；AC讯号产生单元提供频率及电压的交流电至该测试卡组件；讯号接收单元，截取从该测试卡组件响应的响应讯号；一处理器计算该响应讯号并取得该血球容积比和该凝血酶原时间的结果；及显示单元，显示从该微处理器所计算得出的该血球容积比和该凝血酶原时间的检测结果。根据本发明另一方面，提供一种测量血球容积比(HCT% )和凝血酶原时间的方法，其包括提供测试卡组件至测试卡容置单元；控制并维持该测试卡容置单元的温度至恒定温度；提供待检测样本至该测试卡组件；由AC讯号产生单元提供特定频率及电压的交流电至该测试卡组件；由该测试卡组件接收响应讯号，并由微处理器计算该响应讯号取得该血球容积比和该凝血酶原时间；及提供检测结果至显示单元显示。


第I图显示根据本发明一些实施例的测量血球容积比(HCT)及/或凝血酶原时间的诊断装置的方块示意图。第2图显示根据本发明之一实施例的血液测试卡组件的爆炸示意图，其中虚线表示各个构件之间的相对位置。第3A和3B图并列显示利用电子显微镜观察测试卡组件无孔洞及具孔洞基板之显微结构像片。第4图系显示根据本发明实施例之测量血球容积比(HCT% )和凝血酶原时间的诊断方法的流程图。第5图显示阻抗变化对凝血时间(秒)的实验数据图，其表示以一般阻抗测量法测量当整体血液样本凝固时的斜率变化。第6图显示电抗变化对凝血时间(秒)的实验数据图，其表示以电抗测量法测量当整体血液样本凝固时的斜率变化。第7和8图显示实验数据图，其分别表示PT对阻抗变化率的校正曲线(第7图)及表示PT对电抗变化率的校正曲线(第8图)。第9和10图显不一范例，由LCR电表于60秒内每0. 5秒测量阻抗值和电抗值。
第11和12图显示实验范例，其分别表示PT对阻抗变化率(impedance changerate)的校正曲线及表示PT对电抗变化率(reactance change rate)的校正曲线。第13和14图显示实验数据图，其分别表示校正的PT对实数PT由阻抗测量和表示校正的PT对实数PT由电抗测量。第15A和15B图显示实验数据图，其分别表示在测试卡的多孔性基板和非多孔性基板上进行凝血分析。第16A 16C图显示实验数据图，其分别表示根据本发明实施例通过电抗测量法在不同频率下进行凝血分析。主要组件符号说明100 诊断装置110 测试卡组件120 传感器装置122 测试卡容置单元124 AC讯号产生单元126 相位角计算单元128 讯号接收单元130 微处理器132 温度传感器134 温度维持单元136 显示单元210 绝缘基板220 电极系统222 样本区域224 反应区域225 测试电极226 工作电极228 参考电极230 分隔层232 间隙子
236 通道240 顶盖242 导入口244 排气孔S410-S480测量血球容积比和凝血酶原时间的步骤为使本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下
具体实施例方式以下以多个实施例详细说明并伴随着图式说明之范例，做为本发明之参考依据。在图式或说明书描述中，相似或相同之部分皆使用相同之图号。且在图式中，实施例之形状或是厚度可扩大，并以清楚或是方便标示。再者，图式中各组件之部分将以分别描述说明之，值得注意的是，图中未绘示或描述之组件，为所属技术领域中具有通常知识者所知的形式。再者，当描述一层位于另一层或一基底之“上”，可表示直接位于另一层或基底上面，或者可表示有中间层存在于其间。本发明的一些实施范例并非伴随着本申请图式作较详细地说明。应注意的是，于图式中所显示的特征并未以特定的比例绘示。公知的构件、材料和制程技术可选择略去以避免非必要地�：痉⒚鞯氖凳├�。在该些实施例中所描述的构件、材料和制程技术仅为揭示本发明使用之描述方式，其并非用以限定本发明。鉴于上述已知技术问题，以下实施例提供一种利用电抗分析以测量凝血酶原时间及血球容积比(hematocrit,HCT% )的系统,亦通称为电抗测量模块。更明确地说，可使用检测系统以改善检体载放特性及测量精确性。利用电抗针对血液凝固测量特性或血球容积比检测之分析，更佳地应用于凝血时间的定量分析。于下文中，血球容积比泛指在全部血液的体积中红血球浓厚液的百分比。本发明之一实施例提供一种相对电极型传感器装置，其具有测试卡包括一对或多对的工作电极。所述测试卡的基板可由多孔性材料或非多孔性材料所构成。所述工作电极可由贵重金属所构成，其包括但不限定于金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、钼(Pt)、上述金属的合金及上述金属的任意组合。于本发明之一方面中，以交流电模块或以交流与直流交互�？椋峁┮徊馐匝逗胖粮醚翰馐钥ㄊ蛊渚哂衅德收竦矗闷德史段�0. IKHz至约50KHz，并供电压以进行电抗测量，该电压范围可介于约0.05V至约5V。如同在此实施例系与所测量的量值有关，所述“约”系指本领域中具通常知识者实施测量和小心操作测量设备，使用此测量设备所达到测量目的和测量精度而能预期达到的测量量值变化。于一优选的方面中，当酶与血液之间的反应造成血液凝固现象时，由传感器装置所接收并处理的反应讯号，主要依据凝血过程中时间长短造成斜率的差异进行电抗分析。于一实施例中，所述电极可为金电极。在此一具体实施例中，米用一交流电模块根据从血液测试卡响应的振荡震荡测试讯号进行电抗测量，其中当酶与血液之反应所造成血液凝固现象时，由传感器装置所接收并处理的反应讯号，主要依据凝血过程中时间长短造成斜率的差异进行电抗分析。根据本发明一些实施例进行电抗测量的原理如下所示。在交流电路(ACcurcuit)中，阻抗为电阻(R)加上电抗(X)乘于相位角(e)的总和，如下公式所示
Im八
X--------
_I_V其中电抗⑴是复数阻抗(Z)的虚数部分，用于表示电感(L)及电容(C)对电流的阻碍作用，以及电阻(R)为复数阻抗的实数部分。如本领域中普通技术人员所知，电抗随着交流电路的频率变化、随着电容变化及/或随着电感变化而改变。当交流电路中的电抗变化，交流电路的电流波型与电压波型的相位亦随之变化。所述阻抗的定义为Z = R+jX，且 I Z I = (R2+Z2)1/2(I)
其中Z为阻抗(impedance), R为电阻(resistance), j为相位角，及X为电抗(reactance);以及X = XC+XL, Xl = 2 JI fL,以及 Xc = 1/2 Ji fC (2)其中Xc 为容抗(capacitor reactance),为 Xl 感抗(inductor reactance),为圆周率，f 为频率，L为电感，及C为电容。于一实施例方面，在操作时，所述检测系统的交流讯号产生单元提供交流(AC)测试讯号。当血液样本于电极之间，感应电荷在电场中会受力而移动形成电容。当血液样本凝固时，在工作电极之间构成了介质，因而阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上。此累积的电荷可导致容抗产生。于一优选的方面中，检测系统的交流讯号产生单元所提供的频率(f)为定值，因此电感(L)及感抗(XL)亦为定值，因此容抗(XC)的变化量等于电抗的变化量，如以下公式所示。Xc2-Xci = X2-X1(3)其中Xc2-Xa为容抗(Xc)的变化量，而X2-X1为电抗的变化量。藉由测量单位时间下电抗的变化量，可得知血液凝固时其相对在单位时间下容抗的变化量以及在单位时间下电容的变化量。藉由本发明的电抗测量�？榈男尚甭始扑憧煞治龀瞿冈奔�(血液凝固时间)的长短。第I图显示根据本发明一些实施例的测量血球容积比(HCT)及/或凝血酶原时间的诊断装置的方块示意图。如第I图所示，一种测量血球容积比(HCT)及/或凝血酶原时间的诊断装置100包括相对电极型传感器装置120和具有一或多对工作电极的测试卡组件110，其中由该传感器装置提供交流(AC)讯号，藉由电抗分析以测量及计算血液测试中的凝血酶原时间和血球容积比。该传感器装置120包括测试卡容置单元122以容纳该测试卡组件110，温度维持单元134以控制及维持该测试卡容置单元至恒定温度，AC讯号产生单元124提供频率及电压的交流电至该测试卡组件110，讯号接收单元128截取从该测试卡组件响应的响应讯号，微处理器130计算该响应讯号并取得该血球容积比和该凝血酶原时间的结果，以及显示单元136显示从该微处理器130所计算得出的该血球容积比和/或该凝血酶原时间的检测结果。第2图系显示根据本发明实施例的血液测试卡组件的爆炸示意图，其中虚线表示各个构件之间的相对位置。所述血液测试卡组件包括绝缘基板210、电极系统220、分隔及反应层230、以及顶盖240。绝缘基板210为电性绝缘，其材料可包括但不限定于由多孔性材料所构成的基板。于一实施例中，测试卡组件的基板包括多个孔洞，其直径范围大抵介于约0. I u m 至约 10 u m，约 0. 01 u m 至约 100 u m，约 0. I u m 至约 50 u m,约 0. Ium 至约 20 u m,约0. I ii m至约5 ii m,或约5 ii m至约10 u m。电极系统220可由任何导电材料所构成,其包括但不限定于碳、金-银、铜、碳银、钯、钼、镍、其它类似的材料或上述材料的任意组合。所述电极系统220可包括一对或多对的贵金属电极，分别设至于相同的或不同的平面上。例如，一组测试电极225包括一对电极226、228。根据本发明的原理，上述构 造并不限定使测试电极225以特定的组态排列，或限定电极的数目。亦可根据不同的应用需求提供额外的电极。此电极系统更进一步地电性连接至测量装置的电极系统(未绘示)。图示的分隔层230包括间隙子232，设至于电极系统220之上。所述分隔层230可还包括反应区域224，露出部分的反应试剂(未绘示)以及样本区域222。信道236可连通样本区域222与反应区域224。所述反应区域224的尺寸优选为可足以露出部分的电极226和228。在此实施例中，反应区域224是用以测量凝血酶原时间的区域，而样本区域222是用以测量血球容积比的区域。顶盖层240设至于分隔层230的上方。于一实施例中，该顶盖层240可包括导入口 242和排气孔244，其分别连接至样本区域222与反应区域224。样本空间的大小系由分隔层230的厚度所决定。第3A和3B图分别显示利用电子显微镜观察测试卡组件无孔洞及具孔洞基板之显微结构像片。于第3B图中，显示孔洞直径大小范围可介于约0. Iym至约IOy m，平均直径约3. 39m ;而孔洞的平均分布情况约为5. 04X106个/cm2孔洞。第4图系显示根据本发明实施例之测量血球容积比(HCT)和凝血酶原时间的诊断方法的流程图。所述测量血球容积比(HCT)和凝血酶原时间的方法，包括提供测试卡组件至测试卡容置单元(步骤S410);控制并维持该测试卡容置单元的温度至恒定温度(步骤S420);提供待检测样本至该测试卡组件(步骤S430) ; SAC讯号产生单元提供特定频率及电压的交流电至该测试卡组件(步骤S440);从该测试卡组件响应该交流讯号得出响应讯号，比较该响应讯号与该交流讯号，计算该交流讯号的相位角变化(相位角偏移)，并由微处理器计算电容及该血球容积比(步骤S450);以算法转换该电容并参考该血球容积比而修正为该凝血酶原时间(步骤S460);以国际正规化比值(international normalizedratio, INR)修正该凝血酶原时间由一 AC讯号产生单元(步骤S470);及提供检测结果至显示单元显示(步骤S480)。根据本发明一些实施例，所述响应讯号被数字化并以离散傅立叶转换(discrete
fourier transformation, DFT)。因此,实数部和虚数部的计算方法分别表示如下。
N-IX{k) = DFT[x{n)\ = [ x{n)W^ ,o^k^N-i(I)
n=0
权利要求
1.一种测量血球容积比和/或凝血酶原时间的诊断装置，包括 相对电极型传感器装置；和 测试卡组件，包括一或多对工作电极； 其中由该传感器装置提供交流(AC)讯号，藉由电抗分析以测量及计算血液测试中的凝血酶原时间和/或血球容积比(hematocrit)。
2.如权利要求I所述的诊断装置，其中该电抗分析包括 从该测试卡组件响应该交流讯号得出响应讯号，比较该响应讯号与该交流讯号，计算该交流讯号的相位角变化，并计算电容及该血球容积比。
3.如权利要求2所述的诊断装置，其中该电抗分析还包括 计算电容；及 以算法转换该电容并参考该血球容积比而修正为该凝血酶原时间。
4.如权利要求3所述的诊断装置，其中该电抗分析还包括以国际正规化比值(international normalized ratio, INR)修正该凝血酶原时间。
5.如权利要求I所述的诊断装置，其中该测试卡组件包括一或多对贵金属电极，分别设于相同平面或不同平面上。
6.如权利要求I所述的诊断装置，其中该测试卡组件包括由多孔材料构成的基板。
7.如权利要求6所述的诊断装置，其中该测试卡组件的该基板具有孔洞的直径范围大约介于0.1微米至10微米间。
8.如权利要求I所述的诊断装置，其中该传感器装置包括 测试卡容置单元以容纳该测试卡组件； 温度维持单元以控制及维持该测试卡容置单元至恒定温度； AC讯号产生单元提供频率及电压的交流电至该测试卡组件； 讯号接收单元，截取从该测试卡组件响应的响应讯号； 微处理器计算该响应讯号并取得该血球容积比和该凝血酶原时间的结果；及 显示单元，显示从该微处理器所计算得出的该血球容积比和该凝血酶原时间的检测结果。
9.如权利要求8所述的诊断装置，其中该微处理器将该响应讯号与原始AC讯号比较，计算该交流讯号的相位角变化，并计算电容及该血球容积比。
10.如权利要求9所述的诊断装置，其中该微处理器进一步以算法转换该电容，参考该血球容积比而修正为该凝血酶原时间，并以国际正规化比值修正该凝血酶原时间。
11.一种测量血球容积比和/或凝血酶原时间的方法，包括 提供测试卡组件至测试卡容置单元； 控制并维持该测试卡容置单元的温度至恒定温度； 提供待检测样本至该测试卡组件； 由AC讯号产生单元提供特定频率及电压的交流电至该测试卡组件； 由该测试卡组件接收响应讯号，并由微处理器计算该响应讯号取得该血球容积比和/或该凝血酶原时间；及 提供检测结果至显示单元显示。
12.如权利要求11所述之测量血球容积比(HCT%)和凝血酶原时间的方法，其中所述由该测试卡组件接收响应讯号，并由微处理器计算该响应讯号取得该血球容积比和/或该凝血酶原时间的步骤，包括 从该测试卡组件响应该交流讯号得出响应讯号，比较该响应讯号与该交流讯号，计算该交流讯号的相位角变化，并计算电容及该血球容积比。
13.如权利要求12所述之测量血球容积比和凝血酶原时间的方法，其中所述由该测试卡组件接收响应讯号，并由微处理器计算该响应讯号取得该血球容积比和/或该凝血酶原时间的步骤，还包括 计算电容；及 以算法转换该电容并参考该血球容积比而修正为该凝血酶原时间。
14.如权利要求13所述之测量血球容积比和凝血酶原时间的方法，其中所述由该测试卡组件接收响应讯号，并由微处理器计算该响应讯号取得该凝血酶原时间的步骤，还包括 以国际正规化比值(international normalized ratio, INR)修正该凝血酶原时间。
15.如权利要求11所述之测量血球容积比和凝血酶原时间的方法，其中该测试卡组件包括一或多对贵金属电极，分别设于相同平面或不同平面上。
16.如权利要求11所述之测量血球容积比和凝血酶原时间的方法，其中该测试卡组件包括由多孔材料构成的基板。
17.如权利要求11所述之测量血球容积比和凝血酶原时间的方法，其中该测试卡组件的该基板具有孔洞的直径范围大约介于0. I微米至10微米间。
全文摘要
本发明公开一种利用分析电抗变化以测量凝血酶原时间及血球容积比(HCT％)的诊断装置及方法。所述测量血球容积比及/或凝血酶原时间的诊断装置，包括相对电极型传感器装置；及测试卡组件，包括一或多对工作电极；其中由该传感器装置提供交流(AC)讯号，藉由电抗分析以测量及计算血液测试中的凝血酶原时间和血球容积比。
文档编号G01N27/22GK102818822SQ20111028556
公开日2012年12月12日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年6月9日
发明者陈思豪, 林岳晖, 朱清渊, 郑淳铭, 陈冠廷, 吕宜真, 沈燕士 申请人:五鼎生物技术股份有限公司