DE2741060C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung der Zustandsänderung einer Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Zustandsänderung einer Flüssigkeit, insbesondere der Gerinnung von Blut, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung.

Insbesondere zur Bestimmung des Gerinnungsverhaltens von Blut oder Blutplasma ist eine Reihe von Bestimmungsmethoden bekannt, die den Gerinnungsablauf zeitlich verfolgen und somit Aufschlüsse über

-,5 Ablauf und Umfang der Gerinnung und damit Rückschlüsse auf Eigenschaften des Blutes oder Blutplasmas ermöglichen.

In einem aus der US-PS 40 26 671 bekannten Verfahren taucht ein Stempel in das mit Pro-jenflüssigkeit gefüllte Probengefäß ein. Der Stempel ist an einer Lautsprechermembran befestigt und kann durch diese zu Schwingungen angeregt werden. Durch die schwingende Membran wird in einer Magnetspule eine Spannung erzeugt, die phasenrichtig rückgekoppelt wiederum zum Antrieb der Lautsprechermembran dient, so daß sich automatisch eine Schwingung der Membran in ihrer Resonanzfrequenz ergibt. Die Verstärkung in de. Rückkoppelung ist derart einstellbar, daß stets eine Schwingung in der Resonanzfrequenz

mit gleicher Amplitude erfolgt, wobei Änderungen des Energiebedarfs erfaßt werden, die zur Erzielung einer konstanten Amplitude erforderlich sind. Änderungen der Resonanzfrequenz werden meßtechnisch nicht erfaßt, sondern durch die getroffene Schaltung nur automatisch aufrechterhalten.

Mit einem solchen Verfahren lassen sich zwar Änderungen der Viskosität der Flüssigkeit ermitteln, da steigender Energiebedarf zur Aufrechterhaltung der Amplitude in der Resonanzfrequenz ansteigt, daß die Schwingung eine verstärkt«: Dämpfung durch zunehmende Viskosität erfährt. Ober Änderungen der elastischen Eigenschaften der Flüssigkeit läßt sich aber hierdurch keine Aussage treffen, da sich diese Änderungen in einer Verschiebung der Resonanzfrequenz /.eigen und die Resonanzfrequenz in dem bekannten Verfahren nicht erfaßt wird.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 urnrissenen Gattung zu schaffen, welches

den Beginn der Änderung von elastischen Eigenschaften der Flüssigkeit störungssicher und klar erkennbar anzeigt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Dadurch wird erreicht, daß bei einer Elastizitätsänderung der Probenflüssigkeii und einer damit verbundenen Änderung der Eigenfrequenz des Schwingsystems diese Eigenfrequenz und die konstante Anregungsfrequenz übereinstimmen, so daß eine ausgeprägte Resonanz-Ampliludenspitze auftritt. Diese Amplitudenspitze kann von Störeinflüssen nicht überlagert werden und markiert deutlich, daß eine elastische Zustandsänderung eingesetzt fiät. Bei eitler Weiteren Verschiebung der Eigenfrequenz: des Schwingsystems über die

Anregungsfreqüenz hinaus wird die Resonanz wieder aufgehoben Und die Amplitude fällt steil ab, Dieser Abfall kann — ggf. im Vergleich zur Anfangsamplitude — für weitere Aussagen über die Änderung der

Viskosität der Flüssigkeit herangezogen werden. Alternativ kann jedoch auch zunächst mit einer der Eigenfrequenz entsprechenden Anregungsfrequenz gearbeitet werden, wodurch sich eine hohe Amplitude ergibt, die steil abfällt, wenn sich die Eigenfrequenz des Schwingsystems durch Zustandsänderungen der Probenflüssigkeit ändert und nicht mehr mit der aufgeprägten Anregungsfrequenz übereinstimmt

Bei Resonanz können aus der Amplitudenhöhe keine Rückschlüsse auf eine Viskositätsänderung gezogen werden. Viskositätsänderungen der Flüssigkeit zeigen sich in einer Bedämpfung des Schwingsystems, d. h. in einer Änderung der Amplitudenhöhen. Im Resonanzbereich werden jedoch Amplitudenänderungen durch Viskositätsänderungen durch die Resonanzerscheinungen sehr stark überlagert. Jedoch können die außerhalb des Resonanzbereichs erhaltenen Schwingungsamplituden zu einer Aussage über Viskositätsänderungen herangezogen werden. Durch eine geeignete Lage der Anregungsfrequenz in bezug auf die Anfangs-Eigenfrequenz kann gewählt werden, welche Bereiche der sich ergebenden Meßkurve zur Messung von Viskositätsänderungen herangezogen werden sollen: Bei zunächst in der Eigenfrequenz liegender Anregungsfrequenz klingt die Resonanz rasch ab und die anschließend erhaltenen Amplitudenwerte können sofort zur kontinuierlichen Auswertung der Viskositätsänderungen verwendet werden. Wird die Anfangs-Eigenfrequenz neben der Anregungsfrequenz gewählt, so kann die Anfangsamplitude mit der nach dem Oberfahren des Resonanzbereichs erhaltenen Amplitude Aussagen über Viskositätsänderungen geben.

Besonders vorteilhaft ist das Verfahren zur Bestimmung des Gerinnungsverhaltens von Blut einsetzbar. Hier wird eine Anregungsfrequenz gewählt, die in der Richtung knapp neben der Anfangs-Eigenfrequenz liegt, zu der sich die Eigenfrequenz des Schwingsystems bei Ausbildung eines elastischen Fibrinnetzes in der Blutprobe verschiebt. Sobald die Fibrinbildung einsetz, ändert sich durch die zunehmende Elastizität des Fibrinnetze^r die Federkonstante des Schwingsystems und verschiebt dessen Eigenfrequenz zur Anregungsfrequenz der erzwungenen Schwingung hin. so daß eine deutliche Resonanzspitze auftritt. Bei einer weiteren Verfestigung des Fibrinnetzes und damit einer weiteren Verschiebung der Eigenfrequenz über die Anregungsfrequenz hinaus klingen die Res», nanzerscheinungen schnell ab und die abgegriffene Amplitude fällt stark ab. Damit ist bereits eine scharfe Abgrenzbarkeit der normalerweise schwer definierbaren, sogenannten Ge- so rinngungszeit möglich die bis zum Beginn der Formierung des Gerinnsels verstreicht.

Vorrich'ungstechnisch wird die gestellte Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 5 gelöst, während die Ansprüche 6 bis 10 vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zum Inhalt haben.

Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematisch vereinfachte beispielhafte ω Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 eine Meßkurve, wie sie bei der Untersuchung von Blut erhalten wird.

In ein Probengefäß I taucht ein gestellfester Stempel 2 ein, so daß ein Ringspalt 3 zur Aufnahme der Probenflüssigkeit gebildet wird. Das Probengefäß 1 ist an der oberen Seite eines Stabes 5 angeordnet, der im Gestell 4 in seinem mittleren Bereich über eine kreisförmige, elastische Membran 6 und einen Dämpfungsblock 9 gehalten ist Mit seinem unteren Ende taucht der Stab 5 in einen Schwingantrieb 8, der durch ein von einer Spulenanordnung erzeugtes umlaufendes elektromagnetisches Feld gebildet wird, ein. Am oberen Bereich des Stabes 5 ist eine Einrichtung zum Abgriff der Schwingungsamplitude angeordnet, bestehend aus einem mit dem Stab 5 verbundenen Kern 10 und einer über Leitungen 12 mit einem Anzeigegerät oder Schreiber verbundenen Abnahmespule 11.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Zunächst wird die Eigenfrequenz des Schwingsystems (Probengefäß 1 mit eingefüllter Probenflüssigkeit, Stab 5, Membran 6, Dämpfungsblock 9) bestimmt bzw. durch die Wahl der Abmessungen und Federkonstanten so gewählt daß diese bei Messung von Blut vorzugsweise ca. 35 Hz beträgt. Das Schwingsystems wi... dann durch den Schwingungsantrieb 8 zu Schwingui.gen mit einer Frequenz in der Nähe der vorher bestimmten Eigenfrequenz angeregt. Im Falle von Blut als Probenflüssigkeit wird diese Anregungsfrequenz höher als die /orher bestimmte Eigenfrequenz gewählt. Wenn die elastischen Eigenschaften der Probenflüssigkeit. z. B. bei der Blutgerinnung durch die Bildung des Fibrinnetzes Veränderungen erfahren, verschiebt sich die Eigenfrequenz in Richtung auf die Anregungsfrequenz. Wenn beide Frequenzen übereinstimmen, tritt die bekannte Resonanzerscheinung, eine hohe Resonanzamplitude, auf, die mit Hilfe des Schwingungsmessers 10,11 als deutliche Spitze erfaßbar ist. Der Dämpfungsblock 9 verhindert, daß die Resonanzamplituden zu hoch werden und das Probengefäß 1 gegen den gestellfesten Stempel 2 schlägt.

Die in Fig. 2 dargestellte, z. B. durch einen Kurvenschreiber aufgezeichnete Kurve für Blut als Prouenflüssigkeit, zeigt deutlich das die Zustandsänderung anzeigende Maximum. Dieses kommt dadurch zustande, daii das im Ringspalt 3 bei der Blutgerinnung entstehende elastische Fibrin die Eigenfrequenz der Orbitalbewegung des Stabes 5 erhöht und diese damit in den Bereich der Anregungsfrequenz verschiebt. Die dann eintretende Resonanz führt zu der Amplitudenzunahme, d. h. zum Maximum der Kurve. Sobald das elastische Moment des Gerinnsels die Eigenfrequenz der Einrichtung über die der Anregungsfrequenz hinausführt wird das Maximum überschritten und der Verlauf der Kurve umgekehrt.

Aus der Meßkurve sind folgende Einzelheiten zu entnehmen, wobei in waagrechter Richtung die Zeit und h bJnXrechter Richtung die Amplitudenausschläge aufgetragen sind· Gerinnungszeit (a). Kurvenans'iegszeit (b), Maximalamplitude (c), kleine Kurvenabstiegszeit (d), große Kurvenabstiegszeit (e), Negativamplitude (Q. Grundlinie (Leerausschlag) (g), Nullinie (Nullamplitude) (h). Aus der Gegenüberstellung der Anfangsamplitude zur Endamplitude können Rückschlüsse auf die Viskösitätsänderungen der Probenflüssigkeit gezogen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erfassung der Zustandsänderung einer Flüssigkeit, insbesondere der Gerinnung von Blut, bei dem ein elastisches, von der Flüssigkeit beaufschlagtes Schwingsystem zu Schwingungen zumindest in der Nähe seiner Eigenfrequenz angeregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsanregung mit einer konstanten Anregungsfrequenz erfolgt, die während der Meßdauer zu wenigstens einem Zeitpunkt mit der sich unter dem Einfluß der Zustandsänderung de.r Flüssigkeit ändernden Eigenfrequenz des Schwingsystems gleich ist, und die dabei auftretenden Schwingungsamplituden fortlaufend gemessen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungsfrequenz mit einem bestimmten Frequenzabstand von der Eigenfrequenz des Schwingsystems zu Beginn der Messung gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle von Blut als Flüssigkeit eine gegenüber der anfänglichen Eigenfrequenz höhere Anregungsfrequenz gewählt wird.

4. Verfahren nach einem .ter Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz des Schwingsystems zwischen 17 und 70 Hz, vorzugsweise bei 35 Hz gewählt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach eine., der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Probengefäß, mit einem Scr-vingantrieb und einem in die in das Probengpfäß einbringbare Flüssigkeit eintauchenden Körper, dadi-ch gekennzeichnet, daß der Körper (2) gestellfest gelagert ist, daß das Probengefäß (1) an einer Abstützung (5) angeordnet ist und die Abstützung (5) in horizontaler Richtung elastisch gelagert ist, daß der Schwingantneb (8) mit der Abstützung (5) verbunden ist, und die Abstützung (5) mit konstanter, etwa im Resonanzbereich des durch die Abstützung (5). das gefüllte Probengefäß (1) und die elastische Lagerung (6) gebildet Schwingsystems liegender Frequenz zu Schwingungen anregbar ist und daß ein Schwingungssensor (10, 11) zur Erfassung der momentanen Schwingungsamplitude des Schwingsystems vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Abstützung (5) durch einen vertikalen, elastischen bzw. elastisch gelagerten Stab gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 mit einem Schwingantrieb. der durch eine ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugende Spulenanordnung gebildet ist. dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Wechselfeld in Umfangsrichtung der Abstützung (5) umläuft.

8 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungssensor (10, 11) ein berührungsfrei arbeitender Bewegungsfühler ist,

9, Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn* zeichnet, daß der Schwmgüngssensöf efrle gestelifeste elektromagnetische Spule (Ü) ist, in die ein fnit der Abstützung (5) Verbundener, beweglicher Kern (10) eintaucht.

10, Vorrichtung nach Anspruchs?, dadurch ge^ kennzeichnet, daß die elektromagnetische Spüle (11) ober Leitungen (12) an ein Anzeigeinstrument, wie einen Kurvenschreiber, angeschlossen ist.