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Verfahren zur Bestiamun£ eines einer Blutsenkung ent-
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sprechenden Meßwertes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung
eines einer Blutsenkung entsprechenden Meßwertes aus einem bei plötzlichem Stillstand
nach Scherung an einer Blutprobe ermittelten Syllektogramm.
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Aus der DE-AS 24 13 285 ist ein Verfahren dieser Art bekannt, bei
dem die Lichtdurchlässigkeit einer Blutprobe als Funktion der Zeit registriert wird.
Diese Große ändert sich in Abhängigkeit des interessierenden rheologischen Phänomen
- der Erythrozyten-aggregation -und gestattet es daher, darüber eine Zahlenangabe
zu machen. Die photometrische Aggregometxie kann sowohl in Transmission als auch
in Reflexion gemessen werden.
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Die erhaltene Meßkurve wurde zuerst von ZIJLSTRA als "Syllektogramm"
bezeichnet. Sie beruht auf der Tatsache,
daß die Lichtstreuung an
der Blutprobe nach Bildung von Aggregaten abnimmt und die Lichttransmission dementsprechend
zunimmt.
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Während einer Messung sind drei Phasen grundsätzlich zu unterscheiden,
und zwar die Mischphase, die Stopphase und die Aggregationsphase. Zur Durchführung
der Messung wird die Blutprobe in eine Meßkammer eingebracht, die im wesentlichen
aus einem transparenten, vorzugsweise gegenrotatorisch laufenden Platte-Kegel-System
besteht.
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Während der Mischphase orientieren sich die Erythrozyten unter Einwirkung
von Scherkräften und schaffen so freie Plasmaräume, durch die hindurch das Licht
die Blutprobe passieren kann. Es stellt sich eine - aufgrund von Materialunregelaäßigkeiten
im Strahlengang - um einen Mittelwert schwankende Transmission ein.
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Wird nun über einen abrupten Stop des Platte-Kegel-Systems die Scherung
beendet, kommt es schlagartig zur Desorientierung der Blutzellen und als Folge über
den Wegfall freier Plasmaräume zu einer Verminderung der Transmission.
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Mit dem anschließenden Beginn des Aggregationsvorganges wächst die
Zahl der Plasmalücken wieder und infolgedessen beginnt die Transmission zuzunehmen.
Der zeitliche Verlauf dieser Transmissionsänderung folgt im wesentlichen einer Exponentialfunktion.
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Der Kurvenverlauf ist sehr gut reproduzierbar, so daß zunächst daraus
als Zahlenwert die für eine Exponentialfunktion charakteristische Halbwertszeit
bestimmt wurde. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß eine eindeutige Korrelation
dieser Zahlenwerte mit den herkömmlich gewonnenen Blutsenkungswerten nicht hergestellt
werden konnte.
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In der bereits genannten DE-AS 24 13 285 wurde vorgeschlagen, anstelle
des gemessenen Kurvenverlaufs dessen erste zeitliche Ableitung zu verwenden. Auch
diese abgeleitete Kurve stellt eine Exponentiialfunktion dar, so daß der Vorgang
der Erythrozytenaggregation wiederum durch die Halbwertzeit des abgeleiteten Syllektogramms
beschrieben werden konnte. Die Halbwertzeit wurde graphisch von Hand, bzw. bei schnell
ablaufender Aggregation mit elektror.ischer Differenzierung bestimmt. Dabei hat
sich jedoch herausgestellt, daß die Analogdifferenzierung zwar für alle pathologischen,
d.h.
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schnell ablaufenden Aggregationsvorgänge gut geeignet st, sie dagegen
bei Aggregationsvorgängen, die langsam ablauten, einen hohen tecnnoiogische Aufwand
erfordern. Das gilt insbesondere für die extrem verlangsamte Aggregation, die an
gesundem Blut nach Verdünnung mit einem gelösten Antikoagulans auftritt.
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Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Auswertung
des Syllektogramms anzugeben, das unabhängig vom zeitlichen Ablauf der Erythrozytenaggregation
eine schnelle und meßtechnisch einfache Meßwertgewinnung erlaubt, die in Bezug auf
die gesuchte Blutsenkungsgeschwindigkeit anschaulich interpretierbar ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Meßwert die Steigung des Syllektogramms
in einem vorgegebenen Zeitpunkt nach Beginn der Aggregationsphase bestimmt wird.
Dieser Zeitpunkt wird zweckmäßigerweise auf 2,5 sec. nach Beginn der Aggregationsphase
gelegt.
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Zur Verminderung des Einflusses zufälliger Störungen ist es vorteilhaft,
wenn anstelle einer einzigen Steigungsbestimmung als Meßwert die mittlere Steigung
des Syllektogramms innerhalb eines vorgegebenen, an den Beginn der Aggregationsphase
anschließenden Zeitintervalls bestimmt wird. Das Zeitintervall sollte wiederum zu
2,5 sec. gewählt werden.
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Ein alternatives Verfahren besteht darin, als Meßwert die Fläche unter
dem Syllektogramm innerhalb eines vorgegebenen, an den Beginn der Aggregationsphase
anschließenden Zeitintervalls zu bestimmen. Dieses Zeitintervall sollte 10 sec.
betragen. Der Beginn der Aggregationsphase wird durch Ermittlung eines Extremwertes
des Syllektogramms innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls im Anschlup an das
Abschalten der Se.er1n.g bestimmt. nieses Zeitintervall sollte zu 5 sec.
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gewählt werden.
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Für die elektronische Weiterverarbeitung des Syllektogrannns ist es
besonders vorteilhaft, wenn die Meßkurve digitalisiert wird. Eine gute Auflösung
wird erreicht, wenn die Digitalisierung mit einer Frequenz von 20 Hertz erfolgt.
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ur Durchführung von Vergleichsmessungen ist es zweckmäßig, die digitalisierten
Meßwerte mit einem die eingestrahlte Lichtintensität normierenden Faktor zu multiplizieren.
Eine Aussage über die absolute, aggregationsbedingte Lichtintensitätsänderung erhält
man, wenn das di6italisierte Syllektogramm im vorgegebenen MeDzetintervall durch
Subtraktion des den Beginn der Aggregationsphase definierenden Meßwertes normiert
wird. In einer bevorzugten Ausführungsform des Ver- -fahrens wird die Fläche unter
dem normierten digitalisierten Syllektorarnm während des vorgegebenen Zeitintervalls
durch numerische Integration bestimmt.
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Im Gegensatz zu den bisher bekanntgewordenen Auswerteverfahren für
das Syllektogramm, die den Kurvenverlauf über eine Längere Zeit beobachten müssen,
um die Halbwertzeit bestimmen zu können, beschränkt sich das erfindungsgemäße Verfahren
auf den Kurvenverlauf während der ersten Sekunden. Die Meßzeit bestimmt sich im
Einzelfall nicht nach dem jeweiligen Kurvenverlauf, sondern nach davon unabhängigen
Erfahrungswerten.
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Die eigentliche Meßzeit, die die Stopphase und die Aggregationsphase
einschließt, beträgt bei der Steigungsmessung z.B. 7,5 sec. und bei der Flächenmessung
15 sec., so daß ein sehr schnelles Auswerteverfahren für diagnostische Zwecke zur
Verfügung steht.
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Dem neuen Verfahren liegen die Ergebnisse ausgedehnter mathematischer
Untersuchungen an dem das Syllektogramm darstellenden Kurvenverlauf zugrunde. Durch
interative Angleichung an die Analogkurve und Berechnung eines Ausgleich-Splines
wurde festgestellt, daß der Verlauf der Lichtintensitätsänderung in der Aggregationsphase
nur während der ersten Sekunden eine natürliche Funktion darstellt, die im weiteren
Verlauf des Experiments durch andere Funktionen überlagert wird.
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Die Bestimmung der Steigung des Syllektogramms zu einem Fixzeitpunkt
bzw. der mittleren Steigung für ein vorgegebenes Zeitintervall nach Beginn der Aggregationsphase
gibt ein Maß für die Aggregationsgeschwindigkeit.
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Die Fläche unter der Meßkurve in einem v-crgegetc.en Zeitintervall
quantifiziert das Ausmaß der erfolgten Aggregation. Beide Größen erfassen Aspekte
des Primär-Aggregations-Vorganges, der für die herkömmliche Messung der Blutsenkungsgeschwindigkeit
verantwortlich ist.
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Es liegt daher auf der Hand, daß die gefundenen Werte für die Aggregationsgeschwindigkeit
in derselben Weise interpretiert werden können wie die Blutsenkungsgeschwindigkeit.
Aber auch die Flächenwerte liefern numerische Werte, die denen der Blutsenkungsgeschwindigkeit
proportional sind, denn wenn keinerlei Aggregation nach der Stopphase stattfindet,
dann ist die Fläche 0 und wenn die Aggregat ion in der Meßzeit praktisch vollständig
abgeschlossen ist, dann hat die Fläche einen Maximalwert. Bei gesundem Blut wird
sich für die Fläche der numerische ert 0 ergeben, was mit dem Blutsenkungsgeschwindigkeitswert
0 bei völlig Gesunden übereinstimmt.
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Hin Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Flächenbestimmung
wird nachfolgend anhand eines in Transmission gemessenen Syllektogramms beschrieben.
Zur Aufnahme des Syllektogramms dient die in der DE-AS 24 13 285 beschtiebene photometrische
Anordnung. Zur Durchführung des neuen Auswerteverfahrens dient ein Microcomputersystem
mit geeigneten Programm-Modulen.
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Um Transmissioonen messen zu können, muß vor Versuchsbeginn die eingestrahlte
Lichtintensität ermittelt werden. Hierzu wird der digitale Input eines Digital-Analog-Converters
(DAC) solange inkrementiert, bis der Meßwert für die nicht gefüllte Meßkammer auf
100 % Transmission abgeglichen ist.
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Der Referenzwert für die eingestrahlte Intensität wird durch den letzten
aktuellen ;wert des DAC-Inputregistars repräsentiert und im Memory des Microcomputers
hinterlegt.
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Die Meßkammer wird danach mit der Blutprobe gefüllt.
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Um die vorhandene Aggregat ion aufzuheben, startet das Programm den
Kammerantrieb. Es stellt sich eine regelmäßig um einen Mittelwert schwankende Transmission
ein.
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Das Ende der Mischphase wird in Abhängigkeit von einer bestimmten
Anzahl von Umdrehungen des Kegel-Platte-Systems der Meßkammer gesteuert. Ein Rundenzähler
bestimmt das Ende der Mischphase. Der Kammerantriebs-Motor wird gestoppt und die
Meßdatenaufnahme initialisiert. Mit einer Frequenz von 20 Hertz werden die -Transmissionsdaten
über einen Zeitraum von 15 sec. nach Motorstop von einem Analog-Digital-Wandler
(ADC) übernommen und im Memory des Microcomputers gespeichert.
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Der für die eingetrahlte Lichtintensität ermittelte Referenzwert wird
während eines Meßzyklus konstant gehalten, und die Transmissionsdaten werden darauf
bez=gcr..
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Die Auswertung beginnt mit der Bestimmung des Startpunktes (To, to)
der Aggregation. Dieser ist definiert als absolutes Minimum der Transmissions-Kurve
tt) innerhalb der ersten 5 sec. nach Motorstop.
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Durch Subtraktion der zu Beginn der Aggregat ion gemessenen Transmission
To von allen folgenden Meßwerten im Zeitintervall ( to, t + 10) erhält man die 0
Kurve der absoluten, durch die fortschreitende Aggregation der Erythrozyten bewirkten,
auf den Startwert bezogenen Transmissionsänderungen.
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Die so berechneten Transmissionsänderungen können einem sogenannten
Quadrantenkorrelationstest nach Quenouille unterworfen werden, um festzustellen,
ob in der untersuchten Blutprobe überhaupt eine meßbare Aggregation stattgefunden
hat, da, wie bereits erwähnt, bei gesunden Patienten die Aggregat ion gleich null
sein kann. Bei fehlender Aggregat ion erfolgt anschließend keine Integration der
Transmissionsänderungen, sondern das Ergebnis wird unmittelbar angezeigt.
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Die numerische Integration der berechneten Transmissionsänderungen
kann nach einem der Meßwertgewinnung angepaßten Algorithmus durch sukzessive Summation
:on Flächensegmenten erfolgen. Dazu kann mit Vorteil durch jeweils 5 aufeinanderfolgende
Meßpunkte der Indizes Zeitintervall in -in+4, entsprechend einem Zeitintervall von
0,2 sec., eine Ausgleichsparabel berechnet werden, welche anschließend zwischen
den mittleren 3 Punkten in+1 -in+3 integriert wird. Der darauf folgende Wertesatz
ergibt sich durch Verschieben der Rechenschablone um 2 Inkremente in Richtung der
positiven Zeitachse. Die neu entstehenden Indizes lauten dann in+2 -in+6 .
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Das Startsegment wird als einzige Ausnahme innerhalb der ersten 4
Punkte integriert. Dieses Integrationsverfahren garantiert eine extreme Genauigkeit
durch den überlappenden Anschluß der Ausgleichsparabeln an die jeweils vorangehenden
Meßpunkte.
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Die erhaltene Gesamtsumme kann direkt angezeigt werden.
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Sie kann aber auch noch mit einem Faktor multipliziert werden, mit
dem besondere Einflußgrößen berücksichtigt werden, die bei bestimmten Patientengruppen
als Normwerte ermittelt wurden. Diese Normwerte können sich 2.
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B. auf Alter, Geschlecht, Hämotokrit und ähnliches beziehen.
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Anstelle der vorbeschriebenen Integration von Flächensegmenten kann
selbstverständlich auch auf numerischem Wege die Steigung einer durch zwei oder
mehrere Meßpunkte gelegten Geraden berechnet werden. Die mathematischen Algorithmen
dazu sind bekannt und können ebenfalls von einem Microcomputer ausgeführt werden.
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Ebenfalls bekannt sind anaioge TieXhouen zur Ermittlung der Steigung
einer Kurve und des Flächeninhalts unter einer Kurve, so daß darauf nicht weiter
einzugehen ist.