CN103533972A - 用于监测患者的治疗优选地用于监测血液透析、血液透滤和/或腹膜透析的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于监测患者的治疗(优选地用于监测血液透析、血液透滤和／或腹膜透析)的方法，该方法包括如下步骤：使用至少第一照射波长的照射光来照射治疗中所使用的透析液的样品；以至少第一检测波长来检测由所照射的样品发射的光，该检测波长与第一照射波长不同；以及基于所检测的光来确定样品中至少一种分析物的存在和/或浓度。

Description

用于监测患者的治疗优选地用于监测血液透析、血液透滤和/或腹膜透析的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于监测患者的治疗优选地用于监测血液透析、血液透滤(hemodiafiltration)和/或腹膜透析的方法和设备。

背景技术

长期以来，已经将体外治疗法用于治疗不同的病症。透析是最普遍已知且使用的体外治疗法，其用于在患者出现肾的肾衰竭时替代肾的功能。

当肾衰竭时，对患者进行透析是必要的，以从患者的血液中除去废物，例如尿素、肌酸酐以及尿毒症毒素。此外，在透析期间，从患者的身体中除去通常通过尿排泄的多余水分和其他物质。最普遍使用的透析方法是如下血液透析：患者的血液沿着透析膜流动，其中，在该透析膜的另一侧提供透析液。因此，血液和透析液被多孔膜隔开。

通过该膜，待从患者的血液中除去的物质由于血液与透析液之间的浓度梯度而扩散。扩散速率非常慢的较大分子也可以借助于从膜的血液侧至透析液侧的液体流而被对流输送。

将透析液制备成具有如下浓度：针对某些物质而未必针对全部物质，该浓度提供从血液侧至透析液侧的浓度梯度。实际上，期望除去人身体里的尿素和肌酸酐以及其他废物，但是，例如，除去电解质(例如钾、钠或碳酸氢盐)或改变电解质(例如钾、钠或碳酸氢盐)的浓度是完全不期望而且被认为是有害的。因此，透析液包含的电解质的浓度通常类似于患者的血浆中电解质的浓度，使得这些物质不存在浓度梯度。

除血液透析以外，腹膜透析是另一种透析法，其也使用膜和透析液，以实现废物通过膜至透析液的扩散。然而，该膜是天然膜，即腹膜，并且透析液被直接引进腹腔中。

在透析期间，排泄多余水分和小分子的尿毒症物质(例如尿素和肌酸酐)通常没有问题，然而，较大的分子较难通过多孔膜除去。为了解决该问题，提供与高度对流的方法(例如血液透滤)相结合的特定高通量透析膜。这导致提高了分子质量超过1kDa(所谓的中型分子的范围)的分子的清除率。在血液透滤中，将以上述形式来使用透析液的扩散法与其中患者的血液经受过滤器两侧的压力梯度的血液滤过相结合。因此，沿着压力梯度的过滤过程导致液体流增加，并且因此，该过滤过程被认为是使得能够除去相当大部分的中型分子的高度对流的方法。然而，由于压力梯度，也以高速率从患者的血液中除去水分以及电解质和糖，使得必须借助于注射置换液来代替这些血液成分。

采用与高度对流的方法结合的高通量透析膜提高了中型分子和较大分子的清除率。

较大分子通常是蛋白质，其中例如β2-微球蛋白具有约11kDa的大小，其中，该分子在没有被充分除去的情况下会引起淀粉样变性。有毒的较小分子在与蛋白质结合的情况下也可能难以进行透析。例如，与蛋白质结合的尿毒症毒素是硫酸对甲酚和硫酸吲哚酚。

因此，期望透析膜具有足够大的孔隙大小以允许这些中型分子通过。另一方面，膜的孔隙大小不能无限扩大，因为膜的孔隙大小越大，同样地丢失维持生命所必需的血液组分的风险越高。因此，膜的渗透性通常受限于约60kDa的大小。然而，该值仅略低于具有约66kDa的大小的人血浆白蛋白的分子质量。实际上，在临床上可能出现显著的白蛋白丢失，其中，这些丢失显著地取决于该方法的各个参数，例如透析液中各自的压力和各自的浓度。特别地，与在血液滤过期间所施加的压力梯度结合的高通量膜提高了人白蛋白的清除率。人白蛋白丢失的另一原因可能是膜的多次使用，因为在不同处理之间所必需的膜的清洗易于增加膜中孔隙的大小。这将膜的渗透性移向较高的分子。因此，即使在正常血液滤过中的正常条件下，人血清白蛋白也可以穿透该膜。

毫无疑问，在腹膜透析的情况下，膜的孔隙大小不受影响，而是由各个患者的腹膜的情况来确定。然而，一旦腹膜已经由于例如炎症而受损，则仍然可能出现进入透析液中的人白蛋白的丢失。

为了确定透析期间分析物的清除率，在US2008／0158544A1中公开了拉曼光谱法，其中，在血液已经通过透析器之后，对血液进行拉曼光谱测量，以利用诸如尿素的一种或更多种分析物的独特的拉曼光谱信号来相对于整个血液背景识别和量化这样的分析物。

WO2010／091826A1涉及用于血液的体外治疗的设备，其中，测量透析液中电磁辐射的吸收，以确定Kt／V值，即清除物质的容积流的清除率K，其中，t是治疗时间并且V是患者的分布容积。在肾脏替代治疗中，通常将尿素用作用于测量尿酸的治疗效果的标志物质，使得K为尿酸清除率并且V是患者的尿素分布容积，原则上，V与患者的体内水分相对应。然而，通常不能通过测量总吸收来确定特定分子的清除率。

发明内容

因此，本发明的目的是提供用于监测患者的治疗的方法和设备。

根据本发明，提出了用于监测患者的治疗优选地用于监测血液透析、血液透滤和／或腹膜透析的方法。该方法包括如下步骤：使用至少第一照射波长的照射光来照射在治疗中使用的透析液的样品；以至少第一检测波长来检测由所照射的样品发射的光，该检测波长与第一照射波长不同；以及基于所检测的发射光来确定样品中至少一种分析物的存在和/或浓度。

借助于使用至少第一照射波长的光来照射透析液的样品并检测至少第一检测波长的光，其中检测波长不同于第一照射波长，能够确定透析液中的分析物的发射响应。可以监测透析液中特定分析物(例如人白蛋白)的存在和／或浓度，以监测患者的治疗。在例如透析液中的人白蛋白的浓度超过预定浓度的情况下，可能发出警报并且可能会需要替换透析膜。另一方面，通过调节治疗方案，可以使用诸如例如β2-微球蛋白的尿毒症毒素的浓度来监测并优化治疗效果。

优选地，所检测的光包括荧光，并且基于所检测的荧光来确定样品中所述至少一种分析物的存在和/或浓度。

为了说明这一点，在荧光光谱法中，使用预定波长的照射光来照射样品。照射光(通常为紫外光)的光束将某些分析物的电子激发至较高的能级。通过吸收光子，分子从其电子基态被激发至电子激发态中的各种振动态之一。当在短时间后分子再次弛豫至电子基态时，发射出光子。因为通过非辐射跃迁消耗了一部分能量(例如与其他分子碰撞，使得受激分子释放振动能量)，所以在该过程中发射的光子的能量较低，并且因此比激发光子的波长更长。因此，激发该分子的光的照射波长与所发射光子的检测波长不同，使得可以利用光谱方法容易地区分照射光和发射光。

因为与吸收光谱法相比可以相对自由地选择激发波长和发射波长，所以可以借助于该方法获得关于透析液中溶解的分析物的更详细的信息。此外，由于所检测的光的强度通常与分析物的浓度成比例，或者具体地，与透析液中荧光团的浓度成比例，所以可以将所检测的光的强度用作对透析液中相应分析物的实际浓度的度量。

在优选实施方案中，检测波长不同于照射波长中的每个波长。这具有如下优点：可以简化用于检测光的装备，这是因为检测总是在不同于照射的波长下进行，使得可以借助于本领域技术人员已知的装置来阻挡照射光进入检测器。

例如，荧光强度与激发波长下的吸收系数ε和量子产率

的乘积成比例。量子产率

指所吸收的光子与借助于荧光性而发射的光子的数量之比。

通过基于所检测的光(例如基于相应分析物的荧光)来确定样品中至少一种分析物的存在和/或浓度，可以确定特定分子的存在和/或浓度。与传统的吸收测量相比，优点在于：就诸如荧光的光发射而言，只有少数的存在于透析液中的分子是有活性的。具体地，以非常高的浓度存在于透析液中的诸如尿酸的物质不显示任何荧光性并因此不干扰对特定分子的测量。然而，可以很好地借助于荧光测量来确定蛋白质和上述尿毒症毒素。

与吸收光谱法相比，荧光光谱法要灵敏得多。实际上，当将本方法与其中某些组分的非常低的浓度仅导致较小的吸收并因此导致通过样品发出的光具有非常小的衰减的吸收光谱法相比时，本方法具有如下优点：荧光的强度与样品中相应分析物的浓度成正比，使得可以以最优方式来使用传感器/检测器的灵敏度。

具有荧光活性的蛋白质的示例性基团是氨基酸苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的芳族侧链。

当考虑这些氨基酸的荧光活性时，酪氨酸和色氨酸支配蛋白质的荧光性。色氨酸具有足够长的激发波长，即λ_ex≥295nm的激发波长，是唯一具有荧光活性的氨基酸。尽管色氨酸是相对稀有的氨基酸，但白蛋白分子包括一个色氨酸单元。由于色氨酸的高荧光效率，因此可以以足够的效率检测白蛋白。

为了提高该方法的准确度，优选以至少第一检测波长和第二检测波长对检测光进行检测，第一检测波长和第二检测波长彼此不同。优选地，通过检测样品所发射的光的一部分光谱或整个光谱对检测光进行检测。通过检测所发射的光的多于一个的波长，特定分析物的检测光与相对应的发射指纹(尤其是荧光指纹)的相关性变得更准确。可以将特定照射波长的发射光谱与相关分析物的特定发射指纹进行比较，具体地，与意于在体外治疗法中监测的受关注的特定分子的发射指纹进行比较。实际上，关心的是监测透析液中游离的荧光氨基酸、白蛋白、硫酸吲哚酚和任何其他荧光尿毒症毒素的存在和/或浓度，以确定相应分子的清除率。

作为对荧光分析的替换方案或补充方案，可以使用拉曼散射光来确定样品中某种分析物的存在和／或浓度。为此，在整个拉曼光谱上或者在一部分拉曼光谱上或者在某些检测波长下测量样品的拉曼发射，并且将相应的强度或光谱与相应的受关注的分析物的拉曼指纹进行比较。

为了进一步提高确定分析物的存在和／或浓度的准确度，优选地以UV(紫外线)范围的照射光来照射样品，优选使用波长为180nm至400nm的照射光，更优选波长为250nm至300nm的照射光，最优选波长为280nm和／或295nm的照射光。优选地，使用至少两个分开的不同(优选280nm和295nm的)照射波长的照射光来照射样品。可以比较由两个照射波长引起的两个不同的发射光谱，并且更进一步提高确定分析物的效率和准确度。

为了补偿样品中照射光的吸收，优选地确定样品中照射光的强度，并且根据照射光的强度来对确定样品中分析物的存在和／或浓度进行补偿。优选地，测量样品中照射光的吸收，并且根据所测量的吸收来确定照射光的强度，其中，优选地，借助于用于检测透射通过样品的照射光的光检测器来测量样品中的吸收。

或者，测量样品的拉曼散射光的强度，并且使用该拉曼散射光的强度来确定照射光的强度。可以在水中拉曼散射光的强度峰值下进行拉曼散射光的测量。

对样品中光的吸收进行补偿的步骤注意以下事实：取决于透析过程的效率并且基于各个患者的不同状况，透析液可能具有不同的吸收。实际上，在透析期的开始，透析液可能包含与透析过程后面的状态相比显著较高比例的对激发光具有高吸收的尿酸、肌酸酐和其他废物。为了能够安全地确定样品中的相应分析物的存在和/或浓度，确定样品的相应吸收是重要的，使得产生相应荧光光谱和相应荧光强度的实际激发强度是清楚的。

在优选地以时间分辨方式来检测荧光的情况下，可以获得关于样品中分析物的存在和／或浓度的更进一步的信息，优选地，其中所述照射光被脉冲化。

分析物的其他分析形式可以表现为通过使用偏振光来照射样品，优选地，使用左旋圆偏振光和/或右旋圆偏振光来照射样品。

为了进一步改进该方法，优选地将该样品的荧光检测至少两次，其中，在第一次检测与第二次检测之间，对样品进行物理处理和／或化学处理，并且在考虑第一次检测与第二次检测之间的差异的情况下，确定分析物的存在和／或浓度，其中，优选地通过如下方式来处理样品：通过加热，通过添加和/或去除试剂，和/或通过添加和/或去除酸、化学碱和/或盐。

为了能够进行更复杂的测量，可以将样品与透析液流分离，以进行分析物的存在和/或浓度的确定。

在替代方案中，可以对透析液流连续进行分析物的存在和／或浓度的确定。

在又一优选版本中，在使用照射光照射样品之前将样品分成不同级分，优选地借助于超滤、电泳、色谱、添加吸收剂和／或添加荧光标记物进行，并且使用照射光来照射该样品的至少一个样品级分。

当监测透析液中的分析物时，尤其是当监测存在和／或不存在白蛋白时，可以看到，人白蛋白在约280nm处受激发时发射在340nm处具有最大值的荧光。

已知作为色氨酸的废物的硫酸吲哚酚(尿蓝母(indican))以显著的浓度存在于尿毒症患者的血清中。已知硫酸吲哚酚是尿毒症毒素。色氨酸的荧光光谱和硫酸吲哚酚的荧光光谱相当类似，使得在诊断方面，除透析的蛋白质以外，还关注硫酸吲哚酚的清除率。作为替代方案，可以使用与某些分子结合的荧光标记物来确定相应分子的存在和/或浓度。

为了更精确地确定所使用的透析液的组成，可以基于所检测的光来确定至少两种不同的分析物的存在和/或浓度。

优选地，在通过使用照射光照射样品进行特定波长的激发之后，可以分析所检测的光，以分析所述至少N种不同分析物的存在。这通过分析所检测的光谱f(λ)(即相应发射波长λ处的强度)来完成，所述f(λ)被假定以N种分析物的发射光谱的线性叠加的形式给出：

$f\left(\mathrm{\λ}\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i{s}_i\left(\mathrm{\λ}\right)$

c_i是第i种分析物的未知浓度，s_i(λ)是作为相应发射波长λ之函数的第i种分析物的已知发射灵敏度。优选地解该方程通过以下方式来求出未知浓度c_i：确定在M个不同的离散发射波长λ_j下的光谱并以以下具有N个未知量的M个方程的组的形式来考虑上述方程：

优选地，通过将如下解认为是以上方程组的最优解来对该组进行数值求解：在将该解插入以上矩阵时，该解提供与实际测量的光谱具有最小方差的叠加光谱。借助于该分析，能够通过分析所检测的发射光，尤其是通过分析所检测的发射光的相应光谱，确定透析液的组成。具体地，确定未知浓度c_i，并且因此，可以在相应分析物的浓度c_i方面确定所使用的透析液的组成。

该方法可以扩展至多于一个照射波长λ_irr，即P(P大于1)个照射波长λ_irr，当针对每个照射波长λ_irr时，在相应的发射波长λ下检测各自的发射光谱f(λ_irr，λ)。因此，再次假定以N个分析物的发射光谱的线性叠加的形式给出针对一个照射波长λ_irr所检测到的光谱f(λ_irr，λ)：

$f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}},\mathrm{\λ})=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i{s}_i({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}},\mathrm{\λ})$

c_i是第i种分析物的未知浓度，s_i(λ_irr，λ)是相应照射波长λ_irr下作为发射波长λ之函数的第i种分析物的已知发射灵敏度。

通过将相应的方程加入以上给出的线性方程组，显示为：

$\left(\begin{array}{c}f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_1)\\ f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_2)\\ .\\ .\\ .\\ f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_M)\\ f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_1)\\ f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_2)\\ .\\ .\\ .\\ f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_M)\\ .\\ .\\ .\\ f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irrP}},{\mathrm{\λ}}_1)\\ .\\ .\\ .\\ f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irrP}},{\mathrm{\λ}}_M)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}{s}_1({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_1)& s_2({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_1)& ...& s_N({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_1)\\ s_1({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_2)& s_2({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_2)& ...& s_N({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_2)\\ .& .& & .\\ .& .& ...& .\\ .& .& & .\\ s_1({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_M)& s_2({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_M)& ...& s_N({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_M)\\ s_1({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_1)& s_2({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_1)& ...& s_N({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_1)\\ s_1({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_2)& s_2({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_2)& ...& s_N({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_2)\\ .& .& & .\\ .& .& ...& .\\ .& .& & .\\ s_1({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_M)& s_2({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_M)& ...& s_N({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_M)\\ .& .& & .\\ .& .& ...& .\\ .& .& & .\\ s_1({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irrP}},{\mathrm{\λ}}_1)& s_2({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irrP}},{\mathrm{\λ}}_1)& ...& s_N({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irrP}},{\mathrm{\λ}}_1)\\ .& .& & .\\ .& .& ...& .\\ .& .& & .\\ s_1({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irrP}},{\mathrm{\λ}}_M)& s_2({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irrP}},{\mathrm{\λ}}_M)& ...& s_N({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irrP}},{\mathrm{\λ}}_M)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{c}_1\\ c_2\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ c_N\end{array}\right)$

通过优选地以与以上所示相同的方式来对以上方程组进行求解，可以确定浓度c_i的解，并且因此，可以确定所使用的透析液中的相应分析物的浓度。

还借助于具有权利要求12的特征的用于监测患者的治疗，优选地用于监测血液透析、血液透滤和/或腹膜透析的设备来解决以上给出的目的。

因此，提供了一种用于监测患者的治疗，优选地用于监测血液透析、血液透滤和／或腹膜透析的设备，该设备包括：光源，该光源使用至少第一照射波长的照射光来照射治疗中使用的透析液的样品；检测器，该检测器以至少第一检测波长来检测由所照射的样品发射的光，该检测波长与每一照射波长不同；以及控制与分析单元，该控制与分析单元基于所检测的光来确定样品中至少一种分析物的存在和/或浓度。

在设备的独立权利要求12的从属权利要求中给出了设备的进一步优选的实施方案。

附图说明

通过参照结合附图进行考虑的以下详细描述，本公开内容将变得更容易理解，其中：

图1是用于监测体外治疗中的分析物的设备的示意图；

图2是根据图1的设备的一部分的细节示意图；

图3是示出以280nm的照射波长进行激发之后不同浓度的人白蛋白的荧光光谱的示意图；

图4是示出在两个不同的照射波长下(即280nm和295nm下)白蛋白在340nm的检测光波长处的荧光强度的示意图；以及

图5是示出尿酸的吸收光谱的示意图。

具体实施方式

在以下内容中，将参照附图更加详细地说明本公开内容。在附图中，使用相同的附图标记来表示相似元件，并且为了避免冗余，可以省略这些元件的重复描述。

图1是用于对患者进行治疗的系统(具体地是用于透析的设备)的示意图。该系统包括用于监测患者治疗的设备。

具体地，图1示出了包括多孔半渗透膜3的透析器。在图1的右边，患者的血液循环连接至膜3，并且在左边，透析液循环连接至膜3。血液透析的原理是众所周知的，并且涉及血液中的溶质通过半渗透膜3的扩散。该扩散是由某些物质在膜3两侧的浓度梯度引起的。

来自患者的血液经由导管1输送至膜3，并且沿着膜3的一侧上的膜传递向导管2，血液从该导管2被输送回患者。

透析液经由导管4输送至膜3，并且经由导管5排出。根据图1，立即变得明显的是：在该具体实施方案中，血液循环和透析液循环包含膜3上的反向液体流。该方法使用逆流流动，使得新的透析液与将再次输送回患者的患者血液接触并且来自患者的新的血液与待排出的透析液接触。这是提高透析过程效率的标准实践，因为逆流流动将膜两侧的浓度梯度保持在最大处从而提高透析的效率。然而，在可替代的解决方案中，根据患者的治疗需求，也可以使用血液和透析液的平行流动。

膜3是如在透析设备中习惯使用的多孔半渗透膜。由于膜3的患者侧与透析液侧之间的浓度梯度，分子通过半渗透膜3从血液侧扩散至透析液侧，并且如此，从血液中除去。

根据患者的实际状况并且根据期望达到的效果，透析液包括旨在与血液中的浓度相匹配的不同物质的浓度，使得不存在浓度梯度。例如，对于因此不扩散通过膜3的电解质，可能是如此。然而，新的透析液中可能根本不存在其他物质，使得引起强的浓度梯度。强的浓度梯度是期望的，尤其是针对通常经由尿排泄的物质，例如尿酸、肌酸酐和尿毒症毒素。还旨在除去血液中的多余水分。然而，根据膜3的孔隙大小，也可能出现诸如人白蛋白的较大分子的扩散。然而，这不是期望的。

关于至少一种分析物的存在和/或浓度，在单元6中分析经由导管5排出的所使用的透析液的样品。为此，存在使用激发光来照射在单元6中存在的透析液的样品的光源7。光源7优选地发射至少一个第一波长，优选地在紫外线范围(即在180nm至400nm范围内)的光的波长。在图1所示的具体实施方案中，光源7是紫外线范围的基于半导体的光源，具体地，在280nm波长处的AlInGaN发光二极管。然而，可以使用任意其他合适的光源。

通过照射在单元6上并且从光源7发射的光来照射在单元6中存在的透析液的样品。光的光子激发在透析液中存在的某些分子，使得可以在样品中诱导荧光的发射。借助于为分光计9形式的检测器来在与从光源7发射的光的光照方向垂直的方向上检测荧光的存在、波长和强度。可以使用不同于与光源7的光照方向共轴的任意其他方向来检测在单元6的透析液中所选定的分子中诱导的荧光。分光计的共轴布置通常会由于照射光而导致强畸变，但是使用过滤器、反射光栅或与波长有关的分束器以将从样品发射的所检测的光与照射光分开也是可以的。由于照射光的波长与所检测的光的波长彼此不同，所以本领域技术人员已知用于将不同的光束彼此分开的许多装置。

借助于分光计9来检测所发射的荧光的强度以及在优选实施方案中的一部分荧光光谱或整个荧光光谱。在替代方案中，当仅关心所选定的发射波长时，也可以存在过滤器或其他波长选择装置来替换分光计9，以在强度方面选择待分析的特定波长。

由于在优选实施方案中，检测波长不同于照射波长中的每一波长，通过借助于本领域已知的装置来简单地阻挡照射光进入检测器，可以容易地检测从样品发射的光。

将所发射光的强度数据和所检测光的强度数据传送至控制与分析单元11。在控制与分析单元11中，基于如下信息来确定在单元6中存在的样品中的至少一种分析物的存在和／或强度：与照射波长和照射强度以及由分光计9检测的所检测的荧光的强度和波长有关的信息。针对特定照射波长，每种荧光分子具有与其荧光光谱有关的特定指纹。

可以以不同方式来进行该确定，下面将进一步描述该方式之一。

此外，在图1所示的设备中，存在以与从光源7发射的照射光束同轴的方式定位的光检器8。在使单元6介于中间的情况下，该光检测器8位于光源7的对侧，并从而接收光源7的已经穿过单元6的照射光。换言之，光检测器8旨在检测如下光的光强度：该光已经透射通过单元6，并且从而已经被部分地吸收，并且因此由于单元6中存在的样品而衰减。也将由光检测器8接收的光强度传送至控制与分析单元11。

为了能够进行光源7与光检测器8的相互关系的校准以及分光计9的校准，存在可以借助于控制与分析单元11来控制的旁通阀10。通过打开旁通阀10，可以将新的透析液输送至单元6，使得单元6中仅存在新的透析液。一旦旁通阀10再次关闭，透析液就通过过滤器3进行循环，并且单元6再次接收所使用的透析液。

基于分光计9接收的荧光，控制与分析单元11可以确定透析液中的诸如人白蛋白的特定分析物的存在和／或浓度。这可以通过例如比较由分光计9测量的荧光光谱与可以存储在图1中的存储器12中的特定分子的荧光光谱(所谓的荧光指纹)来完成。通过比较所测量的荧光光谱与特定分子的指纹图谱，可以确定特定分析物的存在。

为了能够确定分析物的浓度，光谱的实际强度也是相关的。

即使在本优选实施方案的描述中，焦点是分析作为所检测光的荧光，也打算分析受激样品的其他形式的光发射，例如分析拉曼散射光，以确定所使用的透析液中的至少一种分析物的存在和／或浓度。该确定的原则与上面概述的关于荧光的分析的原则差不多。

在这方面，图3示出了当使用波长为280nm的光激发时不同浓度的人白蛋白的荧光光谱。在图3中测量了四种不同浓度的人白蛋白，即7mg／l、23mg／l、45mg／l以及98mg／l的浓度。根据图3立即明显的是：最大荧光峰值在约340nm处，但是强度根据相应的浓度而改变。

图4示出了在两个不同激发波长下(即在280nm和295nm下)人白蛋白在340nm处的荧光强度。

在图1的设备中打算在多于一个波长例如在两个不同的波长下激发单元(cell)6中存在的样品，以能够更精确地确定诸如人白蛋白的特定分子的存在，并且也能够确定在单元6中存在的透析液中的该分子的实际浓度。

当考虑透析机制时，也变得明显的是，在已经沿着半渗透膜3传递之后，在导管5中的透析液中将不仅存在白蛋白，而且在透析液中还将存在许多其他废物。废物之一为例如尿酸。

然而，尿酸具有在图5中示意性地示出的特定吸收光谱。图5取自“Photoelectric Spectrometry Group,伦敦；Institutfür Spektrochemie undAngewandte Spektroskopie,Dortmund(1968)：DMS UV Atlas of OrganicCompounds(有机化合物的DMS UV图集).5Volumes.Weinheim，伦敦：Verlag Ch emie；Butterworths”。

当考虑图5时，变得明显的是：尿酸的一个吸收峰值在约280nm处，其与图3所示的用于测量人白蛋白的荧光强度的激发波长相对应。因此，透析液中尿酸的浓度越高，照射光的吸收越高。当将激发波长设定在280nm处时，实际上施加至单元6中的一定体积的透析液的强度由于透析液中尿酸的存在而强烈地衰减。然而，尿酸不发射任何荧光。然而，为了能够基于由光源7发射的光强度来可靠地确定所发射的荧光的强度，必须确定实际衰减。

图2示出了对在单元6中存在的样品中激发光的吸收进行补偿的装置。可以通过测量单元6中的光强度来容易地确定光源7的强度。然而，因为在透析期期间尿酸在透析液中的浓度广泛地变化，所以需要补偿。

因此，可以基于朗伯比尔定律(Lambert-Beer law)来计算激发体积下光的强度，从而研究光通过其进行传播的材料中的光的吸收：

I(X)=I₀e^-αx

这里，I₀是照射在单元上的光的初始强度，I(x)是在光已经通过单元6传播距离x之后的强度，并且系数α是吸收强度的量度。

因此，在光穿过长度为L的整个单元6后，强度为：

I(L)=I₀e^-aL

因此，假设发射荧光的样品与进入单元的光相距距离I，则样品中的强度为：

I(l)=I_Oe^-αI

光检测器8持续测量强度I(L)，即已经传播通过整个单元6的光的强度。如果光源7的初始强度I₀保持不变，则可以确定系数α，使得可以在任何时间计算发射荧光的样品中的光强度I(I)。因此，所有的荧光光谱或荧光可以对在单元6中存在的透析液中的吸收进行补偿。换言之，因为已知样品中的照射光的强度I(I)，所以可以确定相应分析物的浓度。

在吸收测量的替代方案中或者除吸收测量以外，可以通过分析在单元6的样品中存在的水分子上的拉曼散射来确定由光源7发射的光的激发强度。为此，优选获得样品的拉曼光谱。在替代方案中，只要针对相应照射光测量拉曼散射光在水中的峰值的强度可能就足够了。换言之，如下是足够的：测量水针对相应照射光的拉曼峰值，以确定照射光在水中的衰减。

拉曼散射的强度与激发光的强度以及样品中水分子的密度基本上成比例。然而，样品中水分子的密度在透析液中基本不变。因此，通过获得也发射荧光的样品的拉曼光谱，能够确定样品中存在的激发强度。也可以使用分光计9来获得拉曼光谱。

所使用的分光计9可以是能够容易地自市场购买的传统分光计。这样的分光计通常包括：用于集中入射光的输入透镜，衍射光栅，以及用于检测光的(线性)电荷耦合(CCD)摄像机。

然而，实际透析液中的荧光光谱通常不由单一的荧光分子发射，而是通常包括重叠的至少两个光谱。这里必须考虑至少白蛋白和硫酸吲哚酚的分子。

然而，为了可靠地监测患者的治疗，期望知道所使用的透析液中多于一种分析物的存在和／或浓度。例如，医生关心所使用的透析液中是否存在人白蛋白和／或硫酸吲哚酚，并且如果存在这些分析物中的任意一种，则医生想要知道其浓度。

针对以下分析，假设借助于分光计9来实际测量在特定照射波长下激发之后从样品发射的荧光光谱。荧光光谱被表示为f(λ)，并且被认为是通过N种单一荧光团的不同荧光光谱的线性叠加来表示的：

$f\left(\mathrm{\λ}\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i{s}_i\left(\mathrm{\λ}\right)$

在该方程中，c_i是第i种荧光团的浓度，s_i(λ)是作为相应发射波长λ的函数的第i种荧光团的相应的荧光灵敏度。如果记录了M个不同波长λ_j下的光谱，则可以将以上方程给作具有N个未知量的M个方程的方程组：

因此，考虑已知矩阵元素s_i(λ_j)，可以根据所测量的光谱强度f(λ_j)计算出未知浓度c_i。矩阵元素s_i(λ_j)可以被认为表示相应分析物的“荧光指纹”。

可以对以上方程组进行求解，特别是进行数值求解。例如，以上方程组的最优解被认为是如下解：在将该解插入以上矩阵时，该解提供与实际测量的光谱具有最小方差(理论上)的叠加光谱。借助于该分析，通过分析所检测的荧光，并且具体地，通过分析所检测的荧光的相应光谱，能够确定透析液的组成。具体地，确定未知浓度c_i，并且因此，可以在相应分析物的浓度c_i方面确定所使用的透析液的组成。

在替代方案中，在照射光中使用多于一个照射波长。具体地，通过例如提供不同的照射光二极管，在该方法中使用P个不同的照射波长λ_irr。针对每个照射波长λ_irr，记录针对相应的发射波长λ的强度f(λ_irr，λ)。如此，再次假定以N种分析物的荧光光谱的线性叠加的形式给出针对一个照射波长所检测到的光谱f(λ_irr，λ)：

$f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}},\mathrm{\λ})=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i{s}_i({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}},\mathrm{\λ})$

c_i是第i种分析物的未知浓度，s_i(λ_irr，λ)是相应照射波长λ_irr下作为荧光波长λ之函数的第i种分析物的已知荧光灵敏度。

通过将相应的方程加入以上给出的线性方程组，显示为：

$\left(\begin{array}{c}f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_1)\\ f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_2)\\ .\\ .\\ .\\ f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_M)\\ f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_1)\\ f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_2)\\ .\\ .\\ .\\ f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_M)\\ .\\ .\\ .\\ f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irrP}},{\mathrm{\λ}}_1)\\ .\\ .\\ .\\ f({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irrP}},{\mathrm{\λ}}_M)\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cccc}{s}_1({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_1)& s_2({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_1)& ...& s_N({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_1)\\ s_1({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_2)& s_2({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_2)& ...& s_N({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_2)\\ .& .& & .\\ .& .& ...& .\\ .& .& & .\\ s_1({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_M)& s_2({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_M)& ...& s_N({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}1},{\mathrm{\λ}}_M)\\ s_1({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_1)& s_2({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_1)& ...& s_N({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_1)\\ s_1({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_2)& s_2({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_2)& ...& s_N({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_2)\\ .& .& & .\\ .& .& ...& .\\ .& .& & .\\ s_1({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_M)& s_2({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_M)& ...& s_N({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irr}2},{\mathrm{\λ}}_M)\\ .& .& & .\\ .& .& ...& .\\ .& .& & .\\ s_1({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irrP}},{\mathrm{\λ}}_1)& s_2({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irrP}},{\mathrm{\λ}}_1)& ...& s_N({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irrP}},{\mathrm{\λ}}_1)\\ .& .& & .\\ .& .& ...& .\\ .& .& & .\\ s_1({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irrP}},{\mathrm{\λ}}_M)& s_2({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irrP}},{\mathrm{\λ}}_M)& ...& s_N({\mathrm{\λ}}_{\mathrm{irrP}},{\mathrm{\λ}}_M)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{c}_1\\ c_2\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ .\\ c_N\end{array}\right)$

通过优选地以与以上所示相同的方式来对以上方程组进行求解，可以确定浓度c_i的解，并且因此，可以确定所使用的透析液中相应分析物的浓度。

在另一些优选的实施方案中，借助于分光计9以时间分辨方式来测量荧光光谱。为了完成该测量，优选以非连续方式例如以脉冲方式来提供从光源7发射的激发光。例如，可以使用脉冲激光器来探测样品。借助于所提供的时间分辨的荧光光谱，可以从样品中获得某些分析物的存在和／或浓度方面的进一步的信息。

为了将透析液中的若干荧光团分开，除如上概述的荧光光谱的数值分析以外，还能够使用将样品分成不同级分的技术。该级分可以通过例如蛋白质的超滤来完成，所述蛋白质由于他们的高质量数而与诸如硫酸吲哚酚的较低质量的物质分开。为了实现该过滤，使待被分析的透析溶液通过具有合适孔隙大小的过滤器。然后，通过使用至少第一波长的光来照射滤出液和/或浓缩物并且检测由相应级分发射的荧光，可以分析该滤液和/或浓缩物。

针对样品中透析液的分析，打算通过如下方式来进行分析：在透析设备的单独支流中；或者通过将该透析液存储在其中对其进行处理的单独容积中，然后使其再次通过测量单元6。

图6示意性地示出了与所使用的透析液的主流分开的被设置成对所使用的透析液进行分析的设备的布局。为此，示出了较大部分所使用的透析液穿过的旁路管道13。因此，在已经穿过膜3后输出的所使用的透析液流中仅一部分流动通过单元6。

优选地，在单元6之前存在阀14，使得可以将样品从所使用的分析物的恒定流中分开。可以在足够长的时间段内对该分开流进行分析，使得在将其再次排出之前，还可以对该同一样品进行时间分辨的分析。借助于阀14，能够在阀14总是打开时单元6的恒定流模式或如下分开样品模式之间进行转换：在分开样品模式下，阀14仅打开以使部分所使用的透析液流进单元6中，然后，在对单元6中的相应样品进行分析时就关闭阀14。

也可以通过如下方式在单元6中或之前实现将样品分成不同级分：借助于电泳、色谱、过滤级联，通过使用特定吸收剂，或者通过借助于荧光活性标记来对特定物质或特定分子进行标记。以附图标记15示意性地示出了在单元6中对样品进行分析之前对样品进行相应处理的相应装置。

在另一些优选的实施方案中，可以测量样品至少两次，其中，在对样品进行物理处理和／或化学处理之后进行第二次测量。可以通过如下方式来进行实际处理：加热，添加和／或去除诸如酸、化学碱或盐的试剂，或者任何其他合适的处理。然后，在考虑至少两次测量(即处理之前的测量和处理之后的测量)之间差异的情况下，确定特定分析物的存在和／或浓度。两个荧光光谱之差异的结合以及荧光光谱本身可以提供与透析液中的相应分析物或者不同分析物的组成有关的其他信息。

在图6中在附图标记16和17处示意性地示出了用于处理样品的相应装置，所述附图标记16可以是用于将化学物质添加至样品中的试剂计量器，所述附图标记17是诸如加热器的用于进行物理处理的装置。

关于光源7，在优选实施方案中，还考虑到使用用于激发透析液的偏振光，尤其是左旋圆偏振光和/或右旋圆偏振光。

Claims (16)

1.一种用于监测患者的治疗，优选地用于监测血液透析、血液透滤和/或腹膜透析的方法，所述方法包括如下步骤：

-使用至少第一照射波长的照射光来照射在所述治疗中使用的透析液的样品；

-以至少第一检测波长来检测由所照射的样品发射的光，所述检测波长与所述第一照射波长不同；以及

-基于所检测的光来确定所述样品中至少一种分析物的存在和／或浓度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所检测的光包括荧光，并且基于所检测的荧光来确定所述样品中所述至少一种分析物的存在和／或浓度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，基于至少第一检测波长和第二检测波长的所检测的光来确定所述样品中所述分析物的存在和／或浓度，所述第一检测波长和所述第二检测波长彼此不同，和／或

其中，基于所述样品的所检测光的光谱来确定所述样品中所述分析物的存在和/或浓度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述照射光为紫外光，优选波长为180nm至400nm的光，更优选波长为250nm至300nm的光，最优选波长为280nm和／或295nm的光，和/或

其中，使用至少两个分开的不同波长的照射光，优选波长为280nm和295nm的照射光，来照射所述样品。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定所述样品中所述照射光的强度，并且根据所述照射光的强度来对确定所述样品中所述分析物的存在和/或浓度进行补偿，

其中，优选地，测量所述样品中所述照射光的吸收，并且根据所测量的吸收来确定所述照射光的强度，其中，优选地，借助于用于检测透射通过所述样品的照射光的光检测器来测量所述样品中的吸收，和/或，其中，获得所述样品的拉曼散射光，并且基于所获得的拉曼散射光来确定所述样品中所述照射光的强度，和／或，其中，优选地，获得所述样品的拉曼光谱和/或所述拉曼散射光在水拉曼峰值处的强度。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，以时间分辨方式对所检测光进行检测，优选地，其中所述照射光被脉冲化。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用偏振照射光，优选使用左旋圆偏振照射光和/或右旋圆偏振照射光，来照射所述样品。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对由所述样品发射的光检测至少两次，其中，在第一次检测与第二次检测之间，对所述样品进行物理处理和／或化学处理，并且在考虑所述第一次检测与所述第二次检测之间差异的情况下，确定所述分析物的存在和／或浓度，其中，优选通过如下方式来处理所述样品：加热，添加和/或去除试剂，和/或添加和/或去除酸、化学碱和/或盐。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述样品与透析液流分离开，以进行所述分析物的存在和/或浓度的确定，或者

其中，对所述透析液流连续进行所述分析物的存在和/或浓度的确定。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在使用所述照射光照射所述样品之前将所述样品分成不同的级分，优选借助于超滤、电泳、色谱、添加吸收剂和／或添加荧光标记物进行，并且使用所述照射光来照射所述样品的至少一个所述级分。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于所检测的光来确定至少两种不同分析物的存在和/或浓度，

其中，优选地，在以特定照射波长进行激发之后，通过分析以N种分析物的光谱的线性叠加的形式给出的所检测的光f(λ)来分析所检测的光，以分析所述至少N种不同分析物的存在：

$f\left(\mathrm{\λ}\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i{s}_i\left(\mathrm{\λ}\right)$

c_i是第i种分析物的未知浓度，s_i(λ)是作为相应发射波长λ的函数的所述第i种分析物的已知灵敏度，其中，优选地解该方程通过以下方式来求出未知浓度c_i：确定在M个不同波长λ_j下的光谱，以具有N个未知量的M个方程的如下方程组的形式来考虑上述方程：

以及对其进行数值求解，

优选地，通过将如下解认为是上述方程组的最优解来进行数值求解：在将该解插入上述矩阵时，该解提供与实际测量的光谱具有最小方差的叠加光谱。

12.一种用于监测患者的治疗优选地用于监测血液透析、血液透滤和／或腹膜透析的设备，所述设备包含：

-光源(7)，所述光源(7)使用至少第一照射波长的照射光来照射在所述治疗中使用的透析液的样品；

-检测器(9)，所述检测器(9)以至少第一检测波长来检测由所照射的样品发射的光，所述检测波长与所述第一照射波长不同；以及

-控制与分析单元(11)，所述控制与分析单元(11)基于所检测的光来确定所述样品中至少一种分析物的存在和/或浓度。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述光源发射紫外线范围的照射光，优选波长为180nm至400nm的照射光，更优选波长为250nm至300nm的照射光，最优选波长为280nm和/或295nm的照射光，

其中，所述光源优选为AlInGaN二极管，和/或，

其中，所述光源被设置成提供至少两个分开的不同波长的照射光，所述至少两个分开的不同波长优选地为280nm和295nm。

14.根据权利要求12或13所述的设备，其中，提供用于确定所述样品中的所述照射光强度的装置，其中，所述装置优选地包含用于确定在所述透析液的样品中所述照射光之吸收的光检测器(8)，和／或包含用于获得至少特定波长处的拉曼光谱和/或拉曼散射光之强度的装置。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的设备，其中，存在用于对所述样品进行物理处理和/或化学处理的装置(16，17)，所述装置(16，17)优选地通过加热、通过添加和/或去除试剂和/或通过添加和/或去除酸、化学碱和/或盐来处理所述样品，和/或

其中，给出用于将所述样品分成不同级分的装置(15)，所述装置(15)优选地为超滤、电泳和/或色谱仪器、和/或用于添加吸收剂和/或荧光标记物的装置。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的设备，其中，所述控制与分析单元(11)被设置成基于所检测的光来确定至少两种不同分析物的存在和/或浓度，

其中，优选地，所述控制与分析单元(11)被设置成：在以特定照射波长进行激发之后，通过分析假定以N种分析物的光谱的线性叠加的形式给出的所检测的光f(λ)来分析所检测的光，以分析所述至少N种不同分析物的存在：

$f\left(\mathrm{\λ}\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i{s}_i\left(\mathrm{\λ}\right)$

c_i是第i种分析物的未知浓度，s_i(λ)是作为相应发射波长λ之函数的所述第i种分析物的已知灵敏度，其中，所述控制与分析单元(11)优选地设置为通过以下方式来解该方程求出未知浓度c_i：确定在M个不同波长λ_j下的光谱；以具有N个未知量的M个方程的如下方程组的形式来考虑上述方程：

以及对其进行数值求解，优选通过将如下解认为是上述方程组的最优解来进行数值求解：在将该解插入上述矩阵时，该解提供与实际测量的光谱具有最小方差的叠加光谱。

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