CN110494749A - 盐或血液或两者混合物中的气泡的光学检测 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供了一种用于在透析(例如，血液透析)期间检测动脉血液流动路径中的瞬态气泡的系统和方法。该系统使用来自光学传感器的测量值来消除影响入射在动脉管线上的光的吸收度的共同因素的一种或多种影响。这些因素包括动脉管线内的介质的颜色、管线颜色、照射角度和光学检测器的温度。来自光学传感器的测量值的变化用于确定是否存在气泡。

Description

盐或血液或两者混合物中的气泡的光学检测

背景技术

肾衰竭或部分肾衰竭的患者通常在血液透析治疗中心或诊所接受血液透析治疗。健康的肾脏可以维持体内水和矿物质(例如钠、钾、氯、钙、磷、镁和硫酸盐)的内部平衡。肾脏还作为内分泌系统的一部分产生促红细胞生成素和其它激素。血液透析不能完全替代肾脏功能，部分原因是它不能纠正肾脏的内分泌功能。

在血液透析中，通过进入针(或导管)从患者身上取血，该进入针(或导管)从位于特定的可接受的进入位置(手臂、大腿、锁骨下等)的动脉中抽血。抽取的血液经由蠕动泵泵送通过体外管线，然后通过透析器从血液中去除不希望的毒素，例如血尿素、氮、钾和过量的水。当血液通过透析器时，血液在稻草状的管中流动，这些管充当未净化血液的半透膜通道。新鲜的透析液是化学药品和水的溶液，以与血流相反的方向流过透析器。当透析液流过透析器时，它围绕透析器中的稻草状的膜。新鲜的透析液收集通过扩散通过稻草状的管的多余杂质，并且由于跨膜的压降而通过超滤过程收集多余的水。用过的透析液经由输出管携带多余的液体和毒素排出透析器，从而净化流过透析器的血液。透析后的血液然后经由管线和针(或导管)从透析器流出，回到患者体内。有时，沿体外血流循环提供肝素滴注或泵，以防止在血液透析过程中凝结。在典型的数小时治疗期过程中，可以清除几升的多余液体。在美国，慢性患者通常每周在透析中心接受三次血液透析治疗(星期一、星期三、星期五的时间表或星期二、星期四、星期六的时间表)。

血液透析部分地由于循环血量的快速变化而对身体的流体平衡具有严重影响。当流体的去除速率比人体的血浆补充速率快时，血管内血容量减少。所导致的失衡与并发症有关，例如在透析治疗期间和之后，患者会出现低血压、意识丧失、头痛、呕吐、头晕和抽筋。在血液透析过程中(实时)连续定量测量与循环血量有关的参数，减少了透析引起的低血压的机会，并通过控制流体平衡和帮助患者达到适当的干重来优化透析治疗方案。

发明内容

本公开的一个实施例提供了一种用于通过使用产生不同波长的至少一个光发射器和至少一个光传感器来检测血液流动路径中的气泡的方法。所述方法包括：设定从所述至少一个光发射器发出的每种波长的光的初始强度；确定在所述至少一个光传感器处接收的光的强度，其中，在所述至少一个光传感器处接收的光横穿血液流动路径；使用从所述至少一个光发射器发出的每种波长的光的初始强度和在所述至少一个光传感器处接收的每种波长的光的强度，确定一个或多个归一化比率；和基于所确定的一个或多个归一化比率来确定在血液流动路径中是否存在气泡。

本公开的另一个实施例提供了一种用于检测血液流动路径中的气泡的系统。该系统包括：至少一个光发射器，其被配置为产生不同的波长；至少一个光传感器；和处理器，其被配置为：设定从所述至少一个光发射器发出的每种波长的光的初始强度；确定在所述至少一个光传感器处接收的光的强度，其中，在光传感器处接收的光横穿血液流动路径；使用从所述至少一个光发射器发出的每种波长的光的初始强度和在所述至少一个光传感器处接收的每种波长的光的强度，确定一个或多个归一化比率；和基于所确定的一个或多个归一化比率，确定在血液流动路径中是否存在气泡。

本公开的又一个实施例提供了一种具有处理器可执行指令的非暂时性计算机可读介质，用于通过使用产生不同波长的至少一个光发射器和至少一个光传感器来检测血液流动路径中的气泡。所述处理器可执行指令在被执行时促使以下各项的执行：设定从所述至少一个光发射器发出的每种波长的光的初始强度；确定在所述至少一个光传感器处接收的光的强度，其中，在所述至少一个光传感器处接收的光横穿血液流动路径；使用从所述至少一个光发射器发出的每种波长的光的初始强度和在所述至少一个光传感器处接收的每种波长的光的强度，确定一个或多个归一化比率；和基于所确定的一个或多个归一化比率来确定在血液流动路径中是否存在气泡。

附图说明

图1是典型的接受血液透析治疗的患者的透视图，非侵入性的光学血液监测器在血液通过血液透析系统中的体外管线时实时监测患者的血液；

图2示出了根据本公开的一些实施例的用于测量血液成分的示例性系统；

图2A示出了根据本公开的一些实施例的用于测量血液成分的另一示例性系统；

图3示出了根据本公开的一些实施例的检测气泡的过程；和

图4示出了示出吸收度特性和吸收度的比率的示例波形。

具体实施方式

在肾脏透析治疗期中，由于血液以高流率(300-500ml/min)流动而阻塞动脉血液通路管路可能导致极低的负压(<200mmHg)，而这会将导致血液的脱气。因此，气泡检测对于指示是否已经发生动脉阻塞很重要。光学检测气泡的一种方法是使用单一光强度波长。因此，在动脉管路上的光学气泡检测可以用于指示动脉阻塞事件并警告使用者。虽然光学气泡检测是理想的且可以用单一光强度波长实现，但是它受影响单一光波长吸收度的多个因素的影响。

单一光波长吸收度受介质或血液颜色的影响，该颜色根据血液中的血细胞比容浓度和氧合水平而显著变化。多个传感器中的各个传感器间的差异也会影响单一光波长。传感器包括单一波长源或发射器以及单一波长检测器。可以通过自归一化步骤来减小各个传感器间的差异，在该步骤中，传感器测量值相对于其测量值的基线进行了归一化。例如，空的管可与传感器一起使用，以在调整输入到传感器的光的同时表征传感器的特性。可以对每个源-检测器组合执行此自归一化或传感器校准，以确保感相应波长下的信号完整性和传感器响应。

同样在透析期间，包含血液并且通过其进行光学检测的一次性管会变色并随着时间的流逝失去其某些透明度，从而影响依赖于单一光波长吸收度的测量结果。影响单一光波长吸收度的其它因素包括透析过程中的瞬态效应。例如，当引入一定剂量的盐溶液并与血液混合时，血液被稀释，管中所含介质的颜色变浅。此外，当盐水输送结束并且血液返回到管线中并与管线中当前的盐水混合时，管线中包含的介质的颜色会变深。

通常在透析治疗期间临床上引入盐水输送，以便向患者输送药物，或者在患有血容量不足的患者的情况下，引入盐水以使患者快速恢复。影响光吸收的绝对强度的多种因素的这种可变性使得仅基于单一波长的光的强度水平的空气检测具有挑战性，并且难以适配各种因素。使用单一波长时，光学传感器通常会在单一波长的光大部分被吸收(或等效地减小的光的透射)时解译对血液的检测，从而导致低量程传感器输出。使用单一波长时，管线中存在的空气会产生散射，这也会降低透射率，但不及血液那么多，从而导致中量程传感器输出。使用单一波长时，管线中存在清澈的水或盐水会导致透射集中，而对单一波长光的吸收度很小，因此会导致高量程传感器输出。此时，可以使用单一波长光学传感器获取血液、空气和盐水的“典型”水平的传感器输出，以便在透析过程中确定管线的内容物。

本公开的实施例提供了一种通过消除影响光的吸收度的共模因素(例如介质颜色、管线颜色、照射角度或光学检测器的温度)的一个或多个影响来检测瞬态气泡的改进方法。在一个实施例中，该方法包括使用通过介质的两种光波长的吸收强度的归一化比率(R)。通过使用归一化比率R，消除了影响光强度的绝对度量的共同因素。只有不同地影响波长的因素才会导致归一化比率R的值和灵敏度发生变化。采用比率时，它们的影响会抵消。

图1是典型的患者正接受血液透析治疗的透视图，其中，非侵入性的光学血液监测器在血液通过血液透析系统中的体外管线时实时监测患者的血液。图1中所示的环境可与本公开的示例性实施例一起使用。此外，将理解的是，图1中所示的环境仅是示例性的，并且本文针对本公开的示例性实施例讨论的原理也可以在其它环境中实现。

图1示出了使用常规血液透析系统12以及非侵入性光学血液监测器14进行血液透析治疗的患者10。典型的血液透析诊所将具有几个血液透析系统12，用于按周一、周三、周五的时间表或周二、周四、周六的时间表治疗患者。尽管本发明不限于位于诊所的血液透析系统的数量或血液透析系统的具体类型，但是血液透析系统12的一般操作有助于理解本发明意欲操作的环境。

输入针或导管16插入患者10的例如在手臂中的通路部位，并连接到体外管线18，该体外管线通向蠕动泵20，然后通向透析器或血液过滤器22。透析器22从患者的血液中去除毒素和多余的流体。透析后的血液通过体外管线24和返回针或导管26从透析器22中返回。在世界的某些地方，体外血液流可另外接受肝素滴注以防止凝结。多余的流体和毒素由干净的透析液去除，该干净的透析液经由管28供应到透析器22，并经由管30去除以便处置。在美国，典型的血液透析治疗期大约需要3到5个小时。

在图1所示的示例性环境中，光学血液监测器14包括血液腔室32、光学血液传感器组件34和控制器35。血液腔室32优选地位于透析器22上游与体外管线18串联。来自蠕动泵20的血液通过管线18流入血液腔室32。优选的传感器组件34包括LED光电发射器，其发射多种光波长的光。血液腔室32包括透镜，使得传感器组件34的发射器和检测器可以观察流过血液腔室32的血液，并确定在血液中是否检测到了瞬态气泡。

在另一示例性环境中，光学血液监测器包括光学血液传感器组件和控制器，不包括血液腔室。光学血液传感器组件卡在透析器上游的体外管线上。血液传感器组件包括LED光电发射器，其发射多种光波长的光，包括红光、红外光、紫外光、蓝光、绿光和/或光谱中的任何波长。发射的光从LED光电发射器通过体外管线到达也包括在光学血液传感器组件中的光检测器(例如，光电二极管)。

图2示出了根据本公开的一些实施例的可以用于使用光学血液传感器组件来测量血液成分的示例性系统200。LED电流驱动器202产生多个电流以驱动LED阵列204。LED阵列204包含LED1至LEDN。LED阵列204中的每个LED以不同的波长操作，并且LED电流驱动器202被配置为提供功率以启动或关闭LED阵列204中的每个LED。

图2示出了处理器216控制LED电流驱动器202，因此在一些实施例中，处理器216可以确定在测量期间的特定时间应该启动哪些LED。来自LED阵列204的光入射到血液容器208上，穿过血液流动路径206，并且在可以是光电二极管的光传感器210(或“光电检测器”)处被检测。血液容器208可以是例如与体外管线18串联的血液腔室32，或者可以是例如体外管线18本身。光传感器210可以是对LED阵列204发射的波长敏感的一个或多个光传感器。光传感器210收集并集合检测到的LED光并产生电流。然后，电流被接收器212放大和滤波。接收器212也可以将放大和滤波后的电流从模拟信号转换为数字信号，将数字信号提供给处理器216以进行进一步分析。

处理器216被设计成与其它电子部件连接，从而允许向和从光学血液传感器组件进行信号的输入和输出通信。例如，除了包括血液路径206的血液容器208之外，系统200中的每个其它部件可以是光学血液传感器组件、例如如图1所示的光学血液传感器组件34的一部分。使用图1中的实施例，光学血液传感器组件34可与控制器35通信，以显示系统输出和/或接收命令信号或校准信号。

在一些实施例中，处理器216基于从接收器212接收的数字信号执行计算和分析，并确定在血液流动路径206中是否存在气泡。在其它实施例中，处理器216可以使用输入/输出通信信道将从接收器212接收到的数字信号提供给器外部计算装置，以便外部计算装置/例如控制器35确定在血液流动路径206中是否存在气泡。处理器216可以是微处理器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、专用集成电路(ASIC)等。

图2A示出了根据本公开的一些实施例的可用于使用光学血液传感器组件来测量血液成分的另一示例性系统201。系统201包括处理器217、LED电流驱动器203、多波长LED205、血液流动路径207、管线209、宽带光传感器211和接收器/信号处理器213。多波长LED205可以产生多于一种的波长，并且宽带光传感器211对多波长LED 205产生的多于一种的波长敏感。接收器/信号处理器213被配置为从光传感器211获取电流，并将由宽带光传感器211感测到的不同波长的电流贡献的量值分离。接收器/信号处理器213可以使用数字和/或模拟信号处理将来自不同波长的电流贡献分离。然后，接收器/信号处理器213将分离的电流贡献提供给处理器217。

图2和图2A中示出的示例性系统可以用于通过连续监测血液流动路径来检测气泡。贝尔-朗伯(Beer-Lambert)定律定义了吸收剂在溶液中的浓度c_i，在已知路径长度d_λ、入射光的强度I_0，λ以及特定波长λ下的消光系数ε_i，λ的情况下，该浓度c_i可由透过溶液的光的强度确定。作为通用形式，比尔-朗伯定律表示为等式(1)：

其中其中μ_a，λ为假设溶液中的光子散射可以忽略不计，则表示单位长度吸收概率的体吸收系数。

在一个示例性实施例中，将称为I_A的检测到的第一光波长的强度的吸收度除以称为I_B的检测到的第二光波长的强度的吸收度，从而产生R＝I_A/I_B的比率，该比率表示波长A下的贝尔-朗伯光强度与波长B下的贝尔-朗伯光强度的归一化比率R。请注意，I_A和I_B代表检测到的吸收度参数。检测到的吸收度定义为比尔-朗伯定律所定义的介质或溶液中吸收剂吸收的光强度。可以经由源-检测器测量系统通过从在源处提供的光强度减去在检测器处接收到的光强度来获得检测到的吸收度。例如，在图2中，LED阵列204中的LED 1发射强度为I_emit,810nm的810nm波长的光，该光穿过血液流动路径206并入射到光传感器210中的一个光传感器上。处理器216确定光强度为I_detect,810nm。检测的吸收度I_810nm确定为I_emit，810nm-I_{detect，810nm}。

比率R＝I_A/I_B归一化了影响多种光波长的吸收度强度的所有共同分量。因此，比率R的灵敏度将受到明显单独地影响光波长的实际因素而不是影响所有波长强度的共同因素的限制。这种归一化方法有效地限制了检测比率对瞬态因素(例如气泡的存在)的敏感性。

在透析期间，管线(例如，体外管线18)中的介质的颜色将自身作为持续值呈现给缓慢变化的吸收度变量。例如，当介质从血液变为盐溶液然后再变回到血液时，介质的颜色将呈现出逐渐、缓慢变化的瞬态特性，中间介质是盐水和血液的混合物。但是，当存在气泡时，测得的介质吸收度会发生快速变化。因此，在一些实施例中，血液流动路径206中的所测量的吸收度的变化可以用于检测气泡的存在。因此，本公开的实施例提供了避免由于血液和盐水的相应浓度的缓慢变化的过渡所引起的介质(血液或盐水或它们的混合物)的颜色的逐渐变化而引起的错误警报的能力。由于与气泡的存在相比，血液管线颜色变化也是缓慢变化的，因此也消除了这些血液管线颜色变化。因此，该系统对于用于动脉阻塞指示的气泡检测更加鲁棒和可靠。

由于介质成分的瞬态性质，可以为图1、图2和图2A的测量系统限定采样速率。例如，光学传感器组件34可以以从100Hz到1000Hz的采样速率进行测量。采样速率应足够快，以在流动的流体条件下实现快速通过的瞬态气泡事件。

在一个示例性实施例中，光学传感器组件34包括发射红光波长的光的LED、发射红外波长的光的LED、对红光波长敏感的光传感器以及对红外波长敏感的光传感器。由于光传感器对特定的波长范围敏感，因此同时操作用于红光波长和红外波长的LED光传感器对以获得测量值。即，两个LED同时启动，并且两个光传感器可同时接收信号，以获得红光波长和红外波长的同时测量结果。然后可以基于测量结果确定归一化比率。

图3示出了根据本公开的一些实施例的检测气泡的示例性过程300。可以例如在图1所示的环境中使用光学传感器组件34来执行过程300。在图1的配置中，光学传感器组件34中的光源被启动。在步骤302，确定从光发射器发出的光强度。使用图2中的图示，光发射器或光源是LED阵列204。LED阵列204中的LED的光强度与流过LED的电流成正比。处理器216控制向LED阵列204提供电流的LED电流驱动器202，从而控制LED阵列204中的LED的光强度。因此，在步骤302，处理器216知道通过LED电流驱动器202提供给LED的电流(对应于LED的输出强度)。例如，如果在LED阵列204中有两个LED并且第一LED以红光波长操作、第二LED以红外波长操作，则处理器216确定提供给第一LED的电流(i_emit,A)和提供给第二LED的电流(i_emit,B)。

在步骤304，确定在光传感器处检测到的光强度。光传感器可以产生与入射在光传感器上的光的强度成比例的电流。例如，根据图2，提供了两个光传感器：第一光传感器(对红光波长的光敏感)和第二光传感器(对红外波长的光敏感)。在从第一LED和第二LED中的每一个发出的光行进通过血液流动路径206之后，每种波长的光的强度被改变。在第一光传感器和第二光传感器处接收的光使与光强度成比例的电流在每个相应的光传感器处产生。注意，第一光传感器对红光波长敏感，并且将生成仅与接收到的红光波长成比例的电流，第二光传感器对红外波长敏感，并将生成与所接收的红外波长成比例的电流。接收器212然后处理由每个光传感器相应产生的每个电流。接收器212可以具有多个通道，以从多个检测不同波长的光的光传感器接收多个电流。处理器216从接收器212接收在第一光传感器处检测到的电流的值(i_detect,A)和在第二光传感器处检测到的电流的值(i_detect,B)。

在步骤306，从血液流动路径206中吸收的光强度确定一个或多个归一化比率。即，归一化比率使用在步骤302获得的发射光强度和在步骤304测量的接收光强度来确定。例如，根据图2，处理器216使用i_emit，A、i_emit，B、i_detect，A和i_detect，B确定归一化比率R。确定归一化比率R涉及首先从i_emit,A减去i_detect,A、从i_emit,B减去i_detect,B，以相应地获得电流差i_A和i_B。电流差i_A和i_B分别与在血液流动路径206中吸收的红光波长和红外波长的光强度成比例。然后，归一化比率R等于i_A/i_B。

在步骤308，处理器216或测量系统、例如控制器35确定是否检测到气泡。步骤308涉及比较归一化比率R的历史值以确定归一化比率R的变化。例如，在先前时间执行步骤302、304和306，并且归一化比率R_prev存储在测量系统可访问的非暂时性计算机可读介质中。然后，测量系统确定归一化比率R和R_prev(分别在当前时间段和在先时间段的归一化比率)的变化。如果从前一时间段到下一时间段的变化达到或超过预定阈值，则测量系统确定检测到气泡。然后系统可以响应于检测到气泡而在步骤312采取适当的操作，例如产生警报或停止泵送操作。该警报可以包括例如在控制器35处产生的听觉警报、在控制器35或某些其它测量系统处显示的视觉警报(诸如消息或图形)，或其它形式的听觉、视觉、数据记录和/或或触觉通知。附加地或替代地，测量系统可以自动停止泵、例如与将血液从患者10泵送通过透析器22相关的蠕动泵20。

如果从前一时间段到下一时间段的变化低于预定阈值，则测量系统通过执行步骤302、304和306在步骤310继续监视归一化比率，以获得新的归一化比率以在步骤308进行比较。

在步骤308处检测到气泡可指示血液脱气、即血液处于极端负压下。负压表示血液流动路径中存在阻塞或塌陷，在这些情况下继续泵送会产生更严重的负压，并可能导致进一步的并发症。因此，在某些情况下，当检测到气泡时停止泵是有利的。

例如，如果动脉壁塌陷导致气泡，则停止泵给予护理者时间以使动脉壁膨胀，然后以较慢的流率恢复操作。在某些情况下，护理人员可能会逐渐将流率从较慢的流率增加或加大到较高的流率。不同的患者有不同的动脉顺应性，尝试从塌陷的动脉中抽血不会导致血液被抽出。因此，本公开的实施例提供了一种系统，该系统检测动脉壁何时塌陷并向护理人员发出警报，从而他们可以减小蠕动泵20的流率以匹配患者的动脉顺应性。

在另一个示例中，如果将针抵靠在动脉壁上引起气泡，则停止泵可使护理人员有机会调节针并重新开始从患者身上抽血。靠在动脉壁上的针会阻塞血液流动路径，从而产生负压，而负压可能导致气泡的产生。

在又一个示例中，如果管线中的扭结引起气泡，则停止泵使护理人员有机会调节管线并重新开始从患者身上抽血。

过程300涉及监视归一化比率R随时间的变化速率。这可以使用预定的采样速率实现，例如，在100Hz和1000Hz之间的采样速率。因此，在特定时间确定归一化比率R，并且接收器212可以以指定的采样速率对在光传感器处产生的电流进行采样。在该配置中，在测量期间不需要启动和关闭LED阵列204的操作。

在另一个实施例中，可以使用多于两种的波长。例如，如果引入了第三波长，则系统可以在三种波长上获得进一步的比率，包括：R₁＝I_A/I_B、R₂＝I_A/I_C、R₃＝I_B/I_C。当使用多于两种的比率时，介质吸收度(例如血液的吸收度)将是多个比率的函数。例如，在具有三个比率R₁、R₂和R₃的实施例中，介质吸收度可以写为f(R₁、R₂、R₃)。线性回归方法可用于定义函数f的特征。

在使用三种波长的情况下，吸收度I_A、I_B、I_C可以提供三个比率I_A/I_B、I_A/I_C或I_B/I_C。使用三种波长检测气泡的过程与用于两种波长的检测过程相似，不同之处在于可以进行更多的比较排列。具有多于两种的波长的潜在优势包括：(1)不同比率的结果可能会揭示其它信息，或者(2)一个比率的结果可用于确认另一比率的结果。而且，使用多于两种的波长并获得多于一个的比率可提供判定混淆或混合结果的能力。例如，在使用三种波长的情况下，如果R₁的历史值表明存在气泡，而R₂和R₃的历史值表明不存在气泡，则测量系统可能不会生成警报，因为三分之二的比率表示没有气泡。因此，使用多于两种的波长可以产生更鲁棒的真实结果。

图4示出了示出吸收度特性和吸收度的比率的示例波形。比较示出了由红外传感器检测到的吸收度与由红色波长传感器检测到的吸收度，并且通过将由红外传感器检测到的吸收度除以由红色波长传感器检测到的吸收度来获得吸收度的比率。图4中所示的吸收度特性是由于管线中所包含的介质的变化而以不同的瞬态监视管线时可以获得的样本测量值。如图4所示，随着介质的变化，吸收度特性也随之变化，因此红色波长传感器和红外传感器具有相似的形状，但具有不同的幅度。不同的幅度表明，一种波长比另一波长被介质和管线特性吸收得更多。

当观察吸收度的比率时，消除了共模效应。与用于确定比率的每种吸收度特征相比，吸收度的比率大部分是平坦且不变的。当查看比率时，可有效消除管线内的介质颜色的影响或管线的颜色缓慢变化的影响。因此，与每个吸收度特性相比，该比率变化不大。

如图4所示，比率的变化速率可以用于检测快速瞬态。快速瞬态表明存在气泡。通过获取吸收度的比率，可以将缓慢变化的影响减弱，但是可以捕捉到快速瞬态，并且可以轻松地区分它们。因此，如在图4中可以看到的那样，当随时间观察吸收度的比率时，可以清楚地看到与气泡的存在相对应的快速瞬态。

本文引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利均以引用的方式并入本文，其程度如同每个参考文献被单独地且具体地指示以引用方式并入本文并在此全文进行阐述一样。

在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)，术语“一”和“一个”、“该”和“至少一个”以及类似指代的使用将被解释为涵盖单数和复数形式，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。术语“至少一个”之后是一个或多个项目的列表(例如，“A和B中的至少一个”)的使用应理解为是指从所列项目(A或B)中选择的一个项目或所列项目(A和B)中两个或多个的任意组合，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。除非另有说明，否则术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”应解释为开放式术语(即，意思是“包括但不限于”)。除非在此另外指出，否则本文中数值范围的列举仅旨在用作分别指代落入该范围内的每个单独值的简写方法，并且每个单独值都被并入说明书中，就如同其在本文中被单独叙述一样。除非本文另外指出或与上下文明显矛盾，否则本文描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行。除非另外要求，否则本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明本发明，并且不对本发明的范围构成限制。说明书中的任何语言都不应解释为指示任何未要求保护的元件对于实施本发明必不可少。

本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的用于实施本发明的最佳方式。在阅读前述说明之后，那些优选实施例的变型对于本领域普通技术人员而言将变得显见。发明人期望熟练的技术人员适当地采用这样的变型，并且发明人希望以不同于本文具体描述的方式来实践本发明。因此，本发明包括适用法律所允许的所附权利要求中记载的主题的所有修改和等同替换。而且，除非本文另外指出或与上下文明显矛盾，否则本发明涵盖上述元件在其所有可能的变化中的任何组合。

Claims (20)

1.一种用于通过使用产生不同波长的至少一个光发射器和至少一个光传感器来检测血液流动路径中的气泡的方法，所述方法包括：

设定从所述至少一个光发射器发出的每种波长的光的初始强度；

确定在所述至少一个光传感器处接收的光的强度，其中，在所述至少一个光传感器处接收的光横穿血液流动路径；

使用从所述至少一个光发射器发出的每种波长的光的初始强度和在所述至少一个光传感器处接收的每种波长的光的强度，确定一个或多个归一化比率；和

基于所确定的一个或多个归一化比率来确定在血液流动路径中是否存在气泡。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：

响应于确定在血液流动路径中存在气泡而产生警报和/或停止泵送操作。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个光发射器包括至少一个发光二极管(LED)，所述至少一个光传感器包括至少一个光电二极管。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，设定从所述至少一个光发射器发出的光的初始强度包括：

向所述至少一个LED提供处于至少一种预定电流水平下的至少一种电流。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，确定在所述至少一个光传感器处接收的光的强度包括：

从所述至少一个光电二极管接收至少一个电流，每个电流与由相应的光电二极管感测到的光强度成比例。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，确定所述一个或多个归一化比率包括：

对于每种波长，获得血液流动路径中的光强度的吸收度，其中，所述吸收度是从相应的LED发出的光的初始强度与在相应的光电二极管处接收的光强度之间的差；和

通过将一种波长的吸收度除以另一波长的吸收度得到归一化比率。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：

LED产生两种波长，所述两种波长是红光波长和红外波长；和

通过将红光波长的吸收度除以红外波长的吸收度得到归一化比率。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，用于确定在所述血液流动路径中是否存在气泡的采样速率在100Hz至1000Hz的范围内。

9.一种用于检测血液流动路径中的气泡的系统，所述系统包括：

至少一个光发射器，其被配置为产生不同的波长；

至少一个光传感器；和

处理器，其被配置为：

设定从所述至少一个光发射器发出的每种波长的光的初始强度；

确定在所述至少一个光传感器处接收的光的强度，其中，在光传感器处接收的光横穿血液流动路径；

使用从所述至少一个光发射器发出的每种波长的光的初始强度和在所述至少一个光传感器处接收的每种波长的光的强度，确定一个或多个归一化比率；和

基于所确定的一个或多个归一化比率，确定在血液流动路径中是否存在气泡。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述处理器还被配置为：

响应于确定在血液流动路径中存在气泡而产生警报和/或停止泵送操作。

11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述至少一个光发射器包括至少一个发光二极管(LED)，所述至少一个光传感器包括至少一个光电二极管。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述系统还包括：

至少一个LED驱动器，其被配置为向所述至少一个LED提供处于至少一种预定电流水平下的电流。

13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述处理器还被配置为基于由所述至少一个光电二极管产生的至少一个电流来确定在所述至少一个光传感器处接收的光的强度，每个电流与由相应的光电二极管感测到的光强度成比例。

14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述处理器还被配置为：

对于每种波长，获得血液流动路径中的光强度的吸收度，其中，所述吸收度是从相应的LED发出的光的初始强度与在相应的光电二极管处接收的光强度之间的差；和

通过将一种波长的吸收度除以另一波长的吸收度得到归一化比率。

15.根据权利要求14所述的系统，其中：

所述至少一个LED产生两种波长，所述两种波长是红光波长和红外波长；和

通过将红光波长的吸收度除以红外波长的吸收度得到归一化比率。

16.根据权利要求9所述的方法，其中，用于确定在所述血液流动路径中是否存在气泡的采样速率在100Hz至1000Hz的范围内。

17.一种具有处理器可执行指令的非暂时性计算机可读介质，用于通过使用产生不同波长的至少一个光发射器和至少一个光传感器来检测血液流动路径中的气泡，所述处理器可执行指令在被执行时促使以下各项的执行：

设定从所述至少一个光发射器发出的每种波长的光的初始强度；

确定在所述至少一个光传感器处接收的光的强度，其中，在所述至少一个光传感器处接收的光横穿血液流动路径；

使用从所述至少一个光发射器发出的每种波长的光的初始强度和在所述至少一个光传感器处接收的每种波长的光的强度，确定一个或多个归一化比率；和

基于所确定的一个或多个归一化比率来确定在血液流动路径中是否存在气泡。

18.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述处理器可执行指令在被执行时进一步促使：

响应于确定在血液流动路径中存在气泡而产生警报和/或停止泵送操作。

19.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述至少一个光发射器包括至少一个发光二极管(LED)，所述至少一个光传感器包括至少一个光电二极管。

20.根据权利要求19所述的非暂时性计算机可读介质，其中，确定所述一个或多个归一化比率包括：

对于每种波长，获得血液流动路径中的光强度的吸收度，其中，所述吸收度是从相应的LED发出的光的初始强度与在相应的光电二极管处接收的光强度之间的差；和

通过将一种波长的吸收度除以另一波长的吸收度得到归一化比率。