DE3828618A1 - Verfahren und einrichtung zur ueberwachung von blutbestandteilen - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur ueberwachung von blutbestandteilenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Überwachung der Komponenten von
in einem Strömungsweg fließendem Blut, beispielsweise von
durch eine Ausgangsleitung einer kontinuierlich arbeitenden
Bluttrenneinrichtung fließendem Blut.
In kontinuierlich arbeitenden Bluttrenneinrichtungen wird
das Gesamtblut in verschiedene Bestandteile getrennt, bei
spielsweise rote Blutzellen, Plasma und Blutplättchen. Bei
einer solchen Einrichtunsg ist es wünschenswert zu wissen,
ob eine Art der Komponenten (z. B. rote Zellen) in eine Aus
gangsleitung für eine andere Komponente (z. B. Blutplättchen)
übertritt.
Bei einem Vorgang zum Sammeln von Blutplättchen werden die
Blutplättchen in einem Beutel gesammelt und die roten Blut
zellen und das Plasma zu dem Patienten zurückgeführt. Die
Beutel mit den Blutplättchen können beispielsweise bis zu
5 Tagen vor der Verwendung gelagert werden. In der US-PS
46 57 383 (Bellhouse) und der US-PS 45 22 494 (Bonner) wird
die Analysierung der Volumen von in Beuteln gelagerten ge
sammelten Blutplättchen wegen der Lebensfähigkeit der Blut
plättchen beschrieben, indem das durch Proben, die noch in
den Beuteln befindlich sind und zum Hin- und Herfließen ver
anlaßt werden, hindurchtretende Licht gemessen wird, wobei
ein Meßparameter die Konzentration der Blutplättchen in den
Beuteln ist.
Die US-PS 41 32 349 (Khoja et al.) beschreibt die Über
wachung der optischen Dichte von Licht, das durch eine Ab
flußleitung für weiße Blutzellen tritt, und die Verwendung
der optischen Dichte zur Steuerung der Abflußpumpenmotoren.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung erfolgt die Überwachung
des Zustandes der Komponenten von durch einen transparenten
Kanal fließenden Blut, indem Licht längs einer Achse durch
den Kanal geschickt wird, das längs der Achse durch den
Kanal hindurchtretende Licht mit einem zentralen Detektor
detektiert, das von der Achse gestreute Licht mit einem
ringförmigen Detektor detektiert wird und die Konzentration
der Komponenten auf der Basis sowohl des transmittierten
Lichtes als auch des gestreuten Lichtes (z. B. aus dem Ver
hältnis beider) oder aus jeder Messung allein bestimmt wird,
wobei eine die gewünschte Genauigkeit liefernde Messung in
Abhängigkeit von den Bedingungen der Proben verwendet wird.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen
wird das von dem zentralen Detektor detektierte Licht dazu verwendet, die Konzentration in einem Bereich niedriger Kon zentration zu messen, und das von dem ringförmigen Detektor detektierte Licht dazu verwendet, die Konzentration in einen höheren Bereich zu messen, wodurch eine Messung der Konzen tration über einen größeren Konzentrationsbereich erlaubt wird als durch jede Messung allein;
wird der zentrale Detektor verwendet, um Konzentrationen zu bestimmen unterhalb eines Krümmungspunktes der Funktion der Beleuchtungsdichte in Abhängigkeit von der Konzentration für durch den ringförmigen Detektor detektiertes Licht und der ringförmige Detektor wird für Konzentrationen oberhalb der zweifachen Konzentration beim Krümmungspunkt verwendet;
werden zur Vergrößerung des Bereichs zwei verschiedene Licht quellen mit verschiedenen Empfindlichkeiten in verschiedenen Bereichen verwendet;
wird zur Messung des Lichts ein Photodetektor verwendet und mit normalisierten Beleuchtungsdichtewerten gearbeitet; und
ist der Kanal Bestandteil einer Strömungsleitung in einem Einweg-Schlauchsatz der Blutzentrifuge.
wird das von dem zentralen Detektor detektierte Licht dazu verwendet, die Konzentration in einem Bereich niedriger Kon zentration zu messen, und das von dem ringförmigen Detektor detektierte Licht dazu verwendet, die Konzentration in einen höheren Bereich zu messen, wodurch eine Messung der Konzen tration über einen größeren Konzentrationsbereich erlaubt wird als durch jede Messung allein;
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werden zur Vergrößerung des Bereichs zwei verschiedene Licht quellen mit verschiedenen Empfindlichkeiten in verschiedenen Bereichen verwendet;
wird zur Messung des Lichts ein Photodetektor verwendet und mit normalisierten Beleuchtungsdichtewerten gearbeitet; und
ist der Kanal Bestandteil einer Strömungsleitung in einem Einweg-Schlauchsatz der Blutzentrifuge.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein entfern
barer transparenter Kanal mit einer darauf angebrachten
permanenten Lichtquelle und einem Photodetektor verwendet,
um einen Zwischenraum zur Aufnahme des Kanals zu schaffen
und eine bewegliche Abdeckung, welche dicht abschließend
über den Kanal paßt, um das Umgebungslicht abzuhalten.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen
ist die Abdeckung längs einer Achse parallel zur Achse durch die Lichtquelle und den Photodetektor verschiebbar ange bracht;
enthält die Abdeckung Nuten zur Aufnahme von Abschnitten des Kanals für die genaue Positionierung des Kanals;
ist die Abdeckung durch Federwirkung in die geschlossene Stellung vorgespannt;
hat der Kanal ebene Wände senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichtes;
ist die Strömungsfläche durch den Kanal ungefähr gleich der durch die zu ihm führenden Schläuche und gibt es einen sanf ten Übergang zwischen beiden.
ist die Abdeckung längs einer Achse parallel zur Achse durch die Lichtquelle und den Photodetektor verschiebbar ange bracht;
enthält die Abdeckung Nuten zur Aufnahme von Abschnitten des Kanals für die genaue Positionierung des Kanals;
ist die Abdeckung durch Federwirkung in die geschlossene Stellung vorgespannt;
hat der Kanal ebene Wände senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichtes;
ist die Strömungsfläche durch den Kanal ungefähr gleich der durch die zu ihm führenden Schläuche und gibt es einen sanf ten Übergang zwischen beiden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbei
spiels derselben und aus den Ansprüchen.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen Zentri
fugenbluttrenneinrichtung;
Fig. 2 eine schematisierte teilweise geschnittene Ansicht
der optischen Meßkomponenten der in Fig. 1 darge
stellten Einrichtung;
Fig. 3 eine schematisierte perspektivische Ansicht der zur
Anbringung und Abdeckung der in Fig. 2 dargestellten
Teile verwendete Komponenten;
Fig. 4 einen Graph der Funktion Beleuchtungsdichte gegen
Blutplättchenkonzentration für einen zentralen Detek
tor und einen ringförmigen Detektor der in Fig. 1 ge
zeigten Einrichtung.
In Fig. 1 ist eine Zentrifugenbluttrenneinrichtung 10 mit
einer Zentrifuge 12 schematisch dargestellt, die einen Ein
weg-Kunststoff-Trennkanal in einer rotierenden Trommel ent
hält, wie es allgemein in der US-PS 40 94 461 (Kellogg et al)
beschrieben ist (nicht alles dargestellt). Die Zentrifuge
12 ist mit einer Blutzuflußleitung 14, einer Plasmaabfluß
leitung 16, einer Abflußleitung 18 für rote Blutzellen und
einer Abflußleitung 20 für Blutplättchen, die eine optisch
transparente Küvette 22 aus Polycarbonat enthält, verbunden.
Die Küvette 22 ist so ausgeführt, daß sie von einem Blut
plättchenfühler 23 aufgenommen werden kann, der eine rote
Leuchtdiode (LED) 24, eine grüne Leuchtdiode (26), einen
zentralen Photodetektor 28 und ringförmige Photodetektoren
30 enthält. Die Leuchtdioden 24, 26 und die Photodetektoren
28, 30 sind elektrisch verbunden mit einer elektronischen
Steuer- und Recheneinrichtung 25. Die Strömungsleitungen 14,
16, 18 und 20 und der (nicht dargestellte) Trennkanal der
Zentrifuge 12 sind Bestandteil eines Einweg-Kunststoff-
Schlauchsatzes, welcher noch weitere Komponenten enthält
und bei einem bestimmten Patienten bzw. Spender während
eines Bluttrennvorganges verwendet wird. Der Einweg-Schlauch
satz ist auf einer Bluttrennüberwachungseinrichtung ange
bracht, welche die rotierende Trommel (nicht gezeigt) der
Zentrifuge 12, den Blutplättchensensor 23, die elektronische
Steuer- und Recheneinrichtung 25 und verschiedene Pumpen,
Quetschventile und andere Fühler für das Zusammenwirken mit
dem Einweg-Schlauchsatz enthält (nicht gezeigt).
Die Fig. 2 und 3 zeigen die Komponenten des Blutplättchen
sensors 23, die zusammen mit der Küvette 22 verwendet werden,
um die Blutplättchenkonzentration darin zu messen. Die opti
schen Komponenten sind in Fig. 2 gezeigt, die dazugehörenden
Anbringungs- und die beweglichen Abdeckungselemente sind in
Fig. 3 gezeigt. Die roten und grünen Leuchtdioden 24, 26
sind, wie Fig. 2 zeigt, in einer Tülle 32 hinter Beilag
körpern oder Blenden 33 mit einer kleinen Öffnung mit
1,35 mm (0.053′′) Durchmesser angebracht und werden bezüglich
ihren jeweiligen Fokussierlinsen 34, 36 durch Büchsen 38, 40
und mit Flanschen versehenen Büchsen 42, 44 in der richtigen
Position gehalten. An der Linse 34 ist eine Blende 46 mit
1,0 mm (0.04′′) und an der Linse 36 eine Blende 48 mit 2,8 mm
(0.110′′) vorgesehen, um mehr grünes Licht von der Leucht
diode 26 austreten zu lassen. Ein Fenster 50, durch welches
das Licht von den Leuchtdioden 24, 26 hindurchtritt, ist
gegen die Tülle 32 durch einen O-Ring 52 abgedichtet, und
O-Ringe 54 bewirken eine Abdichtung zwischen den Linsen 34,
36 und der Tülle 32, um das Eintreten von Staub oder anderen
Partikeln zwischen das Fenster 50 und die Linsen 34, 36 zu
verhindern. Auf der anderen Seite der Küvette 22 ist der
zentrale Photodetektor 28 auf einer Schaltungsplatte 56 an
gebracht, die ringförmigen Photodetektoren 30 sind auf einer
Schaltungsplatte 58 hinter der Schaltungsplatte 56 montiert.
Die ringförmigen Photodetektoren 30 - die tatsächlich nicht
den gesamten ringförmigen Bereich um den zentralen Photo
detektor einnehmen müssen, sondern von denen ein oder zwei
außerhalb der optischen Achse angebrachte Detektoren aus
reichen - sind mit Öffnungen 60 in der Schaltungsplatte 56
ausgerichtet, um es zu ermöglichen, daß das von der Linse
62 fokussierte Licht von den Photodetektoren 30 aufgenommen
wird. Eine Ablenk- oder Blendenanordnung 63 zwischen den
Photodetektoren und der Linse 62 hat in gleicher Weise drei
Öffnungen 64, 66, 68, um das durch die Linse 62 fokussierte
Licht durch die Öffnungen 64, 68 auf die Ringphotodetektoren
30 und auf den zentralen Photodetektor 28 durch die Öffnung
66 zu richten. Die Linse 62 ist in einem Tubus 70 angeord
net, welchem auch ein Fenster 72 angeordnet ist. Zwischen
der Linse 62, dem Fenster 72 und dem Tubus 70 ist eine O-
Ringdichtung durch O-Ringe 74, 76 vorgesehen. Die Linse 62
ist auch von der Blendenanordnung 63 durch ein Gehäuse 78
beabstandet, von dem lediglich ein kleiner Ausschnitt ge
zeigt ist.
Wie Fig. 3 zeigt, enthält ein Halter 82 für das Fenster eine
zylindrische Bohrung 84 zur Aufnahme des Tubus 70 und der
darin enthaltenen Linse 62. Der Halter 82 ist auf der Vorder
seite der Zentrifugenüberwachungseinrichtung angebracht und
die übrigen in Fig. 2 hinter dem Tubus 70 gezeigten Bauteile
sind in der Überwachungseinrichtung hinter dem Tubus 70 an
geordnet. Ein mittleres Gehäuse 86 ist auf der Vorderseite
des Halters 82 für das Fenster fest angebracht und ein oberes
Gehäuse 80 ist fest montiert auf dem mittleren Gehäuse
86, das sich von der Vorderseite der Schalttafeln nach außen
erstreckt. Das obere Gehäuse 80 enthält eine zylindrische
Bohrung 81 zur Aufnahme der Tülle 32 und der Leuchtdioden
24, 26 in dieser. Das obere Gehäuse 80 begrenzt mit dem
Halter 82 des Fensters und der vertikalen Oberfläche 88 des
mittleren Gehäuses 86 einen Bereich zur Aufnahme und zum
Ausrichten der rechteckigen Küvette 22.
Durch die vertikale Oberfläche 88 wird die Küvette 22 im
Ausbreitungsweg des Lichtes von den Leuchtdioden 24, 26 zur
Linse 62 genau ausgerichtet. Eine Abdeckung 90 ist auf dem
oberen Gehäuse 80 verschiebbar angeordnet und hat sich ver
engende Ausschnitte 92 zur Aufnahme zylindrischer Verlänge
rungen 94 der Küvette 22 und einen nach innen gerichteten
Vorsprung 96, der in einem Schlitz 98 des äußeren Gehäuses
80 aufgenommen ist. In Fig. 3 ist der Schlitz 98 in einer
um ungefähr 150° gegenüber seiner richtigen Position, in der
er mit dem Vorsprung 96 ausgerichtet ist, vertretenen Stel
lung gezeigt. Eine Kappe 100 ist durch ein Gewinde 102 der
Abdeckung 90 auf dieser befestigt. Von der Abdeckung 90 ist
eine Druckfeder 104 aufgenommen, um die Abdeckung 90 in
Richtung auf den Halter 82 des Fensters vorzuspannen, damit
diese während des Betriebs in einer geschlossenen Stellung
gehalten wird. Die Abdeckung 90 kann daher bezüglich des
oberen Gehäuses 80 axial nach außen verschoben werden, wobei
der Vorsprung 96 in den Schlitz 98 gleitet, und die Abdeckung
90 kann in der außen liegenden Stellung durch Verdrehung des
selben im Gegenuhrzeigersinn, so daß der Vorsprung 96 in
einer kleinen quer verlaufenden Verlängerung 106 des Schlit
zes 98 aufgenommen ist, vorübergehend verriegelt werden.
Die Küvette 22 hat eine innere Abmessung von ungefähr 3 mm
und der Schlauch 20 hat einen Innendurchmesser von 2,9 mm.
An der Verbindung zwischen dem kreisförmigen Strömungsweg
des Schlauches 20 und dem rechteckigen Strömungsweg der
Küvette 22 ist ein sanfter Übergang vorgesehen, um Turbulen
zen zu vermeiden und eine laminare Strömung zu bewirken. Die
Strömungsquerschnittsflächen des Schlauches 20 und der
Küvette 22 sind für denselben Zweck ungefähr gleich. Die
Küvette 22 ist aus optisch klarem Polycarbonat hergestellt,
das hierfür wegen seiner guten Gießbarkeit gewählt worden
ist. Die äußeren und inneren Oberflächen der Wände der
Küvette 22 sind so eben wie möglich, um die Lichtbrechung
niedrig zu halten.
Die Ringdetektoren 30 sind so angeordnet, daß sie einen
kleinen Vorwärtsstreuwinkel zwischen 6° und 14° aufnehmen.
Die Öffnungen 64, 66, 68 wirken als Lichtblenden, die reflek
tiertes Licht, das nicht in den richtigen Streuwinkel liegt,
am Erreichen der Photodetektoren hindert. Das vom zentralen
Photodetektor 28 aufgenommene Licht hat einen Öffnungswinkel
R₁ von ±5°. Der äußere Ringradius R₃ ist 14°, der innere
Ringradius R₂ ist 6°. Der Teilchendurchmesser für die Blut
plättchen beträgt ungefähr 3 µm. Die Linsen 34, 36 fokussie
ren das Licht von den entsprechenden Leuchtdioden auf den
mittleren oder zentralen Photodetektor 28. Die Linse 62 er
laubt, daß Licht von beiden Quellen auf den zentralen Detek
tor 28 fällt.
Zur Verwendung bei einem neuen Patienten bzw. Spender wird
der Einweg-Schlauchsatz mit den Schläuchen 14, 16, 18, 20
und dem Kanal der Zentrifuge 12 auf der Blutzentrifugen-
Betriebseinrichtung angebracht, wobei die Küvette 22 in dem
Blutplättchensensor 23 angeordnet wird. Vor dem Anbringen
wird die Abdeckung 90 von der geschlossenen Stellung, in
welche sie von der Feder 104 gegen den Rand des Fensterhal
ters 82 vorgespannt wird, durch Verschieben der Abdeckung 90
nach außen in eine offene Position bewegt, wobei der Vor
sprung 96 in dem Schlitz 98 gleitet, bis das Ende des axialen
Teils des Schlitzes 98 erreicht wird, dann wird die Ab
deckung 90 im Gegenuhrzeigersinn gedreht, so daß der Vor
sprung 96 in die Querverlängerung 106 einrastet. In dieser
geöffneten Stellung weist der Boden der Abdeckung 90 von dem
Fenterhalter 82 einen Abstand auf und die Küvette 22 kann
an der vertikalen Wand 88 anliegend angebracht werden. Die
Abdeckung 90 wird dann gelöst und gleitet an ihren Platz
zurück, wobei die sich verengenden Schlitze 92 die runden
Verlängerungen 94 der Küvette 22 ergreifen und die Küvette
22 genau ausrichten und an ihrem Platz halten. Mit Ausnahme
eines kleinen Leckes bei den Schlitzen 92 ist die Küvette 22
vor dem Umgebungslicht geschützt.
Die Zentrifugeneinrichtung wird dann vor der Verbindung mit
dem Patienten bzw. Spender mit Salzlösung vorgefüllt. Die
Küvette 22 wird vor dem Einpumpen der Salzlösung in dieselbe
unter einen positiven Druck gesetzt, um die Bildung von
Mikroblasen in den optischen Bereichen der Küvette zu ver
ringern.
Zur Durchführung der Messungen werden die Leuchtdioden 24,
26 zu getrennten Zeiten eingeschaltet und während ihrer Ein
schaltzeiten pulsierend ein- und ausgeschaltet, um die Null
punkt-Verschiebungsspannungen abzulesen. Das Licht der
(infra)roten Leuchtdiode hat ein Maximum bei der Wellenlänge
875 nm, das Licht der grünen Leuchtdiode hat ein Maximum bei
565 nm. Die Auflösung bei der Lichtdetektion beträgt 0,1%
auf Grund der 10-Bit-Analog/Digital-Wandlung (A/D) der von
den Photodetektoren 28, 30 gelieferten Analogspannungen.
Zwischen dem Einschalten der Leuchtdioden und dem Auslesen
des Analog/Digital-Wandlers liegt eine Zeitverzögerung von
mindestens 20 µs. 16 Abtastwerte, jeweils einer pro Impuls,
werden verwendet und für jede Spannungsablesung gemittelt,
die bei einer Frequenz von 953 Hz genommen werden, was in
der Nähe eines ganzzahligen Vielfachen der 120 Hz-Schwingung
(bei einer Netzfrequenz von 60 Hz) des vorherrschenden Um
gebungslichtes liegt, um das Rauschen zu vermindern (bei
50 Hz können die Frequenzen entsprechend anders gewählt wer
den). Die Spannungen der beiden Ringphotodetektoren werden
in ähnlicher Weise gemittelt.
Nachdem die Salzlösung für mindestens eine Minute in der
Küvette 22 verblieben ist, werden die gepulsten Ströme der
beiden Leuchtdioden durch die elektronische Steuer- und
Recheneinrichtung 25 automatisch auf Werte eingestellt, die
zu einem Vollausschlag der Spannung des zentralen Photo
detektors für das grüne Licht V GC und zum Vollauschlag der
Spannung des zentralen Photodetektors für das rote Licht
V RC innerhalb von einer gegenseitigen Abweichung von 3%
führen. Die Leuchtdiodenströme werden dann konstant gehal
ten, um es der elektronischen Steuer- und Recheneinrichtung
25 zu erlauben, die folgenden Spannungen einzulesen und ab
zuspeichern:
V GCS = Spannung - grün - zentr. Beleuchtungsdichte - Salzlösung
V RCS = Spannung - rot - zentr. Beleuchtungsdichte - Salzlösung.
V GAS = Spannung - grün - Ringbeleuchtungsdichte - Salzlösung
V RAS = Spannung - rot - Ringbeleuchtungsdichte - Salzlösung
V RCS = Spannung - rot - zentr. Beleuchtungsdichte - Salzlösung.
V GAS = Spannung - grün - Ringbeleuchtungsdichte - Salzlösung
V RAS = Spannung - rot - Ringbeleuchtungsdichte - Salzlösung
Während des Sammelns der Blutplättchen bei einem Bluttrenn
vorgang nimmt die Zentrifuge 10 durch die Leitung 14 Gesamt
blut auf und trennt es in Plasma-, rote Blutzellen- und
Blutplättchen-Bestandteile, welche die Zentrifuge 12 über
die jeweiligen Abflußleitungen 16, 18, 20 verlassen. Wie
weiter unten noch genauer beschrieben werden wird, wird die
Blutplättchenkonzentration in der Leitung 20 während des
Trennvorgangs durch den Blutplättchensensor 23 überwacht und
durch die Steuer- und Recheneinrichtung 25 dazu verwendet,
die Konzentration in dem Sammelbeutel anzuzeigen und eine
vor dem Vorgang vorgenommene Berechnung der Blutplättchen
ausbeute zu aktualisieren. Die Blutplättchensensor 23 wird
auch dazu verwendet, ein Übertreten von roten Blutzellen in
die Blutplättchenabflußleitung 20 zu detektieren. Die Be
dingungen dafür basieren auf den Werten der Beleuchtungs
dichte H, welche von den Spannungen der Photodetektoren 28,
30 abgeleitet werden. Die von den zentralen und den Ring
detektoren 28, 30 gemessenen Spannungen während der Zeiten,
wenn das rote und das grüne Licht gepulst wird, sind die
folgenden:
V GC = Spannung - grün - zentral
V RC = Spannung - rot - zentral
V GA = Spannung - grün - Ring
V RA = Spannung - rot - Ring
V RC = Spannung - rot - zentral
V GA = Spannung - grün - Ring
V RA = Spannung - rot - Ring
Während der Zykluszeiten, in denen die Leuchtdioden ausge
schaltet sind, werden die folgenden Offset-Spannungen ge
messen:
V GCO = Offset-Spanng. - grün - zentrale Beleuchtungsdichte
(Leuchtdiode aus)
V RCO = Offset-Spanng. - rot - zentrale Beleuchtungsdichte (Leuchtdiode aus)
V GAO = Offset-Spanng. - grün - Ringbeleuchtungsdichte (Leuchtdiode aus)
V RAO = Offset-Spanng. - rot - Ringbeleuchtungsdichte (Leuchtdichte aus)
V RCO = Offset-Spanng. - rot - zentrale Beleuchtungsdichte (Leuchtdiode aus)
V GAO = Offset-Spanng. - grün - Ringbeleuchtungsdichte (Leuchtdiode aus)
V RAO = Offset-Spanng. - rot - Ringbeleuchtungsdichte (Leuchtdichte aus)
Auf der Basis dieser gemessenen Spannungen werden die fol
genden normalisierten Beleuchtungsdichtewerte zur Verwendung
bei der Bestimmung der Blutplättchenkonzentration und zur
Bildung der Quotienten erhalten:
Die zentrale Beleuchtungsdichte H C kann mit der Blutplätt
chenkonzentration N durch die folgende Gleichung in Beziehung
gesetzt werden:
wobei
N = Konzentration × 10⁶/µl
l = Dicke der Probe in Millimeter (d. h. 3 mm)
R₁ = zentraler Öffnungsradiuswinkel in Grad (d. h. 10°)
a = Teilchendurchmesser in µm (d. h 3 µm)
N = Konzentration × 10⁶/µl
l = Dicke der Probe in Millimeter (d. h. 3 mm)
R₁ = zentraler Öffnungsradiuswinkel in Grad (d. h. 10°)
a = Teilchendurchmesser in µm (d. h 3 µm)
Die Ringbeleuchtungsdichte H A kann mit der Blutplättchen
konzentration N durch folgende Gleichung in Beziehung ge
setzt werden:
wobei
R₃ = äußerer Ringradius in Grad (d. h. 14°)
R₂ = innerer Ringradius in Grad (d. h. 6°).
R₃ = äußerer Ringradius in Grad (d. h. 14°)
R₂ = innerer Ringradius in Grad (d. h. 6°).
Die Formeln der Funktionen nach den Gleichungen (1) und (2)
sind in Fig. 4 dargestellt. N T ist die Blutplättchenkonzen
tration, bei der die Kurve für H A einen Wendepunkt hat, d. h.
wo die Änderung der Steigung durch 0 geht. Bei der Bestim
mung der Blutplättchenkonzentration werden die Beleuchtungs
dichtewerte H C des zentralen Detektors für Konzentrationen
zwischen 0 und N T verwendet, weil damit in diesem Bereich
signifikante Änderungen der Beleuchtungsdichte mit der Ände
rung der Konzentration verbunden sind. Dies wäre kein guter
Bereich für die Kurve des Ringdetektors, da jeder in diesem
Bereich ein Maximum aufweist und somit einige der Ringbe
leuchtungsdichtewerte zwei verschiedenen Konzentrations
werten zuzuordnen sind. Die Ringdetektorkurve wird für Kon
zentrationen oberhalb 2N T verwendet, da sich dort die Ring
beleuchtungsdichte immer noch signifikant mit der Konzentra
tion ändert, während bei der zentralen Beleuchtungsdichte
bei einer weiteren Zunahme der Konzentration nur noch sehr
kleine Änderungen auftreten. Bei Konzentrationen zwischen
N T und 2N T liefern sowohl die Werte der Beleuchtunsgsdichte
für den Ringdetektor als auch für den zentralen Detektor
ein gutes Maß für die Konzentration.
Da die Gleichungen (1) und (2) auf der Basis der gemessenen
Werte H GC , H RC , H GA und H RA für N nicht direkt gelöst werden
können und da diese Gleichungen unter Verwendung eines
iterativen Verfahrens nicht gut auf eine Lösung konvergie
ren, werden die Beleuchtungsdichtekurven empirisch an eine
Exponentensumme angepaßt, um die iterative Konvergenzlösung
zu vereinfachen. Die verwendeten Gleichungen sind die fol
genden:
H CG = C 1G e- α 1G N + C 2G e- a 2G N + C 3G e- α 3G N (3)
wobei für die Konstanten gilt: C 1G + C 2G + C 3G = 1
und a 1R < α 2R < α 3R .
H CR = C 1R e- α 1R N + C 2R e- a 2R N + C 3R e- α 3R N (4)
wobei C 1R + C 2R + C 3R = 1
und α 1R < α 2R < α 3R
agH GA = A 1G e- β 1G (N-N T) + A 2G e- b 2G (N-N T) + A 3G e- b 3G (N-N T) (5)
wobei β 1G < β 2G < β 3G
arH RA = A 1R e- b 1R (N-N T) + A 2R e- b 2R (N-N T) + A 3R e- b 3R (N-N T) (6)
wobei β 1R < β 2R < β 3R
Die Konstanten C, α, ag, ar, A, β und N T werden vor der
Verwendung der Einrichtung bei einem Patienten oder Spender
für ein bestimmtes optisches System bestimmt, indem durch
ein Regressionsverfahren die beste Anpassung für die gemes
senen Beleuchtungdichtewerte für Proben mit bekannter Blut
plättchenkonzentration vorgenommen wird. Die Skalierungs
faktoren ag und ar können während des Betriebs bei jedem
Patienten bzw. Spender eingestellt werden, indem N unter
Verwendung der Kurve H C verwendet wird, wenn es in dem Be
reich von N T bis 2N T liegt, wobei dieser Wert für N in die
Kurve H A eingesetzt wird. Um die Blutplättchenkonzentration
N während des Betriebs zu erhalten, können die Gleichungen
(3) und (4) in die folgende Form umgeordnet werden:
H c e α 1N = C₁ + C₂ e ( α 1 - a 2) N + C₃ e ( α 1 - α 3) N (7)
(Linke Seite) (Rechte Seite)
(Linke Seite) (Rechte Seite)
Die linke Seite und die rechte Seite der Gleichung (7) wer
den dann für die Werte von N getrennt berechnet, bis beide
Seiten gleich sind. Wenn diese Bedingung erreicht ist, hat
N einen Wert, der dem Beleuchtungsdichtewert H C entspricht.
Bei dem iterativen Verfahren wird ein willkürlicher Anfangs
wert N n (N₀) gewählt und in die rechte Seite der Gleichung
(7) eingesetzt. Der nächste Wert für N, nämlich N n+1 wird
erhalten, indem er in die linke Seite eingesetzt und diese
mit dem Wert der gerade für N=N n berechneten rechten Seite
gleichgesetzt wird, wie sich durch die folgende Gleichung
(8) ergibt:
Die Konvergenz wird dann durch den Vergleich der Differenz
der Werte von N n+1 und N n überprüft. Wenn diese Werte inner
halb von ±1% gleich sind, wird das iterative Verfahren ab
gebrochen. Wenn die Differenz größer ist als 1%, werden die
Schritte wiederholt (beispielsweise indem der Wert N n+1 in
die rechte Seite und der Wert N n+2 in die linke Seite einge
setzt und für N n+2 gelöst wird) bis das Kriterium erfüllt
ist.
Eine ähnliche Prozedur wird verwendet, um die Gleichungen
(5) und (6) für N iterativ zu lösen, wobei die umgeformte
äquivalente Gleichung (10) verwendet wird:
linke Seite rechte Seite
Wieder wird ein willkürlicher Wert von N gewählt und in
die rechte Seite eingesetzt. Ein neuer Wert für N, nämlich
N n+1 ist durch folgende Gleichung (11) gegeben:
Die Konvergenz wird überprüft und dann werden diese Schritte
wiederholt bis die Differenz zwischen aufeinanderfolgenden
Werten für N innerhalb von ±1% liegt.
Bei Verwendung sowohl eines Ringdetektors als auch eines
zentralen Detektors kann der meßbare Bereich der Konzentra
tionen über den durch einen einzigen Detektor zugänglichen
Bereich ausgedehnt werden. Auch sind die Beleuchtungsdichte
werte des roten Lichtes bei höheren Konzentrationen empfind
licher und die Beleuchtungsdichtewerte des grünen Lichtes
sind empfindlicher bei geringeren Konzentrationen, was eine
Ausdehnung des Bereiches durch Verwendung des roten Lichtes
bei höheren Konzentrationen und des grünen Lichtes bei nie
drigen Konzentrationen erlaubt. Die Linsenfokussierung und
die Geometrie der beiden verschiedenen Lichtquellen können
auch so eingestellt werden, daß die eine Lichtquelle zu
einer besseren Empfindlichkeit in dem einen Bereich und die
andere zu einer besseren Empfindlichkeit in dem anderen Be
reich führt, wodurch der Gesamtbereich vergrößert wird.
Die Verwendung von zwei getrennten Quellen und Wegen durch
die Probe unterstützt die Messung, wenn in der Küvette Un
regelmäßigkeiten oder eine Luftblase auf einer Seite vorlie
gen.
Zusätzlich zur Berechnung der Blutplättchenkonzentration
können die Beleuchtungsdichtewerte dazu verwendet werden,
einen Farbindex (I C=H RC/H GC) und einen Streuindex
[I S=(H GA+H RA)/(H GC+H RC)] zu überwachen. Diese Index
werte werden dazu verwendet, anormale Bedigungen bei der
Sammlung zu identifizieren, wie ein Klumpen, ein Übertreten,
Luftblasen, eine Haemolyse, rote Blutzellen, weiße Blutzel
len usw. Diese oder andere Quotienten können zur Überwachung
der Konzentration verwendet werden. Ein Vorteil der Verwen
dung von Quotienten besteht in der inhärenten Unterscheidung
von Fehlerquellen.
Es sind auch andere Ausführungsformen der Erfindung möglich,
beispielsweise können andere Verfahren zur Lösung der Glei
chungen (1) und (2) verwendet werden. Es können neben den
Gleichungen (3) und (4) auch andere als Näherungslösungen
verwendet werden. Es können andere Lösungen verwendet werden
und es kann eine Tabelle aufgestellt werden, um die Kurven
der Fig. 4 zu beschreiben. Das Verfahren und die Einrichtung
können auch bei anderen Bluttrennvorgängen und zur Über
wachung von anderen Komponenten neben Blutplättchen ver
wendet werden.
Claims (31)
1. Verfahren zur Überwachung der Konzentration der Kompo
nenten von in einem Strömungsweg fließendem Blut, dadurch
gekennzeichnet,
daß man die Komponenten durch einen transparenten Kanal fließen läßt,
daß Licht längs einer den Kanal schneidenden Achse auf den Kanal gerichtet wird,
daß durch den Kanal längs der Achse tretendes Licht mit einem zentralen Detektor detektiert wird,
daß von der Achse gestreutes Licht mit einem Ring detektor detektiert wird, und
daß der Zustand der Komponenten auf Grund des längs der Achse hindurchtretenden und/oder des von der Achse ge streuten Lichtes bestimmt wird.
daß man die Komponenten durch einen transparenten Kanal fließen läßt,
daß Licht längs einer den Kanal schneidenden Achse auf den Kanal gerichtet wird,
daß durch den Kanal längs der Achse tretendes Licht mit einem zentralen Detektor detektiert wird,
daß von der Achse gestreutes Licht mit einem Ring detektor detektiert wird, und
daß der Zustand der Komponenten auf Grund des längs der Achse hindurchtretenden und/oder des von der Achse ge streuten Lichtes bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Bestimmung der zentrale Detektor zur Bestimmung
der Konzentration in einem niedrigen Bereich von Konzentra
tionswerten und der Ringdetektor zur Bestimmung der Konzen
tration in einem hohen Bereich von Konzentrationswerten ver
wendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Bestimmung der zentrale Detektor zur Bestimmung
der Konzentration unterhalb eines Wendepunktes der Funktion
der Beleuchtungsdichte in Abhängigkeit von der Konzentration
für das von dem Ringdetektor detektierte Licht und der Ring
detektor zur Bestimmung der Konzentration oberhalb des
Zweifachen des Wendepunktes verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung der Quotient des von
dem zentralen Detektor detektierten Lichtes und des von dem
Ringdetektor detektierten Lichtes zur Erzeugung eines Bre
chungsindex verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Detektoren Photodetektoren sind,
welche Signale erzeugen, deren Amplituden Funktionen des
detektierten Lichtes sind, und daß bei der Bestimmung norma
lisierte Beleuchtungsdichtewerte verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß, um das Licht auf den Kanal zu lenken, eine Lichtquelle
pulsierend ein- und ausgeschaltet wird, und daß die norma
lisierten Beleuchtungsdichtewerte auf der Differenz der
Amplituden der Signale zwischen den ein- und ausgeschalteten
Zuständen basieren.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß bei dem Detektieren die Signale mit einer Frequenz ab
getastet werden, die ein Vielfaches der Umgebungslichtfre
quenz ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das auf dem Kanal gerichtete Licht
verschiedener Frequenzen enthält.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der transparente Kanal eine Kunststoff
küvette in einem Einweg-Schlauchsatz ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß Blut eines Patienten oder Spenders in verschiedene Be
standteile getrennt und ein Bestandteil durch den transpa
renten Kanal geführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bestandteil Blutplättchen enthält und daß die Blut
plättchen gesammelt werden, nachdem sie durch den transpa
renten Kanal geströmt sind.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß eine verschiebbare Abdeckung vorgesehen
wird, und daß während des Beleuchtens der Küvette und des
Detektierens Umgebungslicht von dem Kanal und von den Detek
toren mit der Abdeckung ferngehalten wird.
13. Einrichtung zur Überwachung der Konzentration von
Komponenten von durch einen Strömungspfad fließendem Blut,
gekennzeichnet durch
einen transparenten Kanal (22),
eine Lichtquelle (24; 26), die so angeordnet ist, daß längs einer den Kanal (22) schneidenden Achse Licht auf den Kanal gerichtet wird,
einen zentralen Lichtdetektor (28), der so angeordnet ist, daß er längs der Achse durch den Kanal (22) tretendes Licht detektiert und ein das hindurchtretende Licht anzeigen des Zentraldetektorsignal erzeugt,
einen Ringdetektor (30), der so angeordnet ist, daß er von der Achse gestreutes Licht detektiert und ein das gestreute Licht anzeigendes Ringdetektorsignal erzeugt, und
eine Recheneinrichtung (25), die das Zentraldetektor signal und das Ringdetektorsignal von dem zentralen und den Ringdetektoren (28, 30) aufnimmt und den Zustand der Kompo nenten auf der Basis des Zentraldetektorsignals und/oder des Ringdetektorsignals bestimmt.
einen transparenten Kanal (22),
eine Lichtquelle (24; 26), die so angeordnet ist, daß längs einer den Kanal (22) schneidenden Achse Licht auf den Kanal gerichtet wird,
einen zentralen Lichtdetektor (28), der so angeordnet ist, daß er längs der Achse durch den Kanal (22) tretendes Licht detektiert und ein das hindurchtretende Licht anzeigen des Zentraldetektorsignal erzeugt,
einen Ringdetektor (30), der so angeordnet ist, daß er von der Achse gestreutes Licht detektiert und ein das gestreute Licht anzeigendes Ringdetektorsignal erzeugt, und
eine Recheneinrichtung (25), die das Zentraldetektor signal und das Ringdetektorsignal von dem zentralen und den Ringdetektoren (28, 30) aufnimmt und den Zustand der Kompo nenten auf der Basis des Zentraldetektorsignals und/oder des Ringdetektorsignals bestimmt.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Recheneinrichtung (25) das Zentraldetektorsignal
verwendet, um die Konzentration in einem niedrigen Bereich
von Konzentrationswerten zu bestimmen, und das Ringdetektor
signal verwendet, um die Konzentration in einem hohen Be
reich von Konzentrationswerten zu bestimmen.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß die Recheneinrichtung (25) das Zentraldetektorsignal
verwendet, um die Konzentration unterhalb eines Wendepunktes
der Funktion der Beleuchtungsdichte in Abhängigkeit von der
Konzentration für das von dem Ringdetektor detektierte Licht
verwendet, und das Ringdetektorsignal verwendet, um die Kon
zentration oberhalb des Zweifachen des Wendepunktes zu be
stimmen.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (25) den
Quotienten des von dem Zentraldetektor detektierten Lichtes
und den von dem Ringdetektor detektierten Licht verwendet,
um einen Streuindex zu erzeugen.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (28; 30) Photo
detektoren sind, und daß die Recheneinrichtung (25) norma
lisierte Beleuchtungsdichtewerte verwendet.
18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtquelle (24; 26) pulsierend ein- und ausgeschal
tet wird, und daß die normalisierten Beleuchtungsdichtewerte
auf der Differenz der Amplituden der Signale zwischen den
ein- und den ausgeschalteten Zuständen basiert.
19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die Signale der Detektoren (28; 30) mit einer Frequenz
abgetastet werden, die ein Vielfaches der Umgebungslichtfre
quenz ist.
20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (24; 26) Licht
verschiedener Frequenzen erzeugt.
21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Kanal (22)
eine Kunststoffküvette eines Einweg-Schlauchsatzes ist.
22. Einrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch
eine Bluttrennzentrifuge (12) zur Trennung des Blutes von
einem Patienten bzw. Spender in verschiedene Bestandteile,
und mit einem Schlauch zur Leitung eines Bestandteiles zu
dem transparenten Kanal.
23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bestandteil Blutplättchen enthält, und mit einem
Blutplättchen-Sammelbeutel zur Sammlung der Blutplättchen,
nachdem sie durch den transparenten Kanal geströmt sind.
24. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23,
gekennzeichnet durch eine bewegbare Abdeckung (90), durch
welche Umgebungslicht von dem Kanal (22) und den Detektoren
(28; 30) abgehalten wird.
25. Einrichtung zur Überwachung der Konzentration der
Komponenten von in einem Strömungsweg fließenden Blut,
gekennzeichnet durch
einen entfernbaren transparenten Kanal (22),
eine Einrichtung zur Aufnahme des Kanals mit einer Vertiefung zur entfernbaren Aufnahme des Kanals,
eine Lichtquelle (24; 26), die so angeordnet ist, daß bei der Anbringung des Kanals in der Vertiefung Licht längs einer den Kanal schneidenden Achse auf den Kanal gerichtet wird,
einen Lichtdetektor (28; 30), der so angeordnet ist, daß bei Anbringung des Kanals in der Vertiefung das durch den Kanal hindurchtretende Licht detektiert wird, und
eine bewegbare Abdeckung (90), die zwischen einer offenen Stellung, in welcher der Kanal (22) in der Vertie fung anbringbar ist, und einer geschlossenen Stellung, in welcher das Umgebungslicht von dem Detektor abgehalten wird, beweglich ist.
einen entfernbaren transparenten Kanal (22),
eine Einrichtung zur Aufnahme des Kanals mit einer Vertiefung zur entfernbaren Aufnahme des Kanals,
eine Lichtquelle (24; 26), die so angeordnet ist, daß bei der Anbringung des Kanals in der Vertiefung Licht längs einer den Kanal schneidenden Achse auf den Kanal gerichtet wird,
einen Lichtdetektor (28; 30), der so angeordnet ist, daß bei Anbringung des Kanals in der Vertiefung das durch den Kanal hindurchtretende Licht detektiert wird, und
eine bewegbare Abdeckung (90), die zwischen einer offenen Stellung, in welcher der Kanal (22) in der Vertie fung anbringbar ist, und einer geschlossenen Stellung, in welcher das Umgebungslicht von dem Detektor abgehalten wird, beweglich ist.
26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abdeckung (90) längs der Achse verschiebbar ange
bracht ist.
27. Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abdeckung (90) Einschnitte (92) zur Aufnahme von
Abschnitten des Kanals (22) enthält, um diesen in bezug auf
die Achse genau auszurichten.
28. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einschnitte (92) entlang von Achsen parallel zu der
Achse zusammenlaufen, um Abschnitte (94) des Kanals (22) in
ihre Stellung zu führen.
29. Einrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 28,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (22) ebene Wände senk
recht zu der Achse hat.
30. Einrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 29,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (22) mit einem
Schlauch (20) eines Einweg-Schlauchsatzes verbunden ist und
einen sanften Übergang vom kreisförmigen Strömungsweg des
Schlauches zu einem rechteckigen Strömungsweg des Kanals
(22) aufweist.
31. Einrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 30,
gekennzeichnet durch einen mit dem Kanal (22) verbundenen
Einweg-Schlauchsatz, wobei der Kanal (22) eine Kunststoff
küvette ist.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE3828618A1 true DE3828618A1 (de) | 1989-03-16 |
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ID=22212829
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