DE3828618C2

DE3828618C2 -

Info

Publication number: DE3828618C2
Application number: DE3828618A
Authority: DE
Inventors: Terry Dean Littleton Col. Us Boucher; Brian Marshall Golden Col. Us Holmes
Original assignee: Cobe Laboratories Inc
Current assignee: Terumo BCT Inc
Priority date: 1987-08-24
Filing date: 1988-08-23
Publication date: 1992-11-05
Also published as: CA1325162C; AU4699189A; AU2108488A; AU610029B2; FR2619923A1; GB2208927A; JPH0197437A; GB2208927B; IT1223785B; GB8820084D0; IT8867772A0; DE3828618A1; US4810090A; FR2619923B1; JPH0369532B2; AU594248B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung der Konzentration von 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 Einrichtung 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 und der US-PS 45 22 494 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 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.

Aus der DE-OS 21 34 937 ist eine Einrichtung zum Analysieren von kleinen Teilchen in einer Flüssigkeit bekannt, bei der ein die Flüssigkeit enthaltender Kanal von einem durch eine Lichtquelle erzeugten Lichtstrahl durchdrungen wird, der von auf der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite des Kanals befindlichen Photodetektoren erfaßt wird. Von diesen Photodetektoren ist ein erster direkt in der Richtung des Lichtstrahls angeordnet und dient dazu, den Betrag der Lichtabsorption jedes einzelnen Teilchens zu detektieren, wogegen weitere Photodetektoren außerhalb der Richtung des Lichtstrahls angeordnet sind und dazu dienen, das von den Teilchen gestreute Licht zu erfassen. Die von den Photodetektoren abgeleiteten Signale werden bei dieser bekannten Einrichtung derart ausgewertet, daß das Verhältnis der Signale, die von dem absorbierten Anteil und von dem gestreuten Anteil erhalten werden, die einzelnen Teilchen beispielsweise nach ihrer Färbung unterschieden und jeweils in ihrer Zahl ausgezählt werden können. Eine Art der Anordnung der Detektoren, wie sie aus der DE-OS 21 34 937 bekannt ist, wird für die vorliegende Erfindung als nächstliegender Stand der Technik vorausgesetzt.

Weiterhin ist aus der DE-OS 21 58 007 ein optischer Trübungsmesser bekannt, bei dem ebenfalls ein Kanal, durch den eine hinsichtlich ihrer Trübung zu bestimmende Flüssigkeit geführt wird, von einem durch eine Lichtquelle erzeugten Lichtstrahl durchdrungen wird. Auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite des Kanals sind zwei Photodetektoren angeordnet, von denen ein erster das direkte Lichtbündel erfaßt und ein zweiter über eine Raumfilteroptik einen Teil des in der Flüssigkeit gestreuten Lichts aufnimmt. Die von den Detektoren erzeugten Ausgangssignale werden einer Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt, in der daraus ein Signalverhältnis berechnet wird, was dazu dienen soll, ein Signal zu erzeugen, das von Schwankungen der Lichtquelle, Spannungsschwankungen und anderen umgebungsbedingten Faktoren unabhängig ist.

Weiterhin ist aus der DE-OS 29 20 276 ein Immunbestimmungsverfahren bekannt, bei dem Licht auf eine zu messende, einen Antigen-Antikörperkomplex enthaltende Probe projiziert wird, wobei wenigstens zwei Streulichtintensitäten an unterschiedlichen Winkeln in bezug auf das einfallende Licht gemessen werden und durch Vergleich der Streulichtintensitäten die Antigen-Konzentration bestimmt wird.

Schließlich ist aus der US-PS 42 01 471 eine Detektoreinrichtung bekannt, die der Bestimmung der Konzentration an Öl in einer Mischung von Öl und Wasser dient. Auch bei dieser bekannten Einrichtung wird eine von der zu messenden Flüssigkeit durchströmte Kammer von einem durch eine Lichtquelle erzeugten Lichtstrahl durchdrungen, von dem auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite der Kammer einmal die direkte Intensität in einer ersten Photozelle und zum anderen die gestreute Intensität in einer gegen die Richtung des Lichtstrahls versetzten zweiten Photozelle erfaßt wird. Für die Messung wird in einem niedrigen Bereich der Ölkonzentration das in dem die gestreute Intensität aufnehmenden Photodetektor erzeugte Ausgangssignal verwendet, wogegen für höhere Konzentrationen das von dem das direkte Licht erfassenden Detektor erzeugte Ausgangssignal für die Auswertung herangezogen wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, womit die Überwachung von Komponenten von in einem Strömungsweg fließendem Blut besonders zuverlässig und präzise durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren und durch die im Anspruch 8 angegebene Einrichtung gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen von Verfahren und Einrichtung sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbei spiels.

Es zeigt

Fig. 1 eine Blockdarstellung einer 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 den zentralen Detek tor und den 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 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 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 und an der Linse 36 eine Blende 48 mit 2,8 mm 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, auf 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 Fensterhalter 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

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. Der 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

Während der Zykluszeiten, in denen die Leuchtdioden ausge schaltet sind, werden die folgenden Offset-Spannungen ge messen:

V_GCO = Offset-Spannung - grün - zentrale Beleuchtungsdichte (Leuchtdiode aus)
V_RCO = Offset-Spannung - rot - zentrale Beleuchtungsdichte (Leuchtdiode aus)
V_GAO = Offset-Spannung - grün - Ringbeleuchtungsdichte (Leuchtdiode aus)
V_RAO = Offset-Spannung - 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)

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°).

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 Beleuchtungsdichte 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:

wobei für die Konstanten gilt: C_1G + C_2G + C_3G = 1 und α_1R < α_2R < α_3R.

wobei C_1R + C_2R + C_3R = 1 und α_1R < α_2R < α_3R

wobei β_1G < β_2G < β_3G

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 Beleuchtungsdichtewerte 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:

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:

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 die 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

1. Verfahren zur Überwachung der Konzentration von Komponenten von in einem Strömungsweg fließendem Blut, wobei
man die Komponenten durch einen transparenten Kanal fließen läßt,
Licht längs einer den Kanal schneidenden Achse auf den Kanal gerichtet wird,
durch den Kanal längs der Achse tretendes Licht mit einem zentralen Detektor detektiert wird,
von der Achse gestreutes Licht mit einem Ringdetektor detektiert wird, und
die Konzentration der Komponenten aufgrund des längs der Achse hindurchtretenden oder des von der Achse gestreuten Lichtes bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Bestimmung der zentrale Detektor zur Konzentrationsbestimmung der Blutkomponente in einem niedrigen Konzentrationsbereich und der Ringdetektor zur Konzentrationsbestimmung der Blutkomponenten in einem hohen Konzentrationsbereich verwendet wird,
daß der zentrale Detektor zur Bestimmung der Konzentrationswerte in einem Bereich kleiner N_T verwendet wird, wobei N_T der Konzentrationswert am Wendepunkt der Funktion H_A der Beleuchtungsdichte in Abhängigkeit von der Konzentration für das von dem Ringdetektor detektierte Licht ist,
daß der Ringdetektor zur Bestimmung der Konzentrationswerte in einem Bereich größer 2 N_T verwendet wird, und
daß zur Bestimmung der Konzentrationswerte in einem Bereich größer N_T und kleiner 2 N_T der zentrale Detektor oder der Ringdetektor verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung zusätzlich der Quotient des von dem zentralen Detektor detektierten Lichtes und des von dem Ringdetektor detektierten Lichtes verwendet wird, um ein Auftreten anormaler Bedingungen zu erfassen.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren Photodetektoren sind, welche Signale erzeugen, deren Amplituden Funktionen des detektierten Lichtes sind, und daß bei der Bestimmung normalisierte Beleuchtungsdichtewerte verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, 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.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Detektieren die Signale mit einer Frequenz ab getastet werden, die ein Vielfaches der Umgebungslichtfre quenz ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den Kanal gerichtete Licht verschiedene Frequenzen enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Blut eines Patienten oder Spenders in verschiedene Bestandteile getrennt und ein Bestandteil durch den transparenten Kanal geführt wird.

8. Einrichtung zur Überwachung der Konzentration von Komponenten von in einem Strömungsweg fließendem Blut, mit
einem transparenten Kanal (22),
einer Lichtquelle (24, 26), die so angeordnet ist, daß länge einer den Kanal (22) schneidenden Achse Licht auf den Kanal gerichtet wird,
einem zentralen Lichtdetektor (28), der so angeordnet ist, daß er längs der Achse durch den Kanal (22) tretendes Licht detektiert und ein das hindurchtretende Licht anzeigendes Zentraldetektorsignal erzeugt,
einem Ringdetektor (30), der so angeordnet ist, daß er von der Achse gestreutes Licht detektiert und ein das gestreute Licht anzeigendes Ringdetektorsignal erzeugt, und
einer Recheneinrichtung (25), die das Zentraldetektorsignal und das Ringdetektorsignal von dem zentralen und den Ringdetektoren (28, 30) aufnimmt und die Konzentration der Komponenten auf der Basis des Zentraldetektorsignals oder des Ringdetektorsignals bestimmt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Recheneinrichtung (25) das Zentraldetektorsignal verwendet, um die Konzentration der Blutkomponenten in einem niedrigen Konzentrationsbereich zu bestimmen, und das Ringdetektorsignal verwendet, um die Konzentration der Blutkomponenten in einem hohen Konzentrationsbereich zu bestimmen,
daß die Recheneinrichtung (25) das Zentraldetektorsignal verwendet, um Konzentrationswerte in einem Bereich kleiner N_T zu bestimmen, wobei N_T der Konzentrationswert am Wendepunkt der Funktion H_A der Beleuchtungsdichte in Abhängigkeit von der Konzentration für das von dem Ringdetektor detektierte Licht ist,
daß die Recheneinrichtung (25) das Ringdetektorsignal verwendet, um die Konzentration in einem Bereich größer 2 N_T zu bestimmen, und
daß die Recheneinrichtung (25) das Zentraldetektorsignal oder das Ringdetektorsignal verwendet, um die Konzentration in einem Bereich größer N_T und kleiner 2 N_T zu bestimmen.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (25) zusätzlich den Quotienten des von dem Zentraldetektor detektierten Lichtes und des von dem Ringdetektor detektierten Lichtes verwendet, um ein Auftreten anormaler Bedingungen zu erfassen.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (28, 30) Photodetektoren sind, und daß die Recheneinrichtung (25) normalisierte Beleuchtungsdichtewerte verwendet.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (24, 26) pulsierend ein- und ausschaltbar ist, und daß die normalisierten Beleuchtungsdichtewerte auf der Differenz der Amplituden der Signale zwischen den ein- und den ausgeschalteten Zuständen basieren.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der Detektoren (28, 30) mit einer Frequenz abgetastet werden, die ein Vielfaches der Umgebungslichtfrequenz ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (24, 26) Licht verschiedener Frequenzen erzeugt.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Kanal (22) eine Kunststoffküvette eines Einweg-Schlauchsatzes ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, gekennzeichnet durch eine bewegbare Abdeckung (90), durch welche Umgebungslicht von dem Kanal (22) und den Detektoren (28, 30) abgehalten wird.

16. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die transparente Küvette (22) von der Meßeinrichtung entfernbar angeordnet ist und aus optisch klarem, transparentem Material hergestellt ist,
daß eine Vorrichtung zur Aufnahme der Küvette (22) mit einer Vertiefung vorgesehen ist,
daß die Lichtquelle (24, 26) so angeordnet ist, daß nach Anbringung der Küvette (22) in der Vertiefung Licht längs einer die Küvette (22) schneidenden Achse der Meßeinrichtung (81, 84) auf sie gerichtet ist,
daß die Lichtdetektoren (28, 30) so angeordnet sind, daß nach Anbringung der Küvette (22) in der Vertiefung das durch die Küvette (22) hindurchtretende Licht detektiert wird, und
daß eine bewegbare Abdeckung (90) vorgesehen ist, die zwischen einer offenen Stellung, in welcher die Küvette (22) in der Vertiefung anbringbar ist und einer geschlossenen Stellung, in welcher das Umgebungslicht von den Detektoren (28, 30) abgehalten wird, beweglich ist, und
daß die Einrichtung eine Führungsvorrichtung (88) aufweist, die die Küvette in einer bezüglich der Lichtquellen (24, 26) und den Detektoren (28, 30) ausgerichteten Lage anordnet, wenn die Abdeckung (90) in die geschlossene Lage bewegt wird, sowie eine Haltevorrichtung (92), die die Küvette (22) in dieser Lage hält.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (90) längs der Achse der Meßeinrichtung (81, 84) verschiebbar angebracht ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung Einschnitte (92) zur Aufnahme von Verlängerungen (94) der Küvette (22) enthält, um diese in bezug auf die Achse der Meßeinrichtung (81, 84) genau auszurichten.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Küvette (22) ebene Wände aufweist, die senkrecht zu der Achse (81, 84) ausgerichtet sind.

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Küvette (22) glatte Übergänge vom kreisförmigen Strömungsweg des Schlauches (20) zu dem rechteckigen Strömungsweg der Küvette (22) aufweist.