DE69727493T2

DE69727493T2 - Vorrichtung zum nachweisen von verschmutzungen

Info

Publication number: DE69727493T2
Application number: DE69727493T
Authority: DE
Inventors: Dennis Briggs
Original assignee: Therakos Inc
Current assignee: Therakos Inc
Priority date: 1996-11-22
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2017-11-22
Also published as: EP0939892A2; EP0939892B1; DE69735175T2; ATE317114T1; AU5264798A; DE69727493D1; EP1310784A3; IL129959A0; EP1310784A2; JP2001505996A; IL129959A; JP4346686B2; BR9713284A; CA2272365A1; CA2272365C; WO1998022798A3; WO1998022798A2; EP1310784B1; DE69735175D1; ATE259058T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung des Vorhandenseins einer bestimmten Verunreinigung beziehungsweise von Verunreinigungen in einer bestimmten Flüssigkeit. Die vorliegende Erfindung betrifft auch allgemein einen Apparat zur Messung von Hämatokrit in menschlichem Blut oder in aus menschlichem Blut extrahierten beziehungsweise abgeleiteten Bluterzeugnissen und Prozesse zur Durchführung besagter Messungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Historisch ist es häufig wichtig gewesen, die Menge einer bestimmten Verunreinigung beziehungsweise Fremdsubstanz, die in einem bestimmten Erzeugnis vorhanden ist, zu bestimmen. Zum Beispiel können Bestimmungen dieser Art äußerst wichtig sein, wenn ein Erzeugnis, während der Herstellung, gescreent werden muß, damit übermäßig verunreinigte Mengen davon sicher verworfen und am Erreichen der Verbraucher gehindert werden können. Einige Beispiele für Erzeugnisse, bei denen besagte Bestimmungen wichtig sein können, sind, ohne darauf beschränkt zu sein, die folgenden: Klarlösungen (wie zum Beispiel Alkohol, Farbverdünner, Terpentin etc.); flüssige pharmazeutische oder medizinische Erzeugnisse (z. B. flüssige Erkältungs/Fiebermedikamente, Wasserstoffperoxid, Flüssigkeiten zur Verwendung in Verdampfern); zahlreiche klare oder "farbstoffreie" Erzeugnisse auf dem Markt (einschließlich, unter anderem, flüssige Seifen, Waschmittel und Wachse, Shampoos, Haarsprays, Kosmetika, Deodorants, äußerlich wirkende Medikamente, Getränke, Nahrungs- und parenterale Ernährungslösungen); fossile Brennstoffe, wie zum Beispiel Petroleum (entweder in Roh- oder veredelter Form); und andere Flüssigkeiten, die entweder im wesentlichen in klarer Form vorliegen oder eine bestimmte Grundfarbe aufweisen.
Als ein weiteres Beispiel im Zusammenhang mit Medizin und Physiologie gab es häufig ein Bedarf an einer genauen Bestimmung der Anteile von bestimmten Substanzen, die als "Verunreinigungen" angesehen werden können, in einer bestimmten Menge von Körperflüssigkeiten eines Patienten. Besagte Substanzen können für den menschlichen Körper fremd sein oder darin natürlich vorkommen. Sie können von Haus aus unerwünscht oder physiolo gisch vorteilhaft sein. Beispielhaft wird nachfolgend eine kurze Diskussion von roten Blutzellen als eine mögliche "Verunreinigung" in bestimmten Zusammenhängen gebracht.
Normalerweise wird menschliches Blut eine Menge von roten Blutzellen und eine Menge von weißen Blutzellen zusätzlich zu anderen Komponenten enthalten. Historisch ist es häufig wichtig gewesen, mit gewisser Genauigkeit, das Vorhandensein dieser Bestandteilmengen im Blut eines Patienten zu messen, um, zum Beispiel, bei der Diagnose von bestimmten Krankheiten oder Funktionsstörungen zu helfen.
Ein zweckmäßiger Parameter zur Beurteilung des relativen Vorhandenseins von verschiedenen Bestandteilen in einer Blutprobe eines Patienten stellt der Hämatokritparameter dar. Nominell wird der Hämatokritparameter, mit einem gewissen Grad von Genauigkeit, den Grad anzeigen, in dem das Volumen des Blutes eines Patienten auf rote Blutzellen entfällt. Allgemein kann der Hämatokritwert als ein prozentualer oder als ein dezimaler Anteil oder durch irgendein anderes Maß zum klaren Ausdrücken eines derartigen Verhältnisses beziehungsweise Anteils ausgedrückt werden. Somit kann der Hämatokrit einer Blutprobe beziehungsweise einer Bluterzeugnisprobe, für die meisten Zwecke, als ein grobes Äquivalent zum (Volumen-)Prozentsatz der Blut- beziehungsweise Blutzerzeugsnisprobe angesehen werden, der von roten Blutzellen gebildet wird.
Herkömmlicherweise sind Hämatokritmeßwerte häufig für Vollblutproben, d. h. Blutproben, die direkt von einem Patienten genommen worden sind, ermittelt worden, die keiner nachfolgenden Trennung, Behandlung oder anderen Modifikationen unterliegen. Zusätzlich ist jedoch ein enormer Wert auf das Messen von Hämatokritwerten bezüglich einer Blutprobe gelegt worden, die selbst bereits einer Art von Modifikation beziehungsweise Veränderung unterzogen worden ist, wie zum Beispiel Bluterzeugnisse, die aus einer Vollblutprobe selektiv extrahiert worden sind, und, zum Beispiel, ein Übergewicht an weißen Blutzellen enthalten. In derartigen Fällen ist es häufig äußerst entscheidend sicherzustellen, daß die Hämatokritanteile nicht übermäßig groß sein werden, oder genauer gesagt, daß sie nicht einen vorab festgelegten Schwellenwert überschreiten. In derartigen Fällen können, für praktische Zwecke, die roten Blutzellen als eine "Verunreinigung" angesehen werden.
Im Zusammenhang mit Bluterzeugnissen, die ein Übergewicht an weißen Blutzellen enthalten, ist der Bedarf an Genauigkeit bei Hämatokritmessungen allgemein anerkannt. Ins besondere ist allgemein anerkannt gewesen, daß der akzeptierbare Fehlerbereich bei der Durchführung von Hämatokritmessungen bei Bluterzeugnissen, die ein Übergewicht an weißen Blutzellen enthalten, enorm kleiner als im Falle des Messens an Vollblutproben ist. Auch wenn ein in einen bestimmten Meßapparat oder einen bestimmten Meßprozeß eingebauter Fehlerbereich wohl einen vernachlässigbaren Effekt im Zusammenhang mit Vollblutproben (z. B. Vollblutproben, in denen der Hämatokritwert in der Größenordnung von 50% oder höher ist) aufweisen kann, wäre er somit im Verhältnis zu den vorhandenen Ist-Hämatokritwerten viel bedeutsamer im Zusammenhang mit Blutproben, die ein Übergewicht an weißen Blutzellen enthalten (z. B. eine Blutprobe mit einem Hämatokritwert in der Größenordnung von nur einigen wenigen Prozent oder weniger).
Der Bedarf an einem höheren Grad von Genauigkeit bei niedrigem Hämatokrit könnte besonders wichtig sein, um eine besondere Funktionsstörung oder Krankheit, die der Patient haben könnte, richtig zu diagnostizieren beziehungsweise zu verifizieren, um eine geeignete Behandlung für den Patienten bereitzustellen. Wenn zum Beispiel eine Blutprobe von einem Patienten genommen wird und dann danach in einer Zentrifuge oder einer anderen Zellen separierenden Vorrichtung separiert wird, kann es äußerst wichtig sein, daß sichergestellt wird, daß der Hämatokritanteil ausreichend niedrig ist, damit die Blutprobe einer nachfolgenden Behandlung, wie zum Beispiel Bestrahlung in einem Bestrahlungsapparat, unterzogen werden kann. Auf diese Art besteht eine ausgeprägte Möglichkeit, daß ein übermäßig hoher Anteil von Hämatokrit in der Blutprobe eines Patienten (d. h. eine Blutprobe, die ein Übergewicht an weißen Blutzellen enthält), sogar in der Größenordnung von einigen wenigen Zehnteln eines Prozentpunktes oder weniger, nachfolgend eine relativ ineffektive Behandlung ergibt (wodurch die Möglichkeit der Erholung des Patienten entweder verzögert oder sogar gefährdet wird) oder einfach eine unerwünschte Vergeudung von Zeit und Ressourcen darstellen könnte (indem ein vollständiger Neubeginn der Prozeduren des Abnehmens, Zentrifugierens und Behandelns notwendig sein könnte).
Herkömmlicherweise bringt ein Verfahren zur Messung von Hämatokrit das Zentrifugieren einer Probe mit einer Standardzentrifuge und einem Kapillarröhrchen mit sich. Es wird eine physikalische Messung an konzentrierten roten Zellen im Röhrchen vorgenommen und daraus eine Hämatokritberechnung abgeleitet. Es erweisen sich jedoch Nachteile, indem das Blut als erstes gesammelt und danach zentrifugiert werden muß und indem Ergebnisse im allgemeinen nicht sofort verfügbar sind. Außerdem sind die Ergebnisse häufig bei niedrigen Hämatokritanteilen, wie zum Beispiel Hämatokritanteilen von ungefähr 30% oder weniger, nicht sehr genau.
Ein weiteres herkömmliches Verfahren sieht eine Technik vor, bei der zwei LED (Light-Emitting Diode)-Strahler mit unterschiedlicher Wellenlänge (typischerweise Rot [d. h. allgemein ungefähr 600 nm] und Grün [d. h. allgemein ungefähr 500 nm]) durch eine Probenküvette moduliert werden. Eine Photodiode und eine elektrische Schaltung verstärken das Licht, das vom Strahler stammt und durch die Küvette geleitet wurde. Wenn die LED eingeschaltet worden ist und sie sich stabilisieren konnte, wird eine Messung der Differenz in der Signalamplitude des modulierten Lichts durchgeführt. Ein Computer berechnet den Hämatokritmeßwert auf der Grundlage der Differenzen im Licht, das den Detektor erreicht. In Verbindung mit besagten Systemen erhaltene Ergebnisse sind häufig nicht genau in Bezug auf Bluterzeugnisproben mit wesentlich geringen Hämatokritanteilen (wie zum Beispiel um 6% oder weniger) und die Reaktionszeit ist häufig im Hinblick auf die Verwendung von moduliertem Licht und im Hinblick auf die Reaktionszeit der Photodiodenschaltung langsam. Diese Systeme sind häufig hochkomplex im Hinblick auf die Lichtmodulationstechnik und die Notwendigkeit zum Berechnen der Differenz zwischen zwei Detektorablesewerten.
Das U.S.-Patent Nr. 5,351,686 von Steuer et al. beschreibt eine Anordnung, in der eine wegwerfbare Küvette, durch die pulsierend strömendes Blut gehen soll, ein Rohr mit zwei gegenüberliegenden Wänden mit einer vorab festgelegten Trennung dazwischen aufweist, die mit jedem Puls des strömenden Blutes variiert. In dieser Prozedur ist es möglich, einen Wert, der für die Änderung des Hämatokrits eines Patienten von einem Zeitpunkt zum anderen kennzeichnend ist, sowie Werte zu erzeugen, die absolute Hämatokritwerte kennzeichnen. Da dieses Patent von Steuer et al. anscheinend nur die Detektion von Hämatokrit in Vollblut ins Auge faßt, erscheint es jedoch so, daß der darin beschriebene Apparat bei relativ niedrigen Anteilen von Hämatokrit nicht so genau wie gewünscht sein kann (wie oben allgemeiner erörtert).
Das U.S.-Patent Nr. 5,372,136 von Steuer et al. beschreibt ein System und Verfahren zur Überwachung von Hämatokrit, bei denen, zum Beispiel, ein Finger in eine rohrartige Struktur eingeführt werden kann oder ein Clip an einem Ohrläppchen plaziert werden kann. In jedem Fall hilft eine Photodiodenanordnung bei der Bestimmung eines Hämatokritwertes auf der Grundlage der Extinktion von zahlreichen Lichtwellenlängen, die durch den besagten menschlichen Körperteil gewandert sind. Diese Prozedur schließt ein, was als eine "nichtin vasive" Detektion von Hämatokrit bezeichnet wird. Sie scheint jedoch nur zur Bestimmung eines Wertes, der eine Änderung des Hämatokrits eines Patienten von einem Zeitpunkt zum anderen kennzeichnet, und nicht von absoluten Hämatokritwerten fähig zu sein. Außerdem scheint der in diesem Patent von Steuer et al. beschriebene Apparat auch ähnliche Nachteile zu umfassen, wie sie oben gerade und noch allgemeiner beschrieben sind (das heißt, daß sie bei niedrigen Anteilen von Hämatokrit nicht so genau wie gewünscht sein können). Zusätzlich erscheint es auch so, daß ein potentieller Störfaktor da ist, der sich anhand des Durchtritts von Licht durch zusätzliche Zwischenmedien, z. B. die Haut des Patienten, Knochen, Muskeln oder andere Körperteile ergibt.
Man glaubt, daß die oben erörterten und erwähnten Vorrichtungen und Prozesse für den größten Teil komplex und teuer sind und Ergebnisse liefern, die nicht so genau wie gewünscht sind.
Die US 5,331,958 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Hämatokrit und anderen Blutparametern. Gemäß dem Verfahren wird ein Lichtstrahl in das Blut eines Patienten gerichtet und aus dem Blut austretendes Licht detektiert, wobei der Effekt der Änderung der Lichtstreuung, die sich, zum Beispiel, aus einer Änderung der Blutelektrolytzusammensetzung ergibt, betrachtet wird.
Die US 4,324,556 beschreibt eine spektrophotometrische Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung des Prozentsatzes von Kohlenmonoxid-Hämoglobin in Blut. Lichtabsorptionswerte werden anhand einer Referenzprobe und einer Testprobe erhalten und der Kohlenmonoxid-Hämoglobin-Prozentsatz wird anhand des Verhältnisses der Absorptionswerte bestimmt.
Die US 4,810,090 beschreibt eine Vorrichtung zur Überwachung von Komponenten von in einem Fließweg strömendem Blut. Die Vorrichtung enthält eine rote LED und grüne LED.
Die EP 0,467,804 betrifft einen optischen Detektor zur Messung einer Substanz (z. B. Hämoglobin) in Flüssigkeit. Die Erfindung gemäß der EP 0,467,804 wird beispielhaft anhand einer Vorrichtung erläutert, die eine Lichtquelle aufweist, die Licht im infraroten Spektrum emittiert.
Angesichts des Vorangehenden ist ein Bedürfnis an der Bereitstellung eines Detektors beziehungsweise von Detektoren entstanden, der/die bei Vorhandensein einer bestimmten Flüssigkeit, die eine unerwünschte Substanz oder Verunreinigung darin enthält, den Grad des Vorhandenseins der Verunreinigung genau bestimmen kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die durch Anspruch 1 definiert ist, ist eine Vorrichtung vorgesehen, in der vorzugsweise eine einzige Lichtquelle zum Emittieren von Licht mit einer Wellenlänge mit Spitzenemission, die allgemein derjenigen von "blauem" Licht im sichtbaren Spektrum oder derjenigen von Licht mit sogar niedrigerer Wellenlänge entspricht, Licht durch eine Anordnung emittiert, die eine flüssige Probe enthält, hinsichtlich derer gewünscht wird, eine bestimmte Verunreinigung zu messen beziehungsweise zu detektieren. Ferner detektiert eine an der anderen Seite der flüssigen Probe angeordnete Meßanordnung vorzugsweise die Lichtmenge, die durch die flüssige Probe tritt. Eine geeignete Schaltung wird vorzugsweise das gemessene Licht in einen Wert umwandeln, der für das relative Vorhandensein der bestimmten Verunreinigung in der flüssigen Probe kennzeichnend ist. Es ist auch denkbar, mit einer derartigen Anordnung momentane Änderungen des Anteils der besagten Verunreinigung zu detektieren.
Es ist in dieser Anordnung herausgefunden worden, daß wesentlich genaue Messungen des Vorhandenseins einer bestimmten Verunreinigung in einer bestimmten Flüssigkeit erzielt werden können, wenn, in der Regel, ein Prinzip von "Farbaffinität" beim Belichten der Flüssigkeit mit Licht während einer Detektionsprozedur befolgt wird. Da zum Beispiel "blaue" Lichtwellenlängen (oder Licht mit geringeren Wellenlängen) dazu neigen, die "Farbe" oder das Fehlen von Farbe, die in weißen Blutzellen vorhanden ist, genauer nachzuahmen, als dies Licht mit höheren Wellenlängen macht (zum Beispiel rote und/oder grüne Wellenlängen), scheint es so, daß speziell im Zusammenhang mit einer Blutprobe, die ein Übergewicht an weißen Blutzellen enthält, das Vorhandensein von roten Blutzellen mit höherer Wahrscheinlichkeit von einem Detektor, der blaues Licht (oder Licht mit geringeren Wellenlängen) verwendet, unterscheidbar ist, als wenn rotes oder grünes Licht durch die besagte Blutprobe geleitet würde. Man wird anerkennen, daß, konsistent mit der vorliegenden Erfindung, ähnliche Prinzipien auf die Messung von Verunreinigungen in Flüssigkeiten neben den genannten Körperflüssigkeiten, einschließlich, ohne Beschränkung, Konsum- und Industrieerzeugnisse, angewandt werden können.
Somit kann ein großes Maß an Genauigkeit durch wesentliches Anpassen, oder sogar näherungsweises Anpassen, der Farbe des Lichts, das emittiert wird, an den Teil der flüssigen Probe erzielt werden, der nicht direkt gemessen wird (d. h. die Nichtverunreinigung, "Hintergrund"- oder "Grund"-Teil der Flüssigkeit), aber dessen Reinheit durch Messung des Verunreinigungsgehalts darin abgeleitet werden kann. Auf diese Weise scheint es viel leichter, das Vorhandensein von Verunreinigungen zu bestimmen, die sich in der Farbe vom Licht, das durch besagte flüssige Probe gelenkt wird, wesentlich unterscheiden.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich im Zusammenhang mit der Messung von Hämatokrit in einer Bluterzeugnisprobe, die ein Übergewicht an weißen Blutzellen enthält, und speziell in Fällen, in denen die Bluterzeugnisprobe zur Bestrahlung in einem Bestrahlungsapparat vorgesehen ist, indem Licht mit einer Wellenlänge, die derjenigen von "blauem" Licht im wesentlichen entspricht, als genaues Nachmachen des UV-A-Lichts (d. h. Licht, das eine Wellenlänge von ungefähr 352 nm aufweist) angesehen werden kann, wobei das UV-A-Licht selbst häufig in derartigen Bestrahlungsprozeduren verwendet wird. Somit wird durch genaues Nachmachen der physikalischen Eigenschaften von Licht, das später an derselben Bluterzeugnisprobe während einer Bestrahlungsprozedur verwendet werden soll, die Wahrscheinlichkeit, daß irgendein Teil der Bluterzeugnisprobe, die in einem Hämatokrit-Detektor gemessen wird, vom Licht von der LED übermäßig beeinflußt oder verändert wird, in großem Maße reduziert.
Zusammengefaßt sieht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung allgemein eine Vorrichtung zum Messen von Hämatokrit vor, wobei die Vorrichtung enthält:

– eine Lichtquelle zum Emittieren von Licht entlang eines vorab festgelegten Weges;
– eine Anordnung zum Anordnen eines Teils einer menschlichen Blutprobe in dem Weg des von der Lichtquelle emittierten Lichts, wobei die Lichtquelle Licht mit einer Spitzenemissionswellenlänge emittiert, die nicht größer als diejenige von blauem Licht ist;
– eine Anordnung zum Messen von Licht, das von der Lichtquelle stammt und durch einen Teil einer, durch die Anordanordnung, im Weg des von der Lichtquelle emittierten Licht angeordneten menschlichen Blutprobe gegangen ist; und
– eine Anordnung zum Umwandeln des von der Meßanordnung gemessenen Lichts in einen Hämatokritwert.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die gemäß zumindestens einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehene vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlicher werden, in denen:
1 einen Verunreinigungsdetektor in Explosionsansicht darstellt;
2 eine detaillierte Darstellung einer Küvette bereitstellt;
3 eine Vorderansicht des in 1 dargestellten Verunreinigungsdetektors, mit plaziertem Deckel und plazierter Küvette (zur Vorbereitung für eine Detektionsprozedur), zeigt;
4 im wesentlichen dieselbe Ansicht wie 3, aber mit entfernter Küvette und entferntem Deckel zeigt;
5 eine Draufsicht des in den 1, 3 und 4 gezeigten Verunreinigungsdetektors zeigt;
6 eine Schnittansicht im wesentlichen entlang der in 5 gezeigten Linie VI-VI zeigt;
7 eine Schnittansicht im wesentlichen entlang der in 5 gezeigten Linie VII-VII zeigt;
8 eine schematische Darstellung einer Detektionsanordnung zeigt;
9 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Küvette gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, eines alternativen Beleuchtungsaufbaus gemäß der Erfindung zur Aufnahme der Küvette von 9 zeigt; und
11 eine perspektivische Ansicht der in einer Ausnehmung an dem Beleuchtungsaufbau von 10 aufgenommenen Küvette von 9 zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 stellt einen Verunreinigungsdetektor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Insbesondere zeigt 1 einen Verunreinigungsdetektor 10, in Explosionsansicht, der einen Deckel 12 und einen Hauptkörper 14 aufweist. Es ist auch eine Küvette 27 gezeigt, die wahlweise in den Hauptkörper 14 in einer Weise einsetzbar ist, die hiernach ausführlicher beschrieben werden wird.
Gemäß zumindest einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Montageblock 23 an einer geeigneten Montageplatte 21 montiert sein. Der Montageblock 23 kann wiederum vorzugsweise eine Basis für den Hauptkörper 14 bilden. Wie in 1 gezeigt, könnte der Hauptkörper 14 von einem größeren zylindrischen Abschnitt 25 und einem kleineren zylindrischen Abschnitt 29 (d. h. "größer" und "kleiner" hinsichtlich deren relativen Durchmesser) gebildet sein. Ferner ist vorstellbar, auf einer Oberfläche 21a der Montageplatte 21, in einer geeigneten Weise, eine Schaltung für den Zweck der Verarbeitung von Messungen, die vom Detektor 10 durchgeführt worden sind, zu montieren. Alternativ könnte besagte Schaltung auf der Oberfläche der Montageplatte 21 vorgesehen sein, die gegenüber der Oberfläche 21a angeordnet ist.
Vorzugsweise wird der kleinere zylindrische Abschnitt 29 einen darin angeordneten Schlitz 18 aufweisen, der zur Aufnahme der oben erwähnten Küvette 27 geeignet ist. Auch vorzugsweise ist im zylindrischen Abschnitt 29 eine Leuchtdioden(LED)-Anordnung oder eine andere geeignete Lichtquelle 20 zum Emittieren von Licht während der Meßprozeduren vorgesehen.
Zur Erleichterung der Ausbreitung von Licht durch die Küvette 27 (wenn sie in den Hauptkörper 14 eingesetzt ist) umfaßt der Hauptkörper außerdem vorzugsweise einen ersten Kanal 22, der von der LED 20 zum Schlitz 18 führt, und einen zweiten Kanal 24, der vom Schlitz 18 zu einer geeigneten Meßanordnung 26 (siehe 5) führt.
Vorzugsweise wird der Schlitz 18 die Küvette 27 in einer Weise aufnehmen, die zuläßt, daß das von der LED 20 emittierte Licht durch die Küvette 27 und weiter zur Meßanordnung 26 (siehe wiederum 5) geht. Vorzugsweise wird der Deckel 12 für die Dauer einer Detektionsprozedur über dem Hauptkörper 14 in einer Weise plaziert, daß der Eintritt von Umgebungslicht (d. h. Licht von der Außenseite des Apparates) in Richtung auf die Küvette 27 wesentlich minimiert, wenn nicht praktisch vollständig beseitigt wird.
2 stellt eine Küvette 27 genauer dar, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Vorzugsweise wird die Küvette 27 eine Einfülleitung 28, eine Auslaßleitung 32 und einen Hauptkörperabschnitt 34 enthalten.
Der Hauptkörperabschnitt 34 wird vorzugsweise so konfiguriert sein, daß er darin einen Abschnitt enthält, der eine "Abplatt"-Kammer (die alternativ als eine "Belichtungs"-, "Detektions"- oder "Test"-Kammer bezeichnet werden könnte) 36 mit erheblich kleiner Dicke definiert, um die Bereitstellung einer erheblich dünnen Schicht aus einer Bluterzeugnisprobe im Weg des von der Lichtquelle 20 emittierten Lichts zu bewirken. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung könnte die Dicke der Kammer 36 ungefähr 0,030 Zoll (was eine Blutfilmschicht mit ähnlicher Dicke ergibt) betragen, aber etwas größere oder kleinere Dicken könnten auch verwendet werden.
Vorzugsweise wird der Hauptkörperabschnitt 34 auch so konfiguriert, daß er die Einfüll- und Auslaßleitungen 28 und 32 leicht aufnimmt, so daß die Einfüll- und Auslaßleitungen 28 und 32 Blutmengen in die Kammer 36 oder dort heraus über geeignete innere Rohre 28a und 32a jeweils lenken können. Die inneren Rohre 28a und 32a können eine allgemein rohrförmige Gestalt aufweisen und können einen Übergang in die Kammer 36 über geeignet gestaltete Übergangszonen 31 und 33 bewirken. Vorzugsweise wird die Kammer 36 so konfiguriert werden, daß sie einen dünne und im wesentlichen laminare Flüssigkeitsschicht für von der LED-Anordnung oder anderen geeigneten Lichtquellen 20 (siehe 1) emittiertes Licht bietet. Gemäß zumindest einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mindestens die Kammer 36 aus einem im wesentlichen transparenten Material (z. B. einem klaren Kunststoff) hergestellt. Es versteht sich, daß der Rest des Hauptkörperabschnittes 34 sowie die Einfüll- und Auslaßleitungen 32, 34 aus ähnlichem Material hergestellt sein können (obwohl Materialien mit größerer Lichtundurchlässigkeit für diese Komponenten mehr zu bevorzugen sein können, um den Einfall von Umgebungslicht in die Kammer 36 weiter zu dämmen).
3 stellt den Verunreinigungsdetektor mit der in den Schlitz 18 (siehe 1) eingesetzten Küvette 27 und mit plaziertem Deckel 12, in Vorbereitung für eine Detektionsprozedur, dar.
4 zeigt eine Vorderansicht eines Verunreinigungsdetektors gemäß der vorliegenden Erfindung mit entferntem obengenanntem Deckel 12. Die obengenannte LED-Anordnung 20 ist vorzugsweise in einem geeignet dimensionierten Schlitz 38 positioniert.
5 zeigt eine Draufsicht des in 3 gezeigten Verunreinigungsdetektors. Wie dargestellt, erstreckt sich der Schlitz 18 vorzugsweise über zumindest den Durchmesser des kleineren zylindrischen Abschnittes 29 des Hauptkörpers 14.
6 zeigt eine Schnittansicht im wesentlichen entlang der in 5 gezeigten Linie VI-VI. Wie gezeigt, wird der Schlitz 18 vorzugsweise so konfiguriert werden, daß er die Küvette 27 vollständig aufnimmt, und enthält er somit vorzugsweise einen unten mit einer Ausnehmung versehenen Abschnitt 42. Vorzugsweise wird der unten mit einer Ausnehmung versehene Abschnitt 42 ein Fenster 43 enthalten, das bei Plazierung der Küvette 27 im Schlitz 38, mit der oben erwähnten Abplattkammer 36 der Küvette 27 fluchten wird, um Licht in den zweiten Kanal 24 (siehe 5) zu lenken.
7 zeigt eine Schnittansicht im wesentlichen entlang in 5 gezeigten Linie VII-VII. Wie gezeigt, wird dieser Abschnitt des Hauptkörpers 14 vorzugsweise ein darin angeordnetes Loch 44 aufweisen, das zum Lenken von LED- oder anderem Licht vom ersten Kanal 22 (siehe 5) in Richtung auf Abplattkammer 36 der Küvette 27 und somit zum oben erwähnten Fenster 43 konfiguriert ist.
Die 6 und 7 stellen dar, daß, gemäß zumindest einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der oben erwähnte Küvettenaufnahmeschlitz 18 (siehe 5) vorzugsweise gebildet sein kann durch: einen unten mit einer Ausnehmung versehenen Abschnitt 42, im wesentlichen horizontale Absatzabschnitte 45 und im wesentlichen vertikale Wandabschnitte 47. Der unten mit einer Ausnehmung versehene Abschnitt 42 selbst kann vorzugsweise von einem ersten vertikalen Wandabschnitt 42a (wie in 6 gezeigt) und einem zweiten vertikalen Wandabschnitt 42b (wie in 7 gezeigt) gebildet sein.
Vorzugsweise werden die Abschnitte 42a, 42b, 47 und 45 so dimensioniert und konfiguriert, daß sie die Küvette 27 adäquat aufnehmen, wenn selbige in den Schlitz 18 einsetzt und in dem unten mit einer Ausnehmung versehenen Abschnitt 42 gehalten wird. Wenn die Küvette 27 (siehe 2) in den unten mit einer Ausnehmung versehenen Abschnitt 42 eingesetzt wird, wird diesbezüglich ein wesentlicher Teil des Hauptkörpers 34 der Küvette 27 vorzugsweise in dem unten mit einer Ausnehmung versehenen Abschnitt 42 geklemmt. Derart konfiguriert, werden die Einfüll- und Auslaßleitungen 28 und 32 vorzugsweise jeweils auf korrespondierenden horizontalen Absatzabschnitten ruhen, während gegenüberliegende Längsenden der Küvette 27 im wesentlichen an korrespondierenden vertikalen Wandabschnitten 47 anliegen werden. Vorzugsweise wird der vertikale Wandabschnitt 42a, in Bezug auf die in 6 gezeigte Ansicht, axial mehr ausgespart werden als die vertikalen Wandabschnitte 47, um die Dicke des Hauptkörpers 34 über den Einfüll- und Auslaßleitungen 28 und 32 leichter aufzunehmen. Mit auf horizontalen Absatzabschnitten 45 ruhender Einfülleitung 28 und Auslaßleitung 32 der Küvette 27 würde selbige auch vorzugsweise von geeignet dimensionierten Ausnehmungen 48 im Deckel 12 (von denen eine in 1 gezeigt ist) aufgenommen werden.
Vorzugsweise führt das Fenster 43 zum Kanal 24 und endet es an einer geeigneten Meßvorrichtung beziehungsweise Sensor 26 (siehe 5). Ein derartiger Sensor 26 ist in 8 schematisch gezeigt, wobei die LED-Eingabe bei 50 schematisch gezeigt ist. Vorzugsweise wird der Sensor 26 mit einer geeigneten Schaltung und/oder Programmierung 52 für den Zweck des Bestimmens des Ist-Verunreinigungsanteils in besagter flüssigen Probe verbunden werden.
Die 9 bis 11 stellen eine weitere Ausführungsform der Erfindung dar. 9 zeigt eine alternative Küvette 100, die aus einem lichtundurchlässigem Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material geformt ist. Die Küvette 100 umfaßt einen flachen länglichen Körper 102 mit einem integralen Lichtschutzflansch 104, der über Enden 106 und einem oberen Rand 108 des Körpers 102 geformt ist. Öffnungen 110 und 112 stellen eine Verbindung mit dem Rohr (nicht gezeigt) wie in der früheren Ausführungsform her. Durchgänge 114 und 116 führen von den Öffnungen 110 und 112 jeweils in eine scheibenförmige Beobachtungskammer 118. Die Kammer 118 wird von einer ringförmigen Wand 120 definiert, die normal zum Körper 102 verläuft und diesen durchdringt. Ein Paar transparente Fenster 122 ist in der Wand 120, angrenzend an einen ringförmigen Absatz 124 in der Kammer 118, mittels Schall angeschweißt, um die Kammer 118 zu umhüllen. Eine longitudinale Lamelle 126, koplanar mit dem Körper 102, erstreckt sich durch einen oberen Abschnitt der Kammer 118 zwischen den Fenstern 122, um eine laminare Strömung mit ausreichender Geschwindigkeit zum Transportieren von irgendwelchen mitgerissenen Luftblasen aus der Kammer 118 heraus zu befördern.
10 zeigt einen optischen Aufbau 128 zur Aufnahme der Küvette 100 (in 10 nicht gezeigt). Der Aufbau 128 umfaßt einen aus einem lichtundurchlässigen Material ge formten Körper 130 mit einer Ausnehmung 132, die zur Aufnahme der Küvette 100 gestaltet ist, wobei sich eine LED 134 an einer Seite derselben und eine Photodiode 136 an einer gegenüberliegenden Seite derselben befindet. Ein Fenster 138 trennt die LED 134 von der Ausnehmung 132. 11 zeigt die in der Ausnehmung 132 aufgenommene Küvette 100. Der Lichtschutzflansch 104 und der Körper 130 des optischen Aufbaus schirmen die Kammer 118 vor Umgebungslichtquellen ab. Die LED 134 kann ihr Licht durch ihr Fenster 138, durch die Kammerfenster 118 und die Kammer 118 lenken, um von der Photodiode 136 empfangen zu werden. Der Hämatokritanteil von durch die Kammer 118 fließenden Fluiden kann somit schnell und leicht gemessen werden.
Es versteht sich, daß, gemäß zumindest einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die beschriebenen und bezüglich der 1 bis 11 dargestellten Verunreinigungsdetektoren nur erläuternde Beispiele liefern und auf keine Weise den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung begrenzen sollen.
Man wird erkennen, daß im Zusammenhang mit der Bestimmung von Hämatokritwerten in menschlichem Blut oder Bluterzeugnisproben (insbesondere Blutproben, die ein Übergewicht an weißen Blutzellen enthalten) es wünschenswert ist, Licht zu verwenden, das keine größere Wellenlänge als die mit "blauem" Licht verbundene aufweist. In zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann dies übergehen auf ungefähr 466 nm oder weniger. Derzeit ist Licht mit einer Wellenlänge bis zu 430 nm hinunter verwendet worden und es ist denkbar, Licht mit noch niedrigerer Wellenlänge zu verwenden. Wie vorangehend erörtert, scheint es so, daß besagte Wellenlängen (d. h. diejenigen, die mit "blauem" Licht verbunden sind oder niedriger, wie zum Beispiel ungefähr 466 nm oder geringer) mehrere Vorteile liefern, einschließlich, ohne notwendigerweise darauf beschränkt zu sein: die Wahrscheinlichkeit, daß das Vorhandensein von roten Blutzellen leichter gegenüber dem Hintergrund von weißen Blutzellen unterschieden wird; und die Kompatibilität von besagtem Licht mit dem Lichttyp, der in einer Bestrahlungsprozedur verwendet werden kann, wie zum Beispiel UV-A-Licht (das heißt Licht mit einer Wellenlänge von ungefähr 352 nm) mit der resultierenden Wahrscheinlichkeit, daß die Bluterzeugnisprobe, die vermessen wird, von dem Licht von der LED nicht übermäßig beeinflußt beziehungsweise verändert wird.
Es ist herausgefunden worden, daß von Cree Research, Inc. of Durham, North Carolina, hergestellte blaue LEDs besonders effektiv sind, besonders die "C470 Series Silicon Carbide Blue LEDs".
Eine geeignete Photodiode, die vorzugsweise als der hierin dargestellte und beschriebene Meßaufbau 26 verwendet werden kann, ist die von EG&G VACTEC of St. Louis, Missouri, hergestellte "VTB Process Photodiodes", die sich als besonders effektiv herausgestellt haben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise im wesentlichen jeder geeignete Schaltungstyp für den Zweck des Umwandelns des von dem vorangehend genannten Meßaufbau (wie zum Beispiel einer Photodiode) gemessenen Lichts in einen Wert, der das relative Vorhandensein einer bestimmten Verunreinigung (wie zum Beispiel einen Hämatokritwert) in der flüssigen Probe, die vermessen wird, verwendet werden.
Zum Beispiel ist es denkbar, einen geeigneten Verstärker zum Zwecke des Verstärkens eines Signals vom Sensor (z. B. Photodiode), das die vom Sensor gemessene Lichtmenge kennzeichnet, sowie eine Schaltung zum Umwandeln des verstärkten Signals in einen seriellen Bitstrom zu verwenden. Zum Zwecke des Kalibrierens des Meßapparats ist denkbar, einen "on-board" Speicher (z. B. Nachschlagtabelle oder dergleichen) bereitzustellen. Komponenten wie diese scheinen für Fachleute auf dem Gebiet allgemein bekannt zu sein und werden somit hierin nicht weiter erörtert. Es versteht sich, daß Komponenten wie diese hier nur als ein Beispiel gebracht werden und daß im wesentlichen jeder Typ von geeigneter Schaltung oder anderer Anordnung innerhalb des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Angesichts der hierin oben dargelegten allgemeinen Erwägungen ist der Bedarf am genauen Messen von Hämatokritanteilen von Blut und Bluterzeugnissen on-line (d. h. nicht invasiv) und in Echtzeit allgemein anerkannt, insbesondere im Hinblick auf die Steuerung von Prozessen, die zum Trennen und/oder Behandeln des Bluts oder von Blutanteilen verwendet werden. Der Bedarf am genauen Messen dessen, was als sehr niedrige Hämatokritanteile (d. h. weniger als ungefähr 10) angesehen wird, ist als besonders wichtig angesehen worden.
Zumindest eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht einen Apparat und ein Verfahren vor, bei denen vorzugsweise eine einzige Lichtquelle, wie zum Beispiel eine mit eng definierter Wellenlänge mit Spitzenemission von ungefähr 466 nm (blaues Licht), zum Emittieren von Licht durch eine Küvette verwendet wird, die eine Blut- oder Bluterzeugnisprobe enthält, die zu vermessen ist. Außerdem detektiert eine an der anderen Seite der Probenküvette angeordnete Photodiode die durch die Dünnschichtprobe tretende Lichtmenge. Ein Verstärker und eine elektronische Schaltung verstärken das Signal und wandeln selbiges in einen seriellen Bitstrom um. Die von der Photodiode detektierte Lichtmenge ist umgekehrt proportional zum Hämatokritanteil der Probe. Als Ergebnis ist herausgefunden worden, daß Hämatokritänderungen sofort detektiert werden können. Vorzugsweise werden Kalibrierdaten in einem "on-board"-Speicher gespeichert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß, im Zusammenhang mit einer Bluterzeugnisprobe, die ein Übergewicht an weißen Blutzellen enthält, Hämatokritmessungen durchgeführt werden können, bevor die Probe in einer Bestrahlungsvorrichtung bestrahlt wird. Derartige Bestrahlungsvorrichtungen und damit verbundene Prozeduren sind für Fachleute auf dem Gebiet allgemein bekannt.
Mehrere U.S.-Patente beschreiben Apparate und Prozesse sowie Komponenten und damit verbundene Konzepte, die gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Diese Patente sind unten aufgelistet.
Einige Beispiele für Bestrahlungsvorrichtungen und damit verbundene Prozeduren sind in den folgenden U.S.-Patenten zu finden: Nr. 5,459,322 von Warkentin; Nr. 4,321,919, 4,398,906 und 4,428,744 von Edelson; Nr. 4,708,715 und 4,692,138 von Troutner et al.; Nr. 4,737,140 von Lee et al.; und Nr. 4,952,812 und 4,726,949 von Miropol et al.
Die U.S.-Patente Nr. 5,416,342 und 5,027,168 offenbaren Beispiele für blaue Leuchtdioden.
Blaue Leuchtdioden sind auch in "Technology Newsletter", Electronic Design, 24. Oktober 1995, Seite 29, beschrieben.
Falls hierin nicht anderweitig angegeben, kann angenommen werden, daß alle hierin vorangehend beschriebenen Komponenten und/oder Prozesse, sofern zweckdienlich, als durch ähnliche Komponenten und/oder Prozesse, die anderswo in der Beschreibung beschrieben sind, ersetzt werden können, sofern keine gegenteilige Bemerkung gemacht wird.
Man sollte erkennen, daß der Apparat gemäß der vorliegenden Erfindung für die Anwendung geeignet konfiguriert werden kann. Die oben beschriebenen Ausführungsformen sollen in jeder Hinsicht nur als erläuternd und nicht als beschränkend angesehen werden. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche statt durch die vorangehende Beschreibung definiert. Alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereiches der Ansprüche liegen, sollen in den Schutzbereich einbezogen werden.

Claims

Vorrichtung (10) zur Messung von Hämatokrit, wobei besagte Vorrichtung umfaßt: eine Lichtquelle (20) zum Emittieren von Licht entlang eines vorab festgelegten Weges; Mittel (27) zum Anordnen eines Teils einer menschlichen Blutprobe in dem Weg des von besagter Lichtquelle (20) emittierten Lichts, wobei besagte Lichtquelle (20) Licht mit einer Spitzenemissionswellenlänge emittiert, die nicht größer als diejenige von blauem Licht ist; Mittel (26) zum Messen von Licht, das von besagter Lichtquelle (20) stammt und durch einen Teil einer, durch besagtes Anordmittel (27), im Weg des von besagter Lichtquelle (20) emittierten Licht angeordneten menschlichen Blutprobe gegangen ist; und Mittel (52) zum Umwandeln des von besagtem Meßmittel (26) gemessenen Lichts in einen Hämatokritwert.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von besagter Lichtquelle (20) emittierte Licht eine Spitzenemissionswellenlänge von ungefähr 466 nm oder weniger aufweist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von besagter Lichtquelle (20) emittierte Licht eine Spitzenemissionswellenlänge aufweist, die mit derjenigen von blauem Licht im wesentlichen übereinstimmt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (20) Licht mit einer Spitzenemissionswellenlänge von ungefähr 466 nm emittiert.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Lichtquelle (20) eine Leuchtdiode (20) umfaßt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, ferner umfassend Mittel (18) zur wahlweisen Aufnahme besagten Anordmittels (27) und Halten besagten Anordmittels (27) im wesentlichen im Weg des von besagter Lichtquelle (20) emittierten Lichts während der Emission von Licht von besagter Lichtquelle (20).
Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Anordmittel (27) einen Hauptabschnitt (34), ein Einfüllelement (38) und ein Auslaßelement (32) umfaßt; besagte Einfüll(28)- und Auslaß(32)-Elemente jeweils Rohre zum Empfangen einer menschlichen Blutprobe von einer Quelle mit einer menschlichen Blutprobe und zum Lenken einer menschlichen Blutprobe, die von besagtem Anordmittel (27) in dem Weg des von besagter Lichtquelle (20) emittierten Licht angeordnet worden ist, auf den Bestimmungsort für eine menschliche Probe umfassen; und besagter Hauptabschnitt (34) besagten Anordmittels (27) Mittel (36) zum Empfangen einer menschlichen Blutprobe von besagtem Einfüllabschnitt (28) und zum Anordnen der menschlichen Blutprobe in einer Weise umfaßt, daß die Belichtung der menschlichen Blutprobe mit dem von besagter Lichtquelle (30) stammenden Licht optimiert wird.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, ferner umfassend Abdeckmittel (18) zur Verhinderung des Eintritts von Umgebungslicht in Richtung zu besagtem Hauptabschnitt (34) besagten Anordmittels (27) während der Emission von Licht von besagter Leuchtdiode (20).
Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Mittel (18) zum wahlweisen Aufnehmen und Halten besagten Anordmittels einen mit einer Ausnehmung versehenen Abschnitt (42) umfaßt, der konfiguriert ist, um besagten Hauptabschnitt (34) besagten Anordmittels (27) aufzunehmen; und besagter Hauptabschnitt (34) besagten Anordmittels (27) derart dimensioniert ist, daß er in besagtem mit einer Ausnehmung versehenen Abschnitt (42) verschiebbar aufnehmbar ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Abdeckmittel (12) eine Abdeckung umfaßt, die in Bezug auf besagten mit einer Ausnehmung versehenen Abschnitt (42) verschiebbar montierbar ist; wobei besagte Abdeckung ein Paar Ausnehmungen (48) zur jeweiligen Aufnahme besagter Einfüll(28)- und Auslaß(32)-Elemente besagten Anordmittels (27) darin umfaßt, wenn besagter Hauptabschnitt (34) besagten Anordmittels (27) in besagten mit einer Ausnehmung versehenen Abschnitt (42) geschoben wird und besagte Abdeckung (12) in eine Abdeckposition in Bezug auf Ausrichtmittel geschoben wird.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß besagter Hauptabschnitt (34) besagten Anordmittels (27) und besagter mit einer Ausnehmung versehener Abschnitt (42) derart dimensioniert und konfiguriert sind, daß sie eine menschliche Blutprobe in einer Ebene ausrichten, die im wesentlichen senkrecht zum Weg des Lichts von besagter Lichtquelle (20) verläuft.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 11, ferner umfassend: einen ersten Kanal (22), der sich von besagter Lichtquelle (20) zu besagtem mit einer Ausnehmung versehenen Abschnitt (42) erstreckt; einen zweiten Kanal (24), der sich von besagtem mit einer Ausnehmung versehenen Abschnitt (42) zu besagtem Meßmittel (46) erstreckt; wobei besagte erste (22) und zweite (24) Kanäle zueinander im wesentlichen ausgerichtet und im wesentlichen koaxial in Bezug zueinander sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß besagter Hauptabschnitt (34) besagten Anordmittels (27) und besagter mit einer Ausnehmung versehener Abschnitt (42) derart konfiguriert sind, daß eine von besagtem Anordmittel (27) angeordnete menschliche Blutprobe auch mit besagten ersten (22) und zweiten (24) Kanälen ausgerichtet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß besagter Hauptabschnitt (34) eine Testkammer (36) umfaßt, wobei besagte Testkammer (36) Mittel zum Umwandeln einer von besagtem Einfüllelement (28) empfangenen menschlichen Blutprobe in eine im wesentlichen laminare Schicht und Anordnen einer menschlichen Blutprobe im wesentlichen in einer Ebene umfaßt, die im wesentlichen senkrecht zum Weg des von besagter Lichtquelle (20) emittierten Lichts verläuft.