JP6944312B2 - チューブ部分の内部の媒体用の検出デバイス、および、これを備える医療装置 - Google Patents

Description

本発明は、チューブ部分の内部の媒体用の検出デバイスに関する。特に、例えば血液回路システムが利用されている医療機器上の、撮像センサ用の照明システムを組み込んだ検出デバイスに関する。

透析では、患者の血液は、体外血液循環回路システムの中を流れる。血液が体外に導かれることにより分析パラメータを決定するために患者の血液を容易に利用することができる、という側面がある一方で、血液が体外に導かれることによって不純物または空気などの望ましくない異物が患者に供給されるおそれがあり、透析治療におけるリスク要因となる。

かかる異物の検出に注目した多種多様なセンサシステムの利用分野は多方面にわたる。したがって、非接触的かつ非破壊的な方法で血液や血液回路システムの含有物を分析できるセンサ方式が特に注目されている。この場合の非接触とは、血液が回路システムの標準的な材料以外の材料と接触しないことを意味する。非接触式であると、凝固または炎症のさらなる発生源が生じることを避けられるとともに、異なる材料および構造を組み合わせる必要がないため製造コストが最小になる。また、この場合の非破壊的とは、測定技術が、血液の細胞成分または分子成分に影響することも、これらの成分を弱体化させることも、これらの成分を破壊することもないことを意味する。これは、透析患者の赤血球の形成が阻害されるとともに、赤血球の一つ一つの損失によって患者の健康状態および福祉が永久に損なうおそれがあるため、特に重要である。

周知の通り、物質の非接触的かつ非破壊的な分析のためには、光学技術が適している。分析物と光源または検出器とが直接接触することなく、光は分析物と相互作用することができるので、極限状態を除けば細胞の損傷などを引き起こすことはないであろう。かかる極限状態は、センサのスマート設計によって容易に回避しうる。

透析における光センサの使用は周知のとおりである。これらのセンサは、例えば、ヘマトクリットセンサ（赤色光および赤外光に基づく）、赤色検出器（血液回路システム内の血液の存在を示す）、および、漏血検出器（透析液回路における透析液の赤色化を測定する）または例えば治療中の透析用量の決定を可能にするリアルタイム監視用の透析液回路における分析センサ、を含む。前記センサは少なくとも準平衡状態を測定し、すなわち、これらのセンサは、濃度、着色、または、血液中の物質の存在、などを示す。このために、検出器に入射する光は全て分析され、測定値を得るために処理される。この理由から、前記センサの照明システムには特別な要求がなされない。一般に、前記センサは、短期的な擾乱に関して何らかの表示するようには構成されておらず、および／または、それによって悪影響を受けることもなければ、これらのセンサは、空間分解的に、すなわち、チューブ内の様々な箇所にて測定値を決定することもできない。

気泡または溶解不純物の検出などの一部の利用法では、その気泡または不純物を識別して定量化する（例えば、気泡関しては体積、不純物に関してはサイズおよび構造）ために、空間分解が好適である。空間分解測定のためには、複数の画素の組み合わせによって空間情報を再構築することが可能な検出器アレイが必要である。空間分解に基づくこのような測定システムの簡単な例が、ＣＭＯＳまたはＣＣＤ素子上に検査対象のシステムを結像し、それによって分析用の空間情報を提供するカメラである。光センサの場合以外では、このような撮像測定システムにおいて、検出器アレイの照度が全体にわたって均一であることが重要な特徴である。検出器アレイのある一つの画素の照度が他の画素の照度よりも小さい場合には、光と分析物との間に局所的な相互作用がある可能性がある。しかし、照度の違いが入射光の不均一な分布によって生じてしまうと、測定が誤って解釈されることになる。

チューブ上での測定のためには、さらなる基準を観察する必要がある。実質的に円筒形の物質としてのチューブは、図１に概略的に示すように、レンズとして作用して検出器アレイ上における照度の違いを生じさせる可能性がある。図１に示すレンズ効果により、チューブを徹照するとき検出器ユニット上に不均一な光の分布が生じる。この効果は、チューブ内部に流体があるか否か、および、チューブ内部の流体がいずれの種類であるか、に、さらに左右される。

また、チューブ区間を徹照する場合、チューブ内の媒体を通る光路が異なる（図２を参照）。チューブを均一に徹照すると、チューブの縁における光線は、チューブの中間における光線と比べると、チューブ内の媒体に強く相互作用しない。このこともまた、通常は、検出器アレイの不均一な照射を生じる原因となる。これはすなわち、チューブの縁を透過する光がチューブの中心領域を透過する光ほど吸収されないため、検出器ユニット上の不均一な光の分布を生じる。これに類似する照度の差は、照明システムが、点光源、または、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイなどの複数の点光源、によって構成される場合に発生する可能性がある。

前述のように、先行技術では、平らな表面への均一な照射が記載されているに過ぎない。

したがって、本発明の根底にある目的は、チューブ部分の内部を均一に照射し、撮像および／または空間分解的な光学的方法を用いてチューブ内部の適切な撮像を可能にする、チューブ部分の内部の媒体用の検出デバイスを提供することである。

本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴を備えるチューブ部分の内部の媒体用の検出デバイスによって達成される。有利な発展形態は、添付の従属請求項の主題である。

本発明の根底にある一般概念は、撮像光センサのために均一に分布した光を提供することである。このセンサは、チューブの、または、少なくともチューブ部分の、内部の媒体を分析する検出器ユニットの少なくとも一部を構成する。提供された光は、チューブまたはチューブ部分の内部の媒体の局所的差異による明るさの差を特定して定量化（評価）できるように、適切に均一化される。この局所的な差異とは、例えば、吸収物質の濃度のばらつき、異なる媒体の含有（例えば液体内の空気）、液体内の固体粒子、などである。チューブまたはチューブ部分は、光源と検出器ユニット（検出器アレイ）との間に配置されてよく、あるいは、光源と検出器ユニットとがチューブに対して同じ側および／または互いに対して所定の角度で配置されてよい。

光の均一化デバイスは、光源とチューブとの間に配置される。このときチューブは光源によって間接的に照らされる。均一化デバイスとしては、例えば、散乱板、拡散フィルム、または、一般的には透明な粗面体が使用されうる。基本的に光源によりチューブを直接的に照射するかわりに、光源とチューブとの間に光の均一化デバイスを設置するという上記の基本的原則は、図３に概略的に示されている。

この均一化デバイスの特に有利な実施形態は、光の伝播方向に垂直な均一化デバイスの所定の領域に吸収物質を段階的または漸進的に導入することによって、凸面、および／または、凹面、および／または、可変吸収機能、すなわち、散乱部材および／または拡散部材と、吸収材と、の組み合わせ、を少なくとも部分的に備える。好適な可変吸収機能は、均一化デバイスの所定の外側領域または辺縁領域によりおいて吸光度が高く、この吸光度は均一化デバイスの中心領域に向かって減衰する。

詳しくは、この目的は、チューブ部分の内部の媒体用の検出デバイスであって、
徹照されるように構成されたチューブ部分に対して第一の位置に配置され、前記チューブ部分に光を照射するように構成された少なくとも一つの光源と、
前記チューブ部分に対して第二の位置に配置され、このチューブ部分を通過した前記少なくとも一つの光源からの光を受光するとともに、空間分解的な方法でこのチューブ部分の内部の媒体を分析するように、構成された検出器ユニットと、
前記少なくとも一つの光源と前記チューブ部分との間の位置に配置され、前記チューブ部分の内部の前記媒体の局所的な差異による明るさの差を検出して定量化するために、前記少なくとも一つの光源からの均一および／または等方的な前記光の分布を、前記光がこのチューブ部分に入射する前に作り出すように構成された均一化デバイスと、
を備える検出デバイスによって達成される。

好ましくは、透過測定のための幾何学的配置では、前記チューブ部分が前記少なくとも一つの光源と前記検出器ユニットとの間に位置するように、前記少なくとも一つの光源は前記チューブ部分の第一の側に配置され、前記検出器ユニットは前記チューブ部分の第二の側に配置される。

好適な代替形態として、反射測定のための幾何学的配置では、前記少なくとも一つの光源と前記検出器ユニットとは、前記チューブ部分に対して同一の側に配置され、それに対応して互いに対して所定の角度を採用する。

好ましくは、前記均一化デバイスは、散乱板、拡散フィルム、または、粗面を有する透明媒体、である。

前記均一化デバイスは、好ましくは、前記チューブ部分に対して可能な限り近くに位置するように配置される。

好ましくは、少なくとも第一の壁および第二の壁が設けられ、これらの壁の間には、前記少なくとも一つの光源および／または前記均一化デバイスが配置される。この第一および／または第二の壁は、光路上における潜在的な光の損失を低減するために反射性であってよく、あるいは、例えばプラスチック製のチューブの滑らかな表面による望ましくない反射を避けるために非反射性であってよく、および／または、所定の着色（例えば黒色）が施されていてもよい。

好ましくは、前記検出器ユニットの前方に、および／または、前記少なくとも一つの光源と前記均一化デバイスとの間に、撮像光学システムが配置される。

好ましくは、前記均一化デバイスのサイズは、少なくとも前記検出器ユニットの視野のサイズに一致する。チューブ部分の内部の媒体の所与の流量および検出器デバイスの所与の受容率により、検出器ユニットの視野およびチューブ部分長手方向の均一化デバイスの最小寸法は、ＧＦ＝ＦＲ／ＡＲであるように決定されることができ、チューブ部分断面方向の均一化デバイスの最小寸法は、チューブ部分の全直径に少なくとも等しくてよい。

好ましくは、前記少なくとも一つの光源は、前記均一化デバイスの前記チューブ部分長手方向の拡張範囲を完全に照らすように構成され、適切に適応させた形状の、前記少なくとも一つの光源、もしくは、複数の光源要素および／またはビーム形成要素、が、完全な照明のために光路上に設けられる。

好ましくは、前記均一化デバイスにおいて、徹照方向および光の伝播方向に垂直な方向に沿って、または、前記均一化デバイスの所定の領域において、前記均一化デバイスに可変的に光を吸収する機能を付与するための所定の濃度の光吸収物質が導入される。有利な態様としては、かかる濃度は、段階的、または、漸進的に可変的、であってよく、その限りにおいて、均一化デバイスの光に関する可変的な吸収機能を提供してよく、その機能により、チューブまたはチューブ部分の内部の媒体における不均等な光路長およびその結果として生じる検出器アレイの不均等な照明または照度が補償されるか、あるいは、
少なくとも大幅に低減されうる。

好ましくは、医療装置が、上記に記載の検出デバイスを備えると有利である可能性がある。医療装置が、体外血液処理用の機械、例えば、透析機械であると、さらに有利である可能性がある。

以下、本発明を、図面を参照して、好適な実施形態として詳細に説明する。

チューブの徹照において検出器ユニット上に不均一な光の分布を生じるレンズ効果を示す概略図。 チューブの均一な徹照によるチューブの縁および中心領域における光線の相互作用を示す概略図。辺縁の光線は、中心の光線ほど強くはチューブ内の媒体と相互作用せず、かつ、辺縁と中心領域との光吸収作用の差異により、検出ユニット上に不均一な光の分布が生じる。 透過測定のための幾何学的構成を有する第一の実施形態に係るチューブまたはチューブ部分の内部の媒体の局所分解分析用の検出デバイスの構造を簡略化して示した概略図。 均一化デバイスによって達成された照度の改善を示す図。 均一化デバイスの下流の照明強度の低下を軽減するために導光デバイスが配置された、第二の実施形態に係るチューブまたはチューブ部分の内部の媒体の局所分解分析用の検出デバイスの構造を簡略化して示した概略図。 反射測定のための幾何学的構成を有する第三の実施形態に係るチューブまたはチューブ部分の内部の媒体の局所分解分析用の検出デバイスの構造を簡略化して示した概略図。 第一から第三の実施形態の変形に適用可能な、平凹面形状の均一化デバイスの構成を示す図。 第一から第三の実施形態の別の変形に適用可能な、平凸面形状の均一化デバイスの構成を示す図。 第一から第三の実施形態のさらに別の変形に適用可能な、外側領域の吸収率が高く中心領域の吸収率が低い均一化デバイスの構成を示す図。

なお、図面では、同様の要素、または、等しく作用する要素およびコンポーネント、は、同様の参照番号で示され、繰り返し説明はされない。

図３は、第一の実施形態に係るチューブまたはチューブ部分の内部の媒体の局所分解分析用の光センサの形状をした検出デバイスの構造を概略的に示しかつ簡略化している。

第一の実施形態では、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）である光源１０が媒体を導くチューブまたはチューブ部分を徹透し、光源１０からの光がチューブまたはチューブ部分を通過したのちに検出器アレイ５０に入射する透過構造が使用される。本実施形態における検出器アレイ５０は、少なくとも一つの検出要素またはセンサ要素を含む、検出センサまたは検出器であると理解される。特に、本実施形態では、検出器アレイ５０は、画像記録ユニットおよび／または画像処理ユニットでよく、少なくとも画像によって評価されうる検出信号を生成するように構成されてよい。検出器アレイ５０の上流には、例えばレンズ配列やカメラのレンズなどの撮像光学システム４０が任意に配置されてよい。

光源１０は、それぞれの利用法に応じて、例えば、ＵＶ領域における問題を測定するための重水素ランプまたは水銀ランプのようなランプ、可視光および赤外光の範囲の問題を測定するためのハロゲンランプ、および／または、広範囲の放射スペクトルを有し、その結果、略白色光、または、特定の波長の周辺の狭帯域の範囲内のみの光、を放射することができる発光ダイオード（ＬＥＤ）、から選択されてよい。特に、ＵＶ領域と、可視および赤外スペクトル領域と、の両方における光の放射を有するＬＥＤが利用可能である。さらに、ＵＶ領域から可視光の領域を介して赤外領域までの非常に狭い帯域の光を放射するように構成されるレーザが適用されてよい。

照射を十分な程度に均一にするために、さらに、光源１０とチューブ部分３０との間に、光源１０から照射された光のための均一化デバイス２０が配置される。

均一化デバイス２０は、例えば、光源１０として本実施形態で使用されるスポットライトの光が、チューブまたはチューブ部分３０を通過する前にその好ましい方向を失い、チューブまたはチューブ部分３０を等方的に照射するように配置される。均一化デバイス２０の使用は、波長が視野の外形寸法と比べて小さいスペクトル範囲において特に有用である。

さらに、任意で、光源１０と均一化デバイス２０との間のレンズ配置（図示せず）は、光源１０の光が均一化デバイス２０に入射する前に、所定の方法で光源１０の光の照射を変化させるように構成されてもよい。

均一化デバイス２０の好適な寸法および合計のサイズは、それぞれの利用法の周辺の状態から導き出されうる。この点における重要な要因が、含まれる部品の像面であり、基本的には、均一化デバイス２０の寸法は、少なくとも検出器アレイ５０の視野の寸法と一致すべきである。流入測定、すなわち、流動する媒体の測定を行う場合、さらに、検出器アレイ５０による画像記録の速度も含まれなければならない。

例えば、この実施形態の構成を組み込んだシステムでは、チューブまたはチューブ部分３０内で、血液を速度ＦＲで圧送することができ、この場合、検出システムとしての検出デバイスは、血液中の気泡を特定して測定することが意図される。この検出システムは記録速度ＡＲを有し、例えばすなわち、単位時間あたり（例えば１秒あたり）所定数（例えばＮ個）の記録が生成されうる。

上述の例示的な場合においては、１／Ｎ秒の間隔で、一度に一つの記録が行われうることを意味する。気泡が発見されないことがないようにするために、このシステムは、所与の血液流量において、少なくとも１／Ｎ秒のあいだ気泡が検出センサの視野に存在するように設計される必要がある。その結果として、検出センサの視野のチューブに沿う方向の寸法ＧＦは次式（１）に従う。

ＧＦ＝ＦＲ／ＡＲ （１）

これは同時に、均一化デバイス２０のチューブまたはチューブ部分３０の長手方向の最小寸法でもある。さらに、均一化デバイス２０のチューブまたはチューブ部分３０の断面方向の寸法は、チューブまたはチューブ部分３０の総直径以上でなければならない。図１および図２を参照して初めに説明した効果により、均一化デバイス２０の寸法は、チューブまたはチューブ部分３０の内径に対応しているだけでは十分ではない。

均一化デバイス２０の寸法や視野のサイズは、さらに、光源１０の実施形態をあらかじめ規定する。理想的には、均一化デバイス２０の全体が光によって照射される。特に、流入測定システムでは、チューブまたはチューブ部分３０に沿う方向の寸法は、チューブまたはチューブ部分３０の断面方向の寸法よりも、明確に大きく設計されてよい。

したがって、光源１０は、細長い均一化デバイス２０、すなわち、幅よりも長さが長い均一化デバイス２０に、完全に照射または照明するように構成されなければならない。これを達成するために、本実施形態では、さらにビーム形成要素と組み合わせてよい特定の形状の光源１０、または、多数のより小さな光源またはスポット形状の光源（スポットライト）、が設けられてよい。より小さな光源またはスポット形状の光源が設けられる場合、これらの光源は、好ましくは、完全な照明を確実にするために、それらの照射野が均一化デバイス２０の平面において十分に重なるように配置される。

図４は、均一化デバイス２０によって得られうる改善した照度を例示的かつ概略的に示す。

テスト装置において、チューブまたはチューブ部分３０は水で満たされた直径５ｃｍのガラス球によって代表され、媒体（この場合は水）内の撮像対象の物体は直径１ｃｍのプラスチック球によって代表された。

図４の左側の部分的画像は、均一化デバイス２０を設けない場合の写真のビットマップ表現を示し、図４の右側の部分的画像は、光源１０とガラス球（チューブまたはチューブ部分３０）との間に、実験的に拡散フィルム形状とした均一化デバイス２０を設けた場合写真のビットマップ表現を示す。

図４から直接分かるように、均一化デバイス２０を用いると、照明の品質は確実に改善される。左側の部分的画像（均一化デバイス２０を用いない）では、主にガラスシリンダーの縁に光が局在化していることが認められ、液体およびプラスチック球の照度はプラスチック球の輪郭を適切に特定するには不十分である。一方で、右側の部分的画像（均一化デバイス２０を用いる）では、光は広範囲の適切に照らされた一片であり、その背景には、プラスチック球の輪郭が、球体の外径を測定することができる程度に十分に適切に画定されている。ガラス球の縁と中心との間に依然として残る明るさの差は、左側の部分的画像と比べて確実に減少されている。

最良すなわち最も均一な照度は、均一化デバイス２０がチューブまたはチューブ部分３０の上流の最も近くに、すなわち、できるだけ近くに配置される場合に達成されうる。その理由は、例えば散乱ディスクまたは拡散フィルムの形状である均一化デバイスが、光を散乱し、このようにして、均一化デバイス２０の下流にできるだけ均一かつ等方的な光の分布を生成するからである。その結果、光が放射等方性を有するために、照らされる表面が増加し、照明強度は均一化デバイス２０からの距離の増加とともに低下する。しかし、同時に、放射の均一性も、均一化デバイス２０からの距離の増加とともに、主に辺縁領域で低下する。なお、実際には、均一化デバイス２０、および、チューブまたはチューブ部分３０、からの達成可能な最小距離は、基本的に、カメラに使用される光学システムおよびその視野角および焦点範囲によっても決定される。

図５は、均一化デバイス２０の下流での照明強度の低下を軽減するために配置された導光デバイス６０を備える第二の実施形態を示す。この第二の実施形態では、導光デバイス６０は、少なくとも均一化デバイス２０とチューブまたはチューブ部分３０との間の領域に光反射壁の形態で構成され、この光反射壁は前記領域を被覆することによって少なくともその領域を包囲し、その内側によって光源１０が照射する光を反射する。このようにして、均一化デバイス２０からの出射角が大きい光も、壁により反射されたのちにチューブまたはチューブ部分３０に入射する。発光効率は、導光デバイス６０の反射壁が光源１０を超えて延在することにより、さらに上昇させることができる。この場合、光源１０から大きい出射角で出射された光であっても、まず均一化デバイス２０に入射し、次にチューブまたはチューブ部分３０に入射する。総じて、有利なことに、均一化デバイス２０によって散乱される光も失われることなくチューブに入射するため、例えば、光反射壁などの導光デバイスにより、均一化デバイス２０の任意の配置が可能になる。

なお、構成を参照しおよび／または利用法に応じて、導光デバイス６０は、非反射性であるとともに所定の着色（例えば黒色）が施された壁を追加的にまたは代替的に形成してよく、その壁により、例えばプラスチック製のチューブの滑らかな表面による望ましくない反射が避けられるか、あるいは、少なくとも減少されうる。

図６は、反射測定用の幾何学的構成を有する第三の実施形態に係るチューブまたはチューブ部分の内部の媒体の局所分解分析用の検出デバイスの構造を簡易化して概略的に示したものである。

第一の実施形態に関連して上述した透過構成に替えて、反射測定用の幾何学的配置を有するように構成することができる。この場合、チューブまたはチューブ部分３０の媒体によって反射された光が検出される。したがって、反射された光は、入射光に対して任意の角度で測定されうる。反射角が小さいとき、一般的に反射光の強度が最大となるため、有利である。この反射構成では、好ましくは、均一化デバイス２０が検出器アレイの視野を制限しないように注意する必要がある。そのように構成しない場合は、チューブまたはチューブ部分３０による反射光が、検出器アレイ５０に到達する前に均一化デバイス２０を再び通過しなければならないことから、情報の損失が生じるおそれがあるためである。

入射光と検出方向との間の角度によっては、反射光を測定することとは別に、図６に示す構成によって、測定上のさらなる複数の問題が解決されうる。例えば、チューブまたはチューブ部分３０内の媒体による散乱光が測定されうる。散乱光が強いことは媒体が不均一であることを示し、そこから、汚染が存在するか、あるいは、空気が混入していると結論付けることができる。光の照射方向と光の検出方向との間の最適な角度は、測定対象の要素のサイズに左右される。

さらに、上記種類の構成により、チューブまたはチューブ部分３０の内部の媒体に対して、撮像蛍光測定および／または発光測定を行うこともできる。蛍光または発光は、照射光によって励起される。蛍光光または発光光が通過することを可能にするが、励起光を抑制するため、検出路（図示せず）に一体化した波長選択フィルタが配置される。この場合の検出器アレイは蛍光光または発光光のみを検出する。この種類の測定の場合、好ましくは、照射方向と検出方向との間の角度は、検出器に入射する励起光の強度が最小となる角度があらかじめ設定される。

上述のように、チューブまたはチューブ部分３０の外形は、視野の均一な照度に対するさらなる課題であり、この照度は、一般に、均一化デバイス２０の使用によって、さらには均一化デバイス２０の特定の構成または設計によって改善させてよい。

特に、チューブまたはチューブ部分３０のレンズ効果（図１を参照）は、均一化デバイス２０の幾何学的設計によって散乱レンズに従って補償されてよい。

したがって、図７に示す上記実施形態の変形では、均一化デバイス２０は平凹面状でよく、すなわち、光源１０に対向する側に平らな面を有し、チューブまたはチューブ部分３０に対向する反対側に凹面を有する。均一化デバイス２０の少なくとも一つの凹面を含むその他の形状、例えば、両凹面状または凹平面状の実施形態、によって、同等の効果を得ることができる。構成空間を節約する設計を用いて、さらに、均一化デバイス２０は、チューブまたはチューブ部分３０のできるだけ近くに設置してもよい。

図８に示す上記実施形態の別の変形において、さらに、均一化デバイス２０は平凸面状に構成されてよく、例えば、光源１０に対向する側に平らな表面を有し、チューブまたはチューブ部分３０に対向する反対側に凸面を有する。平凸面形状の場合、均一化デバイス２０は、焦点レンズのように設計され、したがって、均一化された光は、チューブまたはチューブ部分３０の特定の領域において特に強められることができる。両凸面状または凸平面状の形状を用いて同等の効果を得ることができる。

図９に示す上記実施形態のさらに別の変形では、さらに、均一化デバイス２０は、例えば、外側領域または辺縁領域においては高い吸収率を有するとともに、中心領域においては低い吸収率を有するように、すなわち、位置により吸収率が異なるように構成されうる。図９では、これは、例えば、側面図として見た場合は上側および下側の縁領域に、および／または平面図として見た場合は右側および左側の縁領域に示されうる。

図２を参照すると、図２に示すチューブまたはチューブ部分３０内の媒体における不均等な光路長に係る問題は、チューブまたはチューブ部分３０内の媒体が光を吸収しているまさにそのときに、検出器アレイ５０の不均一な照度すなわち照明をもたらす。

かかる望ましくない吸収は、均一化デバイス２０を用いて補償され、または、少なくとも低減されうる。この目的のため、均一化デバイス２０は、純粋であり、したがって光を均一に散乱するディスクの形状とすることはできないが、均一化デバイス２０の所定の位置または領域に入射する光を吸収する物質が、吸収器７０として取り付けられるように提供されてよい。このようにして、入射光は、特に所定の位置または領域にて（すなわち、均一化デバイス２０の基準領域に対してより強くまたはより弱く）吸収されうる。

例えば図９に概略的に示すように、均一化デバイス２０の上縁および／または下縁の領域に前記吸収器７０が導入される場合、入射光は、チューブまたはチューブ部分３０の上側および／または下側に吸収され、減衰する。このようにして、検出器アレイ５０に入射する光をさらに均一化することができ、検出器アレイ５０の検出器のオーバードライブおよびクロストークは、例えば図４の左側の部分的画像において明らかなように低減されうる。

詳細には、図９は、吸収物質の段階的な濃度分布が結果として生じるようにその吸収物質が均一化デバイス２０に一体化した均一化デバイス２０の構成を示す。図９では、この濃度分布は、均一化デバイス２０の高さ方向に沿って異なる架橋密度によって表わされる。すなわち、均一化デバイス２０の上側および下側領域の各々では添加物質の濃度が高く、その一方で中心領域ではその濃度が低い。このように形成された光吸収プロファイルを、チューブまたはチューブ部分３０の幾何学的条件および媒体の光学的特性に適切に適応させた場合、検出器アレイ５０の縁における検出器アレイ５０の検出器のクロストークが回避されうる。均一化デバイスに塗布される、あるいは、貼り付けられる所定の吸収プロファイルを有する吸収フィルムを提供するなどの、基材の特定の変更による方法および／または異なる材料を組み合わせる方法によって、吸収作用が均一化デバイス２０に導入されうる。

均一化デバイス２０における段階的な吸収プロファイルを使用することによって、同等の効果を得ることができる。すなわち、適切な位置の材料を適切に変更することによっておよび／または辺縁領域に吸収材料を添加することによって、均一化デバイス２０の上側および下側の辺縁領域のみに吸収作用を付与しうる。

上記のように、本発明によれば、液状媒体が流れるチューブまたはチューブ部分３０内の不均一性は、空間および時間で分解される不均一性の検出を用いて解決されうる。

特に、例えば透析用途において、患者に血液を戻すとき、患者に空気を注入することを避けなければならない。したがって、透析機器は、通常、それらの静脈血チューブシステムにおいて空気を識別し、空気が検出された場合には進行中の治療を停止するセンサを含む。この場合、気泡における空気の体積をより正確に定量化することができ、患者にとってのリスクがより良好に評価されうるという点で、空間分解法が有利である。血液中の気泡は、血液それ自体ほど強くは光を吸収しないとともに、低い屈折率を有する異物である。これら二つの特性を用いて、かつ、入射光の適切な波長が好ましくは赤外スペクトル範囲において選択される場合、血液中の気泡の検出が可能であり、前記のように光学検出システムによって気泡を検出できる。

さらに、血栓は、その吸収率、屈折率、および、そこから結果的に生じる光の散乱、が液体血液とは異なる。このため血栓は、空間分解光学測定を用いて識別および定量化されうる。チューブシステムまたは透析装置内で形成された血栓が、管壁から剥がれて静脈ラインを介して患者内に入ると、患者にとって致命的である。上記の光学検出システムは、静脈ラインを移動するすなわち流れる血栓を識別し、その血栓が患者に供給されてしまうことを防ぐことができる。

上述の光学検出システムは、さらに、塩水内の不純物の検出に適用可能である。細心の注意を払っても、生産過程からの不純物がチューブシステムまたは透析装置内に意図せず残ってしまうことは、しばしば発生する。前記不純物は、チューブシステムおよび透析装置をフラッシングするときに溶解され、漸進的に洗い流される。多くの場合、かかる不純物はプラスチック繊維またはプラスチック片の形状で存在し、空間分解的および時間分解的な光学測定によって、周囲の水と比較して屈折率が高いことを利用して検出されうる。フラッシング作業において、かかる不純物が検出されたときにフラッシング体積を増加することで、前記不純物の完全なフラッシングを達成し、異物が治療中の患者に供給されてしまうことを防ぐことができる。

同様に、治療中の環境により、ポンプ区間の内部の摩耗などによってチューブシステム内に不純物が生じるおそれがある。このような不純物についても、患者に供給されてしまわないように、血液から外れた光学的特性により検出されうる。

上述され、実験によって証明されたように、チューブ内を導かれる媒体（この場合は液体）における混入空気および不純物の、より明らかな兆候が利用できるようになり、上述のチューブ部分の内部の媒体用の検出デバイスを形成する光学検出システムにおける撮像／空間分解センサシステムのためのチューブ内の視野のより均一な照度によって、媒体内の混入空気または不純物の外形のより明確な識別および測定が可能になる。

これは、本発明によれば、徹照されるように構成されたチューブ部分に対して第一の位置に配置され、このチューブ部分に光を照射するように構成された少なくとも一つの光源と、前記チューブ部分に対して第二の位置に配置され、このチューブ部分を通過した前記少なくとも一つの光源からの光を受光するように、かつ、空間分解的な方法でこのチューブ部分の内部の媒体を分析するように、構成された検出器ユニットと、前記少なくとも一つの光源と前記チューブ部分との間の位置に配置され、このチューブ部分の内部の前記媒体の局所的な差異による明るさの差を検出して定量化するために、前記少なくとも一つの光源からの前記光の均一および／または等方的な分布を、この光が前記チューブ部分に入射する前に作り出すように構成された均一化デバイスと、を備えるチューブ部分の内部の媒体用の検出デバイスによって達成される。

上記では、本発明は、好適な実施形態によって説明されている。説明された好適な実施形態の詳細は、本発明それ自体を制限することはないこと、および当業者には明白な様々な変更、変形および／または均等物が結果的に生じる可能性があり、それらは全て、それ自体が、添付の請求項によって規定される本発明の保護範囲内であることが理解される。

Claims (10)

1. チューブ部分（３０）内の媒体用の検出デバイスであって、
   徹照されるように構成された前記チューブ部分（３０）に対して第一の位置に配置され、該チューブ部分（３０）に光を照射するように構成された少なくとも一つの光源（１０）と、
   前記チューブ部分（３０）に対して第二の位置に配置され、該チューブ部分（３０）を通過した前記少なくとも一つの光源（１０）からの光を受光するように、かつ、空間分解的な方法で該チューブ部分（３０）内の媒体を分析するように、構成された検出器ユニット（５０）と、
   前記少なくとも一つの光源（１０）と前記チューブ部分（３０）との間の位置に配置され、該チューブ部分（３０）内の前記媒体の局所的な差異による明るさの差を検出して定量化するために、該少なくとも一つの光源（１０）からの前記光の均一および／または等方的な分布を、該光が該チューブ部分（３０）に入射する前に作り出すように構成された均一化デバイス（２０）とを備え、
   前記均一化デバイス（２０）の可変的に光を吸収する機能を提供する所定の濃度の光吸収物質が、該均一化デバイス（２０）の所定の領域において、徹照方向に垂直な方向に沿って該均一化デバイス（２０）に導入されることを特徴とする検出デバイス。
2. 透過測定のための幾何学的配置では、前記チューブ部分（３０）が前記少なくとも一つの光源（１０）と前記検出器ユニット（５０）との間に位置するように、該少なくとも一つの光源（１０）は該チューブ部分（３０）の第一の側に配置され、該検出器ユニット（５０）は該チューブ部分（３０）の第二の側に配置される請求項１に記載の検出デバイス。
3. 反射測定のための幾何学的配置では、前記少なくとも一つの光源（１０）と前記検出器ユニット（５０）とは前記チューブ部分（３０）に対して同一の側に配置され、それに応じて互いに対して所定の角度を採用する請求項１に記載の検出デバイス。
4. 前記均一化デバイス（２０）は、散乱ディスク、拡散フィルム、または、粗面を有する透明媒体、である請求項１から３のいずれか一項に記載の検出デバイス。
5. 前記均一化デバイス（２０）は、前記チューブ部分（３０）に対して可能な限り近くに位置するように配置される請求項１から４のいずれか一項に記載の検出デバイス。
6. 第一および第二の導光デバイス（６０）が設けられ、該第一の導光デバイスと第二の導光デバイスとの間には、前記少なくとも一つの光源（１０）および／または前記均一化デバイス（２０）が配置される請求項１から５のいずれか一項に記載の検出デバイス。
7. 前記検出器ユニット（５０）の上流および／または前記少なくとも一つの光源（１０）と前記均一化デバイス（２０）との間には撮像光学システムが配置される請求項１から６のいずれか一項に記載の検出デバイス。
8. 前記均一化デバイス（２０）のサイズが、少なくとも前記検出器ユニット（５０）の視野のサイズに一致する請求項１から７のいずれか一項に記載の検出デバイス。
9. 前記少なくとも一つの光源（１０）は、前記均一化デバイス（２０）の前記チューブ部分（３０）の長手方向の拡張範囲を完全に照らすように構成され、適切に適応させた形状の、前記少なくとも一つの光源（１０）、もしくは、複数の光源要素および／またはビーム形成要素、が、完全な照明のために光路上に設けられる請求項１から８のいずれか一項に記載の検出デバイス。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の検出デバイスを備える医療装置であって体外血液処理用の機械である医療装置。

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