[发明专利]直接光差分测量系统

说明书

用于测量血液特性的测量系统包括控制器、发射器、传感器、参考光电传感器和掩模。发射器从血流通道的第一侧向血流通道的第二侧发射多个波长的光。传感器设置在血流通道的第二侧上。参考光电传感器设置在血流通道的第一侧上。掩模设置在所述第一侧上，阻挡除来自发射器的光之外的反射光进入参考光电传感器。控制器基于来自参考光电传感器的测量结果补偿来自传感器的测量结果。

本申请要求2015年6月25日提交的美国临时专利申请No.62/184,680和2015年6月26日提交的美国临时专利申请No.62/185,373的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及用于监测患者体外血流并实时测量红细胞压积(hematocrit)、氧饱和度和/或其他血液成分的光学血液监测系统。本公开更具体地涉及提高这种系统的可靠性和准确性。

背景技术

患有肾功能衰竭或部分肾功能衰竭的患者通常要进行血液透析治疗，以清除他们血液中的毒素和多余液体。为此，通过吸入针或者导管来患者取血，所述吸入针或者导管(例如，通过手术放置在手臂、大腿、锁骨下等位置的分流器)从位于专门接受的进入位置的动脉或静脉抽取血液。所述针或导管连接到体外管道，该体外管道馈送到蠕动泵，然后馈送到透析器，该透析器清洁血液并移除多余液体。然后，清洁的血液通过另外的体外管道和另外的针或导管返回到患者。有时，血液透析回路中存在肝素滴注，以防止血液凝结。

当抽取的血液通过透析器时，它在透析器内的类秸秆管中行进，该类秸秆管用作不洁血液的半渗透通道。新鲜的透析液溶液在透析器下游端进入透析器。透析液包围类秸秆管，并沿着流经该管的血液的相反方向流经透析器。新鲜的透析液通过扩散收集通过类秸秆管的毒素，并通过超滤过来收集血液中的多余液体。含有移除的毒素和多余液体的透析液作为废物处置。红细胞保留在类秸秆管中，其体积计数不受该过程的影响。

在血液透析治疗或涉及体外血流的其他治疗过程中经常使用血液监测系统。一个例子是马萨诸塞州Waltham市的Fresenius医疗保健公司生产的监测系统。血液监测系统使用光学技术实时地无创测量流经血液透析系统的血液的红细胞压积和氧饱和度。血液监测系统测量与体外管道同轴附接的无菌血室处的血液，所述体外管道通常在透析器的动脉侧。

一般而言，需要针对每个患者更换血室和管子以及透析器。血室旨在一次性使用。血室限定了内部血流腔，所述内部血流腔包括基本平坦的观察区域和两个相对的观察透镜。光学血液监测器的LED发射器和光电检测器被夹在透镜上方的血室上。多个波长的光可被引导通过血室以及患者的流经该血室的血液，光电检测器检测所得的每个波长的强度。

测量红细胞压积的合适波长为大约810nm(其基本上等于血红细胞的消光波长(isobestic))和大约1300nm(其基本上等于水的消光波长)。在空制器中实现的比率技术(基本上与1999年12月13日授权的题为“System and Method for Non-Invasive Hematocrit Monitoring”的美国专利No.5,372,136中公开的技术一样，通过引用将该专利并入本文)使用这种光强信息来实时计算患者的红细胞压积值。本领域中广泛使用的红细胞压积值是由(1)给定的全血样本中的血红细胞的体积与(2)该血样的总体积之间的比率确定的百分比。

在临床情况下，血液透析期间血量的实际百分比变化可以根据测量到的红细胞压积的变化来实时确定。因此，在血液透析治疗期间，光学血液监测器不仅能够无创地监测患者的红细胞压积水平，而且能够实时监测患者的血量的变化。实时监测血量的变化的能力有助于促进安全有效的血液透析。

为了实时监测血液，将发光二极管(LED)和针对它们的光电检测器安装在传感器夹具组件的相对的两头，该传感器夹具组件安装在血室的上方。为了系统的准确性，每次将传感器夹具组件夹在血室上方的位置时，将LED和光电检测器安放在预定的位置和取向上。该预定的位置和取向确保了从LED行进到光电检测器的光穿过血室的透镜。