專利名稱：一種監(jiān)測全血分層狀況的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及血液處理，特別涉及到血液離心分離設(shè)備中用于探測離心杯內(nèi)血層的方法以及相應(yīng)的監(jiān)控裝置。
背景技術(shù)：
在使用離心杯對血液成分進(jìn)行分離的過程中，需要利用探測監(jiān)視技術(shù)來判定血液成份分離結(jié)束的最佳時機，并實施相應(yīng)的自動化控制操作。例如，在血漿單采儀中，需要使用傳感器來判定血漿采集結(jié)束的最佳時機。在自體血液回收機中，需要利用傳感器來判定離心杯內(nèi)紅細(xì)胞是否裝滿，防止紅細(xì)胞溢出。在血液離心分離過程中，各種血液成分由于比重不同因而受到的離心力大小不同，導(dǎo)致它們彼此分開形成血層，外側(cè)為紅色的紅細(xì)胞層，內(nèi)側(cè)為淡黃色的血漿層，中間較薄的一層稱為白膜層(主要含白細(xì)胞)。通常采用非接觸光電傳感技術(shù)來探測不同的血液成分。該技術(shù)的原理是利用血液成分的光反射或透射特性差異，通過探測和分析光電信號的變化來實現(xiàn)對血液成分的區(qū)別。現(xiàn)有離心杯血層光電傳感裝置所采用的探測方案主要有下面幾種。I.使用反射鏡和同軸光纖導(dǎo)光，發(fā)射和接收共光路，即采用同一透鏡實現(xiàn)聚光照明和集光探測。該方案如圖I所示，發(fā)射激光經(jīng)位于同軸光纖04中央的單根光纖05a傳導(dǎo)，再經(jīng)透鏡03和反射鏡02后照射在離心杯01上。來自離心杯01的信號光經(jīng)反射鏡02和透鏡03后，會聚在位于同軸光纖04外周離散分布的多根光纖05b上，經(jīng)傳導(dǎo)后由光敏元件接收。2.使用分光鏡，發(fā)射和接收不共光路。該方案如圖2所示，由光源和透鏡構(gòu)成的光發(fā)射器06放在分光鏡07的一側(cè),發(fā)射光束斜射在分光鏡07上,其反射部分照射到探測目標(biāo)血層08上,來自目標(biāo)血層08的信號光再經(jīng)分光鏡07后,其透射部分由放在分光鏡07另一側(cè)的光敏元件09接收。上述兩種離心杯血層光電傳感裝置都是安裝在離心井壁上，傳感器遠(yuǎn)離光探測區(qū)，由于接收光路長，接收到的信號光較弱。另外，它們接收到的信號強度還受離心杯形狀的限制，若接收光路與肩部探測區(qū)表面法線夾角很大，該方向上的反射較弱，使得探測到的信號強度更加微弱。對于米用光纖導(dǎo)光的方案，雖然其外形小巧，但裝配復(fù)雜，而光源與光纖之間的光耦合以及彎曲的光纖本身也存在光能的損耗。另外，由于發(fā)射和接收共光路，發(fā)射光產(chǎn)生的雜散光易串入信號光中，從而降低光電信號的信噪比。對于采用分光鏡的方案，雖然發(fā)射光對信號光不產(chǎn)生干擾，但由于分光導(dǎo)致光能損失很大，光能量利用率很低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種離心杯內(nèi)全血分層狀況新的監(jiān)測方法和裝置。本發(fā)明的方法意在降低光的損耗，提高光能量的利用率，進(jìn)而提高傳感器的信噪比，更重要的是要使得這種方法制作的傳感裝置能夠適用于不同形狀結(jié)構(gòu)的離心杯，提聞其適應(yīng)性。本發(fā)明方法的原理是以光波作為信息載體，以血層的漫反射光作為信號光，該信號光由光電探測器收集并被轉(zhuǎn)換成電信號，以該電信號作為分析處理對象。由于各血層具有不同的反射特性，血漿層相對最弱、白膜層相對最強、紅細(xì)胞層處于中間，它們產(chǎn)生的信號光以及對應(yīng)的光電信號強度不同，通過分析光電信號的強度變化可以實現(xiàn)對不同血層的探測區(qū)分，以探測出紅細(xì)胞層，進(jìn)而控制進(jìn)血的速度和時間。本發(fā)明監(jiān)測離心杯內(nèi)全血分層狀況的方法和裝置提供下述技術(shù)方案來實現(xiàn)對離心杯內(nèi)血層分層狀況的探測功能
一種監(jiān)測離心杯內(nèi)全血分層狀況的方法，其特征在于，該方法是由主機控制輸液泵和閥門向離心杯內(nèi)注入全血，由一光發(fā)射部件發(fā)出探測光束照射于所述離心杯上的探測區(qū)域，該探測區(qū)域為離心杯的肩部，進(jìn)入離心杯內(nèi)的全血因離心轉(zhuǎn)動所形成的血漿層、白膜層和紅細(xì)胞層依次通過探測區(qū)域并分別對探測光束產(chǎn)生漫反射光；由一光接收部件接收不同血層的漫反射光，經(jīng)由一光電轉(zhuǎn)換部件將接收的漫反射光轉(zhuǎn)換成為電信號；所述電信號經(jīng)由一電子電路模塊處理后傳輸至主機的分析模塊，并由分析模塊計算處理該電信號以判斷是否探測出紅細(xì)胞層，主機依據(jù)判斷結(jié)果控制輸液泵的泵速和閥門的開合；所述分析模塊處理電信號方法為幅值判別法，其先確定一個基線，當(dāng)幅值與基線差超過閾值則認(rèn)為探測出紅細(xì)胞層。在本發(fā)明監(jiān)測離心杯內(nèi)全血分層狀況的方法中，所述分析模塊中分析處理為幅值判別法，該判別法中采用固定閾值，其過程是1)先記錄單位時間的光電信號采樣值，計算出每連續(xù)η個采樣值的平均值和該η個采樣值的標(biāo)準(zhǔn)差若標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的百分比小于10%，則以此連續(xù)η個采樣的平均值作為基線數(shù)值，并以上述的標(biāo)準(zhǔn)差為基線標(biāo)準(zhǔn)差；若標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的百分比大于10%，則進(jìn)行下一組η個采樣值判斷，直至標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的百分比小于10% ;2)取后續(xù)的m個連續(xù)采樣點并計算出其平均值作為判斷值，當(dāng)判斷值與基線數(shù)值的差值與基線標(biāo)準(zhǔn)差的比例大于N時，判斷為檢測到紅細(xì)胞層，如小于N則再取后續(xù)的m個連續(xù)采樣點繼續(xù)判斷，其中N為設(shè)定的閾值。在本發(fā)明監(jiān)測離心杯內(nèi)全血分層狀況的方法中，所述分析模塊中分析處理為幅值判別法，該判別法中采用動態(tài)閾值，其過程是1)先記錄單位時間的光電信號采樣值，計算出每連續(xù)η個采樣值的平均值和該η個采樣值的標(biāo)準(zhǔn)差若標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的百分比小于10%，則以此連續(xù)η個采樣的平均值作為基線數(shù)值，并以上述的標(biāo)準(zhǔn)差為基線標(biāo)準(zhǔn)差；若標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的百分比大于10%，則進(jìn)行下一組η個采樣值判斷，直至標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的百分比小于10% ;2)在O T時間段，取后續(xù)的m個連續(xù)采樣點并計算出其平均值作為判斷值，若判斷值與基線數(shù)值的差值與基線標(biāo)準(zhǔn)差的比例大于NI時，判斷其為血紅細(xì)胞層，若小于NI則再取后續(xù)的m個連續(xù)采樣點繼續(xù)判斷；在T 2T時間段，若當(dāng)判斷值與基線數(shù)值的差值與基線標(biāo)準(zhǔn)差的比例大于N2時，判斷其為血紅細(xì)胞層，若小于N2則繼續(xù)采樣判斷；在2T 3T時間段，若當(dāng)判斷值與基線數(shù)值的差值與基線標(biāo)準(zhǔn)差的比例大于N3倍時，判斷為檢測出血紅細(xì)胞層，若小于N3則繼續(xù)采樣判斷；其中，NI、N2和N3為動態(tài)閥值，其隨時間逐漸降低，即NI > N2 > N3。一種用于離心杯內(nèi)全血分層狀況的監(jiān)測方法的光電傳感裝置，其特征在于，所述的離心杯和光電傳感裝置安裝在一個可減弱外界光影響的離心井中，所述光電傳感裝置安裝在離心杯頭固定板下方，該光電傳感裝置包括有光發(fā)射器、光接收器和電子電路，所述 電子電路包括有光源驅(qū)動模塊和光電信號處理模塊，所述的光源驅(qū)動模塊連接所述的光發(fā) 射器，光電信號處理模塊連接所述的光接收器，所述光發(fā)射器發(fā)出的探測光束照射至位于 離心杯肩部的探測區(qū)域，離心杯內(nèi)血層產(chǎn)生的漫反射光由光接收器接收并轉(zhuǎn)化為電信號傳 輸至位于主機內(nèi)的光電信號處理模塊，由該光電信號處理模塊處理該電信號并將處理后的 信號輸送主機。在上述的光電傳感裝置中，所述光發(fā)射器由光源和位于光源前方的會聚透鏡組 成，所述光源為LED、或為激光二極管，所述的光源發(fā)出為波長處于600 770 nm之間的紅 色可見光；所述光接收器包括接收透鏡和位于接收透鏡后方的光敏元件；所述光敏元件為 光電二極管、或為光電三極管、或為光電池。在上述的光電傳感裝置中，所述光發(fā)射器和光接收器的軸線處于同一平面內(nèi)，且 光發(fā)射器和光接收器的軸線之間呈20 40度的夾角；所述光接收器的軸線與探測區(qū)域的 表面法線所成夾角為0 20度?；谏鲜黾夹g(shù)方案，本發(fā)明監(jiān)測離心杯內(nèi)全血分層狀況的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具 有如下技術(shù)優(yōu)點
1.本發(fā)明監(jiān)測離心杯內(nèi)全血分層狀況的方法采用在封閉離心機內(nèi)漫反射接收血層信 號并經(jīng)過多重分析來判斷出是否監(jiān)測到紅細(xì)胞層，進(jìn)而控制主機中輸液泵的泵速和閥門的 開閉，從而為全血的供給情況和后續(xù)的進(jìn)一步處理提供控制依據(jù)，實現(xiàn)對分離過程的精確 控制。2.本發(fā)明的監(jiān)測方法下制作的光電傳感裝置安裝到離心杯頭固定板的下方，并采 取使光發(fā)射器和光接收器呈一定夾角分布的簡單結(jié)構(gòu)，不使用光纖與分光鏡，避免了由于 光纖和分光鏡引起的光能損耗問題，而且發(fā)射光與信號光不會相互干擾，提高了光電信號 的信噪比。3.本發(fā)明的監(jiān)測方法中以血層的漫反射光作為信號，實現(xiàn)該光電傳感裝置中光接 收器與檢測區(qū)域的表面法線呈一定角度，使得接收信號強度不受離心杯形狀結(jié)構(gòu)的限制， 既可用于錐形離心杯也可用于鼓形離心杯和其他類型的離心杯。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種利用光纖傳導(dǎo)的離心杯血層光電傳感裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的另一種利用分光鏡傳導(dǎo)的離心杯血層光電傳感裝置結(jié)構(gòu)示意 圖。圖3是實現(xiàn)本發(fā)明方法的光電傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是實現(xiàn)本發(fā)明方法的光電傳感裝置的安裝位置示意圖。圖5全血進(jìn)入離心杯過程中各分層依次經(jīng)過光電傳感裝置探測點時的狀態(tài)示意 圖。圖6全血進(jìn)入離心杯過程中光電傳感裝置探測到的各分層的數(shù)值變化的理論曲 線圖。圖7全血進(jìn)入離心杯過程中光電傳感裝置探測到的各分層的數(shù)值變化的實際曲 線圖。
具體實施例方式下面我們結(jié)合附圖和具體的實施例來對本發(fā)明離心杯血層光電傳感裝置做進(jìn)一步的詳細(xì)闡述，以求更為清楚明白地理解本發(fā)明方法的詳細(xì)流程和光電傳感裝置的結(jié)構(gòu)組成，但不能以此來限制本發(fā)明保護(hù)范圍。本發(fā)明的方法以光波作為信息載體，以血層的漫反射光作為信號光，該信號光由光電探測器收集并被轉(zhuǎn)換成電信號，以該電信號作為分析處理對象。由于各血層具有不同的反射特性，血漿層相對最弱、白膜層相對最強，紅細(xì)胞層處于中間，它們產(chǎn)生的信號光以及對應(yīng)的光電信號強度不同，通過分析光電信號的強度變化可以實現(xiàn)對不同血層的探測區(qū)分。本發(fā)明監(jiān)測離心杯內(nèi)全血分層狀況的實現(xiàn)方法是由主機控制輸液泵和閥門向離心杯內(nèi)注入全血，由一光發(fā)射部件發(fā)出探測光束照射于所述離心杯上的探測區(qū)域，該探測區(qū)域為離心杯的肩部，進(jìn)入離心杯內(nèi)的全血因離心轉(zhuǎn)動所形成的血漿層、白膜層和紅細(xì)胞層依次通過探測區(qū)域并分別對探測光束產(chǎn)生漫反射光；由一光接收部件接收不同血層的漫反射光，經(jīng)由一光電轉(zhuǎn)換部件將接收的漫反射光轉(zhuǎn)換成為電信號；所述電信號經(jīng)由一電子電路模塊處理后傳輸至主機的分析模塊，并由分析模塊計算處理該電信號以判斷是否探測出紅細(xì)胞層，主機依據(jù)判斷結(jié)果控制輸液泵的泵速和閥門的開合。當(dāng)血液在離心杯內(nèi)進(jìn)行成分分離時，血層傳感器的光電信號由于外界光線的干擾，或是電磁信號的干擾，或是震動的影響，會存在一些隨機噪聲。因此，為了及時準(zhǔn)確地判斷紅細(xì)胞層到達(dá)的時間，需要用使用特定的判斷算法。上述主機內(nèi)的分析模塊處理電信號方法為幅值判別法。其大致方法是(I)先確定基線，當(dāng)幅值與基線的差超過一個固定的閾值時，判定為檢測到紅細(xì)胞層；(2)在(I)的基礎(chǔ)上，閾值不固定，閾值大小隨時間逐步降低。下面我們對于上述的幅值判別法的步驟流程進(jìn)行詳細(xì)闡述
第一步，基線判定。記錄單位時間的光電信號采樣值，并計算出每連續(xù)η個(3^η^ 10)采樣的平均值作為判斷值。在判斷的初始階段，首先根據(jù)公式計算前η點采樣的平均值P和標(biāo)準(zhǔn)差σ :
如果所得的標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的百分比σ /p小于10%，則平均值P作為基線,σ作為基線
標(biāo)準(zhǔn)差；反之如果百分比σ /P大于10%，則拋掉第一個采樣點Ptl，引入下一點算下一組η點采樣的平均值P和標(biāo)準(zhǔn)差O :
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)測全血分層狀況的方法，其特征在于，該方法是由主機控制輸液泵和閥門向離心杯內(nèi)注入全血，由一光發(fā)射部件發(fā)出探測光束照射于所述離心杯上的探測區(qū)域，該探測區(qū)域處于離心杯的肩部，進(jìn)入離心杯內(nèi)的全血因離心轉(zhuǎn)動所形成的血漿層、白膜層和紅細(xì)胞層依次通過探測區(qū)域并分別對探測光束產(chǎn)生漫反射光；由一光接收部件接收不同血層的漫反射光，經(jīng)由一光電轉(zhuǎn)換部件將接收的漫反射光轉(zhuǎn)換成為電信號；所述電信號經(jīng)由一電子電路模塊處理后傳輸至主機的分析模塊，并由分析模塊計算處理該電信號以判斷是否探測出紅細(xì)胞層，主機依據(jù)判斷結(jié)果控制輸液泵的泵速和閥門的開合；所述分析模塊采取幅值判別法處理電信號，其先確定一個基線，當(dāng)幅值與基線差超過閾值則認(rèn)為探測出紅細(xì)胞層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種監(jiān)測全血分層狀況的方法，其特征在于，所述幅值判別法處理的過程是1)先記錄單位時間的光電信號采樣值，計算出每連續(xù)η個采樣值的平均值和該η個采樣值的標(biāo)準(zhǔn)差若標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的百分比小于10%，則以此連續(xù)η個采樣的平均值作為基線數(shù)值，并以上述的標(biāo)準(zhǔn)差為基線標(biāo)準(zhǔn)差；若標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的百分比大于10%,則進(jìn)行下一組η個采樣值判斷，直至標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的百分比小于10% ;2)取后續(xù)的m個連續(xù)采樣點并計算出其平均值作為判斷值，當(dāng)判斷值與基線數(shù)值的差值與基線標(biāo)準(zhǔn)差的比例大于N時，判斷為檢測到紅細(xì)胞層，若小于N則再取后續(xù)的m個連續(xù)采樣點繼續(xù)判斷，其中N為設(shè)定的閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種監(jiān)測全血分層狀況的方法，其特征在于，所述幅值判別法處理的過程是1)先記錄單位時間的光電信號采樣值，計算出每連續(xù)η個采樣值的平均值和該η個采樣值的標(biāo)準(zhǔn)差若標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的百分比小于10%，則以此連續(xù)η個采樣的平均值作為基線數(shù)值，并以上述的標(biāo)準(zhǔn)差為基線標(biāo)準(zhǔn)差；若標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的百分比大于10%，則進(jìn)行下一組η個采樣值判斷，直至標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的百分比小于10% ;2)在O T時間段，取后續(xù)的m個連續(xù)采樣點并計算出其平均值作為判斷值，若判斷值與基線數(shù)值的差值與基線標(biāo)準(zhǔn)差的比例大于NI時，判斷其為血紅細(xì)胞層，若小于NI則再取后續(xù)的m個連續(xù)采樣點繼續(xù)判斷；在T 2T時間段，若當(dāng)判斷值與基線數(shù)值的差值與基線標(biāo)準(zhǔn)差的比例大于N2時，判斷其為血紅細(xì)胞層，若小于N2則繼續(xù)采樣判斷；在2T 3T時間段，若當(dāng)判斷值與基線數(shù)值的差值與基線標(biāo)準(zhǔn)差的比例大于N3倍時，判斷為檢測出血紅細(xì)胞層，若小于N3則繼續(xù)采樣判斷；其中，N1、N2和N3為動態(tài)閥值，其隨時間逐漸降低，即NI > N2 > N3。
4.一種用于權(quán)利要求I所述的全血分層狀況的監(jiān)測方法的光電傳感裝置，其特征在于，所述的離心杯和光電傳感裝置安裝在一個可減弱外界光影響的離心井中，所述光電傳感裝置安裝在離心杯頭固定板下方，該光電傳感裝置包括有光發(fā)射器、光接收器和電子電路，所述電子電路包括有光源驅(qū)動模塊和光電信號處理模塊，所述的光源驅(qū)動模塊連接所述的光發(fā)射器，光電信號處理模塊連接所述的光接收器，所述光發(fā)射器發(fā)出的探測光束照射至位于離心杯肩部的探測區(qū)域，離心杯內(nèi)血層產(chǎn)生的漫反射光由光接收器接收并轉(zhuǎn)化為電信號傳輸至位于主機內(nèi)的光電信號處理模塊，由該光電信號處理模塊處理該電信號并將處理后的信號輸送主機。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電傳感裝置，其特征在于，所述光發(fā)射器由光源和位于光源前方的會聚透鏡組成，所述光源為LED、或為激光二極管，所述的光源發(fā)出為波長處于600 770nm之間的紅色可見光；所述光接收器包括接收透鏡和位于接收透鏡后方的光敏元件；所述光敏元件為光電二極管、或為光電三極管、或為光電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電傳感裝置，其特征在于，所述光發(fā)射器和光接收器的軸線處于同一平面內(nèi)，且光發(fā)射器和光接收器的軸線之間呈20 40度的夾角；所述光接收器的軸線與探測區(qū)域的表面法線所成夾角為O 20度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測全血分層狀況的方法，該方法由主機控制輸液泵和閥門向離心杯內(nèi)注入全血，由一光發(fā)射部件發(fā)出探測光束照射于離心杯上的探測區(qū)域，進(jìn)入離心杯內(nèi)的全血因離心轉(zhuǎn)動所形成的血漿層、白膜層和紅細(xì)胞層依次通過探測區(qū)域并分別對探測光束產(chǎn)生漫反射光；由光接收部件接收不同血層的漫反射光，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換部件將接收的漫反射光轉(zhuǎn)換成為電信號；電信號經(jīng)電子電路模塊處理后傳輸至主機的分析模塊，由分析模塊采取幅值判別法處理電信號以判斷是否探測出紅細(xì)胞層，主機依據(jù)判斷結(jié)果控制輸液泵的泵速和閥門的開合；光電傳感裝置包括有光發(fā)射器、光接收器和電子電路。本發(fā)明的方法能降低光損耗，提高光能量的利用率，提高傳感器的信噪比和適應(yīng)性。
文檔編號G01N21/17GK102944520SQ20121050264
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者經(jīng)建中, 劉繼純, 唐海波, 陶晨 申請人:金衛(wèi)醫(yī)療科技(上海)有限公司