專(zhuān)利名稱(chēng)：用于血液處理的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及血液處理的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大規(guī)模血液采集和處理在全球健康護(hù)理系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。在普通的大規(guī)模血液采集中，從供血者或病人中取出血液，借助于離心，過(guò)濾和/或淘析技術(shù)，把血液分離成它的各種血液成分，并貯存在消毒的容器中，用于未來(lái)注入到病人體內(nèi)作為治療用途。分離的血液成分通常包含對(duì)應(yīng)于紅血細(xì)胞，白血細(xì)胞，血小板和血漿的各種成分。在采集期間可以連續(xù)地完成血液分離成它的各種成分，或可以在大批量采集之后進(jìn)行分離，特別是涉及整個(gè)血液樣本的處理。在高度消毒的條件下，血液分離成它的各種成分在大部分的治療應(yīng)用中是極其重要的。
最近以來(lái)，在許多大規(guī)模血液采集中心已使用單采(apheresis)血液采集技術(shù)，其中收集被選取的血液成分，而血液的其余成分在采集期間返回給供血者。在單采技術(shù)中，從供血者取出血液并利用聯(lián)機(jī)血液處理方法立刻把它分離成它的各種成分。通常，聯(lián)機(jī)血液處理是借助于密度離心，過(guò)濾和/或擴(kuò)散基分離技術(shù)。一種或多種分離的血液成分被收集，并貯存在消毒的容器中，而其余的血液成分被直接地重新循環(huán)到供血者。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，它允許供血者個(gè)體更頻繁地獻(xiàn)血，因?yàn)閮H僅收集和凈化被選取的血液成分。例如，對(duì)于接受血小板單采的供血者，其中血小板被收集，而非血小板血液成分返回給供血者，這種供血者可以更頻繁地獻(xiàn)血，例如，每14天獻(xiàn)血一次。
單采(apheresis)血液處理技術(shù)在大量治療過(guò)程中也發(fā)揮重要的作用。在這些方法中，從接受治療的病人體內(nèi)取出血液，被分離，并收集選取的部分，而其余的部分返回給病人。例如，病人在接受輻射治療之前可以經(jīng)受白細(xì)胞單采，因此，其血液的白血細(xì)胞成分被分離，收集和貯存以避免在輻射下曝光，或者，單采技術(shù)可以對(duì)有血液障礙的病人完成紅血細(xì)胞交換，例如，鐮狀細(xì)胞貧血和地中海貧血，因此，可以去除病人的紅血細(xì)胞成分，而提供的壓縮紅血細(xì)胞以及他的其余血液成分返回給病人。此外，單采技術(shù)可用于完成治療有血小板增多病人的血小板排出和治療有自身免疫疾病的血漿交換。
普通的血液采集和單采系統(tǒng)通常采用把血液分離成各種血液成分的差分離心方法。在差分離心方法中，血液循環(huán)通過(guò)圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)的消毒分離室。分離室的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生沿垂直于離心機(jī)中心旋轉(zhuǎn)軸的分離轉(zhuǎn)動(dòng)軸取向的離心力。轉(zhuǎn)動(dòng)之后產(chǎn)生的離心力把血液樣本中懸浮的顆粒分離成有不同密度的離散部分。具體地說(shuō)，血液樣本分離成幾個(gè)離散相，它們是對(duì)應(yīng)于含紅血細(xì)胞的較高密度部分和含血漿的較低密度部分。此外，含血小板和白血細(xì)胞的中間密度部分形成紅血細(xì)胞與血漿之間的界面層。在US Patent No.5,653,887和US PatentApplication No.10/413,890中描述血液離心裝置。
為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)的高產(chǎn)出血液分離，在大多數(shù)分離室中配置提取端口或收集端口。提取端口能夠以可調(diào)整速率從分離室中排出物質(zhì)，它通常設(shè)置在沿對(duì)應(yīng)于離散血液成分的分離軸上的選取位置。然而，為了確保從選取的提取端口中流出的液體基本上限制于單相，分離血液成分之間的相界必須是在沿分離軸上的位置，因此，使提取端口接觸單相。例如，若含白血細(xì)胞的部分太接近對(duì)應(yīng)于富含血小板血漿的提取端口，則白血細(xì)胞可以進(jìn)入從分離室中流出富含血小板的血漿流，從而使血液處理期間獲取的分離成分退化。雖然借助于密度離心技術(shù)的普通血液處理方法能夠有效地分離各種血液成分，但是，利用這種方法得到各種成分的純度在許多治療應(yīng)用中往往不是最佳的。例如，血液樣本的離心分離不能一致地(99％的時(shí)間)產(chǎn)生分離的血小板成分，在采集的每3×1011個(gè)血小板中有小于1×106個(gè)白血細(xì)胞。血小板產(chǎn)物中存在白血細(xì)胞可以增大病毒暴露的風(fēng)險(xiǎn)并在注入到病人體內(nèi)之后產(chǎn)生免疫并發(fā)癥。
由于單使用離心分離方法不能實(shí)現(xiàn)最佳的純度，人們開(kāi)發(fā)了基于過(guò)濾，淘析和親和力基方法的若干個(gè)補(bǔ)充分離技術(shù)，用于實(shí)現(xiàn)使用血液成分作為治療劑所需的最佳純度。然而，這些技術(shù)往往降低可以實(shí)現(xiàn)的總產(chǎn)量，并可以降低被采集血液成分的治療功效。在US PatentSerial No.6,334,842和International Patent Application SerialNo.PCT/US03/117764中描述借助于過(guò)濾，淘析和親和力基方法的典型血液處理方法和裝置。
利用密度離心法提取的血液成分純度在當(dāng)前是受普通離心裝置和方法實(shí)現(xiàn)分離成分之間相界層位置的限制。沿分離軸的相界位置取決于若干個(gè)因素。第一，相界的位置取決于從分離室中流出各個(gè)血液成分的相對(duì)流速。第二，相界的位置取決于分離室圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和經(jīng)受分離的血液溫度。第三，相界的位置隨經(jīng)受處理的血液組成而變化。血液樣本的組成可以隨不同的供血者和/或病人而有很大的變化。此外，血液的組成隨給定供血者或病人的時(shí)間有很大的變化，特別是當(dāng)血液多次重復(fù)循環(huán)通過(guò)分離室之后。給定相界的位置對(duì)許多因素的靈敏度，它隨不同的個(gè)人并在處理期間發(fā)生變化，重要的是監(jiān)測(cè)血液處理期間的相界位置，可以確保最佳的分離條件并實(shí)現(xiàn)選取血液成分的理想純度。此外，對(duì)于血液成分在處理期間發(fā)生的變化，精確描述相界的位置可用于調(diào)整并優(yōu)化分離條件。
雖然我們能夠測(cè)量一個(gè)或多個(gè)相界(phase boundary)的位置，但是用于血液處理的普通光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制方法有重大的局限性。第一，普通的光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法，例如在US Patent No.5,316,667和5,260,598中所公開(kāi)的方法，利用一維光學(xué)檢測(cè)或一維光學(xué)掃描。因此，這些方法不能描述從血液處理裝置的二維或三維區(qū)域中透射和/或散射光的強(qiáng)度。此外，這些方法不能測(cè)量從分離室中通過(guò)選取提取端口流出細(xì)胞物質(zhì)的通量或純度。第二，普通的光學(xué)監(jiān)測(cè)方法缺少許多血液處理應(yīng)用中所需的信噪比，因?yàn)楣鈴?qiáng)的特征局限于單個(gè)光軸。例如，普通的光學(xué)監(jiān)測(cè)方法缺少精確分辨白血細(xì)胞與其他血液成分之間相界位置所需的靈敏度，因?yàn)榘籽?xì)胞包含的體積小于總血液體積的1％。所以，這些方法不能提供各種血液成分，例如，血小板和紅血細(xì)胞，其中白血細(xì)胞水平減小到防止免疫并發(fā)癥和病毒傳播所需的程度。第三，普通的光學(xué)監(jiān)測(cè)方法局限于固定的光學(xué)幾何結(jié)構(gòu)，且不能夠監(jiān)測(cè)位于多個(gè)不同光軸上密度離心機(jī)裝置的區(qū)域。因此，借助于密度離心法監(jiān)測(cè)和控制分離的普通光學(xué)方法功能基本上局限于監(jiān)測(cè)分離室中相界的位置。
根據(jù)以上的描述可以理解，我們需要用于監(jiān)測(cè)和控制處理整個(gè)血液樣本和血液成分樣本的方法和裝置。具體地說(shuō)，我們需要這樣的光學(xué)監(jiān)測(cè)方法和裝置，它能夠精確地描述利用密度離心法處理血液成分的分離，提取和收集。此外，我們需要用于血液處理的多功能光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，它能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)于分離區(qū)，樣本標(biāo)識(shí)區(qū)和血液成分提取區(qū)的多個(gè)區(qū)域。所以，本發(fā)明的目的是提供用于血液處理的這種方法，裝置和裝置元件，它能夠高效率分離，描述和收集各個(gè)血液成分，具體地說(shuō)，紅血細(xì)胞，白血細(xì)胞，富含血小板的血漿和血漿。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供用于改進(jìn)包括液體成分在內(nèi)液體處理的方法，裝置和裝置元件，例如，血液，血液成分和從血液衍生的液體。本發(fā)明的方法，裝置和裝置元件能夠監(jiān)測(cè)和控制血液分離成各種離散成分并隨后收集選取的成分。本發(fā)明包括借助于各種分離技術(shù)技術(shù)用于光學(xué)監(jiān)測(cè)血液處理的方法，裝置和裝置元件，其中包括密度離心，離心淘析，尺寸和形狀過(guò)濾，親和力色譜或這些技術(shù)的任意組合。本發(fā)明的方法，裝置和裝置元件能夠描述被收集血液成分的組成和純度，并能夠測(cè)量被提取和收集血液成分的速率。此外，通過(guò)優(yōu)化分離和提取條件，本發(fā)明的方法，裝置和裝置元件能夠控制血液處理，可重復(fù)地獲取血液成分的理想選取純度和/或血液成分的組成。本發(fā)明可以改進(jìn)靜態(tài)血液樣本或流動(dòng)血液樣本的處理。
一方面，本發(fā)明借助于密度離心技術(shù)提供用于改進(jìn)整個(gè)血液分離并隨后收集選取分離血液成分的方法，裝置和裝置元件。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于測(cè)量二維光強(qiáng)分布的光學(xué)方法，裝置和裝置元件，光強(qiáng)分布對(duì)應(yīng)于被旋轉(zhuǎn)分離室中分離血液成分透射和/或散射的光，具體地說(shuō)，有一個(gè)或多個(gè)提取端口的光學(xué)單元的分離室。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明測(cè)量的二維光強(qiáng)分布包括密度離心機(jī)系統(tǒng)中裝置元件的二維或三維圖像，例如，分離室，光學(xué)單元和/或一個(gè)或多個(gè)提取端口，和其中放置的物質(zhì)。測(cè)量的二維光強(qiáng)分布，包括密度離心機(jī)中裝置元件的圖像，可以提供與離心裝置重要優(yōu)化工作條件有關(guān)的定量信息。第一，本發(fā)明測(cè)量的二維光強(qiáng)分布提供經(jīng)受分離的光學(xué)可鑒別血液成分之間一個(gè)或多個(gè)相界位置的現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果。第二，測(cè)量的透射和/或散射光的二維光強(qiáng)分布提供一個(gè)或多個(gè)分離血液成分組成的現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果，例如，從光學(xué)單元提取端口流出的分離血液成分。第三，測(cè)量的透射和/或散射光的二維光強(qiáng)分布提供通過(guò)光學(xué)單元中一個(gè)或多個(gè)提取端口從分離室流出細(xì)胞血液成分通量的現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果。第四，測(cè)量的透射和/或散射光的二維光強(qiáng)分布提供一種檢測(cè)標(biāo)識(shí)信息的裝置，例如，標(biāo)識(shí)號(hào)或洗液標(biāo)識(shí)號(hào)，它對(duì)應(yīng)于經(jīng)受處理的血液樣本和保持血液樣本的藥盒或容器。自動(dòng)的樣本和洗液標(biāo)識(shí)是有利的，因?yàn)檫@個(gè)信息可用于確認(rèn)對(duì)給定的樣本選取并實(shí)施合適的血液處理過(guò)程。最后，測(cè)量的透射和/或散射光的二維光強(qiáng)分布提供這樣一種裝置，用于監(jiān)測(cè)血液處理裝置中分離室的對(duì)準(zhǔn)并識(shí)別從分離室流出的液體泄漏。
一方面，本發(fā)明涉及用于血液處理裝置的多功能光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體地說(shuō)，密度離心機(jī)。我們提供這樣一種光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它能夠測(cè)量對(duì)應(yīng)于從密度離心機(jī)上觀察區(qū)中透射和/或散射光圖形的二維透射和/或散射光強(qiáng)分布，例如，對(duì)應(yīng)于分離室光學(xué)單元的觀察區(qū)。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的動(dòng)態(tài)光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠測(cè)量包括觀察區(qū)圖像的二維透射和/或散射光強(qiáng)分布，在處理之前，處理時(shí)和/或處理之后可以有選擇地調(diào)整觀察區(qū)的位置?；蛘?，本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠測(cè)量對(duì)應(yīng)于有可選擇尺寸觀察區(qū)的二維透射和/或散射光強(qiáng)分布?；蛘?，本發(fā)明包括有選取的固定位置觀察區(qū)的光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。使用固定位置觀察區(qū)可以提供能夠產(chǎn)生高重復(fù)性圖像的高度穩(wěn)定監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)光學(xué)可鑒別成分之間相界層的位置，識(shí)別和跟蹤經(jīng)受處理的血液樣本，檢測(cè)分離室的泄漏和失調(diào)，監(jiān)測(cè)被提取血液成分的組成，監(jiān)測(cè)處理之前的血液樣本組成，調(diào)整添加到血液樣本中的抗凝結(jié)劑或其他血液處理劑的投藥，以及描述從離心機(jī)中提取細(xì)胞血液成分的通量。
另一方面，本發(fā)明涉及用于血液處理裝置的多功能控制系統(tǒng)，具體地說(shuō)，密度離心機(jī)。我們提供反饋控制系統(tǒng)，其中實(shí)時(shí)產(chǎn)生和處理二維透射和/或散射光強(qiáng)分布，光強(qiáng)分布對(duì)應(yīng)于源自分離室上觀察區(qū)中的光圖形。獲取的二維透射和/或散射光強(qiáng)分布可以作為傳輸?shù)矫芏入x心機(jī)中各個(gè)元件的控制信號(hào)基礎(chǔ)。這些控制信號(hào)可用于有選擇地調(diào)整經(jīng)受處理血液樣本的分離條件，例如，光學(xué)可鑒別成分之間相界的位置，和從密度離心機(jī)中流出分離成分的組成，純度和流速。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，識(shí)別分離血液成分之間相界位置的分離室圖像可用于選取從分離室中流出這些成分的流速。在這個(gè)實(shí)施例中，選取的流速可以在處理和提取期間提供和保持所需的分離程度。在另一個(gè)實(shí)施例中，實(shí)時(shí)獲取和處理包括一個(gè)或多個(gè)提取端口圖像的二維透射和/或散射光強(qiáng)分布，用于確定從分離室中經(jīng)過(guò)提取端口流出細(xì)胞物質(zhì)的組成和/或通量。在這個(gè)實(shí)施例中，被分離成分的通量可用于選取處理時(shí)間和收集特定血液成分選取量所需要的流速，或被分離成分的通量可用于確定被選取血液成分回到單采血液處理中供血者或病人的返回速率。在另一個(gè)實(shí)施例中，有選擇地調(diào)整血液成分流速，用于選取被提取血液成分的組成和/或純度。
一種用于密度離心機(jī)的典型光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它有圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的分離室，包括至少一個(gè)光源，光收集單元和二維檢測(cè)器。分離室圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致分離室中的血液成分按照沿垂直于離心機(jī)中心旋轉(zhuǎn)軸取向的旋轉(zhuǎn)分離軸上血液成分密度進(jìn)行分離。光收集單元和二維檢測(cè)器是這樣安排的，它們周期性地與密度離心機(jī)上的觀察區(qū)進(jìn)行光通信。在一個(gè)實(shí)施例中，光源和二維檢測(cè)器是這樣安排的，分離室的光學(xué)單元周期性地轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出觀察區(qū)。光源能夠提供用于照明至少部分密度離心機(jī)的入射光束，最好是照明旋轉(zhuǎn)分離室的光學(xué)單元，從而產(chǎn)生由經(jīng)受分離血液成分透射、散射或透射與散射的光束。優(yōu)選的光源能夠產(chǎn)生這樣的入射光束，其選取的波長(zhǎng)范圍包括，但不限于，可見(jiàn)光，紅外光和/或紫外光。在一個(gè)實(shí)施例中，我們提供能夠照明分離室光學(xué)單元中多個(gè)側(cè)面的多個(gè)光源。
光收集單元能夠從觀察區(qū)中收集光束。在一個(gè)實(shí)施例中，從觀察區(qū)中收集的光束對(duì)應(yīng)于由經(jīng)受分離的血液成分透射和/或散射的光束，由諸如分離室的離心裝置元件透射和/或散射的光束，或以上的兩種光束。光收集單元引導(dǎo)被收集的光到二維檢測(cè)器上。二維檢測(cè)器檢測(cè)從光收集單元中接收的光，并測(cè)量透射和/或散射光的二維光強(qiáng)分布，光強(qiáng)分布對(duì)應(yīng)于透射和/或散射光的圖形。在一個(gè)實(shí)施例中，光收集單元和二維檢測(cè)器是這樣安排的，在收集和檢測(cè)期間，保持從觀察區(qū)中散射和/或透射光的相對(duì)空間分布。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，二維檢測(cè)器還能夠產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)，輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于從觀察區(qū)中透射和/或散射光的二維光強(qiáng)分布。在一個(gè)實(shí)施例中，輸出信號(hào)發(fā)射到諸如計(jì)算機(jī)的裝置，能夠顯示二維光強(qiáng)分布，存儲(chǔ)二維光強(qiáng)分布和/或處理二維光強(qiáng)分布?；蛘?，輸出信號(hào)發(fā)射到諸如計(jì)算機(jī)的裝置，能夠控制密度離心機(jī)的運(yùn)行設(shè)置。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，輸出信號(hào)發(fā)送到裝置控制器，它從獲取的二維光強(qiáng)分布中確定若干個(gè)重要的工作參數(shù)。本發(fā)明的裝置控制器能夠確定光學(xué)可鑒別血液成分之間相界的位置，從分離室中流出細(xì)胞物質(zhì)和非細(xì)胞物質(zhì)的通量，被提取血液成分的組成，血細(xì)胞比容，和血液樣本中的溶血含量。在一個(gè)實(shí)施例中，裝置控制器還能夠?qū)崟r(shí)量化從二維散射和/或透射光強(qiáng)分布中確定工作參數(shù)的不精確性。
在有動(dòng)態(tài)觀察區(qū)的實(shí)施例中，可以有選擇地調(diào)整血液處理裝置上觀察區(qū)的位置。在一個(gè)典型實(shí)施例中，通過(guò)改變光收集單元的位置和/或視場(chǎng)，可以調(diào)整觀察區(qū)的位置。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，光收集單元和二維檢測(cè)器是這樣安排的，它們是在沿垂直于中心旋轉(zhuǎn)軸的檢測(cè)軸上可選擇位置。在這個(gè)實(shí)施例中，光收集單元和二維檢測(cè)器沿檢測(cè)軸的平移可以有選擇地調(diào)整沿離心裝置分離軸的觀察區(qū)位置。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以有選擇地調(diào)整觀察區(qū)的尺寸，例如，通過(guò)調(diào)整觀察區(qū)的長(zhǎng)度，寬度，或半徑，或這些參數(shù)的任意組合。例如，通過(guò)改變一個(gè)或多個(gè)透鏡或包含光收集單元的透鏡系統(tǒng)的視場(chǎng)，可以調(diào)整觀察區(qū)的尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，在處理之前，處理時(shí)和處理之后能夠有選擇地調(diào)整觀察區(qū)的位置，尺寸或位置和尺寸，就可以提供能夠觀察和控制多個(gè)重要裝置工作條件的多功能光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
另一方面，本發(fā)明包括能夠測(cè)量光學(xué)可鑒別血液成分之間相界位置的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。在這個(gè)實(shí)施例中，觀察區(qū)是在這樣的位置，可以觀察光學(xué)可鑒別血液成分之間的相界，例如，在每次離心機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)觀察一次。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，在分離室旋轉(zhuǎn)之后，界面區(qū)就周期性地轉(zhuǎn)入觀察區(qū)。參照本發(fā)明中的界面區(qū)涉及分離室的面積，其中可以觀察兩個(gè)或多個(gè)分離相。典型的界面區(qū)涉及有一個(gè)或多個(gè)窗口的分離室區(qū)域，這些窗口透射通過(guò)分離血液成分的光束，例如，光學(xué)單元。例如，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，界面區(qū)是由光學(xué)單元確定，其中可以觀察光學(xué)可鑒別血液成分之間的相界，例如，紅血細(xì)胞與血沉棕黃色層之間的相界，和血沉棕黃色層與血漿之間的相界。在一個(gè)典型實(shí)施例中，可以觀察混合相層內(nèi)的相界，例如，血沉棕黃色層。例如，本發(fā)明提供這樣一種裝置，用于監(jiān)測(cè)含白血細(xì)胞層與富含血小板的血漿層之間相界。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，照明分離室產(chǎn)生從界面區(qū)餓分離血液成分中透射和/或散射的光圖形。光學(xué)可鑒別血液成分產(chǎn)生不同強(qiáng)度的透射光和/或散射光。所以，檢測(cè)對(duì)應(yīng)于觀察區(qū)的透射，散射或透射和散射的光可以直接測(cè)量沿密度離心機(jī)分離軸的相界位置。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，光學(xué)可鑒別血液成分有透射和/或散射的光強(qiáng)，它們的光強(qiáng)差約為30個(gè)相對(duì)強(qiáng)度單位，其中相對(duì)強(qiáng)度單位的范圍是0-255個(gè)強(qiáng)度單位，數(shù)值0相當(dāng)于沒(méi)有檢測(cè)的光，而數(shù)值255相當(dāng)于使檢測(cè)器飽和的強(qiáng)度。在一個(gè)典型實(shí)施例中，觀察區(qū)中至少有一個(gè)校準(zhǔn)標(biāo)記。本發(fā)明的校準(zhǔn)標(biāo)記具有熟知的光學(xué)性質(zhì)，例如，吸收系數(shù)，散射截面，長(zhǎng)度和寬度，并提供空間參照點(diǎn)，用于分辨沿分離軸的光學(xué)可鑒別血液成分位置。校準(zhǔn)標(biāo)記還提供用于優(yōu)化光收集單元聚焦的參照并提供用于校準(zhǔn)被測(cè)光強(qiáng)的亮度和/或彩色指數(shù)。
在本發(fā)明中測(cè)量散射和/或透射光的二維光強(qiáng)分布是有利的，因?yàn)樗梢造`敏地測(cè)量沿分離軸的一個(gè)或多個(gè)相界位置。例如，從0.2-0.4平方英寸觀察區(qū)中采集散射和/或透射光的二維光強(qiáng)分布就可以測(cè)量相界的位置，其精確度是在約0.0005±0.0002平方英寸之內(nèi)。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明包括能夠現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量密度離心機(jī)中經(jīng)受處理的一個(gè)或多個(gè)血液成分組成的光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，例如，被提取的血液成分。參照這個(gè)語(yǔ)境下的組成涉及諸如被提取成分的給定血液成分中細(xì)胞物質(zhì)和非細(xì)胞物質(zhì)的數(shù)量，標(biāo)識(shí)和純度，例如，紅細(xì)胞，白細(xì)胞和血小板的細(xì)胞物質(zhì)，和血漿蛋白的非細(xì)胞物質(zhì)。測(cè)量被選取的血液成分組成包括，但不限于，測(cè)量細(xì)胞類(lèi)型和濃度，和給定分離成分或混合成分的純度。組成測(cè)量結(jié)果可用于預(yù)測(cè)產(chǎn)量和質(zhì)量。典型的組成測(cè)量結(jié)果還可用作優(yōu)化分離和提取條件的控制信號(hào)基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)被提取成分的理想組成。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，觀察區(qū)是在這樣的位置，可以至少觀察一個(gè)被分離的血液成分。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)分離室圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，組成監(jiān)測(cè)區(qū)周期性地轉(zhuǎn)入觀察區(qū)。參照本發(fā)明的組成監(jiān)測(cè)區(qū)涉及至少一個(gè)被分離成分占用的部分分離室，例如，分離室光學(xué)單元的提取端口。在一個(gè)實(shí)施例中，分離室是這樣安排的，在照明分離室之后，光透射通過(guò)至少一個(gè)被分離成分以提供組成的測(cè)量結(jié)果。透射光是由光收集單元收集并由二維檢測(cè)器檢測(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，觀察區(qū)的位置可用于提供沿分離軸的連續(xù)測(cè)量結(jié)果。或者，光收集單元和檢測(cè)器是在這樣的位置，當(dāng)離心機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，一個(gè)或多個(gè)提取端口周期性地轉(zhuǎn)入觀察區(qū)。利用二維光學(xué)成像可以精確地描述沿多個(gè)分離軸的樣本組成，從而得到提高靈敏度的理想信噪比平均值。
血液或血液成分透射的光強(qiáng)取決于細(xì)胞和非細(xì)胞成分的濃度和光學(xué)性質(zhì)以及光通過(guò)分離室的光程長(zhǎng)。所以，測(cè)量透射通過(guò)分離室的光強(qiáng)圖形可以提供被選取血液成分組成的多個(gè)測(cè)量結(jié)果。本發(fā)明中測(cè)量散射和/或透射光的二維光強(qiáng)分布是有利的，因?yàn)樗梢蕴峁┮环N用于測(cè)量被提取分離成分的純度和/或通量的方法，該方法不同于普通一維光學(xué)檢測(cè)或掃描方法。
另一方面，本發(fā)明包括能夠測(cè)量從分離室提取端口中流出一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞血液成分通量和/或組成的光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，例如，光學(xué)單元的提取端口。在這個(gè)實(shí)施例中，觀察區(qū)是在密度離心機(jī)上，因此，可以觀察分離室中至少一個(gè)提取端口。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，當(dāng)分離室圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，至少一個(gè)提取端口周期性地轉(zhuǎn)入觀察區(qū)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，分離室是這樣地被照明，可以使光透射通過(guò)至少一個(gè)提取端口。當(dāng)細(xì)胞成分傳輸通過(guò)提取端口時(shí)，光被給定的成分吸收和/或散射。通過(guò)監(jiān)測(cè)透射和/或散射光的二維光強(qiáng)分布和瞬時(shí)圖形，從分離室中流出的細(xì)胞物質(zhì)能夠被量化并具有作為時(shí)間函數(shù)的特征。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的觀察區(qū)是在這樣的位置，可以得到透射和/或散射光的二維光強(qiáng)分布，它表示從分離室中流出細(xì)胞和非細(xì)胞物質(zhì)，最好是，在一些應(yīng)用中，它表示從分離室光學(xué)單元中流出細(xì)胞和非細(xì)胞物質(zhì)。因?yàn)榧?xì)胞物質(zhì)吸收和/或散射入射光束，通過(guò)測(cè)量透射光區(qū)強(qiáng)度作為時(shí)間的函數(shù)，可以確定傳輸通過(guò)被選取提取端口的細(xì)胞物質(zhì)通量。在一些情況下，例如，較大的透射和/或散射光強(qiáng)比較小的透射和/或散射光強(qiáng)有較大的細(xì)胞物質(zhì)濃度。本發(fā)明包括這樣一些實(shí)施例，其中至少部分的觀察區(qū)是在這樣的位置，在提取端口周期性地轉(zhuǎn)入觀察區(qū)時(shí)，它接觸對(duì)應(yīng)于紅血細(xì)胞，白血細(xì)胞，富含血小板的血漿和/或血漿的被分離成分。
另一方面，本發(fā)明包括能夠監(jiān)測(cè)血液處理之前血液樣本組成的光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。例如，本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從血液處理裝置的一個(gè)或多個(gè)入口中產(chǎn)生散射和/或透射光的二維光強(qiáng)分布，例如，密度離心機(jī)的入口。被流動(dòng)通過(guò)入口的血液樣本透射和/或散射的光強(qiáng)可以實(shí)時(shí)測(cè)量輸入血液樣本的重要質(zhì)量，例如，血液樣本中的溶血量，血細(xì)胞比容，血液樣本中的血脂豐度和血液樣本組成的其他測(cè)量結(jié)果。本發(fā)明這個(gè)特征的優(yōu)點(diǎn)是，在處理之前血液樣本組成的測(cè)量結(jié)果與血液處理期間和血液處理之后血液樣本和血液成分組成的測(cè)量結(jié)果相關(guān)，從而可以更好地理解被選取的血液處理過(guò)程或治療。
本發(fā)明包括這樣一些實(shí)施例，其中在獲取每個(gè)散射和/或透射光的二維光強(qiáng)分布之后，可以測(cè)量和分析多個(gè)離心機(jī)工作參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，本發(fā)明包括這樣一種光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它能夠同時(shí)確定至少兩個(gè)光學(xué)可鑒別血液成分之間至少一個(gè)相界的位置，至少一個(gè)被分離血液成分的組成，和從分離室提取端口中流出一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞血液成分的通量和/或組成。在這個(gè)實(shí)施例中，觀察區(qū)是在密度離心機(jī)上，因此，在分離室圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以分別觀察光學(xué)可鑒別血液成分之間的相界，一個(gè)或多個(gè)被分離的成分，一個(gè)或多個(gè)入口，和至少一個(gè)提取端口。例如，典型的分離室設(shè)計(jì)成這樣，在從分離室中散射和/或透射光的單個(gè)二維光強(qiáng)分布形成的圖像中，可以容易地觀察相界，提取端口，入口，和被分離的成分。本發(fā)明的這種功能特征可以同時(shí)監(jiān)測(cè)血液系統(tǒng)的多個(gè)工作條件，從而可以分析兩個(gè)或多個(gè)工作參數(shù)之間的相關(guān)，并用于精確的裝置控制。此外，本發(fā)明的方法包括裝置控制方法，其中利用對(duì)應(yīng)于密度離心機(jī)多個(gè)工作條件的實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果的輸出信號(hào)，可以控制血液處理系統(tǒng)。相對(duì)于普通一維掃描或成像技術(shù)提供的控制，這種功能特征能夠改進(jìn)裝置的控制。
本發(fā)明的觀察區(qū)還包括不同于分離室中觀察被分離血液成分所選區(qū)域的區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，觀察區(qū)包含血液樣本的識(shí)別區(qū)，例如，條形碼或其他的樣本標(biāo)記。這個(gè)實(shí)施例可以有效識(shí)別和跟蹤被處理血液產(chǎn)品。或者，觀察區(qū)包含用于檢測(cè)密度離心機(jī)中血液泄漏的區(qū)域，或在血液處理之前，期間或之后用于檢測(cè)分離室的不正確或正確對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)區(qū)。此外，本發(fā)明可以檢測(cè)一種血液成分溢出到另一種血液成分的收集端口。在這個(gè)語(yǔ)境下，溢出是指這樣的過(guò)程，分離室中分離層的位置發(fā)生變化，因此，分離層接觸對(duì)應(yīng)于不同分離成分的提取端口的小孔。
另一方面，本發(fā)明包括用于密度離心機(jī)裝置的控制系統(tǒng)。在這個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)耦合到一個(gè)或多個(gè)離心機(jī)裝置控制器。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的離心機(jī)裝置控制器從二維檢測(cè)器中接收輸出信號(hào)，實(shí)時(shí)傳輸該輸出信號(hào)，并調(diào)整所述離心裝置的工作條件以實(shí)現(xiàn)理想的分離程度和理想的被提取血液成分組成。在包括反饋裝置控制器的另一個(gè)實(shí)施例中，該裝置控制器和光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行這樣的耦合，其中輸出信號(hào)發(fā)送到能夠調(diào)整從分離室中流出一個(gè)或多個(gè)分離血液成分流速的控制器，輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于從包含一個(gè)或多個(gè)相界和/或一個(gè)或多個(gè)提取端口的界面區(qū)中散射和/或透射光的二維光強(qiáng)分布。在這個(gè)實(shí)施例中，控制器調(diào)整各種血液成分的流速，從而可以有選擇地調(diào)整一個(gè)或多個(gè)相界沿分離軸的位置，因此，選取的提取端口與單種血液成分之間有液體流動(dòng)。類(lèi)似地，本發(fā)明包括反饋裝置控制器，其中輸出信號(hào)發(fā)送到能夠調(diào)整從分離室中流出一個(gè)或多個(gè)分離血液成分流速的控制器，輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于從一個(gè)或多個(gè)提取端口中散射和/或透射光的二維光強(qiáng)分布。在這個(gè)實(shí)施例中，控制器調(diào)整各種血液成分的流速以實(shí)現(xiàn)理想的被提取血液成分組成。
另一方面，本發(fā)明能夠測(cè)量包括一個(gè)或多個(gè)血液成分占用分離室區(qū)域三維圖像的二維散射和/或透射光強(qiáng)分布，例如，提取端口的區(qū)域。在這個(gè)實(shí)施例中，收集并檢測(cè)照明觀察區(qū)產(chǎn)生的光束。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于被監(jiān)測(cè)分離室區(qū)域中不同層細(xì)胞成分的光散射制作模型，按照統(tǒng)計(jì)方式產(chǎn)生三維圖像。產(chǎn)生三維圖像是有利的，因?yàn)樗梢詼y(cè)量沿對(duì)應(yīng)于分離室中深度的第三個(gè)軸的分離血液成分組成。這種測(cè)量可用于描述不同的血液成分流入到分離室和/或通過(guò)不同分離室深度設(shè)置的輸出端口。在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明能夠測(cè)量從分離室中熒光物質(zhì)的二維光強(qiáng)分布。本發(fā)明的這個(gè)特征能夠根據(jù)獲取的的二維熒光光強(qiáng)分布產(chǎn)生二維或三維圖像。在這個(gè)實(shí)施例中，熒光的激勵(lì)是借助于激勵(lì)光束的照射。然后，按照這的方式收集并檢測(cè)產(chǎn)生的熒光，可以產(chǎn)生二維或三維圖像。這個(gè)實(shí)施例對(duì)于監(jiān)測(cè)和控制熒光標(biāo)記物質(zhì)的分離是特別有用的，例如，熒光標(biāo)記的細(xì)胞或血蛋白。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于離心血液處理分批血液樣本的控制系統(tǒng)，最好是，整個(gè)血液樣本或血液樣本，它包括容器或藥袋中所含一個(gè)或多個(gè)血液成分。在US Application Serial No.10/413890中描述用于處理分批樣本的典型方法和裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，初始液體密封容器中包含的一個(gè)或多個(gè)血液樣本連接到密度離心機(jī)的轉(zhuǎn)子，可以使血液樣本圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。離心機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生分離樣本成分的離心力，它是按照沿垂直于中心旋轉(zhuǎn)軸取向的旋轉(zhuǎn)分離軸的密度進(jìn)行分離。一旦血液樣本經(jīng)受分離，從初始液體密封容器中指令提取離散的血液成分，其中通過(guò)連接到多個(gè)物理分離液體接收容器的一個(gè)或多個(gè)輸出端口。離散的血液成分是借助于泵浦提取或通過(guò)引入惰性液體，它能夠迫使分離的樣本從液體密封容器中流出。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于監(jiān)測(cè)和控制血液成分流速和流動(dòng)路徑的裝置，其中血液成分流入到對(duì)應(yīng)于被提取成分的選取液體接收容器中。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)按照這樣的方式耦合到分批樣本離心機(jī)，在處理期間可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光學(xué)可鑒別物質(zhì)之間的相界，被提取成分的純度和組成，和被提取成分的通量。此外，本發(fā)明提供用于控制分離血液成分取出的裝置，因此，離散的成分可以被分別地收集在分開(kāi)的液體接收容器中。例如，包括旋轉(zhuǎn)初始液體密封容器圖像的二維散射和/或透射光強(qiáng)分布用于選取從初始液體密封容器中的泵出速率或流入到初始液體密封容器中的惰性液體流速，確保僅僅被選取的成分引導(dǎo)到選取的液體接受容器中。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)在提取時(shí)給定成分容器中的變化，這是通過(guò)測(cè)量從分離室中散射和/或透射光的二維光強(qiáng)分布，它對(duì)應(yīng)于光學(xué)可鑒別成分之間的相界或?qū)?yīng)于一個(gè)或多個(gè)提取端口。在基本上完成選取成分的提取之后，本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)還能夠交換液體接收容器與初始液體密封容器的液體流動(dòng)。或者，本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)能夠調(diào)整被提取成分的泵浦速率，用于確保相鄰的成分沒(méi)有被收集在相同的液體接收容器中。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)能夠產(chǎn)生觸發(fā)多通道閥門(mén)或夾具的輸出信號(hào)，可以轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)于相鄰成分的樣本流入到分開(kāi)的液體接收容器中。
與用于血液樣本離心的普通一維光學(xué)監(jiān)測(cè)或掃描方法比較，收集和處理對(duì)應(yīng)于觀察室圖像的二維散射和/或透射光強(qiáng)分布有多個(gè)個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一，包括觀察區(qū)圖像的二維散射和/或透射光強(qiáng)分布提供一種重大改進(jìn)的裝置，與一維測(cè)量比較，用于光學(xué)可鑒別血液成分之間的鑒別并測(cè)量這些成分相界的位置。一維光學(xué)掃描或監(jiān)測(cè)提供對(duì)應(yīng)于單個(gè)光軸的單個(gè)光強(qiáng)圖形。與此對(duì)比，本發(fā)明提供的二維散射和/或透射光強(qiáng)分布包括對(duì)應(yīng)于多個(gè)光軸的光強(qiáng)圖形。所以，每個(gè)二維散射和/或透射光強(qiáng)分布提供沿分離軸的相界位置的多個(gè)測(cè)量結(jié)果。對(duì)每個(gè)被監(jiān)測(cè)光軸的光強(qiáng)取平均可以提高信噪比的測(cè)量結(jié)果，它比一維測(cè)量結(jié)果高出約10倍。本發(fā)明中觀察到的信噪比提高可以提供更可重復(fù)的相對(duì)相界位置測(cè)量結(jié)果并提供更精確校準(zhǔn)的絕對(duì)相界位置。此外，與普通的一維掃描和成像方法比較，提高的信噪比可以使本發(fā)明能夠直接測(cè)量任何部分血液樣本的組成和純度，具體地說(shuō)，給定分離血液樣本的組成和純度。
第二，測(cè)量二維區(qū)域上的光強(qiáng)可以減少分離血液成分中異質(zhì)引起的問(wèn)題。各種細(xì)胞血液成分展示細(xì)胞類(lèi)型，大小，形狀和光學(xué)性質(zhì)的分布，例如，吸收常數(shù)和散射系數(shù)。因此，沿分離軸上不同點(diǎn)的散射和/或透射光強(qiáng)圖形展示分離室的不同區(qū)域上可變化程度。收集與多個(gè)光軸相關(guān)的光束可以按照統(tǒng)計(jì)方法處理各種細(xì)胞成分中的異質(zhì)效應(yīng)。在本發(fā)明的一個(gè)方面，按照統(tǒng)計(jì)方法分析每個(gè)散射和/或透射光的二維光強(qiáng)分布，可以測(cè)量給定血液成分的平均光學(xué)性質(zhì)。此外，本發(fā)明的裝置和方法可以定量地測(cè)量與沿分離室設(shè)置的血液成分組成相關(guān)的不精確性，從而可以精確地描述所獲得提取成分的純度可重復(fù)性。能夠描述所獲得純度的不精確性可以定量地評(píng)價(jià)用于建立條令性核準(zhǔn)的質(zhì)量保證。
第三，收集和檢測(cè)對(duì)應(yīng)于二維區(qū)域的散射光可以直接測(cè)量從分離室提取端口流出的細(xì)胞物質(zhì)組成和通量。從分離室中經(jīng)提取端口提取經(jīng)受分離的血液細(xì)胞成分，提取端口包括沿分離軸延伸選取距離的管道。通過(guò)提取端口的血液成分通量不是空間均勻分布的。相反，細(xì)胞成分的流動(dòng)通常展示很大的空間非均勻性。所以，為了精確地測(cè)量在給定時(shí)間從分離室流出的細(xì)胞物質(zhì)通量，需要知道在垂直于射出細(xì)胞成分流的區(qū)域上透射光強(qiáng)分布。二維散射和/或透射光強(qiáng)分布可以提供對(duì)應(yīng)于與分離室中物質(zhì)流垂直的多個(gè)軸上的測(cè)量結(jié)果。這就提供一種用于測(cè)量從分離室中流出細(xì)胞物質(zhì)通量和組成的靈敏裝置。二維檢測(cè)對(duì)于描述從分離室中流出細(xì)胞物質(zhì)的通量和組成是重要的，因?yàn)檫@種物質(zhì)通常是非均勻地分散在提取端口。
第四，檢測(cè)對(duì)應(yīng)于二維區(qū)域的光束還提供能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)于控血液處理極為重要的多個(gè)工作條件。與普通的光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)比較，本發(fā)明的方法和裝置能夠是多功能運(yùn)行，因?yàn)闇y(cè)量的二維散射和/或透射光強(qiáng)分布對(duì)應(yīng)于多個(gè)不同的光軸。在本發(fā)明中，參照多功能運(yùn)行涉及光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)和/或控制多個(gè)對(duì)于密度離心機(jī)最佳運(yùn)行極為重要的工作或?qū)嶒?yàn)條件。根據(jù)單個(gè)二維散射和/或透射光強(qiáng)分布，能夠同時(shí)同時(shí)產(chǎn)生和分析多個(gè)測(cè)量結(jié)果在本發(fā)明中是有利的，因?yàn)樗梢允垢鞣N測(cè)量結(jié)果進(jìn)行相關(guān)和分析，用于更好地明白離心機(jī)在血液處理期間的工作條件。例如，本發(fā)明的光學(xué)方法能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)相界位置，提取成分的組成，從提取端口流處的成份通量，血液樣本的標(biāo)識(shí)，血液樣本從分離室中泄漏的存在，或以上這些的任意組合。此外，能夠有選擇地調(diào)整觀察區(qū)的位置和尺寸可以擴(kuò)展本發(fā)明光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能。具有多功能運(yùn)行的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)是有利的，因?yàn)樗梢源蟠鬁p小與個(gè)人監(jiān)督血液處理裝置相關(guān)的時(shí)間，精力和花費(fèi)。此外，本發(fā)明的裝置和方法提供高度可重復(fù)的分離條件，它能夠產(chǎn)生有良好特性和高度可重復(fù)組成的分離血液成分，即，它有很高的純度。此外，多功能監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)能夠處理血液分離條件的快速變化，并設(shè)計(jì)成可以監(jiān)督有典型組成的血液樣本處理，例如，在治療過(guò)程中遇到的血液樣本。
另一方面，本發(fā)明提供用于血液處理的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，它利用不同于純密度離心的分離方法，例如，基于形狀，大小，沉淀速度，擴(kuò)散速率，表面化學(xué)特性或這些技術(shù)任意組合的分離。例如，本發(fā)明能夠借助于多級(jí)處理的監(jiān)測(cè)和控制血液處理。在多級(jí)處理的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，首先，借助于密度離心法，使血液樣本被分離成離散的血液成分。其次，從密度離心例中提取一個(gè)或多個(gè)選取的血液成分，然后利用形狀和大小的過(guò)濾方法作進(jìn)一步的分離，離心淘析，親和力色譜法，或這些方法的任意組合。在這個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)可以控制這兩級(jí)中所獲取的分離程度。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，利用密度離心法與離心淘析法的組合實(shí)現(xiàn)二級(jí)血液處理。在US Patent No.6,334,842中描述利用離心淘析的典型血液處理方法和裝置。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，借助于第一級(jí)的密度離心法，血液樣本被分離成血液成分，并提取選取的血液成分或多個(gè)血液成分，再借助于離心淘析接受進(jìn)一步的處理。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，選取的血液成分被引入到液體淘析緩沖液流中，并傳輸?shù)轿挥谧孕x心機(jī)中的管道狀分離室。當(dāng)液體緩沖液流動(dòng)通過(guò)分離室時(shí)，該液體清除較小尺寸，較慢沉淀的細(xì)胞走向分離室內(nèi)的淘析邊界。然而，較快沉淀的細(xì)胞遷移到有最大離心力的分離室區(qū)域。通過(guò)選取流過(guò)管道狀分離室的合適液體流速，較快沉淀的細(xì)胞和較慢沉淀的細(xì)胞從分離室中被分開(kāi)地提取和隨后的收集。所以，密度離心法與離心淘析法的組合提供一種基于密度和沉淀速度的分離血液成分的方法。
本發(fā)明的方法，裝置和裝置元件能夠監(jiān)測(cè)和控制多級(jí)血液處理。具體地說(shuō)，本發(fā)明的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)能夠產(chǎn)生包括第一級(jí)和第二級(jí)血液處理中血液分離圖像的二維散射和/或透射光強(qiáng)分布。第一，本發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠測(cè)量從密度離心機(jī)的分離室中散射和/或透射光的二維光強(qiáng)分布，它描述血液成分的組成，純度和提取速率，選取的血液成分通過(guò)離心淘析法作進(jìn)一步的處理。此外，在本發(fā)明的一個(gè)方面，二維散射和/或透射光的光強(qiáng)分布用于優(yōu)化第一級(jí)中的分離和提取條件，然后在第二級(jí)中通過(guò)附加處理實(shí)現(xiàn)理想的組成。例如，一個(gè)實(shí)施例中，這樣選取和保持第一級(jí)中的相界位置，使得含血小板的血液成分中存在最小數(shù)量的紅血細(xì)胞和/白血細(xì)胞，并在第二級(jí)中對(duì)選取的血液成分作進(jìn)一步處理。第二，當(dāng)淘析室圍繞寄信機(jī)的中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)能夠測(cè)量包括淘析室圖像的二維散射和/或透射光強(qiáng)分布。從淘析室中散射和/或透射光的二維光強(qiáng)分布可以直接測(cè)量經(jīng)受附加處理的血液成分組成，它可以與第一級(jí)中通過(guò)監(jiān)測(cè)分離獲得的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，用于評(píng)價(jià)提取期間獲得的分離程度。例如，從淘析室中散射和/或透射光的二維光強(qiáng)亮度或彩色可以測(cè)量選取血液成分的組成以作進(jìn)一步處理，例如，淘析室中紅血細(xì)胞的豐度。
此外，本發(fā)明產(chǎn)生的二維散射和/或透射光強(qiáng)分布提供直接測(cè)量第二級(jí)中分離子成分的組成，和通量。描述選取子成分的組成是有利的，因?yàn)樗梢源_保收集的子成分適用于輸血或輸注治療。例如，本發(fā)明的方法可用于白細(xì)胞減少方法，其中通過(guò)描述含血小板子成分以確保白血細(xì)胞是足夠低特性，可以避免在輸注時(shí)與多余免疫反應(yīng)和病毒傳播有關(guān)的并發(fā)癥?；蛘?，本發(fā)明的方法可用于描述含提取白血細(xì)胞子成分的免疫治療，并優(yōu)化第二級(jí)中的分離條件，從而使純化子成分中的紅血細(xì)胞和血小板水平減至最小，或收集特定的白血細(xì)胞類(lèi)型。
本發(fā)明的方法，裝置和裝置元件可用于監(jiān)測(cè)和控制不同于血液分離成各種成分的血液處理。本發(fā)明能夠監(jiān)測(cè)和控制操作的典型處理應(yīng)用包括，但不限于，血液成分清洗，病原體減少和病原體去除，紅血細(xì)胞去除甘油，和添加血液成分和/或血液處理劑到血液樣本中。
另一方面，本發(fā)明提供一種用于檢測(cè)血液處理期間紅血細(xì)胞中發(fā)生的溶血和溶血程度，特別是在離心操作時(shí)。溶血可以發(fā)生在血液處理期間，當(dāng)血液樣本的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致紅血細(xì)胞的退化，從而形成血紅蛋白的釋放。在它釋放之后，血紅蛋白遷移到密度較小的血液成分，例如，含血漿的成分。本發(fā)明能夠光學(xué)監(jiān)測(cè)自由血紅蛋白的釋放和遷移到較低密度的血液成分，因?yàn)檠t蛋白能夠很強(qiáng)地吸收可見(jiàn)光譜中的光，特別是在約500nm至600nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，因此，減小檢測(cè)的光強(qiáng)。所以，測(cè)量的二維散射和/或透射光強(qiáng)分布可用于確定這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光吸收，從而描述血液處理期間的溶血程度。在這些測(cè)量中，在500nm至600nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)較大的吸收對(duì)應(yīng)于導(dǎo)致很大溶血的分離條件。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，這種測(cè)量結(jié)果可用作控制信號(hào)的基礎(chǔ)，用于優(yōu)化血液處理裝置中的流動(dòng)條件以減少溶血的發(fā)生。在一個(gè)實(shí)施例中，利用綠光和紅光照明較低密度的血液成分，并收集和檢測(cè)對(duì)應(yīng)于每種照明顏色的透射光，散射光，或透射光和散射光。比較每種照明顏色的散射和/或透射光強(qiáng)度，可以精確地測(cè)量樣本中的溶血程度。
另一方面，本發(fā)明提供提供用于監(jiān)測(cè)和控制密度離心機(jī)的方法，它能夠至少分離兩個(gè)光學(xué)可鑒別的液體成分，并有圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的分離室，其中離心機(jī)分離室中的所述成分沿圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的分離軸分離，包括以下步驟(1)利用光源提供的入射光束照明密度離心機(jī)；(2)收集從密度離心機(jī)上觀察區(qū)中的光束，并引導(dǎo)所述光束到二維檢測(cè)器上；(3)至少部分的觀察區(qū)是在這樣的位置，可以觀察到相界；(4)利用所述二維檢測(cè)器檢測(cè)所述光束，該檢測(cè)器產(chǎn)生從所述觀察區(qū)中散射和/或透射光的二維光強(qiáng)分布；和(5)測(cè)量沿所述分離軸的所述血液成分之間至少一個(gè)相界。任選地，本發(fā)明的方法還包括步驟測(cè)量從分離室中經(jīng)提取端口流出的血液成分組成。任選地，本發(fā)明的方法還可以包括步驟調(diào)整所述離心裝置的工作條件以實(shí)現(xiàn)所述光學(xué)可鑒別成分的基本分離。
通過(guò)以下的描述，例子，附圖和權(quán)利要求書(shū)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的示意圖。
圖2是用于本發(fā)明中光收集單元和二維檢測(cè)器的側(cè)視圖。
圖3是用于本發(fā)明中光收集單元和二維檢測(cè)器的前剖視圖。
圖4是安裝配置的頂部平面圖，可以有選擇地調(diào)整光收集單元和二維檢測(cè)器的位置。
圖5是本發(fā)明監(jiān)測(cè)系統(tǒng)觀察區(qū)的示意圖。
圖6是圖6A和6B所示擴(kuò)展區(qū)的分離室光學(xué)單元頂視平面圖。圖6A和6B表示圖6中所示擴(kuò)展區(qū)的本發(fā)明方法產(chǎn)生的圖像示意圖，其中的人體血液樣本被分離成血液成分。圖6A和6B中的圖像說(shuō)明本發(fā)明的方法和裝置能夠監(jiān)測(cè)和控制分離血液成分之間相界的位置。在圖6A和6B中，三角形代表白血細(xì)胞和血小板，圓形代表紅血細(xì)胞，而直線(xiàn)區(qū)域代表血漿。
圖7表示本發(fā)明方法產(chǎn)生的密度離心機(jī)旋轉(zhuǎn)分離室圖像。圖7中的圖像包括相界監(jiān)測(cè)區(qū)和白血細(xì)胞提取端口監(jiān)測(cè)區(qū)。分析圖7中的圖像可以測(cè)量從分離室中流出細(xì)胞物質(zhì)的組成和通量。圖7中的三角形代表白血細(xì)胞和血小板，圓形代表紅血細(xì)胞，而直線(xiàn)區(qū)域代表血漿。
圖8表示在白血細(xì)胞收集期間測(cè)量的相界位置(底部的兩條曲線(xiàn))和通過(guò)提取端口監(jiān)測(cè)區(qū)的透射光強(qiáng)度(頂部的兩條曲線(xiàn))與時(shí)間的關(guān)系。圖8A表示對(duì)應(yīng)的50點(diǎn)移動(dòng)平均。實(shí)心菱形(標(biāo)志為RBC像素)對(duì)應(yīng)于含紅血細(xì)胞成分與血沉棕黃色層之間相界的位置，空心正方形(標(biāo)志為血小板像素)對(duì)應(yīng)于含血小板成分與血沉棕黃色層之間相界的位置，實(shí)心三角形(標(biāo)志為提取端口工具#1)對(duì)應(yīng)于通過(guò)第一通量監(jiān)測(cè)區(qū)的中值透射光強(qiáng)度，而X標(biāo)記(標(biāo)志為提取端口工具#2)對(duì)應(yīng)于通過(guò)第二通量監(jiān)測(cè)區(qū)的中值透射光強(qiáng)度。
圖9表示觀察的白血細(xì)胞濃度作為通過(guò)第二通量監(jiān)測(cè)區(qū)(X標(biāo)記，+標(biāo)記和-標(biāo)記)的中值透射光強(qiáng)度函數(shù)的一系列曲線(xiàn)，它對(duì)應(yīng)于插圖中指出的轉(zhuǎn)速(RPM)。圖9還表示被提取物質(zhì)的血細(xì)胞比容作為通過(guò)第二通量監(jiān)測(cè)區(qū)(菱形標(biāo)記，正方形標(biāo)記和三角形標(biāo)記)的中值透射光強(qiáng)度函數(shù)的曲線(xiàn)，它對(duì)應(yīng)于插圖中指出的轉(zhuǎn)速(RPM)。
圖10表示被提取物質(zhì)中白血細(xì)胞的濃度作為含紅血細(xì)胞成分與血沉棕黃色層之間相界位置(表示為被收集圖像的像素高度)的函數(shù)，它對(duì)應(yīng)于插圖中指出的轉(zhuǎn)速(RPM)。
圖11表示能夠控制血液處理的本發(fā)明典型主-智能從屬控制系統(tǒng)示意圖。
圖12表示密度離心機(jī)血液處理裝置的自動(dòng)計(jì)算機(jī)可控過(guò)程控制系統(tǒng)的示意流程圖。
圖13表示本發(fā)明方法中所用典型控制驅(qū)動(dòng)器與APC子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系的示意圖。
圖14表示本發(fā)明方法中所用典型過(guò)程控制與APC子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系的示意圖。
圖15表示本發(fā)明方法中所用APC執(zhí)行程序與APC驅(qū)動(dòng)器，圖像數(shù)據(jù)表容器和控制子系統(tǒng)內(nèi)APC元件之間的典型結(jié)構(gòu)關(guān)系。
圖16表示用于圖像數(shù)據(jù)分析器任務(wù)的狀態(tài)圖表示意圖。
圖17表示本發(fā)明的APC驅(qū)動(dòng)器元件的典型結(jié)構(gòu)。
圖18表示本發(fā)明方法中所用APC驅(qū)動(dòng)器任務(wù)的典型高級(jí)狀態(tài)圖。
圖19表示本發(fā)明的APC圖像處理機(jī)元件的典型結(jié)構(gòu)。
圖20表示本發(fā)明方法中所用圖像分析器任務(wù)的典型狀態(tài)圖。
圖21A表示借助于密度離心用于監(jiān)測(cè)血液處理的本發(fā)明光學(xué)單元的旋轉(zhuǎn)側(cè)視圖。圖21B表示本發(fā)明典型提取端口設(shè)計(jì)的剖面圖。圖21C表示本發(fā)明另一種提取端口設(shè)計(jì)的剖面圖，其中第一提取端口和第二提取端口各自有矩形橫截面形狀的軸向孔。
圖22表示本發(fā)明光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的頂視圖，它適合借助于密度離心的血液處理。
圖23表示對(duì)應(yīng)于圖22中所示解剖軸1200的剖面圖。
圖24表示圖22和23中所示光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖25表示本發(fā)明方法和裝置中所用底部脈沖式LED光源的分解側(cè)視圖。
圖26表示利用頂部和底部脈沖式LED光源觸發(fā)器和觸發(fā)器延遲設(shè)置產(chǎn)生的同步光脈沖方法的功能流程圖。
圖27表示傳輸通過(guò)提取端口的分離血液成分的白血細(xì)胞濃度(正方形標(biāo)記)和血細(xì)胞比容(菱形標(biāo)記)的測(cè)量結(jié)果作為透射通過(guò)提取端口的測(cè)量平均光強(qiáng)函數(shù)的曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，類(lèi)似的數(shù)字表示類(lèi)似的元件，而出現(xiàn)在多個(gè)附圖中的相同編號(hào)是相同的元件。此外，還有以下的定義術(shù)語(yǔ)“光”和“電磁輻射”具有相同的意義，并表示電場(chǎng)和磁場(chǎng)的波，且它們還具有粒子的性能。用于本發(fā)明方法的光包括γ射線(xiàn)，X射線(xiàn)，紫外光，可見(jiàn)光，紅外光，微波，無(wú)線(xiàn)電波或其任意組合。
“景深”是指圖片和/或圖像中可接受清晰度的區(qū)域，它們延伸在對(duì)象平面之前和之后。景深可以定量地描述為圖片和/或圖像中可再現(xiàn)的距離范圍，在此距離范圍，圖像的清晰度小于該圖像的最清晰部分。術(shù)語(yǔ)“景深”的意義可以解釋成與專(zhuān)業(yè)人員所理解這個(gè)術(shù)語(yǔ)的意義一致。光收集單元可以用它的景深描述。
“光學(xué)可鑒別”是指兩個(gè)或多個(gè)被照明物質(zhì)的光學(xué)特性差別。光學(xué)可鑒別物質(zhì)可以有不同的吸收系數(shù)，消光系數(shù)，散射截面，熒光激勵(lì)波長(zhǎng)，磷光激勵(lì)波長(zhǎng)，發(fā)射波長(zhǎng)，或這些特性的任意組合。因?yàn)榇蟛糠治镔|(zhì)的光學(xué)特性與波長(zhǎng)有關(guān)，在選取波長(zhǎng)范圍的光照明這種物質(zhì)時(shí)，就可以光學(xué)鑒別它們。本發(fā)明中所用的典型光學(xué)可鑒別物質(zhì)包括，但不限于，紅細(xì)胞，嗜曙紅細(xì)胞，嗜鹼細(xì)胞，單核細(xì)胞，啉巴細(xì)胞，粒細(xì)胞，血小板，血漿蛋白，和血漿。典型光學(xué)可鑒別物質(zhì)還包括這樣的物質(zhì)，它包含血液處理裝置或血液樣本容器，例如，諸如塑料的聚合物，金屬，和玻璃。
“從分離室流出細(xì)胞物質(zhì)的通量”是指細(xì)胞的數(shù)量，例如，紅細(xì)胞，白細(xì)胞，血小板，或其任意的組合，它們?cè)诿繂挝粫r(shí)間通過(guò)規(guī)定的面積，例如，血液處理裝置提取端口的橫截面，這種血液處理裝置包括密度離心機(jī)，淘析分離室或過(guò)濾分離裝置。細(xì)胞物質(zhì)通量的單位可以表示成(細(xì)胞數(shù)目)cm-2s-1。
“光通信”是指兩個(gè)或多個(gè)單元的定向，例如，光能夠從一個(gè)單元傳播到另一個(gè)單元。光通信中的單元可以借助于一個(gè)或多個(gè)附加的單元，例如，反射器，透鏡，光纖耦合器，波導(dǎo)或其任意的組合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)光源和光收集單元可以放置成與血液處理裝置上的觀察區(qū)進(jìn)行光通信，諸如密度離心機(jī)的血液處理裝置。在這個(gè)實(shí)施例中，來(lái)自一個(gè)或多個(gè)光源的至少部分光被引導(dǎo)到觀察區(qū)，而光收集單元是在這樣的位置，它能夠收集從觀察區(qū)中透射，散射或透射與散射的至少部分光。
“光收集單元”是指收集光并按照指定方式分配收集光的某種裝置或裝置元件。本發(fā)明所用的光收集單元能夠收集照明到血液處理裝置上觀察區(qū)產(chǎn)生的至少部分透射光，散射光或透射光和散射光。本發(fā)明的典型光收集單元能夠收集這樣的光，它在二維檢測(cè)器上產(chǎn)生觀察區(qū)的圖像。本發(fā)明的光收集單元包括，但不限于，固定焦點(diǎn)透鏡，球面透鏡，柱面透鏡，非球面透鏡，廣角透鏡，變焦透鏡，凹透鏡，凸透鏡，雙凹透鏡，雙凸透鏡，包含多個(gè)透鏡的透鏡系統(tǒng)，波導(dǎo)，光纖耦合器，反射器，球面反射鏡，非球面反射鏡，棱鏡，光闌，透鏡，或這些元件的任意組合。本發(fā)明的光收集單元能夠引導(dǎo)收集的光到另一個(gè)光學(xué)裝置或裝置元件上，例如，二維檢測(cè)器。光收集單元至少包含一個(gè)有選擇調(diào)整視場(chǎng)和/或焦距的透鏡系統(tǒng)。光收集單元可以沿垂直于中心旋轉(zhuǎn)軸的檢測(cè)軸平移。
“視場(chǎng)”是指光檢測(cè)系統(tǒng)收集和檢測(cè)的光線(xiàn)角分布，例如，與二維檢測(cè)器進(jìn)行光通信的光收集單元。本發(fā)明的二維成像系統(tǒng)視場(chǎng)是部分被照明的物體或多個(gè)物體，它表示成二維圖像。本發(fā)明的光檢測(cè)系統(tǒng)可以有固定的視場(chǎng)或可選擇調(diào)整的視場(chǎng)。
“血液處理”是指操作血液樣本或其成分以實(shí)現(xiàn)其組成的變化。血液處理包括這樣一些方法，把血液或其成分分離成它的成分或子成分，白細(xì)胞減少，病原體滅活，血液過(guò)濾，氧化血液和血液成分，透析，血液純化或清潔，病原體去除，血液和血液成分加溫，血液成分清洗，和紅血細(xì)胞除去甘油。本發(fā)明提供改進(jìn)的血液處理方法，其中基于密度，大小，擴(kuò)散速率，沉淀速度，表面化學(xué)性質(zhì)，或這些特許的組合，把血液或其成分分離成它的成分或子成分。
“觀察區(qū)”是指物體或多個(gè)物體的被照明部分，它產(chǎn)生透射光，散射光，或透射光和散射光，其中至少部分的光是由光收集單元收集并由二維檢測(cè)器檢測(cè)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，觀察區(qū)放置在血液處理裝置，血液處理裝置的元件，例如，光學(xué)單元，或血液樣本容器。觀察區(qū)的大小和位置是由光收集單元的視場(chǎng)，光收集單元與血液處理裝置的位置，二維檢測(cè)器的面積和二維檢測(cè)器相對(duì)于光收集單元的位置確定。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)控制光收集單元相對(duì)于血液處理裝置的位置和光收集單元的視場(chǎng)，可選擇調(diào)整觀察區(qū)的大小，形狀和位置。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，在觀察區(qū)中可以觀察到光學(xué)可鑒別成份之間一個(gè)或多個(gè)相界。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在觀察區(qū)中可以至少觀察一個(gè)分離的成分。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在觀察區(qū)中可以至少觀察一個(gè)提取端口。
“界面區(qū)”是指血液分離裝置的區(qū)域，其中可以觀察到兩個(gè)或多個(gè)光學(xué)可鑒別相。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，界面區(qū)是由分離室的區(qū)域確定，其中可以觀察到含紅血細(xì)胞成分與含血漿成分之間的相界。在另一個(gè)實(shí)施例中，界面區(qū)是由分離室的區(qū)域確定，其中可以觀察到含紅血細(xì)胞成分與含混合相白血細(xì)胞和血小板成分之間相界和含混合相白血細(xì)胞和血小板成分與含血漿成分之間的相界。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以觀察到含白血細(xì)胞成分與含血小板成分之間的相界。在本發(fā)明中，從界面區(qū)中散射和/或透射的二維光強(qiáng)分布可以提供沿多個(gè)分離軸的一個(gè)或多個(gè)相界層的位置測(cè)量結(jié)果。在一個(gè)典型實(shí)施例中，界面區(qū)是分離室的光學(xué)單元。
“組成監(jiān)測(cè)區(qū)”是指由至少一個(gè)分離相占用的部分血液處理裝置。例如，成分監(jiān)測(cè)區(qū)可以由密度離心機(jī)中分離室的區(qū)域確定，其中光透射通過(guò)入射光束照明分離室中的一個(gè)或多個(gè)離散相。因?yàn)楣馔ㄟ^(guò)分離復(fù)合物的透射取決于細(xì)胞和非細(xì)胞物質(zhì)的特性和濃度，監(jiān)測(cè)來(lái)自組成監(jiān)測(cè)區(qū)的散射光，透射光或散射光和透射光可以提供至少一個(gè)成分或其任意組合的特性，濃度，細(xì)胞類(lèi)型，和純度。在一個(gè)典型實(shí)施例中，成分監(jiān)測(cè)區(qū)是分離室的光學(xué)單元中提取端口。
“血液樣本”和“血液”具有相同的意義，它是指整個(gè)血液，一個(gè)或多個(gè)血液成分，一個(gè)或多個(gè)血液產(chǎn)品，或其任意的組合。此處使用的“血液成分”和“血液產(chǎn)品”包括細(xì)胞血液成分，非細(xì)胞血液成分，細(xì)胞血液成分和非細(xì)胞血液成分的組合。典型的細(xì)胞成分包括，但不限于，紅血細(xì)胞，白血細(xì)胞，和血小板，以及這些物質(zhì)的組合。白血細(xì)胞包括單核細(xì)胞，粒細(xì)胞，無(wú)粒細(xì)胞，啉巴細(xì)胞。典型的非細(xì)胞成分包括，但不限于，血漿，溶解鹽，和礦物質(zhì)和血漿蛋白。血液成分還可以分解成血液子成分。
“二維檢測(cè)器”是指能夠測(cè)量散射和/或透射的二維光強(qiáng)分布的任何檢測(cè)器，例如，對(duì)應(yīng)于部分血液處理系統(tǒng)或元件圖像的散射和/或透射的二維光強(qiáng)分布。典型的二維檢測(cè)器測(cè)量這種散射和/或透射的二維光強(qiáng)分布，它包括血液處理系統(tǒng)中分離室上觀察區(qū)的圖像。任選地，二維檢測(cè)器產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)，它被另一個(gè)裝置元件接收作為輸入信號(hào)。本發(fā)明的優(yōu)選二維檢測(cè)器包括，但不限于，電荷耦合器件(CCD)，二維光電二極管陣列，二維光電導(dǎo)陣列，二維熱電陣列，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)檢測(cè)器，多個(gè)光電二極管和多個(gè)光電倍增管。二維檢測(cè)器可以測(cè)量對(duì)應(yīng)于單色圖像或彩色圖像的散射和/或透射的二維光強(qiáng)分布。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的二維檢測(cè)器能夠可選擇檢測(cè)對(duì)應(yīng)于選取波長(zhǎng)范圍的光。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的二維檢測(cè)器可以測(cè)量散射和/或透射的多個(gè)二維光強(qiáng)分布，它對(duì)應(yīng)于多個(gè)選取的波長(zhǎng)范圍，例如，對(duì)應(yīng)于紅光，綠光和藍(lán)光的波長(zhǎng)范圍。
“分離軸”是指這樣的軸，在密度離心機(jī)中沿該軸可以分離有不同密度的血液成分。因?yàn)榉蛛x室是圍繞密度離心機(jī)的中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的離心力是沿分離軸的方向。因此，多個(gè)軸圍繞密度離心機(jī)的中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)方法能夠沿分離軸測(cè)量光學(xué)可鑒別成分之間一個(gè)或多個(gè)相界的位置。
“通量”是指細(xì)胞物質(zhì)，非細(xì)胞物質(zhì)或細(xì)胞物質(zhì)和非細(xì)胞物質(zhì)穿過(guò)確定平面的速率。通量可以表示成以下的單位(X數(shù)目)cm-2s-1，其中X是細(xì)胞血液成分和非細(xì)胞血液成分。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)方法能夠測(cè)量細(xì)胞成分的通量，細(xì)胞成分包括，但不限于，紅血細(xì)胞，嗜中性白細(xì)胞，嗜曙紅細(xì)胞，嗜鹼細(xì)胞，單細(xì)胞，啉巴細(xì)胞，血小板，或這些細(xì)胞的任意組合，它們通過(guò)分離室的提取端口。
“圖像”是指源自觀察區(qū)的一個(gè)或多個(gè)光圖形的視覺(jué)表示。本發(fā)明的圖像可以是二維圖像或三維圖像。本發(fā)明提供各種方法和裝置，因此，測(cè)量的散射和/或透射的二維光強(qiáng)分布可以提供對(duì)應(yīng)于觀察區(qū)的圖像，例如，放置在密度離心機(jī)中分離室和/或光學(xué)單元上的觀察區(qū)。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明方法和裝置產(chǎn)生的圖像對(duì)應(yīng)于在密度離心下從一個(gè)或多個(gè)血液成分中散射，透射或散射和透射的光，例如，血液樣本的成分?；蛘?，本發(fā)明方法和裝置產(chǎn)生的圖像對(duì)應(yīng)于從密度離心機(jī)的區(qū)域中散射，透射或散射和透射的光，例如，分離室的光學(xué)單元。本發(fā)明方法和裝置測(cè)量的散射和/或透射的二維光強(qiáng)分布可用于確定沿分離軸的光學(xué)可鑒別成分之間相界的位置，從分離室流出細(xì)胞或非細(xì)胞物質(zhì)的通量和組成，血液樣本的特性，和含血液樣本的藥盒或容器的特性。
“分辨率”是指光學(xué)測(cè)量的能力，它描述包含源自觀察區(qū)光圖形的圖像。分辨率越大，則圖像越清晰。二維光學(xué)測(cè)量的分辨率通常表示成以下公式所示水平和垂直軸上的像素?cái)?shù)目 其中Ph和Pv分別是沿水平軸和垂直軸延伸的像素?cái)?shù)目，而Lh和Lv分別是沿水平軸和垂直軸的圖像長(zhǎng)度。本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠產(chǎn)生觀察區(qū)的高分辨率圖像。
“外部照明”是指物體的照明并產(chǎn)生散射光。在外部照明中，光被引導(dǎo)到沿照明軸的物體上，照明軸不同于收集和檢測(cè)散射光的光軸。
“平行”是指這樣的幾何結(jié)構(gòu)，其中兩個(gè)表面的各點(diǎn)之間有相同的距離并有相同的方向或曲率?；酒叫惺侵高@樣的幾何結(jié)構(gòu)，其中與絕對(duì)平行度的角偏差小于10度，在某些應(yīng)用中最好小于0.5度。本發(fā)明包括用于血液處理的光學(xué)單元，其中光學(xué)單元含多個(gè)放置成基本平行的多個(gè)光學(xué)表面。
在以下的描述中，我們?cè)敿?xì)說(shuō)明本發(fā)明裝置，裝置元件和方法的多個(gè)具體細(xì)節(jié)，為的是充分地解釋本發(fā)明的精確性質(zhì)。然而，專(zhuān)業(yè)人員應(yīng)當(dāng)明白，可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的條件下實(shí)踐本發(fā)明。在說(shuō)明書(shū)中參照“優(yōu)選實(shí)施例”，“更優(yōu)選實(shí)施例”或“典型實(shí)施例”意味著，結(jié)合該實(shí)施例描述的具體特征，結(jié)構(gòu)或特性包含在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。參照說(shuō)明書(shū)不同部分的“優(yōu)選實(shí)施例”，“更優(yōu)選實(shí)施例”或“典型實(shí)施例”不必是指相同的實(shí)施例。
本發(fā)明提供用于監(jiān)測(cè)和控制血液處理的方法，裝置和裝置元件，最好是，利用密度離心，離心淘析和/或過(guò)濾方法。具體地說(shuō)，本發(fā)明提供能夠測(cè)量散射和/或透射的二維光強(qiáng)分布的多功能光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括對(duì)應(yīng)于觀察區(qū)的圖像，它特別適用于有效地分離血液成各種成分并隨后收集這些分離的成分。
圖1表示本發(fā)明光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的典型實(shí)施例，它能夠測(cè)量對(duì)應(yīng)于分離室上觀察區(qū)中光圖形的散射和/或透射的二維光強(qiáng)分布。所示的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)100包括光源110，光收集單元120，和二維光檢測(cè)器130。光源110與包含分離室150的密度離心機(jī)140進(jìn)行光通信，分離室150可以圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸160轉(zhuǎn)動(dòng)。圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸160的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致分離室中的血液樣本分離成離散的血液成分，它們是沿垂直于中心旋轉(zhuǎn)軸160的多個(gè)旋轉(zhuǎn)分離軸。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，分離室150保持在圓形注入器中(圖1中未畫(huà)出)，注入器還能?chē)@中心旋轉(zhuǎn)軸160轉(zhuǎn)動(dòng)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，注入器包含有內(nèi)部圓形槽的圓盤(pán)，其中放置并固定分離室。在密度離心機(jī)的工作期間，注入器連接到旋轉(zhuǎn)裝置，從而使注入器和分離室都圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸160轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖1的示意圖中，血液樣本被分離成對(duì)應(yīng)于紅血細(xì)胞成分170的外層高密度相，對(duì)應(yīng)于白血細(xì)胞和含血小板成分(例如，血沉棕黃色層)180的中間密度相，和對(duì)應(yīng)于富含血小板血漿成分190的內(nèi)層低密度相。
光源110提供用于照明分離室150上觀察區(qū)220的入射光束220，最好是，它產(chǎn)生從經(jīng)受離心的血液樣本中散射和/或透射的光。在一個(gè)實(shí)施例中，光源110能夠產(chǎn)生入射光束，部分的入射光束透射通過(guò)分離室150中經(jīng)受離心的至少一種血液成分。從觀察區(qū)220中散射和/或透射的至少部分光210被光收集單元120收集。光收集單元120能夠至少引導(dǎo)部分的收集光210到二維檢測(cè)器130。二維檢測(cè)器130檢測(cè)從觀察區(qū)中散射和/或透射光210的圖形，從而測(cè)量散射和/或透射光的二維光強(qiáng)分布。在一個(gè)典型實(shí)施例中，散射和/或透射光的二維光強(qiáng)分布包括對(duì)應(yīng)于源自觀察區(qū)220光圖形的圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的圖像是單色圖像，它提供沿分離軸的分離血液成分的亮度測(cè)量結(jié)果。或者，本發(fā)明的圖像是彩色圖像，它提供沿分離軸的分離血液成分的彩色測(cè)量結(jié)果。
觀察區(qū)220是在部分的密度離心機(jī)140上，最好是在觀察區(qū)220上。在圖1所示的典型實(shí)施例中，在觀察區(qū)220可以觀察到分離的血液成分和光學(xué)可鑒別血液成分之間的相界。在一個(gè)實(shí)施例中，觀察區(qū)是在有窗口的分離室中光學(xué)單元上，用于透射入射光束通過(guò)經(jīng)受處理的血液樣本。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在觀察區(qū)220可以觀察到一個(gè)或多個(gè)提取端口(圖1中未畫(huà)出)。在另一個(gè)實(shí)施例中，觀察區(qū)220是在分離室150的頂部，因此，可以觀察到血液樣本的泄漏和/或不正確對(duì)準(zhǔn)的分離室或注入器。在另一個(gè)實(shí)施例中，觀察區(qū)220是在部分的分離室上，因此，可以直接地監(jiān)測(cè)分離血液成分的組成。例如，本發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供這樣一種方法，它可以描述被收集細(xì)胞成分的類(lèi)型和從分離室中提取的細(xì)胞數(shù)量作為時(shí)間的函數(shù)?；蛘?，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是這樣安排的，可以直接測(cè)量非細(xì)胞血液成分的濃度，例如，血漿蛋白。在一個(gè)實(shí)施例中，觀察區(qū)220是這樣安排的，根據(jù)每次測(cè)量的散射和/或透射光的二維光強(qiáng)分布，可以得到多個(gè)測(cè)量結(jié)果。
任選地，也可以利用外部照明光源230照明觀察區(qū)220，光源230是在分離室的相同側(cè)，如同光收集單元和二維檢測(cè)器。外部照明光源230是在這樣的位置，它產(chǎn)生被血液樣本和/或離心機(jī)散射的入射光束。來(lái)自外部照明光源230的部分光被分離室散射并由光收集單元120收集和二維檢測(cè)器130檢測(cè)，從而測(cè)量散射和/或透射光的二維光強(qiáng)分布。
在一個(gè)實(shí)施例中，二維檢測(cè)器130還能夠產(chǎn)生輸出信號(hào)，該信號(hào)對(duì)應(yīng)于測(cè)量散射和/或透射光的二維光強(qiáng)分布和/或圖像。在圖1所示的典型實(shí)施例中，二維檢測(cè)器130連接到能夠接收輸出信號(hào)的離心裝置控制器225。在一個(gè)實(shí)施例中，離心裝置控制器225顯示測(cè)量的強(qiáng)度分布，存儲(chǔ)測(cè)量的強(qiáng)度分布，實(shí)時(shí)處理測(cè)量的強(qiáng)度分布，發(fā)射控制信號(hào)到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和離心機(jī)或二者任意組合的各種光學(xué)和機(jī)械元件。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，離心裝置控制器225連接到離心機(jī)140并能夠調(diào)整密度離心機(jī)的選取工作條件，例如，從分離室流出細(xì)胞和非細(xì)胞成分的流速，沿分離軸的一個(gè)或多個(gè)相界的位置，分離室圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸160的轉(zhuǎn)速，抗凝劑或其他血液處理劑的注入，或它們的組合。
如圖1所示，離心裝置控制器225也可以連接到光源110和/或外部照明光源230。在這個(gè)實(shí)施例中，離心裝置控制器225和/或二維檢測(cè)器130能夠產(chǎn)生用于控制照明條件的輸出信號(hào)。例如，來(lái)自二維檢測(cè)器的輸出信號(hào)可用于控制照明脈沖的定時(shí)，照明強(qiáng)度，照明波長(zhǎng)的分布和/或光源110和/或外部照明光源230的位置。在圖1所示的實(shí)施例中，離心裝置控制器和二維檢測(cè)器可以雙向通信。在這個(gè)實(shí)施例中，離心裝置控制器發(fā)送控制信號(hào)到二維檢測(cè)器130，用于可選擇調(diào)整檢測(cè)器曝光時(shí)間，檢測(cè)增益和在單色成像與彩色成像之間進(jìn)行交換。
圖2表示本發(fā)明中光收集單元120和二維檢測(cè)器130的側(cè)視圖。二維檢測(cè)器包括數(shù)字?jǐn)z像機(jī)300，光闌310和封閉聚焦透鏡系統(tǒng)312，它們是沿光軸313設(shè)置的。源自觀察區(qū)的光，例如，基本平行于光成像軸313傳播的光，被封閉聚焦透鏡系統(tǒng)312收集并被引導(dǎo)到數(shù)字?jǐn)z像機(jī)300。在圖2所示的典型實(shí)施例中，封閉聚焦透鏡系統(tǒng)312包括變焦透鏡元件315，封閉聚焦透鏡元件320，和聚焦透鏡元件325。使用封閉聚焦透鏡系統(tǒng)312是有利的，因?yàn)樗梢蕴峁┖艽蠓秶囊晥?chǎng)，任選地，光收集單元120和二維檢測(cè)器130還包括一個(gè)或多個(gè)隔板330。
在這個(gè)實(shí)施例中，使用光闌310是有利的，因?yàn)楫?dāng)分離室轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可選擇開(kāi)啟和閉合攝像機(jī)對(duì)透射或散射光的曝光。此外，使用光闌310有利于控制檢測(cè)器的曝光時(shí)間。在本發(fā)明中光闌的大小是可變化的。因?yàn)榉蛛x室以已知的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，正確選取光闌的定時(shí)可選擇地高精度調(diào)整分離室上觀察區(qū)的位置，最好是在0.1mm之內(nèi)或更小。使用光闌還有利于精確控制檢測(cè)器的曝光時(shí)間，這是測(cè)量包括觀察區(qū)高質(zhì)量圖像的透射和/或散射光的二維光強(qiáng)分布所必需的。
再參照?qǐng)D1所示的實(shí)施例，光收集單元120，二維檢測(cè)器130或二者可以安排成可移動(dòng)的，例如，它們沿垂直于離心機(jī)中心旋轉(zhuǎn)軸取向的第一檢測(cè)軸250移動(dòng)。光收集單元120沿檢測(cè)軸250方向的運(yùn)動(dòng)可以調(diào)整密度離心機(jī)上觀察區(qū)220的位置。在另一個(gè)實(shí)施例中，光收集單元120還能夠沿垂直于第一檢測(cè)軸250的第二檢測(cè)軸(未畫(huà)出)方向移動(dòng)。本發(fā)明還包含這樣的實(shí)施例，其中光源110，外部照明光源230，或二者還能夠這樣移動(dòng)，用于優(yōu)化照明并檢測(cè)從可選擇調(diào)整觀察區(qū)中透射和/或散射的光。
圖3表示(未按比例)有光收集單元120和二維檢測(cè)器130的典型實(shí)施例剖視圖，它們能夠沿檢測(cè)軸250平移。在圖3所示的實(shí)施例中，二維檢測(cè)器130和光收集單元120是由電動(dòng)升降架裝置400支承。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)395有安裝到密度離心機(jī)的導(dǎo)軌405，并配備透明玻璃底板407，用于分隔監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的元件與密度離心機(jī)。光學(xué)玻璃底板407對(duì)于來(lái)自觀察區(qū)的光是基本透明的，并保護(hù)光收集單元120和二維檢測(cè)器130以遮擋灰塵，碎片和泄漏的血液成分。任選地，可以配備安裝環(huán)397以緩沖由于離心機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)引起的振動(dòng)，該振動(dòng)可以導(dǎo)致二維檢測(cè)器130和光收集單元120的失調(diào)。
安裝電動(dòng)升降架裝置400可以使二維檢測(cè)器130和光收集單元120沿檢測(cè)軸250平移。如圖3所示，升降架裝置400支撐在導(dǎo)輪支承軌道410上，而支承軌道410安裝到分隔墻420的頂部。分隔墻420給升降架裝置400提供支承并可以減小背景光的有害檢測(cè)。升降架裝置400是由可選擇調(diào)整的步進(jìn)電機(jī)430和數(shù)字式轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器435驅(qū)動(dòng)，它們能夠提供高分辨率的位置增量，例如，該位置增量約為10微米或更小。
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還可以配備用于照明密度離心機(jī)的照明光源110。在圖3所示的實(shí)施例中，光源110是由升降架裝置400支撐。入射光束是由光源110產(chǎn)生并被引導(dǎo)通過(guò)玻璃底板407射向密度離心機(jī)?；蛘撸庠?10還包含一個(gè)或多個(gè)反射器(未畫(huà)出)，用于提供從密度離心機(jī)以下的照明。入射光束是被密度離心機(jī)透射和/或散射，而基本平行于光學(xué)成像軸313的部分光束是由光收集單元120和檢測(cè)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，光源110包括多個(gè)發(fā)光二極管光源。
圖4表示可以使光收集單元120和二維檢測(cè)器130運(yùn)動(dòng)的另一種安裝配置。如圖4所示，光收集單元120和二維檢測(cè)器130安裝到與傳動(dòng)裝置610連接的轉(zhuǎn)臂600上。轉(zhuǎn)臂600在傳動(dòng)裝置610的作用下能夠沿弧形路徑620轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖4所示，沿弧形路徑620的運(yùn)動(dòng)使光收集單元120和二維檢測(cè)器130平移通過(guò)分離室150區(qū)域的范圍。任選地，光收集單元120和二維檢測(cè)器130可以由與注入器(未畫(huà)出)連接的低摩擦支承表面支撐，它使分離室在合適的位置。安裝到注入器或料罐或容器對(duì)于成批處理或分散到袋或其他容器中是特別有利的。光收集單元120和二維檢測(cè)器130也可以安裝到離心機(jī)蓋上。圖4所示安裝配置的優(yōu)點(diǎn)是，與可以使光收集單元和檢測(cè)器平移的其他監(jiān)測(cè)系統(tǒng)比較，它對(duì)于平移引起的振動(dòng)和空間畸變不太靈敏。
圖5表示本發(fā)明監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置的多個(gè)觀察區(qū)，它有能夠沿檢測(cè)軸313平移的光收集單元和二維檢測(cè)器，檢測(cè)軸313的取向垂直于密度離心機(jī)700的中心旋轉(zhuǎn)軸。圖5所示的正方形代表本發(fā)明提供的各個(gè)視場(chǎng)，它們對(duì)應(yīng)于沿檢測(cè)軸313放置的各種光收集單元和二維檢測(cè)器。有相同面積但有不同中心點(diǎn)的正方形對(duì)應(yīng)于沿檢測(cè)軸的光收集單元和檢測(cè)器的不同位置。有不同面積但有相同中心點(diǎn)的正方形相當(dāng)于沿檢測(cè)軸放置的選取光收集單元和檢測(cè)器的不同視場(chǎng)。在某些應(yīng)用中，較小的視場(chǎng)是優(yōu)選的，因?yàn)樗梢蕴峁┯^察區(qū)的高分辨率圖像?；蛘?，在某些應(yīng)用中，較小的視場(chǎng)是優(yōu)選的，因?yàn)樗梢蕴峁┹^寬廣的觀察區(qū)。陰影區(qū)704代表密度離心機(jī)700的附加區(qū)域，它的光學(xué)特征是，在分離室圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可選擇調(diào)整照明定時(shí)和檢測(cè)器曝光時(shí)間。
正方形705，706和707代表第一檢測(cè)配置可實(shí)現(xiàn)的不同視場(chǎng)，其中光收集單元和二維檢測(cè)器是在遠(yuǎn)離密度離心機(jī)700中心710的位置。雖然視場(chǎng)705提供捕獲小面積密度離心機(jī)700的圖像，但視場(chǎng)705提供的圖像分辨率高于較寬視場(chǎng)706和707提供的圖像分辨率。正方形710，711和712是對(duì)應(yīng)于第二檢測(cè)配置的視場(chǎng)，其中光收集單元和二維檢測(cè)器是在接近密度離心機(jī)700中心710的位置。715，716和717是對(duì)應(yīng)于第三檢測(cè)配置的視場(chǎng)，其中光收集單元和二維檢測(cè)器是在沿檢測(cè)軸313的位置，和在與離心機(jī)700中心710的中間距離。
選取合適的檢測(cè)器曝光定時(shí)，視場(chǎng)位置和視場(chǎng)面積可選擇地控制血液處理裝置上觀察區(qū)的位置。參照檢測(cè)器曝光定時(shí)是指檢測(cè)器曝光在透射和/或散射光下的時(shí)間。檢測(cè)器曝光定時(shí)可以確定旋轉(zhuǎn)分離室在測(cè)量透射和/或散射的二維光強(qiáng)分布時(shí)的角度取向。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)觸發(fā)光闌的開(kāi)啟和閉合，用于觸發(fā)脈沖式照明和/或數(shù)字?jǐn)z像機(jī)本身的選通設(shè)置，可以控制檢測(cè)器的曝光定時(shí)。如圖5所示，使用二維檢測(cè)器提供能夠監(jiān)測(cè)密度離心機(jī)上很大區(qū)域的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
本發(fā)明的光源包括能夠產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)入射光束的任何裝置，用于照明密度離心機(jī)的觀察區(qū)。本發(fā)明的典型光源包括單個(gè)燈或多個(gè)燈，放置成照明密度離心機(jī)的單個(gè)側(cè)面或多個(gè)側(cè)面。本發(fā)明中可用的光源包括，但不限于，發(fā)光二極管和發(fā)光二極管光源陣列，氙閃光燈，白熾燈，脈沖式激光器，連續(xù)波激光器和熒光燈。在某些應(yīng)用中，使用發(fā)光二極管光源是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兡軌虍a(chǎn)生精確定時(shí)的照明脈沖。在某些應(yīng)用中，使用氙閃光燈是優(yōu)選的，因?yàn)樗峁┓浅８叩墓鈴?qiáng)。優(yōu)選的光源產(chǎn)生有基本均勻強(qiáng)度的入射光束。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的光源產(chǎn)生有選取波長(zhǎng)范圍和選取強(qiáng)度的入射光束。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的光源還包括能夠控制血液處理裝置上照明面積的光纖光導(dǎo)管或波導(dǎo)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括多個(gè)光源，每個(gè)光源能夠產(chǎn)生有不同波長(zhǎng)范圍的入射光束。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括任何以下光源的組合白光源，紅光源，綠光源和藍(lán)光源。使用有不同波長(zhǎng)范圍的光源組合對(duì)于鑒別和描述分離的血液成分是有利的，因?yàn)榧?xì)胞和非細(xì)胞血液成分的吸收常數(shù)和散射系數(shù)是隨波長(zhǎng)變化的。例如，利用選取的波長(zhǎng)范圍為約500nm至600nm的光照明，可以容易地區(qū)分含紅血細(xì)胞成分與富含血小板的血漿成分，因?yàn)榧t血細(xì)胞成分吸收這個(gè)波長(zhǎng)范圍的光遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于富含血小板的血漿成分。此外，使用多個(gè)彩色光源進(jìn)行照明提供這樣一種裝置，用于描述被提取血液成分中的白血細(xì)胞類(lèi)型。因?yàn)椴煌陌籽?xì)胞類(lèi)型在不同波長(zhǎng)下有不同的吸收和散射截面，監(jiān)測(cè)從含白血細(xì)胞成分中透射和/或散射的光提供這樣一種裝置，用于區(qū)分血液成分中的各種白血細(xì)胞類(lèi)型并量化每種細(xì)胞類(lèi)型的豐度。
本發(fā)明的光源提供連續(xù)的入射光束或脈沖式入射光束。利用傳感器，開(kāi)關(guān)或其他類(lèi)型已知操作，脈沖式光源能夠按照與分離室旋轉(zhuǎn)的同步方式接通和關(guān)斷，從而提供透射和/或散射光的二維光強(qiáng)分布，它對(duì)應(yīng)于有基本固定位置的觀察區(qū)?；蛘?，可以這樣配置本發(fā)明的脈沖式光源，它們按照與分離室旋轉(zhuǎn)的同步方式接通和關(guān)斷，從而提供透射和/或散射光的二維光強(qiáng)分布，它對(duì)應(yīng)于每次完全轉(zhuǎn)動(dòng)的不同觀察區(qū)。這個(gè)實(shí)施例提供一種可選擇調(diào)整觀察區(qū)位置的方法，從而探測(cè)分離室的不同區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，照明脈沖的觸發(fā)是基于離心機(jī)的轉(zhuǎn)速或可以基于分離室的角位置，這是利用本領(lǐng)域熟知的光學(xué)或機(jī)械方法檢測(cè)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，利用離心機(jī)裝置控制器和/或二維檢測(cè)器產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖進(jìn)行觸發(fā)。
本發(fā)明的照明系統(tǒng)還可以包括一個(gè)或多個(gè)光闌板，它能夠在血液處理裝置或其元件上提供選取的照明區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，光闌板放置在光源與經(jīng)受離心的血液樣本之間。在這個(gè)實(shí)施例中，光闌板掩蔽分離室中的某個(gè)區(qū)域，該區(qū)域的曝光可以造成有害的散射光。在一些情況下，減少二維檢測(cè)器所檢測(cè)的有害散射光可以減小噪聲，從而改進(jìn)信噪比和圖像質(zhì)量。光闌板通常集成在注入器中，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，注入器保持分離室在合適的位置。在這個(gè)實(shí)施例中，光闌板與分離室一起旋轉(zhuǎn)。光學(xué)濾波器和偏振器可以包含在本發(fā)明的照明系統(tǒng)中，從而提供有選取光學(xué)性質(zhì)的照明光束，例如，強(qiáng)度，功率，波長(zhǎng)范圍和偏振狀態(tài)。漫射器可以包含在本發(fā)明的照明系統(tǒng)中，從而提供本領(lǐng)域中熟知的空間均勻照明光束。
本發(fā)明的光收集單元包括能夠收集和發(fā)射光的任何裝置，用于產(chǎn)生從觀察區(qū)中透射和/或散射光的二維光強(qiáng)分布。收集和發(fā)射光的優(yōu)選光收集單元產(chǎn)生透射和/或散射光的二維光強(qiáng)分布包括觀察區(qū)的圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，光收集單元至少包含一個(gè)固定焦距的透鏡系統(tǒng)?；蛘撸馐占瘑卧辽侔粋€(gè)可變焦距的透鏡系統(tǒng)，提供可選擇調(diào)整的焦距，從而提供選擇調(diào)整的視場(chǎng)。利用可選擇調(diào)整焦距的透鏡系統(tǒng)，光收集單元提供這樣的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中可選擇調(diào)整觀察區(qū)的大小和形狀。在一個(gè)典型實(shí)施例中，本發(fā)明的光收集單元能夠在約1cm2至約10cm2范圍內(nèi)提供可選擇的視場(chǎng)。能夠調(diào)整視場(chǎng)可以提供這樣的光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在給定的應(yīng)用或測(cè)量中，可以改變和優(yōu)化產(chǎn)生圖像的分辨率。
本發(fā)明的二維檢測(cè)器包括能夠檢測(cè)源自二維面積或三維區(qū)域中一個(gè)或多個(gè)光圖形的任何裝置或裝置元件。從最基本的觀點(diǎn)考慮，本發(fā)明的二維檢測(cè)器包括分布在二維面積上的多個(gè)離散光檢測(cè)器，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的二維檢測(cè)器能夠測(cè)量包括高質(zhì)量圖像的透射和/或散射光的二維分布。參照本發(fā)明的高質(zhì)量圖像涉及產(chǎn)生良好的可重復(fù)性，高分辨率能力，在一些應(yīng)用中最好大于20像素/mm，在另一些應(yīng)用中最好大于50像素/mm，觀察區(qū)的圖像，它具有高的信噪比，在一些應(yīng)用中最好大于10或更大，在另一些應(yīng)用中最好大于100。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)有選擇調(diào)整照明強(qiáng)度，檢測(cè)器曝光時(shí)間，檢測(cè)器增益，以及光源，光收集單元和檢測(cè)器的位置，可以?xún)?yōu)化本發(fā)明中的圖像質(zhì)量。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的二維檢測(cè)器能夠產(chǎn)生單色圖像，它對(duì)應(yīng)于密度離心機(jī)，或其他血液處理裝置或裝置元件上觀察區(qū)的亮度。在一個(gè)典型實(shí)施例中，本發(fā)明的二維檢測(cè)器能夠檢測(cè)用于照明的整個(gè)波長(zhǎng)范圍的光?；蛘?，本發(fā)明的檢測(cè)器還包括能夠傳輸選取波長(zhǎng)分布光的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)濾波器并能夠傳輸其他波長(zhǎng)的光。使用光學(xué)濾波對(duì)于減小有害背景散射光和區(qū)分和/或描述分離血液成分的效應(yīng)是有利的。本發(fā)明還包括利用光敏薄膜成像的方法。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的二維檢測(cè)器能夠產(chǎn)生彩色圖像，它對(duì)應(yīng)于密度離心機(jī)或其他血液處理裝置上的觀察區(qū)。例如，彩色成像可用于描述血液處理期間的溶血范圍，因?yàn)檠t蛋白在500nm-600nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)有強(qiáng)的特征吸收。此外，彩色成像可用于確定分離和/或提取血液成分中紅血細(xì)胞或白血細(xì)胞的濃度。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的二維檢測(cè)器能夠在彩色成像與單色成像之間進(jìn)行交換，在一些應(yīng)用中最好是在逐幀的基礎(chǔ)上。
本發(fā)明的典型離心機(jī)分離室是連續(xù)的無(wú)逆流分離室或具有恒定體積的靜態(tài)可置換分離室。典型的無(wú)逆流分離室有光學(xué)單元，它有用于透射光的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)表面，并有用于提取選取血液成分的一個(gè)或多個(gè)提取端口。最佳的是，本發(fā)明的提取端口接近于光收集單元的焦平面或在焦平面上。提取端口定位在焦平面上是有利的，因?yàn)樗梢愿倪M(jìn)從分離室流出細(xì)胞和非細(xì)胞物質(zhì)通量的測(cè)量結(jié)果。本發(fā)明的分離室可以包含放置在分離室鄰近的一個(gè)或多個(gè)隔墻，便于可選擇提取分離的血液成分，該血液成分有較少來(lái)自相鄰成分的雜質(zhì)。在借助于密度離心機(jī)的血液處理中使用隔墻是本領(lǐng)域中眾所周知的，并在USPatent 6,053,856；6,334,842；和6,514,189中給予描述。
本發(fā)明的分離室還可以包含一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)標(biāo)記，用于量化沿分離軸的相界絕對(duì)位置。最好是，校準(zhǔn)標(biāo)記是在光收集單元的焦平面上，并能夠在成像到二維檢測(cè)器上時(shí)被容易識(shí)別和具有特征化的任何物體或表面。使用校準(zhǔn)標(biāo)記可以改正旋轉(zhuǎn)誘發(fā)的振動(dòng)和儀器抖動(dòng)造成的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)變化。本發(fā)明的校準(zhǔn)標(biāo)記便于圖像處理，可以利用計(jì)算機(jī)算法以確定觀察區(qū)的精確位置和實(shí)際尺寸，它對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生的觀察區(qū)圖像或單元。例如，校準(zhǔn)標(biāo)記指出觀察區(qū)中分離血液成分之間相界的絕對(duì)位置。校準(zhǔn)標(biāo)記還提供這樣一種裝置，可以建立和保持光收集單元的正確聚焦以確保得到高質(zhì)量圖像。此外，校準(zhǔn)標(biāo)記還提供這樣一種裝置，可以校準(zhǔn)二維圖像中像素的絕對(duì)亮度或彩色。在一個(gè)典型實(shí)施例中，校準(zhǔn)標(biāo)記是分離室的邊緣或注入器裝置元件的邊緣，它可以確保分離室是在合適的位置?；蛘?，校準(zhǔn)標(biāo)記是一系列有已知厚度，亮度和/或彩色的條。
本發(fā)明中使用的分離室可以由足夠透明的任何物質(zhì)制成，它可以有效照明經(jīng)受離心的樣本。一些應(yīng)用中所使用的分離室包括光學(xué)單元，它有一個(gè)或多個(gè)可以透射光的光學(xué)表面。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，分離室是由諸如聚氯乙烯的聚合物制成。優(yōu)選的分離室有高度拋光的光學(xué)表面，例如，能夠以很高的空間均勻性透射照明光束的窗口。分離室還可以是柔軟的容器或環(huán)形可置換的分離器皿。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括多個(gè)光收集單元和二維檢測(cè)器。例如，在一個(gè)典型實(shí)施例中，多對(duì)光收集單元和二維檢測(cè)器用于監(jiān)測(cè)不同的觀察區(qū)?；蛘?，多對(duì)光收集單元和二維檢測(cè)器可以配置成檢測(cè)有不同波長(zhǎng)范圍的光，這些光來(lái)源于相同的觀察區(qū)。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的離心裝置控制器包括諸如計(jì)算機(jī)或處理器的裝置或裝置元件，它能夠接收從二維檢測(cè)器的輸出信號(hào)并影響密度離心機(jī)的分離條件。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，離心裝置控制器能夠有選擇調(diào)整沿分離軸的一個(gè)或多個(gè)相界位置。例如，在一個(gè)選實(shí)施例中，通過(guò)改變從分離室流出一個(gè)或多個(gè)選取血液成分的流速，本發(fā)明的離心裝置控制器可以調(diào)整相界的位置。這可以通過(guò)使用泵以實(shí)現(xiàn)通過(guò)管道的運(yùn)動(dòng)，例如，蠕動(dòng)泵?？梢岳梦氡媚苁刮镔|(zhì)流出分離室。在另一個(gè)實(shí)施例中，在接收到包含圖像的二維光強(qiáng)分布之后，該圖像指出血液成分流出分離室的泄漏，分離室的失調(diào)，提取端口的凝塊或類(lèi)似條件，離心裝置控制器能夠關(guān)閉離心機(jī)。在另一個(gè)實(shí)施例中，離心裝置控制器能夠調(diào)節(jié)諸如抗凝固劑的血液劑注入到經(jīng)受處理的血液樣本?；蛘?，離心裝置控制器包括這樣一種裝置，用于控制從分離室流出物質(zhì)的泵浦速率，從而能夠排除提取端口中的凝塊。例如，在接受到對(duì)應(yīng)于二維光強(qiáng)分布的輸出信號(hào)之后，該輸出信號(hào)包括指出血漿提取端口中有血小板凝塊的圖像，本發(fā)明的離心裝置控制器能夠自動(dòng)地清洗凝塊，它通過(guò)降低紅血細(xì)胞水平，減小血漿泵的泵浦速率，以及隨后很快地加速血漿泵的泵浦速率以迫使凝塊從提取端口流出?；蛘?，離心裝置控制器能夠有選擇地調(diào)整離心機(jī)的轉(zhuǎn)速。
本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以集成到血液處理系統(tǒng)，例如，在USPatent Serial No.5,653,887中描述的系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的作用是提供系統(tǒng)控制器，其信息與血液處理或?qū)崟r(shí)治療過(guò)程有關(guān)。本發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠調(diào)整實(shí)現(xiàn)二維光強(qiáng)分布所必需的照明和檢測(cè)條件，該光強(qiáng)分布對(duì)應(yīng)于最高光學(xué)質(zhì)量圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是與裝置控制器進(jìn)行雙向通信，并能接收確定選取血液處理過(guò)程或接受治療病人的輸入數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)可以包括被分離或提取的血液成分純度，被收集的血液成分標(biāo)識(shí)，返回給病人的血液成分標(biāo)識(shí)，被收集的特定血液成分?jǐn)?shù)量，或它們的任意組合。輸入液體成分?jǐn)?shù)據(jù)還可用于計(jì)算其他所需的信息，例如，所需收集或過(guò)程的預(yù)計(jì)回收率或預(yù)期時(shí)間。
本發(fā)明提供用于血液處理裝置的光學(xué)檢測(cè)和控制系統(tǒng)，特別是借助于密度離心機(jī)的血液處理。專(zhuān)業(yè)人員可以理解，所有裝置，裝置元件和等效裝置都是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明提供用于監(jiān)測(cè)和控制旋轉(zhuǎn)分離室中相界位置的方法，裝置和裝置元件，它的靈敏度優(yōu)于常規(guī)的一維光學(xué)監(jiān)測(cè)方法。此外，本發(fā)明提供能夠監(jiān)測(cè)和控制密度離心機(jī)各種工作條件的多功能光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)及其變化都是在申請(qǐng)的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)。因此，必須明白，此處提出的詳細(xì)描述，實(shí)施例，附圖和例子僅僅是說(shuō)明性的，而不是對(duì)本發(fā)明范圍的任何限制。
這個(gè)申請(qǐng)中所引用的所有參考資料全文合并在此，它們與這個(gè)申請(qǐng)中公開(kāi)的內(nèi)容相一致。專(zhuān)業(yè)人員顯然明白，與此處具體描述不同的方法，裝置，裝置元件，物質(zhì)，過(guò)程和技術(shù)可以應(yīng)用于本發(fā)明的實(shí)踐，無(wú)須求助于不適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)方法。本發(fā)明應(yīng)當(dāng)包括此處具體描述的所有功能相當(dāng)?shù)姆椒ǎb置，裝置元件，物質(zhì)，過(guò)程和技術(shù)。
例1監(jiān)測(cè)借助于密度離心法的光學(xué)可鑒別血液成分之間的相界的位置實(shí)驗(yàn)的研究證明本發(fā)明的方法和裝置能夠監(jiān)測(cè)光學(xué)可鑒別血液成分之間的相界的位置。具體地說(shuō)，本發(fā)明的目的是提供這這樣的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，它能夠精確測(cè)量沿密度離心機(jī)血液處理設(shè)備分離軸的一個(gè)或多個(gè)相界的位置。此外，本發(fā)明的目的是提供這這樣的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，它能夠有選擇地調(diào)整沿分離室分離軸的一個(gè)或多個(gè)相界的位置，用于實(shí)現(xiàn)最佳分離和提取血液成分。
為了實(shí)現(xiàn)以上的目的，在各種提取流動(dòng)的條件下，我們測(cè)量透射和/或散射光的二維光強(qiáng)分布，該光強(qiáng)分布包括含經(jīng)受密度離心人體血液的光學(xué)單元的圖像。被評(píng)估的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)包括光源，封閉的聚焦透鏡系統(tǒng)，和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，它們按照?qǐng)D1和圖2所示的安排。光源是氙燈和發(fā)光二極管的組合，它提供包括白光的入射光束，入射光束被引導(dǎo)通過(guò)分離室中帶窗口的光學(xué)單元。這種配置可以照明帶窗口光學(xué)單元的頂部和底部。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)是DVT制造的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1/3英寸DVT攝像機(jī)。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和透鏡組放置在分離室之上，當(dāng)光學(xué)單元轉(zhuǎn)入觀察區(qū)時(shí)，可以觀察光學(xué)可鑒別血液成分之間的相界。在每隔一次的分離室轉(zhuǎn)動(dòng)下，獲取包括二維彩色圖像的透射和散射光的二維光強(qiáng)分布。采用的照明和檢測(cè)器配置可以提供約32mm的水平視場(chǎng)，約24mm的垂直視場(chǎng)，約19.4像素/mm的水平分辨率，和約19.4像素/mm的垂直分辨率。專(zhuān)業(yè)人員顯然明白，上述的典型光學(xué)元件和配置僅僅是一種用于產(chǎn)生，收集和檢測(cè)對(duì)應(yīng)于觀察區(qū)的光圖形裝置，其功能相當(dāng)?shù)耐哥R和檢測(cè)器配置也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
離心機(jī)配備有光學(xué)單元的單級(jí)分離室，它有多個(gè)傳輸?shù)奶崛《丝?。?yīng)當(dāng)明白，分離室也可以是雙級(jí)分離室，其提取端口是在分離室上的不同位置。此外，分離室可以是由管道連接的多個(gè)分離室構(gòu)成。專(zhuān)業(yè)人員顯然明白，也可以使用其他已知的離心機(jī)設(shè)備。分離室還可以配備校準(zhǔn)標(biāo)記，用于量化沿分離軸的絕對(duì)相界位置和量化對(duì)應(yīng)于分離血液成分的透射光強(qiáng)度。分離室是由圍繞密度離心機(jī)中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的圓形注入器保持在適當(dāng)位置。注入器也可以配置校準(zhǔn)標(biāo)記。光學(xué)單元配備三個(gè)提取端口，這些提取端口終止在沿分離軸有選取距離的分離室。三個(gè)提取端口對(duì)應(yīng)于血漿成分，血沉棕黃色層，和紅血細(xì)胞成分。分別對(duì)應(yīng)于血漿成分和血沉棕黃色層的第一和第二提取端口連接到蠕動(dòng)泵，它能夠建立從分離室流出的提取流速約為0.1cm3/m至250cm3/m的范圍。與密度離心機(jī)連接的蠕動(dòng)泵是受計(jì)算機(jī)的控制，計(jì)算機(jī)與數(shù)字?jǐn)z像機(jī)之間進(jìn)行雙向通信。紅血細(xì)胞借助于離心力和吸入泵產(chǎn)生的流動(dòng)可以從提取端口中流出。
圖6是分離室中光學(xué)單元1100的頂視圖，它畫(huà)出圖6A和6B中所示的擴(kuò)展區(qū)1101。圖6A表示本發(fā)明方法產(chǎn)生的圖像示意圖，其中擴(kuò)展區(qū)1101有分離成血液成分的人體血液樣本。血液樣本進(jìn)入到分離室的流速是75ml/min，紅血細(xì)胞和血漿成分從分離室中流出的流速分別是53cm3/min和20cm3/min。圖6A中的圖像包括相界監(jiān)測(cè)區(qū)725，校準(zhǔn)區(qū)726，和有小孔727的提取端口865。在相界監(jiān)測(cè)區(qū)725中可以觀察到含紅血細(xì)胞成分730，血漿成分732，和有白血細(xì)胞和血小板的混合相血沉棕黃色層734。在相界監(jiān)測(cè)區(qū)725中可以觀察到含紅血細(xì)胞成分730與血沉棕黃色層734之間的第一穩(wěn)定相界736和與血沉棕黃色層734與低密度血漿成分732之間的第二穩(wěn)定相界738。在校準(zhǔn)區(qū)726中可以觀察到包含光學(xué)單元邊緣740的第一校準(zhǔn)標(biāo)記和包含一系列條的第二校準(zhǔn)標(biāo)記742，條的厚度為1mm并有已知的吸收和散射特性。第一和第二校準(zhǔn)標(biāo)記提供用于優(yōu)化光收集單元聚焦的參照物，它指出部分相界監(jiān)測(cè)區(qū)725的位置和實(shí)際尺寸并測(cè)量含紅血細(xì)胞成分，血沉棕黃色層和血漿成分之間的相界位置。
實(shí)時(shí)完成圖6A中的圖像分析并測(cè)量第一和第二相界層的位置。對(duì)于透射的紅光，綠光和藍(lán)光，還測(cè)量和分析對(duì)應(yīng)于每種血液成分的平均透射光強(qiáng)度。確定含紅血細(xì)胞成分730與中間血沉棕黃色層734之間第一穩(wěn)定相界736相對(duì)于第一校準(zhǔn)標(biāo)記740的位置為9.8±0.1mm。確定血沉棕黃色層734與低密度血漿成分732之間第二穩(wěn)定相界738相對(duì)于第一校準(zhǔn)標(biāo)記740的位置為7.7±0.1mm。利用透射光中紅光，綠光和藍(lán)光成分的0-100相對(duì)強(qiáng)度比例，確定對(duì)應(yīng)于每種血液成分的平均透射光強(qiáng)度，其中數(shù)值0表示沒(méi)有檢測(cè)的光，而數(shù)值100對(duì)應(yīng)于使檢測(cè)器飽和的透射光強(qiáng)度。確定含紅血細(xì)胞成分730中紅光，綠光和藍(lán)光成分的平均透射光強(qiáng)度分別為9，7和8。確定血沉棕黃色層734中紅光，綠光和藍(lán)光成分的平均透射光強(qiáng)度分別為26，23和19。確定血漿成分732中紅光，綠光和藍(lán)光成分的平均透射光強(qiáng)度分別為63，48和27。
圖6B表示在從分離室中流出血漿成分的流速增大到22ml/min和從分離室中流出含紅血細(xì)胞成分的流速減小到51ml/min時(shí)分離室圖像的示意圖。血液樣本輸入到分離室中的輸入流速保持恒定值75ml/min。實(shí)時(shí)完成圖6B中的圖像分析并測(cè)量在改變流速條件下的第一和第二相界層的位置以及透射紅光，綠光和藍(lán)光的平均透射光強(qiáng)度。確定中間血沉棕黃色層734與低密度之間第一穩(wěn)定相界736相對(duì)于第一校準(zhǔn)標(biāo)記740的位置為9.2±0.1mm。確定中間血沉棕黃色層734與低密度血漿成分732之間第二穩(wěn)定相界738相對(duì)于第一校準(zhǔn)標(biāo)記740的位置為7.4±0.1mm。確定含紅血細(xì)胞成分730中紅光，綠光和藍(lán)光成分的平均透射光強(qiáng)度分別為11，8和6。確定血沉棕黃色層734中紅光，綠光和藍(lán)光成分的平均透射光強(qiáng)度分別為24，20和17。確定血漿成分732中紅光，綠光和藍(lán)光成分的平均透射光強(qiáng)度分別為63，46和27。
圖6A和6B說(shuō)明本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)分離血液成分之間相界的位置。此外，圖6A與6B的比較表明，調(diào)整從分離室中流出的一個(gè)或多個(gè)選取血液成分的流速可以導(dǎo)致沿分離軸的分離血液成分之間相界位置的變化。具體地說(shuō)，增大從分離室中流出血液成分的流速和減小從分離室中流出含紅血細(xì)胞成分的流速可以導(dǎo)致含紅血細(xì)胞成分與血沉棕黃色層之間第一相界的位置朝向第一校準(zhǔn)標(biāo)記的移動(dòng)。
圖6A和6B中所示的圖像說(shuō)明該光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)能夠分辨分離血液成分之間多個(gè)相界的位置。此外，圖6A和6B中所示的圖像還說(shuō)明該光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)可以這樣調(diào)整被提取血液成分的流速，它能夠控制分離血液成分之間相界的位置。本發(fā)明光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)能夠有選擇地調(diào)整分離血液成分之間相界的位置，從而可以?xún)?yōu)化相界位置以提供有所需組成和純度的提取成分。具體地說(shuō)，本發(fā)明提供一種用于控制光學(xué)可鑒別成分之間相界位置的裝置，僅使單個(gè)血液樣本接近于選取提取端口的終端。
例2測(cè)量從密度離心機(jī)中流出細(xì)胞物質(zhì)的組成和通量本發(fā)明的目的是提供一種多功能光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它能夠監(jiān)測(cè)血液處理裝置的多個(gè)工作條件。具體地說(shuō)，本發(fā)明的目的是提供這樣一種監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，它可以同時(shí)測(cè)量細(xì)胞物質(zhì)的相界位置和通量，例如，從密度離心機(jī)的分離室中流出的白血細(xì)胞，血小板和紅血細(xì)胞。此外，本發(fā)明的目的是提供這樣一種光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它能夠描述被分離，提取和收集物質(zhì)的細(xì)胞類(lèi)型。實(shí)驗(yàn)的研究證明本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)分離室中相界的位置和細(xì)胞血液成分通過(guò)提取端口的組成和通量。
為了實(shí)現(xiàn)以上的目的，實(shí)時(shí)測(cè)量和分析透射和散射光的二維光強(qiáng)分布，它包括密度離心機(jī)中旋轉(zhuǎn)分離室光學(xué)單元的分離和提取區(qū)的二維圖像，從而可以同時(shí)測(cè)量光學(xué)可鑒別血液成分之間相界層的位置和從分離室中流出細(xì)胞物質(zhì)的組成和通量。被評(píng)估的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)包括光源，封閉的聚焦透鏡系統(tǒng)，和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，它們按照?qǐng)D1和圖2所示和例1中描述的安排。用于照明的光源放置在分離室的下面，它能夠引導(dǎo)光通過(guò)光學(xué)單元的白血細(xì)胞提取端口。在光學(xué)單元的頂部也有照明。透射通過(guò)并被光學(xué)單元散射的光是由封閉的聚焦透鏡系統(tǒng)收集并由數(shù)字?jǐn)z像機(jī)檢測(cè)。在轉(zhuǎn)速為1490轉(zhuǎn)/min下每隔一次的分離室轉(zhuǎn)動(dòng)，獲取透射和散射光的二維光強(qiáng)分布。
圖7表示本發(fā)明方法產(chǎn)生的圖像，它對(duì)應(yīng)于人體血液樣本的分離和分離的含白細(xì)胞血液成分的提取。圖7中的圖像包含光學(xué)單元的相界監(jiān)測(cè)區(qū)800和白血細(xì)胞提取端口監(jiān)測(cè)區(qū)805。在相界監(jiān)測(cè)區(qū)800中可以觀察到含紅血細(xì)胞成分810，血漿成分820，和有白血細(xì)胞和血小板的混合相血沉棕黃色層830。在圖7中還可以看到幾個(gè)校準(zhǔn)標(biāo)記。光學(xué)單元840的邊緣包含用于確定光學(xué)可鑒別血液成分之間相界絕對(duì)位置的第一校準(zhǔn)標(biāo)記。一系列厚度為1mm并有已知散射和吸收特性的條850包含第二校準(zhǔn)標(biāo)記，它用于優(yōu)化光收集單元的聚焦并指出相界監(jiān)測(cè)區(qū)800和白血細(xì)胞提取端口監(jiān)測(cè)區(qū)805的位置和實(shí)際尺寸。獲取透射通過(guò)相界監(jiān)測(cè)區(qū)800的光強(qiáng)作為時(shí)間的函數(shù)并對(duì)它進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，用于測(cè)量紅血細(xì)胞成分810與血沉棕黃色層830之間相界855和血沉棕黃色層830與血漿成分820之間相界857的位置。測(cè)量所有相界層相對(duì)于光學(xué)單元840邊緣的位置。
白血細(xì)胞提取端口監(jiān)測(cè)區(qū)805包括位于光學(xué)單元中白血細(xì)胞提取端口865上的第一監(jiān)測(cè)區(qū)860和第二通量監(jiān)測(cè)區(qū)863。在這個(gè)例子中，有小孔727的提取端口865配置成收集人體血液成分中的白血細(xì)胞并沿分離軸延伸一段距離，使它終止在接近于旋轉(zhuǎn)分離室中的血沉棕黃色層。透射通過(guò)第一通量監(jiān)測(cè)區(qū)860和第二通量監(jiān)測(cè)區(qū)863的二維透射光強(qiáng)分布取決于從分離室流出細(xì)胞物質(zhì)的濃度，空間分布和細(xì)胞類(lèi)型。獲取透射通過(guò)第一通量監(jiān)測(cè)區(qū)860和第二通量監(jiān)測(cè)區(qū)863的光強(qiáng)作為時(shí)間的函數(shù)并對(duì)它進(jìn)行分析，用于描述從分離室流出細(xì)胞物質(zhì)的組成和通量。因?yàn)橹T如白血細(xì)胞和紅血細(xì)胞的細(xì)胞物質(zhì)吸收和散射來(lái)自光源的光，可以觀察到細(xì)胞物質(zhì)通過(guò)提取端口之后減小的透射光強(qiáng)。
圖8表示白血細(xì)胞期間光學(xué)單元中相界層位置和通過(guò)提取端口監(jiān)測(cè)區(qū)的透射光強(qiáng)的時(shí)間性能。分離含紅血細(xì)胞成分810與血沉棕黃色層830的相界位置作為時(shí)間的函數(shù)是用實(shí)心菱形標(biāo)記表示(和在圖8中標(biāo)記為RBC像素)和分離血沉棕黃色層與血漿層的相界位置作為時(shí)間的函數(shù)是用空心正方形標(biāo)記表示(和在圖8中標(biāo)記為血小板像素)。圖8A表示對(duì)應(yīng)于分離含紅血細(xì)胞成分與血沉棕黃色層的相界位置(在圖8A中標(biāo)記為RBC像素)和分離血沉棕黃色層與血漿層的相界位置(在圖8A中標(biāo)記為血小板像素)的50點(diǎn)移動(dòng)平均，可以更好地說(shuō)明這些參數(shù)的時(shí)間性能。如圖8和8A所示，對(duì)應(yīng)于不同相界的曲線(xiàn)并不相交。這個(gè)觀察結(jié)果說(shuō)明，在整個(gè)提取和收集過(guò)程中可以保持血液樣本的分離。如圖8和8A所示，對(duì)應(yīng)于不同相界層的曲線(xiàn)展示類(lèi)似的周期性，其中最大值發(fā)生在大致相同的時(shí)間。圖8和8A中所示曲線(xiàn)的周期性是由于蠕動(dòng)泵的泵浦特性和從分離室流出細(xì)胞物質(zhì)的表面張力。
通過(guò)第一通量監(jiān)測(cè)區(qū)的中值透射光強(qiáng)度作為時(shí)間函數(shù)的曲線(xiàn)在圖8中是實(shí)心三角形標(biāo)記(和在圖8和8A中標(biāo)記為提取端口工具#1)和通過(guò)第二通量監(jiān)測(cè)區(qū)的中值透射光強(qiáng)度作為時(shí)間函數(shù)的曲線(xiàn)在圖8中是X標(biāo)記(和在圖8和8A中標(biāo)記為提取端口工具#2)。圖8A表示第一和第二通量監(jiān)測(cè)區(qū)的對(duì)應(yīng)50點(diǎn)移動(dòng)平均。這兩個(gè)中值透射光強(qiáng)度具有類(lèi)似于相界測(cè)量結(jié)果中所示的周期性性能。圖8和8A中每條曲線(xiàn)的最大值與最小值之間的相關(guān)說(shuō)明，分離是有效的，并可以保持在整個(gè)提取和收集期間。
圖8中通過(guò)第一和第二通量監(jiān)測(cè)區(qū)的中值透射光強(qiáng)度作為時(shí)間函數(shù)的曲線(xiàn)集合可以測(cè)量提取時(shí)期收集的凈細(xì)胞物質(zhì)數(shù)量。為了驗(yàn)證本發(fā)明的這個(gè)特征，我們分析傳輸通過(guò)白血細(xì)胞提取端口的血液成分等分試樣，用于提供被提取物質(zhì)成分的補(bǔ)充測(cè)量結(jié)果。在3分鐘抽樣間隔內(nèi)收集被提取物質(zhì)的等分試樣，并隨后利用本領(lǐng)域中熟知的流動(dòng)血細(xì)胞計(jì)數(shù)方法進(jìn)行分析。圖9表示被觀察白血細(xì)胞濃度作為透射通過(guò)第二通量監(jiān)測(cè)區(qū)中值光強(qiáng)度函數(shù)的一系列曲線(xiàn)(X標(biāo)記，+標(biāo)記和-標(biāo)記)。如圖9所示，收集給定等分試樣的白血細(xì)胞濃度與被觀察的中值透射光強(qiáng)度是負(fù)相關(guān)。圖9中的負(fù)相關(guān)提供實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明的方法提供實(shí)時(shí)測(cè)量從分離室中提取的細(xì)胞物質(zhì)成分。圖9還表示被提取物質(zhì)的血細(xì)胞比容作為透射通過(guò)第二通量監(jiān)測(cè)區(qū)中值光強(qiáng)度函數(shù)的曲線(xiàn)(菱形標(biāo)記，正方形標(biāo)記，和三角形標(biāo)記)。
圖10表示被提取物質(zhì)中白血細(xì)胞濃度在插圖中所示轉(zhuǎn)速(RPM)下作為含紅血細(xì)胞成分與血沉棕黃色層之間相界位置函數(shù)的曲線(xiàn)。圖10中所示的線(xiàn)性關(guān)系提供有用的指數(shù)，允許監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的操作員設(shè)置含紅血細(xì)胞成分與血沉棕黃色層之間相界的位置，用于提供被提取白血細(xì)胞的所需濃度。
例3實(shí)時(shí)圖像處理和裝置控制的方法本發(fā)明還包括用于處理來(lái)自光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的各種方法，該數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于透射和/或散射光的二維光強(qiáng)分布，可以提供實(shí)時(shí)測(cè)量重要的工作參數(shù)。組織，處理和分析光學(xué)數(shù)據(jù)的方法在本發(fā)明中用于產(chǎn)生監(jiān)測(cè)和控制血液處理的輸入信號(hào)。本發(fā)明包括幾種計(jì)算方法，用于管理和同步數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析和裝置控制過(guò)程。
A.用于控制血液處理的主-智能從屬過(guò)程控制系統(tǒng)利用信息傳遞的計(jì)算機(jī)科學(xué)術(shù)語(yǔ)，本發(fā)明的過(guò)程控制系統(tǒng)可以概念化為數(shù)據(jù)“客戶(hù)”，因?yàn)樗鼜墓鈱W(xué)機(jī)器人/智能傳感器請(qǐng)求特定的信息。類(lèi)似地，光學(xué)機(jī)器人/智能傳感器可以概念化為數(shù)據(jù)“服務(wù)器”，因?yàn)樗峁┯糜谶^(guò)程控制系統(tǒng)的特定信息。所以，本發(fā)明包含“客戶(hù)/服務(wù)器”設(shè)計(jì)的某些特征。利用命令和控制的工程術(shù)語(yǔ)，過(guò)程控制系統(tǒng)可以概念化為“主”成分，因?yàn)樗罟鈱W(xué)機(jī)器人/智能傳感器，而光學(xué)機(jī)器人/智能傳感器可以概念化為“從屬”成分，因?yàn)樗憫?yīng)于過(guò)程控制系統(tǒng)的命令。
一方面，本發(fā)明提供一種有主-智能從屬過(guò)程控制系統(tǒng)的血液處理控制器，它特別適用于提供血液處理裝置或血液處理過(guò)程的自動(dòng)控制。在本發(fā)明中使用術(shù)語(yǔ)“主-智能從屬控制系統(tǒng)”是指硬件和軟件結(jié)構(gòu)，其中主過(guò)程控制系統(tǒng)產(chǎn)生控制信號(hào)，它從智能從屬數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)中請(qǐng)求特定信息。本發(fā)明的智能從屬數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)能夠測(cè)量從主過(guò)程控制系統(tǒng)請(qǐng)求的確定信息。此外，本發(fā)明的智能從屬數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)還能夠優(yōu)化測(cè)量條件以獲取返回到主過(guò)程控制系統(tǒng)的最佳信息。然而，在過(guò)程的任何時(shí)間，主過(guò)程控制系統(tǒng)可以交換模式并命令智能從屬數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)檢驗(yàn)不同的參數(shù)組。利用不同的參考點(diǎn)和傳遞不同的檢驗(yàn)組，能夠動(dòng)態(tài)改變被監(jiān)測(cè)的區(qū)域或參數(shù)是有利的，因?yàn)樗峁└玫恼`差檢測(cè)和裝置管理。
本發(fā)明的主-智能從屬過(guò)程控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是，它在非常短的時(shí)間范圍內(nèi)能夠提供用于提取和分析血液處理裝置重要工作參數(shù)的光學(xué)測(cè)量結(jié)果，最好是，其時(shí)間范圍小于50毫秒。本發(fā)明的典型數(shù)據(jù)分析方法提供這樣的控制系統(tǒng)，它能夠?qū)崟r(shí)相關(guān)多個(gè)測(cè)量結(jié)果，用于提供經(jīng)受處理血液樣本組成的最佳測(cè)量結(jié)果和/或優(yōu)化選取的血液處理過(guò)程。此外，本發(fā)明的數(shù)據(jù)分析方法還包括預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)分析算法，它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)重要測(cè)量結(jié)果的趨勢(shì)，可以使過(guò)程控制系統(tǒng)快速響應(yīng)血液處理?xiàng)l件或樣本組成的變化。此外，本發(fā)明的數(shù)據(jù)分析方法能夠?qū)崟r(shí)評(píng)估光學(xué)測(cè)量中的不精確性，它提供用于產(chǎn)品驗(yàn)證和質(zhì)量控制評(píng)價(jià)的重要指數(shù)。
圖11表示能夠控制血液處理的本發(fā)明典型主-智能從屬過(guò)程控制系統(tǒng)的示意圖。圖11中所示的典型控制系統(tǒng)900包括主過(guò)程控制系統(tǒng)905，它可以與智能從屬數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)910進(jìn)行雙向通信。主過(guò)程控制系統(tǒng)905能夠接收對(duì)應(yīng)于選取血液處理過(guò)程，經(jīng)受處理樣本和/或接受治療病人的輸入信號(hào)?；谶@些輸入信號(hào)，主過(guò)程控制系統(tǒng)905產(chǎn)生并發(fā)射過(guò)程請(qǐng)求和過(guò)程命令915到智能從屬數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)910。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，主過(guò)程控制系統(tǒng)905還產(chǎn)生并發(fā)射一系列測(cè)試命令920到智能從屬數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)910。智能從屬數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)910能夠接收測(cè)試命令920并產(chǎn)生測(cè)試響應(yīng)信號(hào)922，它驗(yàn)證控制系統(tǒng)900有完善的功能和智能從屬數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)910識(shí)別的病人或血液樣本與選取的血液處理過(guò)程或治療正確地相關(guān)。
智能從屬數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)910有分布式處理結(jié)構(gòu)并包含與第二計(jì)算機(jī)處理器926進(jìn)行雙向通信的第一計(jì)算機(jī)處理器924。第一計(jì)算機(jī)處理器924配置成從主過(guò)程控制系統(tǒng)905中接收過(guò)程請(qǐng)求和過(guò)程命令915，并發(fā)射處理命令932到第二計(jì)算機(jī)處理器926。第二計(jì)算機(jī)處理器926分析處理命令932，并發(fā)射攝像機(jī)設(shè)置命令934到CCD攝像機(jī)和光收集單元928，它提供與建立合適曝光時(shí)間，攝像機(jī)和光收集單元位置，視場(chǎng)，彩色或單色成像和其他參數(shù)有關(guān)的信息，該參數(shù)是獲取血液處理裝置高質(zhì)量圖像所必須的。第一計(jì)算機(jī)處理器924還配置成發(fā)射照明控制和觸發(fā)命令936到光源和攝像機(jī)觸發(fā)硬件937。利用離心機(jī)位置編碼器數(shù)據(jù)，觸發(fā)硬件937發(fā)射電子觸發(fā)信號(hào)到光源驅(qū)動(dòng)器電路936和攝像機(jī)觸發(fā)器940。攝像機(jī)和光收集單元928測(cè)量透射和/或散射光的二維光強(qiáng)分布，它包括血液處理裝置上觀察區(qū)或經(jīng)受處理血液樣本的圖像。發(fā)射原始圖像數(shù)據(jù)到用于圖像形成和實(shí)時(shí)圖像處理的第二計(jì)算機(jī)處理器926。在過(guò)程控制系統(tǒng)連接到密度離心機(jī)的一個(gè)典型實(shí)施例中，在分離室每隔一次的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)獲取圖像。在轉(zhuǎn)速為每分鐘3000轉(zhuǎn)的情況下，這相當(dāng)于每40毫秒采集一個(gè)圖像。
利用一個(gè)或多個(gè)圖像處理算法，每個(gè)處理算法對(duì)應(yīng)于不同的所需測(cè)量或多個(gè)測(cè)量，在第二計(jì)算機(jī)處理器926上運(yùn)行格式化圖像數(shù)據(jù)。圖像處理算法從圖像數(shù)據(jù)中提取測(cè)量結(jié)果，并確定有關(guān)經(jīng)受處理血液成分的物理和化學(xué)特性和血液處理裝置本身的重要和顯著信息。圖像處理算法在空域和頻域中檢驗(yàn)和量化圖像數(shù)據(jù)。圖像處理方法包括以下的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)2D卷積，2D變換，直方圖，取閾值，邊緣/直線(xiàn)檢測(cè)，分段，測(cè)量，詞法篩選器，空間濾波器，頻域?yàn)V波器，非線(xiàn)性濾波器，自適應(yīng)濾波器，貝斯濾波器，圖形和彩色圖像處理算法。圖像處理算法對(duì)格式化圖像數(shù)據(jù)的運(yùn)算產(chǎn)生數(shù)字測(cè)量數(shù)據(jù)943，該數(shù)據(jù)用于增大導(dǎo)出圖像對(duì)象的數(shù)據(jù)字段。所以，每次由圖像數(shù)據(jù)采集算法接收到新的圖像數(shù)據(jù)時(shí)，至少建立一個(gè)圖像數(shù)據(jù)對(duì)象。此外，對(duì)應(yīng)的時(shí)間戳在它的例示之后被饋送到圖像數(shù)據(jù)對(duì)象。時(shí)間戳信息用于跟蹤離心機(jī)的轉(zhuǎn)速并產(chǎn)生抽樣速率信息，該信息用于計(jì)算相關(guān)參數(shù)的速度和加速度數(shù)值。其他的時(shí)間戳可以分配到圖像數(shù)據(jù)對(duì)象，它對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)采集，分析和處理過(guò)程中的不同狀態(tài)。然而，重要的是注意到圖像數(shù)據(jù)對(duì)象不包含實(shí)際的圖形圖像數(shù)據(jù)。相反，圖像數(shù)據(jù)對(duì)象包含運(yùn)行圖像處理算法提取的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量結(jié)果。
在建立新的圖像數(shù)據(jù)對(duì)象之后，立刻將它放置在圖像數(shù)據(jù)對(duì)象的鏈表中，給它命名為圖像數(shù)據(jù)表944。這個(gè)數(shù)據(jù)表存儲(chǔ)并按照時(shí)間反向排隊(duì)圖像數(shù)據(jù)信息。對(duì)于每秒25幀的采集速率，以每秒25個(gè)圖像數(shù)據(jù)對(duì)象插入到圖像數(shù)據(jù)表中。保持限制于有限圖像數(shù)據(jù)對(duì)象組的圖像數(shù)據(jù)表是有利的，因?yàn)樗梢员苊膺^(guò)分消耗系統(tǒng)存儲(chǔ)器并避免由于過(guò)分消耗計(jì)算資源造成的系統(tǒng)故障。所以，圖像數(shù)據(jù)表的作用是管理循環(huán)緩沖器，從數(shù)據(jù)表的尾端刪除最舊的圖像數(shù)據(jù)，而在數(shù)據(jù)表的前端插入新獲取的圖像數(shù)據(jù)。在一個(gè)典型實(shí)施例中，協(xié)作表管理員算法管理圖像數(shù)據(jù)表中圖像數(shù)據(jù)對(duì)象的存儲(chǔ)和去除。重要的是，利用本發(fā)明的雙處理器設(shè)計(jì)，可以避免輸入-輸出瓶頸問(wèn)題，因?yàn)閳D像數(shù)據(jù)對(duì)象存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，并借助于第一計(jì)算機(jī)處理器924進(jìn)行周期性檢驗(yàn)。過(guò)程控制系統(tǒng)的這個(gè)特征允許在非常短的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分析和評(píng)估，在某些應(yīng)用中最好小于50毫秒。
圖像數(shù)據(jù)表中的圖像數(shù)據(jù)對(duì)象是由第一計(jì)算機(jī)處理器924進(jìn)行周期性檢驗(yàn)，并提供用于監(jiān)測(cè)和控制血液處理的關(guān)鍵數(shù)據(jù)組。利用多圖像數(shù)據(jù)對(duì)象分析和評(píng)估算法，第一計(jì)算機(jī)處理器924操作圖像數(shù)據(jù)表中的圖像數(shù)據(jù)對(duì)象。例如，應(yīng)用的圖像數(shù)據(jù)分析算法可以評(píng)估單個(gè)圖像數(shù)據(jù)對(duì)象或短系列的圖像數(shù)據(jù)對(duì)象，用于確定獲取圖像的分辨率，獲取圖像的亮度，觀察區(qū)的視場(chǎng)，或檢測(cè)和控制系統(tǒng)的其他特征。從運(yùn)行圖像數(shù)據(jù)分析算法中產(chǎn)生的測(cè)量結(jié)果可以建立發(fā)送到主過(guò)程控制系統(tǒng)905的圖像信息輸出信號(hào)948的基礎(chǔ)。圖像信息輸出信號(hào)提供主過(guò)程控制系統(tǒng)905請(qǐng)求的信息。例如，圖像信息輸出信號(hào)948可以與被提取血液成分純度或被收集物質(zhì)數(shù)量有關(guān)。圖像信息輸出信號(hào)還可以提供報(bào)警信號(hào)，它指出血液處理系統(tǒng)或圖像處理系統(tǒng)不是預(yù)期地在工作或指出經(jīng)受處理的血液樣本組成的快速變化。
從運(yùn)行圖像數(shù)據(jù)分析算法和過(guò)程控制算法中產(chǎn)生的測(cè)量結(jié)果也可作為輸出信號(hào)的基礎(chǔ)，該信號(hào)發(fā)送到攝像機(jī)和光收集單元928，光源和攝像機(jī)觸發(fā)硬件937以?xún)?yōu)化被獲取和分析圖像的質(zhì)量。例如，輸出信號(hào)可以調(diào)整照明光束的強(qiáng)度，改變照明光束的顏色，或調(diào)整攝像機(jī)的增益或曝光時(shí)間。按照這種方式，智能從屬數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)910的作用是智能傳感器，它能夠動(dòng)態(tài)優(yōu)化主過(guò)程控制系統(tǒng)905請(qǐng)求的測(cè)量結(jié)果質(zhì)量。
在一個(gè)實(shí)施例中，協(xié)作表管理員算法與過(guò)程控制和圖像數(shù)據(jù)分析算法進(jìn)行通信以確定鏈表應(yīng)當(dāng)多長(zhǎng)。利用人工干預(yù)，信號(hào)量或臨界段，協(xié)作表管理員算法還可以管理同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)鏈表。這是一個(gè)重要的特征，因?yàn)椴迦雸D像數(shù)據(jù)對(duì)象到鏈表的算法和讀出一系列圖像數(shù)據(jù)對(duì)象幀的算法通常是異步多線(xiàn)程。
在一個(gè)典型實(shí)施例中，利用預(yù)測(cè)圖像數(shù)據(jù)分析算法，第一計(jì)算機(jī)處理器924作用到圖像數(shù)據(jù)表上以檢驗(yàn)圖像數(shù)據(jù)參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)趨勢(shì)。特定的預(yù)測(cè)算法周期性地讀出對(duì)象數(shù)據(jù)表，檢驗(yàn)在給定時(shí)間間隔獲取的一系列圖像數(shù)據(jù)對(duì)象，并分析多個(gè)選取參數(shù)變化的系列。例如，特定的預(yù)測(cè)控制算法可以檢驗(yàn)沿分離軸的相界位置變化和/或流出分離室的血液成分組成變化。在一個(gè)典型實(shí)施例中，在每次獲取新的圖像時(shí)，預(yù)測(cè)圖像數(shù)據(jù)分析算法分析對(duì)象數(shù)據(jù)表，并隨后分析對(duì)象數(shù)據(jù)表作為按照時(shí)間順序的幀對(duì)，用于比較分析的目的。這些幀標(biāo)記為當(dāng)前幀和以前幀。當(dāng)前幀包含最近獲取的圖像數(shù)據(jù)對(duì)象，和按照時(shí)間順序數(shù)據(jù)對(duì)象的特定號(hào)碼，該號(hào)碼放置在最近獲取的數(shù)據(jù)對(duì)象之前。以前幀包含按照時(shí)間順序圖像數(shù)據(jù)對(duì)象的匹配號(hào)碼，它是從當(dāng)前幀中最舊圖像數(shù)據(jù)對(duì)象之前排序的圖像數(shù)據(jù)對(duì)象開(kāi)始。預(yù)測(cè)圖像數(shù)據(jù)分析算法比較并相關(guān)這兩幀中的多個(gè)參數(shù)以導(dǎo)出位置，方向特性，和與所需提取圖像數(shù)據(jù)信息有關(guān)的變化信息相關(guān)速率。多個(gè)參數(shù)中的離散變化幅度作為對(duì)應(yīng)離散時(shí)間間隔的函數(shù)，用于導(dǎo)出特定參數(shù)的速度和加速度信息。這個(gè)速率信息以及特定相關(guān)的位置或定量特性數(shù)據(jù)用于產(chǎn)生圖像信息數(shù)據(jù)包948，把它發(fā)送到主過(guò)程控制系統(tǒng)905。在一個(gè)典型實(shí)施例中，主過(guò)程控制系統(tǒng)905利用第一計(jì)算機(jī)處理器924在周期性基礎(chǔ)上發(fā)送的圖像信息數(shù)據(jù)以及離散提取泵浦流數(shù)據(jù)作為到離散數(shù)據(jù)閉環(huán)轉(zhuǎn)移功能的輸入。相反，離散數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移功能的輸出數(shù)值用于自動(dòng)操作離心機(jī)的工作條件，例如，從分離室流出的血漿流速，轉(zhuǎn)速，收集流速。
本發(fā)明圖像處理和控制系統(tǒng)的主要目的是提供用于特定血液處理應(yīng)用或治療的自動(dòng)跟蹤和維護(hù)最佳分離條件。例如，典型的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)成使白血細(xì)胞收集的效率最大化，其中允許該系統(tǒng)提出特定的所需類(lèi)型細(xì)胞，而通過(guò)收集多余的細(xì)胞類(lèi)型使污染最小化。本發(fā)明自動(dòng)數(shù)據(jù)處理方法的主要優(yōu)點(diǎn)是，可以省去護(hù)士或醫(yī)生操作血液處理設(shè)備的時(shí)間而集中于病人的治療。此外，本發(fā)明的自動(dòng)數(shù)據(jù)處理方法可以提高被收集血液成分的一致性和質(zhì)量。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理方法能夠監(jiān)測(cè)和跟蹤紅血細(xì)胞與較稀血液成分之間沿分離軸的相界位置。在一個(gè)典型實(shí)施例中，可以建立預(yù)定的控制值，其中在測(cè)量的相界位置超過(guò)預(yù)定的控制值時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)用于快速減小血漿流速的信號(hào)，它能夠恢復(fù)紅血細(xì)胞水平到控制值以下。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理方法描述和跟蹤細(xì)胞流入和流出給定的提取端口。在這個(gè)方法中，獲取和處理對(duì)應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)提取端口的圖像，可以實(shí)時(shí)測(cè)量從分離室中流出的細(xì)胞物質(zhì)數(shù)目和細(xì)胞類(lèi)型。
本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理方法的重大優(yōu)點(diǎn)是，基于這些實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果的組合，可以同時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)調(diào)整多個(gè)重要的工作參數(shù)。人工智能算法可以取出產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并在動(dòng)態(tài)多變量決策矩陣中使用它。重要的是，該系統(tǒng)在不同的數(shù)據(jù)組上完成不同的相關(guān)，用于優(yōu)化和管理血液成分收集過(guò)程和所收集血液成分的質(zhì)量。例如，在一個(gè)典型實(shí)施例中，利用本發(fā)明的方法，同時(shí)檢驗(yàn)紅血細(xì)胞水平和收集的血液成分濃度。這兩種測(cè)量方法組合所描述的血液處理過(guò)程比控制血液處理的常規(guī)系統(tǒng)完全得多。例如，檢測(cè)分離室中可接受的紅血細(xì)胞水平和收集非常低濃度的紅血細(xì)胞可以指出，在紅血細(xì)胞提取端口中存在血塊。所以，在觀察到這種測(cè)量組合之后，可以產(chǎn)生輸出信息，它降低血漿泵速度并加速的血漿和收集泵，從而可以從提取端口中吹出血塊。
在另一個(gè)實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)包括白血細(xì)胞的血沉棕黃色層厚度。在從血液樣本中去除白血細(xì)胞之后，血沉棕黃色層變得越來(lái)越薄，從而改變相對(duì)于提取端口入口的相界位置。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)跟蹤這些變化，從而可以更好地收集和獲得被去除白血細(xì)胞成分的較高純度。例如，利用統(tǒng)計(jì)模型，可以調(diào)整與紅血細(xì)胞成分與血沉棕黃色層之間相界位置相關(guān)的控制值，用于優(yōu)化白血細(xì)胞的收集并同時(shí)減小多余的紅血細(xì)胞的收集。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，智能從屬數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)的作用是主過(guò)程控制系統(tǒng)的從屬機(jī)器人。主過(guò)程控制系統(tǒng)選取操作員請(qǐng)求的特定治療過(guò)程。其次，主過(guò)程控制系統(tǒng)裝入該過(guò)程的對(duì)應(yīng)軟件模塊并啟動(dòng)該過(guò)程。此時(shí)，特定過(guò)程建立與智能從屬數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)的通信。然后，該過(guò)程在主過(guò)程控制系統(tǒng)內(nèi)查詢(xún)智能從屬數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)并確定它是否有成像過(guò)程算法，該過(guò)程算法正確匹配主過(guò)程控制系統(tǒng)裝入的治療過(guò)程。若找到正確的匹配，則主過(guò)程控制系統(tǒng)命令智能從屬數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)裝入合適的軟件模塊并開(kāi)始運(yùn)行該軟件模塊。一旦主過(guò)程控制系統(tǒng)中的治療過(guò)程與智能從屬數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)中的成像過(guò)程鏈接，則它命令成像過(guò)程進(jìn)入與特定過(guò)程相關(guān)的特定監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析子程序。主過(guò)程控制系統(tǒng)還命令智能從屬數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)以預(yù)先配置的周期性速率匯報(bào)圖像信息和數(shù)據(jù)包。圖像信息和數(shù)據(jù)包包含與特定過(guò)程控制參數(shù)相關(guān)的重要信息。只要某些測(cè)量需要，主過(guò)程控制系統(tǒng)就可以利用圖像數(shù)據(jù)信息。
B.用于控制血液處理的部分分布式軟件執(zhí)行方法本發(fā)明提供用于監(jiān)測(cè)和控制借助于密度離心血液處理的軟件執(zhí)行方法。本發(fā)明的方法包括有部分分布式軟件系統(tǒng)的全自動(dòng)控制系統(tǒng)，它是在單個(gè)處理器或多處理器計(jì)算系統(tǒng)上運(yùn)行。本發(fā)明的典型方法優(yōu)化從包括血液處理裝置或裝置元件圖像的一個(gè)或多個(gè)二維透射和/或散射光強(qiáng)分布中提取的信息量。此外，基于多個(gè)預(yù)測(cè)系統(tǒng)控制算法，這些方法提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，誤差檢測(cè)和裝置控制。本發(fā)明的方法能夠有效地實(shí)時(shí)分析大量光學(xué)數(shù)據(jù)和有選擇地調(diào)整工作條件，它對(duì)于處理具有高度變化組成的血液樣本是特別有利的，例如，在接受治療的病人中通常所遇到的血液樣本，以及處理期間通常發(fā)生病人血液組成重大變化的治療應(yīng)用。
3B(i)控制系統(tǒng)綜述圖12表示密度離心機(jī)血液處理裝置的自動(dòng)計(jì)算機(jī)可控過(guò)程控制系統(tǒng)的示意流程圖。所示過(guò)程控制系統(tǒng)是數(shù)字成像基智能傳感器，用于監(jiān)測(cè)密度離心機(jī)分離室內(nèi)的血液成分處理。圖12中的綜述指出過(guò)程控制系統(tǒng)的主要軟件和重要數(shù)據(jù)路徑，用于實(shí)時(shí)提供裝置監(jiān)測(cè)和控制。
所示過(guò)程控制系統(tǒng)包括控制子系統(tǒng)和自動(dòng)過(guò)程控制(APC)子系統(tǒng)。因?yàn)檫^(guò)程控制系統(tǒng)采用有控制子系統(tǒng)上執(zhí)行一些元件的軟件結(jié)構(gòu)，它可以概念化為部分分布式軟件模型。在本發(fā)明的某些應(yīng)用中使用部分分布式軟件模型是優(yōu)選的，因?yàn)樗峁┮环N獲取，處理，分析和使用大量圖像數(shù)據(jù)的有效方法。
圖12中的虛線(xiàn)指出APC子系統(tǒng)與控制子系統(tǒng)之間的物理邊界。圖12中還指出附加的裝置元件，例如，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和同步定時(shí)控制器(STC)，它說(shuō)明過(guò)程控制系統(tǒng)中的元件如何與本發(fā)明方法和裝置中所用附加的裝置元件連接。這些附加的裝置元件可以看成是與過(guò)程控制系統(tǒng)通信的獨(dú)立元件或APC子系統(tǒng)的集成部分。例如，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和STC可以包括嵌入型(固件基)微控制器，它是通過(guò)APC子系統(tǒng)中APC驅(qū)動(dòng)器軟件受到控制和監(jiān)測(cè)。
再參照?qǐng)D12，在過(guò)程控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)內(nèi)有兩個(gè)主要的數(shù)據(jù)回路。第一，圖像分析回路是完全地包含在APC子系統(tǒng)內(nèi)。這個(gè)數(shù)據(jù)回路負(fù)責(zé)采集，處理和分析CCD攝像機(jī)提供的圖像數(shù)據(jù)，CCD攝像機(jī)與密度離心機(jī)血液分離裝置進(jìn)行光通信。第二，控制回路分布在APC子系統(tǒng)與控制子系統(tǒng)之間。這個(gè)數(shù)據(jù)回路負(fù)責(zé)利用分析的圖像數(shù)據(jù)，用于控制和優(yōu)化血液處理系統(tǒng)上的過(guò)程運(yùn)行。
在圖像分析回路中，APC執(zhí)行程序確定需要完成的圖像分析類(lèi)型，并發(fā)送APC處理指令到APC驅(qū)動(dòng)器。這些處理指令包含選取的信息，它包括但不限于，攝像機(jī)曝光設(shè)置，STC觸發(fā)設(shè)置，和選取分析所需一個(gè)或多個(gè)圖像序列的圖像處理指令。在一個(gè)實(shí)施例中，一旦發(fā)送一組指令到APC驅(qū)動(dòng)器，在接收到另一組指令之前，它通常是連續(xù)地執(zhí)行該指令。APC驅(qū)動(dòng)器提供有初始化和命令信息的關(guān)鍵硬件部件，它正確地準(zhǔn)備用于所需圖像或多個(gè)圖像采集的硬件。然后，APC驅(qū)動(dòng)器接收形成的圖像數(shù)據(jù)，并傳送這個(gè)數(shù)據(jù)以及STC和攝像機(jī)設(shè)置的拷貝，和圖像處理指令到圖像處理機(jī)。利用互補(bǔ)命令和裝置設(shè)置數(shù)據(jù)注釋圖像數(shù)據(jù)的組裝允許APC驅(qū)動(dòng)器處理所有時(shí)間嚴(yán)格的操作，用于同步圖像數(shù)據(jù)與設(shè)置以產(chǎn)生圖像和處理該圖像所需的指令。此外，按照這種方式的組裝就不要求其他APC軟件與硬件部件之間緊密的時(shí)間耦合。圖像處理機(jī)完成每個(gè)圖像所請(qǐng)求的操作，并插入每個(gè)圖像幀的分析數(shù)據(jù)到圖像數(shù)據(jù)表容器中。圖像處理機(jī)提供的處理操作可以有效地減少圖像本身中包含的大量數(shù)據(jù)到很小的測(cè)量參數(shù)組。APC執(zhí)行程序從圖像數(shù)據(jù)表容器中得到分析的數(shù)據(jù)，并根據(jù)需要復(fù)制這個(gè)數(shù)據(jù)到本地緩沖器，從而允許它完成要求多個(gè)數(shù)據(jù)幀的分析操作。本發(fā)明的這個(gè)特征允許提取幾個(gè)數(shù)據(jù)幀并用作重要預(yù)測(cè)裝置控制算法的輸入。
關(guān)于圖像分析回路，重要的是注意到，在這個(gè)指令中列出的操作并不意味著完成單個(gè)圖像幀的處理，而僅僅是下一個(gè)幀的開(kāi)始。相反，同時(shí)運(yùn)行每個(gè)步驟，可以得到較高的圖像產(chǎn)出率。本發(fā)明控制系統(tǒng)的這種功能可以概念化為計(jì)算流水線(xiàn)的操作，它能夠完成大量獨(dú)立計(jì)算不同的數(shù)據(jù)組。例如，在圖像處理機(jī)忙于分析一個(gè)圖像時(shí)，APC驅(qū)動(dòng)器可以從攝像機(jī)中讀出下一個(gè)圖像的數(shù)據(jù)，并給圖像處理機(jī)準(zhǔn)備下一個(gè)數(shù)據(jù)包。
在控制回路中，APC執(zhí)行程序發(fā)送分析的圖像數(shù)據(jù)和狀態(tài)到控制驅(qū)動(dòng)器?？刂乞?qū)動(dòng)器利用該圖像數(shù)據(jù)以確定密度離心機(jī)的正確操作設(shè)置，它包括但不限于，入口和提取泵浦流速，閥門(mén)位置，和密度離心機(jī)的轉(zhuǎn)速?？刂乞?qū)動(dòng)器還使這個(gè)狀態(tài)通過(guò)機(jī)器狀態(tài)數(shù)據(jù)提供給過(guò)程控制。過(guò)程控制利用當(dāng)前過(guò)程上的信息以及APC狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)以確定一個(gè)或多個(gè)APC指令，并調(diào)整控制驅(qū)動(dòng)器使用的參數(shù)。APC執(zhí)行程序從過(guò)程控制中接收指令和過(guò)程狀態(tài)，并利用這個(gè)信息確定用于選取血液處理過(guò)程或裝置配置的正確APC處理指令。
為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明控制系統(tǒng)的能力，而不是暗示其設(shè)計(jì)和使用的限制，以下給出的例子進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明過(guò)程控制系統(tǒng)的運(yùn)行。在這個(gè)例子中，APC子系統(tǒng)是在用于單核細(xì)胞(MNC)收集的穩(wěn)態(tài)測(cè)量模式。在第一次進(jìn)入這個(gè)模式之后，APC執(zhí)行程序?qū)懭胨璧膸蛄兄噶睿谟衅渌闹噶钪?，APC驅(qū)動(dòng)器重復(fù)這個(gè)序列。假設(shè)APC執(zhí)行程序預(yù)定一系列11個(gè)圖像幀，它對(duì)應(yīng)于被收集的二維透射或散射光強(qiáng)分布。前10個(gè)圖像幀規(guī)定測(cè)量對(duì)應(yīng)于收集端口的提取端口中紅細(xì)胞界面位置和液體的光密度。最后的圖像幀規(guī)定更長(zhǎng)的圖像分析，試圖監(jiān)測(cè)與被收集圖像質(zhì)量有關(guān)的圖像數(shù)據(jù)，因此，它與其他圖像幀中收集的測(cè)量結(jié)果可靠性有關(guān)。
在這個(gè)例子中，APC驅(qū)動(dòng)器收集序列中的每個(gè)圖像幀，并傳送圖像數(shù)據(jù)和圖像處理指令到圖像處理機(jī)。圖像處理機(jī)分析每個(gè)圖像幀，并把每個(gè)圖像幀的分析數(shù)據(jù)放置在圖像數(shù)據(jù)表容器中。APC執(zhí)行程序接收分析的數(shù)據(jù)，并把它分成兩個(gè)數(shù)據(jù)流用于測(cè)量幀的第一數(shù)據(jù)流和用于圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)幀的第二數(shù)據(jù)流。
APC執(zhí)行程序利用來(lái)自圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)幀的信息以確定測(cè)量結(jié)果的可靠性?？煽啃孕畔⑴c測(cè)量數(shù)據(jù)一起發(fā)送到控制子系統(tǒng)。APC執(zhí)行程序也可以利用圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)幀，用于微調(diào)裝置參數(shù)以提高圖像質(zhì)量。然而，僅允許APC執(zhí)行程序自動(dòng)調(diào)整不會(huì)潛在地引入測(cè)量偏差的參數(shù)。例如，增大圖像所用的光量可以使紅血細(xì)胞界面更清晰，但也可以使界面位置發(fā)生明顯的偏移。在一個(gè)實(shí)施例中，用于提高圖像質(zhì)量的重大調(diào)整(例如，重新校準(zhǔn)照明和曝光以便再優(yōu)化圖像質(zhì)量)必須接受過(guò)程控制的指令。
然后，處理光密度測(cè)量結(jié)果以確定當(dāng)前的收集效率。把測(cè)量結(jié)果發(fā)送到控制驅(qū)動(dòng)器，然后再發(fā)送到機(jī)器狀態(tài)數(shù)據(jù)。過(guò)程控制利用這些測(cè)量結(jié)果，用于調(diào)整控制驅(qū)動(dòng)器使用的命令界面位置以?xún)?yōu)化收集。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)前的界面位置測(cè)量結(jié)果是由APC執(zhí)行程序過(guò)濾，且APC執(zhí)行程序向控制驅(qū)動(dòng)器報(bào)告過(guò)濾的數(shù)值和趨勢(shì)信息?？刂乞?qū)動(dòng)器內(nèi)部使用這個(gè)數(shù)據(jù)以調(diào)整工作參數(shù)，例如，蠕動(dòng)泵流速和離心機(jī)的轉(zhuǎn)速，這是保持命令界面位置所需要的。
利用多處理器計(jì)算系統(tǒng)，可以執(zhí)行圖12中所示的典型控制系統(tǒng)。本發(fā)明控制系統(tǒng)中選取的元件可以在分開(kāi)的處理器上按照分布方式運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)施例中，過(guò)程控制和控制驅(qū)動(dòng)器是在第一處理器上運(yùn)行，圖像處理機(jī)是在第二處理器上運(yùn)行，而APC執(zhí)行程序是第三處理器上運(yùn)行。在本發(fā)明中利用多種處理計(jì)算方法可以從大量原始圖像數(shù)據(jù)中提取測(cè)量結(jié)果，并使該測(cè)量結(jié)果用于提供靈活動(dòng)態(tài)裝置控制非常短的時(shí)間范圍，例如，小于50毫秒的時(shí)間范圍。
借助于本領(lǐng)域中已知的任何裝置，例如，以太網(wǎng)連接，APC子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)可以按照雙向通信的方式進(jìn)行配置。借助于共享存儲(chǔ)器的使用，APC子系統(tǒng)或控制子系統(tǒng)的元件可以按照雙向或單向通信的方式進(jìn)行配置。然而，在一個(gè)典型實(shí)施例中，APC子系統(tǒng)和控制子系統(tǒng)并不使用共享存儲(chǔ)器進(jìn)行通信。
本發(fā)明的過(guò)程控制系統(tǒng)還可以配置成給原始圖像數(shù)據(jù)，處理的圖像數(shù)據(jù)和裝置設(shè)置提供有效的數(shù)據(jù)存檔。本發(fā)明的這種功能可以允許用戶(hù)在選取的過(guò)程之后檢查血液處理數(shù)據(jù)以提取附加的信息，例如，與被收集血液成分組成或給定治療有效性的有關(guān)信息。在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)存檔可以由APC子系統(tǒng)，控制子系統(tǒng)或二者獲取。從獲得的二維透射光強(qiáng)分布中提取的至少部分?jǐn)?shù)據(jù)，例如，測(cè)量的工作參數(shù)，可以任選地顯示給操作員或服務(wù)技術(shù)人員。
3B(ii)控制驅(qū)動(dòng)器與APC子系統(tǒng)的關(guān)系圖13表示本發(fā)明方法中所用典型控制驅(qū)動(dòng)器與APC子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系的示意圖。為了簡(jiǎn)單明了，圖13中僅包含APC相關(guān)的消息路經(jīng)和對(duì)象。
在圖13所示的實(shí)施例中，控制驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的APC代理任務(wù)包含動(dòng)態(tài)確定重要離心機(jī)裝置設(shè)置的閉環(huán)轉(zhuǎn)移功能，它包括但不限于泵浦流速，閥門(mén)位置，和離心機(jī)轉(zhuǎn)速，用于實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制規(guī)定的過(guò)程控制目標(biāo)。轉(zhuǎn)移功能完成硬件調(diào)整以減小誤差信號(hào)與理想?yún)⒄諈?shù)之差。過(guò)程控制利用APC狀態(tài)信息以驗(yàn)證APC的運(yùn)行，并利用APC數(shù)據(jù)以得到總體處理，預(yù)測(cè)或趨勢(shì)信息。過(guò)程控制周期性地分析特定圖形的趨勢(shì)數(shù)據(jù)，并利用分析結(jié)果作為自適應(yīng)過(guò)程控制判定的基礎(chǔ)。
3B(iii)過(guò)程控制與APC子系統(tǒng)的關(guān)系圖14表示本發(fā)明方法中所用典型過(guò)程控制與APC子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系的示意圖。為了簡(jiǎn)單明了，圖14中僅包含APC相關(guān)的消息路經(jīng)和對(duì)象。
過(guò)程控制利用APC子系統(tǒng)作為智能實(shí)時(shí)信息服務(wù)器，并有對(duì)APC子系統(tǒng)的監(jiān)督控制。圖14所示的實(shí)施例中，過(guò)程控制選取APC子系統(tǒng)的運(yùn)行模式。按照該運(yùn)行模式，APC發(fā)射周期性傳感器數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)包回到控制驅(qū)動(dòng)器和過(guò)程控制。結(jié)合命令A(yù)PC子系統(tǒng)進(jìn)入特定的分析模式，過(guò)程控制命令控制驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入特定類(lèi)型的閉環(huán)轉(zhuǎn)移功能模式?？刂乞?qū)動(dòng)器配置成接收時(shí)間嚴(yán)格的APC傳感器數(shù)據(jù)作為輸入到閉環(huán)反饋轉(zhuǎn)移功能的誤差信號(hào)。通過(guò)分析較長(zhǎng)時(shí)間周期上的趨勢(shì)或統(tǒng)計(jì)行為數(shù)據(jù)，并調(diào)整控制驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)移功能設(shè)置點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)理想的過(guò)程性能，過(guò)程控制完成自適應(yīng)過(guò)程控制。
3B(iv)APC執(zhí)行程序在提供實(shí)時(shí)過(guò)程控制信息到控制子系統(tǒng)的同時(shí)，APC執(zhí)行程序配置成管理APC子系統(tǒng)。圖15表示本發(fā)明方法中所用APC執(zhí)行程序與APC驅(qū)動(dòng)器，圖像數(shù)據(jù)表容器和控制子系統(tǒng)內(nèi)APC元件之間的典型結(jié)構(gòu)關(guān)系。
按照選取的過(guò)程控制指令，APC執(zhí)行程序負(fù)責(zé)控制APC子系統(tǒng)的圖像采集，圖像分析，和流式數(shù)據(jù)。執(zhí)行任務(wù)評(píng)價(jià)APC指令并確定動(dòng)作的正確過(guò)程。若過(guò)程控制請(qǐng)求APC子系統(tǒng)改變它的血液成分處理監(jiān)測(cè)或分析模式，則執(zhí)行任務(wù)可以完成以下的操作(1)發(fā)送APC處理(圖像采集/處理)指令經(jīng)處理命令對(duì)象到APC驅(qū)動(dòng)器元件，(2)發(fā)送圖像分析和數(shù)據(jù)饋送指令到圖像數(shù)據(jù)分析器，(3)監(jiān)測(cè)圖像數(shù)據(jù)分析器狀態(tài)和數(shù)據(jù)饋送輸出，并隨后發(fā)送APC(變更模式)狀態(tài)回到過(guò)程控制。在建立理想的運(yùn)行模式之后，APC執(zhí)行程序可以自動(dòng)地監(jiān)測(cè)和控制APC子系統(tǒng)，用于保持被請(qǐng)求的信息流回到控制子系統(tǒng)。發(fā)送到圖像數(shù)據(jù)分析器的指令規(guī)定抽點(diǎn)分析器應(yīng)當(dāng)完成多變量實(shí)時(shí)分析的類(lèi)型，和圖像數(shù)據(jù)分析器應(yīng)當(dāng)返回到控制驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)包類(lèi)型。這些指令還可以規(guī)定圖像數(shù)據(jù)分析器應(yīng)當(dāng)完成的誤差管理和數(shù)據(jù)過(guò)濾類(lèi)型和水平。當(dāng)圖像處理機(jī)插入新的數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)表中時(shí)，圖像數(shù)據(jù)容器就通知圖像數(shù)據(jù)分析器。然后，圖像數(shù)據(jù)分析器抽點(diǎn)分析新的圖像數(shù)據(jù)對(duì)象以及若干個(gè)預(yù)測(cè)對(duì)象。圖16表示用于圖像數(shù)據(jù)分析器任務(wù)的狀態(tài)圖表示意圖。
APC執(zhí)行程序還負(fù)責(zé)APC子系統(tǒng)內(nèi)的校準(zhǔn)和誤差處理。在一個(gè)實(shí)施例中，APC執(zhí)行程序自主地管理它的校準(zhǔn)和誤差處理，直至預(yù)定的非恢復(fù)限制?；蛘?，APC執(zhí)行程序配置成總是響應(yīng)來(lái)自過(guò)程控制的誤差恢復(fù)和校準(zhǔn)指令。在受控或自主的誤差恢復(fù)/校準(zhǔn)情況下，控制子系統(tǒng)配置成接收正確的狀態(tài)信息。一旦它識(shí)別到誤差條件，過(guò)程控制從APC執(zhí)行程序中接收誤差狀態(tài)消息，而控制驅(qū)動(dòng)器同時(shí)接收有數(shù)據(jù)和誤差的趨勢(shì)數(shù)據(jù)包或退化的性能信息。利用APC執(zhí)行程序發(fā)送到圖像數(shù)據(jù)分析器的指令中預(yù)定確認(rèn)參數(shù)，APC子系統(tǒng)可以管理校準(zhǔn)和誤差處理。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，過(guò)程控制是最終的判優(yōu)器，用于確定APC子系統(tǒng)是否正在正確地運(yùn)行并發(fā)送請(qǐng)求的控制回路和自適應(yīng)過(guò)程控制信息到控制驅(qū)動(dòng)器。
3B(v)APC驅(qū)動(dòng)器圖17表示本發(fā)明APC驅(qū)動(dòng)器元件的典型結(jié)構(gòu)。如圖17所示，APC驅(qū)動(dòng)器包含兩個(gè)主動(dòng)任務(wù)。APC驅(qū)動(dòng)器任務(wù)負(fù)責(zé)與APC執(zhí)行程序的接口和配置成從APC執(zhí)行程序中讀出處理命令，并正確地設(shè)置用于執(zhí)行這些命令的攝像機(jī)和STC。它還配置成寫(xiě)給APC執(zhí)行程序使用的與APC驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行有關(guān)的狀態(tài)。
圖像轉(zhuǎn)換任務(wù)負(fù)責(zé)從攝像機(jī)中接收原始圖像數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生信息包到圖像處理機(jī)，圖像處理機(jī)包含這個(gè)圖像數(shù)據(jù)，STC和攝像機(jī)設(shè)置，和與具體圖像相關(guān)的處理指令。在有可用的新圖像時(shí)，發(fā)送信號(hào)到圖像處理機(jī)，通知它有新的圖像數(shù)據(jù)。圖像轉(zhuǎn)換任務(wù)還負(fù)責(zé)管理用于從攝像機(jī)中接收原始圖像數(shù)據(jù)的緩沖器，和管理用于發(fā)送數(shù)據(jù)到圖像處理機(jī)的緩沖器。當(dāng)它不再需要特定的對(duì)象時(shí)，圖像處理機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)信號(hào)。
圖18表示本發(fā)明方法中所用APC驅(qū)動(dòng)器任務(wù)的典型高級(jí)狀態(tài)圖。表1描述圖18中提供的每種狀態(tài)。
表1-APC驅(qū)動(dòng)器任務(wù)狀態(tài)描述

3B(vi)圖像處理機(jī)圖19表示本發(fā)明APC圖像處理機(jī)元件的典型結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)單明了，在這個(gè)圖中沒(méi)有包含所有的數(shù)據(jù)和消息路徑，僅僅包含與以下有關(guān)的那些數(shù)據(jù)和消息路徑。
在一個(gè)實(shí)施例中，圖像分析器任務(wù)負(fù)責(zé)連續(xù)流式靜止型圖像(幀)的實(shí)時(shí)分析。對(duì)于新的圖像幀，圖像分析器任務(wù)應(yīng)用一組傳感器算法(圖像分析器工具)，用于從圖像中提取特定的血液成分處理測(cè)量結(jié)果。在分析了每個(gè)幀之后，提取的傳感器測(cè)量結(jié)果，圖像曝光參數(shù)(攝像機(jī)，STC設(shè)置)，和時(shí)間/順序戳用于構(gòu)造新的圖像數(shù)據(jù)對(duì)象。然后，圖像分析器插入新的數(shù)據(jù)對(duì)象到圖像數(shù)據(jù)表容器(按年月日時(shí)間順序的循環(huán)緩沖器)。分析器任務(wù)配置成從APC驅(qū)動(dòng)器元件中接收每個(gè)新圖像幀。對(duì)應(yīng)每個(gè)新的幀循環(huán)，APC驅(qū)動(dòng)器裝入可分析的圖像結(jié)構(gòu)到指定的存儲(chǔ)緩沖器，更新分析器命令對(duì)象，并隨后通知圖像分析器任務(wù)，新的圖像準(zhǔn)備用圖像緩沖就緒信號(hào)進(jìn)行處理。圖像分析器的結(jié)構(gòu)部分地去耦異步實(shí)時(shí)圖像曝光與執(zhí)行任務(wù)中離心機(jī)rpm確定的處理間隔。APC執(zhí)行程序通過(guò)APC驅(qū)動(dòng)器和圖像數(shù)據(jù)表容器間接地控制和監(jiān)測(cè)圖像分析器。當(dāng)APC執(zhí)行程序任務(wù)發(fā)送處理指令到APC驅(qū)動(dòng)器時(shí)，APC驅(qū)動(dòng)器重新引導(dǎo)APC執(zhí)行程序處理指令內(nèi)包含的圖像處理指令到分析器命令對(duì)象。圖像處理指令用于確定分析器的運(yùn)行模式，和它完成的分析類(lèi)型。通過(guò)評(píng)價(jià)它到圖像數(shù)據(jù)表容器的輸出，APC執(zhí)行程序配置成監(jiān)測(cè)分析器的圖像處理狀態(tài)。圖20表示本發(fā)明方法中所用圖像分析器任務(wù)的典型狀態(tài)圖。
在一個(gè)實(shí)施例中，分析器任務(wù)從每個(gè)幀的分析器命令對(duì)象讀出緩沖器中接收它的處理指令。當(dāng)分析器任務(wù)是由APC驅(qū)動(dòng)器發(fā)出準(zhǔn)備處理新圖像的信號(hào)時(shí)，它從分析器命令讀出緩沖器中得到圖像緩沖器位置，圖像處理指令，和圖像曝光設(shè)置。然后，它選取分析器命令對(duì)象規(guī)定的圖像分析工具并分析該圖像。在分析之后，分析器任務(wù)利用提取的測(cè)量數(shù)據(jù)圖像時(shí)間戳，圖像順序計(jì)數(shù)，和STC/攝像機(jī)曝光事件設(shè)置，用于建立新的圖像數(shù)據(jù)對(duì)象。在建立新的圖像數(shù)據(jù)對(duì)象之后，分析器任務(wù)把它插入到圖像數(shù)據(jù)表容器。若分析器命令對(duì)象指令啟動(dòng)圖像數(shù)據(jù)登錄，則它復(fù)制圖像結(jié)構(gòu)到圖像登錄緩沖器并發(fā)送有新登錄數(shù)據(jù)的信號(hào)到登錄代理。
3B(vii)圖像數(shù)據(jù)表容器圖像數(shù)據(jù)表容器配置成提供被管訪(fǎng)問(wèn)提取圖像傳感器數(shù)據(jù)的按年月日時(shí)間順序的序列(循環(huán)緩沖器)。在每次處理新的圖像幀時(shí)，圖像處理機(jī)插入圖像數(shù)據(jù)對(duì)象到圖像數(shù)據(jù)表容器。APC執(zhí)行程序配置成從圖像數(shù)據(jù)表容器中接收新數(shù)據(jù)插入到圖像數(shù)據(jù)表容器的通知。
C.圖像處理算法一方面，本發(fā)明提供圖像處理算法，用于從二維透射和/或散射光強(qiáng)分布中提取測(cè)量結(jié)果，包括血液處理系統(tǒng)元件和/或經(jīng)受處理血液樣本的圖像。用于本發(fā)明方法的圖像處理算法可以分成幾個(gè)基本的測(cè)量類(lèi)別，包括(1)直接測(cè)量，(2)統(tǒng)計(jì)測(cè)量，和(3)頻率基測(cè)量。
直接測(cè)量是指血液處理系統(tǒng)中已知裝置元件的距離評(píng)價(jià)并完成最佳擬合算法以確定重要的特征，例如，光學(xué)可鑒別分離血液成分之間相界的位置。本發(fā)明方法中所用典型的直接測(cè)量和對(duì)應(yīng)的圖像處理算法包括，但不限于，(1)沿相對(duì)于分離血液成分之間相界的檢測(cè)邊緣區(qū)的測(cè)量矢量；(2)自適應(yīng)閾值化邊緣檢測(cè)和/或梯度基邊緣檢測(cè)技術(shù)，用于自動(dòng)確定分離血液成分之間相界位置的精確測(cè)量；(3)模式匹配算法，用于確定已知裝置元件或已知裝置元件組分的位置，取向和實(shí)際尺寸；(4)已知裝置元件或已知裝置元件組分的距離測(cè)量，例如，從光學(xué)單元上肋頂部到RBC-血沉棕黃色層相界，血沉棕黃色層-血漿相界，或血小板-血漿相界的距離；(5)從已知裝置元件或已知裝置元件組分到評(píng)價(jià)區(qū)的距離測(cè)量。
統(tǒng)計(jì)測(cè)量是指探測(cè)評(píng)價(jià)區(qū)上強(qiáng)度值的測(cè)量并利用統(tǒng)計(jì)工具確定從對(duì)應(yīng)于重要裝置元件的觀察區(qū)中透射和/或散射光強(qiáng)的平均光強(qiáng)度和/或空間分布，例如，從一個(gè)或多個(gè)提取端口或入口中透射和/或散射的光。按照這種方式，實(shí)時(shí)確定諸如提取端口的評(píng)價(jià)區(qū)中分離血液成分的通量和組成。本發(fā)明中所用典型的統(tǒng)計(jì)測(cè)量和對(duì)應(yīng)的圖像處理算法包括，但不限于，(1)測(cè)量從評(píng)價(jià)區(qū)(例如，提取端口)中透射和/或散射光的平均強(qiáng)度；(2)測(cè)量從評(píng)價(jià)區(qū)(例如，提取端口)中透射和/或散射光的中值強(qiáng)度；(3)測(cè)量從評(píng)價(jià)區(qū)(例如，提取端口)中透射和/或散射光的最小和/或最大強(qiáng)度；(4)測(cè)量評(píng)價(jià)區(qū)(例如，提取端口)圖像的百分比對(duì)比度；(5)測(cè)量從評(píng)價(jià)區(qū)(例如，提取端口)中透射和/或散射光強(qiáng)觀察的方差和標(biāo)準(zhǔn)偏差；(6)從評(píng)價(jià)區(qū)(例如，提取端口)中透射和/或散射光強(qiáng)測(cè)量的熵分布。
頻率測(cè)量是頻率轉(zhuǎn)換二維光強(qiáng)分布的測(cè)量光強(qiáng)，用于識(shí)別高頻分量與低頻分量之差。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，快速傅里葉變換(FFT)或功率譜系列(FFT)用于評(píng)價(jià)通過(guò)提取端口的細(xì)胞物質(zhì)通量的均勻或非均勻性，用于評(píng)價(jià)提取的分離血液成分的組成。本發(fā)明方法中所用典型的頻率測(cè)量和對(duì)應(yīng)的圖像處理算法包括，但不限于(1)根據(jù)以下的公式確定最小頻率分辨率 (2)根據(jù)以下的公式確定頻率分辨率 (3)在選取的范圍內(nèi)確定最大頻率與最小頻率之比率；(4)確定功率譜的分布或其他特征作為功率譜半徑的函數(shù)。
圖像處理算法運(yùn)行對(duì)應(yīng)于裝置元件和/或血液樣本圖像的單個(gè)二維透射和/或散射光強(qiáng)分布，從而確定用于控制血液處理裝置的工作條件。從單個(gè)圖像數(shù)據(jù)幀中可以提取的測(cè)量結(jié)果包括，但不限于，光學(xué)可鑒別分離血液成分之間相界的位置，傳輸通過(guò)提取端口的提取分離血液成分的組成和通量，和傳輸通過(guò)分離室上入口的血液組成。利用本發(fā)明的圖像處理算法分析單個(gè)圖像數(shù)據(jù)幀，也可以實(shí)時(shí)確定這些測(cè)量結(jié)果中的不精確性。評(píng)價(jià)本發(fā)明方法中測(cè)量參數(shù)的不精確性是重要的，因?yàn)樗峁┡c趨勢(shì)方法中應(yīng)當(dāng)使用的數(shù)據(jù)有關(guān)的重要數(shù)據(jù)。
或者，圖像處理算法可以運(yùn)行對(duì)應(yīng)于裝置元件和/或血液樣本多個(gè)圖像的多個(gè)二維透射和/或散射光強(qiáng)分布。作用到多個(gè)圖像數(shù)據(jù)幀的圖像處理算法可用于分析和預(yù)測(cè)重要工作條件的時(shí)間行為，例如，光學(xué)可鑒別分離血液成分之間相界的位置，和傳輸通過(guò)提取端口的提取分離血液成分的組成和通量。作用到多個(gè)圖像數(shù)據(jù)幀的典型圖像處理算法包括預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)分析算法，它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)重要測(cè)量中的趨勢(shì)。這種預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)分析算法可以提供能夠非常快速調(diào)整一個(gè)或多個(gè)裝置設(shè)置的過(guò)程控制系統(tǒng)以響應(yīng)血液處理?xiàng)l件或樣本組成的變化，用于優(yōu)化給定的過(guò)程或治療。
通過(guò)相關(guān)測(cè)量的參數(shù)與觀察的提取分離血液成分組成，可以用經(jīng)驗(yàn)方法確定本發(fā)明的圖像處理算法，例如，透射和/或散射光的平均光強(qiáng)或透射和/或散射光的二維光強(qiáng)分布。在一個(gè)實(shí)施例中，確定這種相關(guān)是通過(guò)擬合算法作用到單個(gè)圖像數(shù)據(jù)組或多個(gè)圖像數(shù)據(jù)組。用于本發(fā)明圖像處理算法的正確相關(guān)取決于經(jīng)受處理的血液或供血者或接受治療病人的其他特征?；蛘撸诹硪粋€(gè)實(shí)施例中，利用本領(lǐng)域熟知的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法確定相關(guān)。例如，通過(guò)對(duì)存檔圖像數(shù)據(jù)的操作，這種機(jī)器學(xué)習(xí)算法可用于連續(xù)地改進(jìn)圖像處理算法。
一種用于控制血液處理裝置的典型方法包括以下的步驟(1)完成對(duì)應(yīng)于第一次的所述血液處理裝置工作條件的第一次測(cè)量；(2)完成對(duì)應(yīng)于第二次的所述血液處理裝置所述工作條件的第二次測(cè)量；(3)利用預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)分析算法，分析所述工作條件的第一次測(cè)量和第二次測(cè)量，其中運(yùn)行所述預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)分析算法產(chǎn)生在未來(lái)時(shí)間的所述血液處理裝置的預(yù)測(cè)工作條件；和(4)基于所述血液處理裝置在所述未來(lái)時(shí)間的預(yù)測(cè)工作條件，至少調(diào)整所述血液處理裝置的一個(gè)設(shè)置，從而控制所述血液處理裝置。
例4用于監(jiān)測(cè)和控制血液處理的光學(xué)單元本發(fā)明包括用于監(jiān)測(cè)和控制血液處理的光學(xué)單元，其中利用各種血液處理處理技術(shù)。本發(fā)明的光學(xué)單元至少能夠發(fā)射部分的入射光束和/或光學(xué)單元中一個(gè)或多個(gè)液體成分散射的光束。任選地，本發(fā)明的光學(xué)單元可以包括有選擇吸收，反射，散射，準(zhǔn)直和/或聚焦區(qū)，它能夠有選擇地操作入射光束和/或光學(xué)單元中一個(gè)或多個(gè)液體成分散射的光束。此外，本發(fā)明的光學(xué)單元可以使血液分離系統(tǒng)的區(qū)域最大化，這是利用配備固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)的固定位置CCD或CMOS攝像機(jī)觀察和光學(xué)方法描述的。本發(fā)明光學(xué)單元的這個(gè)特征可以提供多功能血液處理系統(tǒng)，它能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)和控制多個(gè)血液處理工作條件，包括分離血液成分的組成，提取的分離血液成分的通量，和光學(xué)可鑒別分離成分之間相界的位置。
圖21A表示本發(fā)明光學(xué)單元的旋轉(zhuǎn)側(cè)視圖，它是通過(guò)密度離心用于監(jiān)測(cè)血液處理。所示的光學(xué)單元1100包括血液成分提取室1105，第一提取端口1110，第二提取端口1115，和第三提取端口1117。提取室1105包括用于限定血液分離區(qū)1126的第一側(cè)壁1120和第二側(cè)壁1125，其中基于密度離心機(jī)中離心場(chǎng)形成的密度，血液成分是沿分離軸1127被分離的。在圖21A所示的實(shí)施例中，提取室1105，第一提取端口1110和第二提取端口1115各自能夠傳輸至少部分的入射光束，例如，沿基本平行于入射光束軸1140的光學(xué)傳播的光束，和血液分離區(qū)1126，第一提取端口1110和/或第二提取端口1115中血液或血液成分散射的光束。任選地，光學(xué)單元1100還可以包括肋1141，用于增強(qiáng)結(jié)構(gòu)完整性并提供良好的機(jī)械堅(jiān)固性。
如圖21A所示，第一提取端口1110，第二提取端口1115，和第三提取端口1117是管狀單元，它們可以與血液分離區(qū)1126之間形成液體流通。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，第一提取端口1110終止在第一側(cè)壁1120與第二側(cè)壁1125之間大約中間位置的小孔，第二提取端口1115終止在與第一側(cè)壁1120相鄰的小孔，而第三提取端口1117終止在與第二側(cè)壁1125相鄰的小孔。這種安排可以使提取的不同密度血液成分通過(guò)不同的提取端口，因?yàn)榈谝惶崛《丝?110，第二提取端口1115和第三提取端口1117在血液處理期間是與血液分離區(qū)1126的不同區(qū)域形成液體流通。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)單元1100是這樣配置的，通過(guò)第一提取端口1110可以提取白血細(xì)胞，通過(guò)第二提取端口1115可以提取血漿和/或血小板，而通過(guò)第三提取端口1117可以提取紅血細(xì)胞。
光學(xué)單元1100是這樣配置的，它可以耦合到血液分離室(圖21A中未畫(huà)出)，因此，經(jīng)受處理的血液流動(dòng)通過(guò)光學(xué)單元1100，而對(duì)應(yīng)于選取血液成分的離散部分通過(guò)第一提取端口1110，第二提取端口1115和第三提取端口1117被提取。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)單元1100是血液處理室的集成單元。在另一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)單元1100是血液處理系統(tǒng)中的分離元件，它與分離室之間可以有液體流動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)單元1100是這樣配置的，當(dāng)密度離心機(jī)的分離室旋轉(zhuǎn)時(shí)，光學(xué)單元1100周期性地轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出本發(fā)明光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的觀察區(qū)。按照這種方式，對(duì)于每次旋轉(zhuǎn)或選取的旋轉(zhuǎn)，可以測(cè)量包括光學(xué)單元1100圖像的透射光，散射光或透射光和散射光的二維光強(qiáng)分布。光學(xué)單元1100可以包含血液處理系統(tǒng)中可隨意處理的元件或可以是重復(fù)使用的元件。
提取室1105，第一提取端口1110，第二提取端口1115和第三提取端口1117還可以包括能夠透射光的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)表面，例如，入射光束或從血液或血液成分散射的光束。提取室1105，第一提取端口1110，第二提取端口1115和第三提取端口1117的光學(xué)表面可以是外光學(xué)表面，它不與經(jīng)受處理的血液接觸，并暴露在周?chē)h(huán)境中。或者，提取室1105，第一提取端口1110，第二提取端口1115和第三提取端口1117的光學(xué)表面可以是內(nèi)光學(xué)表面，它可以與經(jīng)受處理的血液接觸，但不暴露在周?chē)h(huán)境中。在一個(gè)典型實(shí)施例中，提取室1105的光學(xué)表面是在這樣的位置，在利用被引導(dǎo)到光學(xué)單元1100頂部1113的第一準(zhǔn)直光束和被引導(dǎo)到光學(xué)單元1100底部1114的第二準(zhǔn)直光束照明之后，可以產(chǎn)生至少部分光學(xué)單元1100的高質(zhì)量光學(xué)圖像。這種配置允許實(shí)時(shí)測(cè)量和分析包括光學(xué)單元1100圖像的二維光強(qiáng)分布。
本發(fā)明中使用的術(shù)語(yǔ)“光學(xué)表面”是指能夠有效透射入射光束的表面，例如，有選取波長(zhǎng)分布的準(zhǔn)直入射光束，如波長(zhǎng)在電磁光譜中可見(jiàn)光和/或紅外光區(qū)域，和/或從經(jīng)受處理的血液或血液成分中散射的光束。在本發(fā)明的某些應(yīng)用中，本發(fā)明的優(yōu)選光學(xué)表面不會(huì)嚴(yán)重改變?nèi)肷涔馐膹?qiáng)度，波長(zhǎng)分布和空間特性，例如，傳播方向和準(zhǔn)直程度。本發(fā)明的光學(xué)表面可以是基本平坦的光學(xué)表面，例如，利用金剛石拋光的平坦度，它與絕對(duì)平坦度的偏差約小于0.001英寸。在本發(fā)明光學(xué)單元中使用光學(xué)平坦的光學(xué)表面是有利的，因?yàn)樗軌蛴行У赝干錅?zhǔn)直光束，而基本不畸變光束的空間特性，例如，透射的光束沒(méi)有嚴(yán)重的會(huì)聚和沒(méi)有嚴(yán)重增大光束的發(fā)散度。本發(fā)明的光學(xué)表面還可以是光學(xué)光滑的表面，例如，利用金剛石拋光的光滑度，它與絕對(duì)光滑表面的偏差約小于3微英寸。在本發(fā)明光學(xué)單元中使用光學(xué)光滑的表面是有利的，因?yàn)樗軌蛱峁└咄干渎实谋砻?，可以使從光學(xué)表面中散射的入射光減至最小。本發(fā)明還包含這樣的實(shí)施例，其中光學(xué)單元1100包括放置在基本平行平面上的多個(gè)光學(xué)表面。使用平行光學(xué)表面有利于光束以高的透射率通過(guò)光學(xué)單元1100。
在圖21A所示的實(shí)施例中，提取室1105有第一外光學(xué)表面1130和第二外光學(xué)表面1135，它們能夠有效地透射沿基本平行于入射光束軸1140的光軸傳播的一個(gè)或多個(gè)準(zhǔn)直光束和/或從血液分離區(qū)的血液或血液成分中散射的光。任選地，提取室1105還可以包括第一內(nèi)光學(xué)表面，第二內(nèi)光學(xué)表面，或第一內(nèi)光學(xué)表面和第二內(nèi)光學(xué)表面(圖21A中未畫(huà)出)，它們放置在分別與第一光學(xué)表面1130和第二光學(xué)表面1135的相對(duì)面，并與血液分離區(qū)1126接觸。在本發(fā)明某些應(yīng)用中優(yōu)選的是，提取室1105的外和/或內(nèi)光學(xué)表面是平坦并沿基本平行平面的方向，可以增大入射光束的透射率。提取室1105的外和/或內(nèi)光學(xué)表面最好是高度透射，光學(xué)平坦和光學(xué)光滑的表面，因此，它們能夠給與提取室進(jìn)行光通信的CCD或CMOS攝像機(jī)提供至少部分光學(xué)單元1100頂部1113的平坦和無(wú)畸變圖像。
如圖21A所示，第一提取端口1110和第二提取端口1115分別有外光學(xué)表面1146和外光學(xué)表面1147，它們能夠有效地透射沿基本平行于入射光束軸1140的光軸傳播的一個(gè)或多個(gè)準(zhǔn)直光束和/或從提取端口的血液或血液成分中散射的光。圖21B表示本發(fā)明典型提取端口設(shè)計(jì)的剖面圖。如圖21B所示，第一提取端口1110和第二提取端口1115各自有正方形橫截面形狀的軸向孔1150。在這個(gè)實(shí)施例中，第一提取端口1110和第一提取端口1115有內(nèi)光學(xué)表面1155，它們能夠有效地透射沿基本平行于入射光束軸1140的光軸傳播的一個(gè)或多個(gè)準(zhǔn)直光束。任選地，第一提取端口1110和第二提取端口1115可以有與光學(xué)表面1155相對(duì)的附加內(nèi)光學(xué)表面1160，可以進(jìn)一步增大透射率并減小多余的光學(xué)畸變影響，例如，會(huì)聚和增大光束發(fā)散度。此外，第一提取端口1110和第二提取端口1115可以有附加的外光學(xué)表面1161，可以增強(qiáng)光透射通過(guò)第一提取端口1110和第二提取端口1115。第一提取端口1110和第二提取端口1115的內(nèi)和/或光學(xué)表面最好是高度透射，光學(xué)平坦和光學(xué)光滑的表面，因此，它們能夠給與提取室進(jìn)行光通信的CCD或CMOS攝像機(jī)提供至少部分提取端口的平坦和無(wú)畸變圖像。在從血液分離區(qū)1126中提取血液成分的同時(shí)，監(jiān)測(cè)光透射通過(guò)第一提取端口1110和第二提取端口1115提供一種用于測(cè)量被提取血液成分組成的裝置。
本發(fā)明還包含有提取端口的光學(xué)單元結(jié)構(gòu)，其軸向孔的橫截面形狀不是正方形，例如，矩形，梯形和彎曲形狀。圖21C表示本發(fā)明的另一種提取端口設(shè)計(jì)的剖面圖，其中第一提取端口1110和第二提取端口1115各自有矩形橫截面形狀的軸向孔1150。在本發(fā)明某些應(yīng)用中優(yōu)選的是，使用有矩形橫截面形狀的提取端口，其中內(nèi)光學(xué)表面1155的長(zhǎng)度1157大于側(cè)壁1165的寬度1158，因?yàn)樗梢愿玫販y(cè)量提取端口中細(xì)胞和/或非細(xì)胞物質(zhì)的組成和/或通量。例如，使用有非常細(xì)軸向孔1150的矩形橫截面形狀(即，長(zhǎng)度1157遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寬度1158)是有利的，因?yàn)樗谟休^大橫截面的層中分布諸如細(xì)胞血液成分的吸收物質(zhì)，其中該橫截面垂直于入射光束的傳播軸，就可以更精確地描述這種吸收物質(zhì)的空間分布。此外，使用細(xì)的軸向孔1150是有利的，因?yàn)樗梢詼p小光束通過(guò)被提取成分的光程長(zhǎng)，這對(duì)于基本上避免完全吸收被引導(dǎo)到提取端口的入射光束是有用的。在一個(gè)實(shí)施例中，提取端口1110和1115有這樣的矩形橫截面形狀，其縱橫比(縱橫比＝(寬度)/(長(zhǎng)度))選取為約0.1至約0.4。例如，本發(fā)明提取端口的長(zhǎng)度約等于0.080英寸和寬度約等于0.030英寸。本發(fā)明提取端口的軸向孔1150橫截面形狀和物理尺寸是基于通過(guò)提取端口的流速，光透射率和光成像特性。
再參照?qǐng)D21A，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提取室1105的第二外光學(xué)表面1135以及第一提取端口1110和第二提取端口1115的外光學(xué)表面是在這樣的位置，它們是在光學(xué)收集單元和二維檢測(cè)器(圖21A中未畫(huà)出)的景深內(nèi)。典型的提取室1105的第二外光學(xué)表面1135以及第一提取端口1110和第二提取端口1115的外光學(xué)表面占用基本相同的平面1170。在這個(gè)語(yǔ)境下，詞語(yǔ)“基本相同的平面”包括與絕對(duì)共面取向的偏差等于或小于0.1英寸。在某些應(yīng)用中最好是，提取室1105的第二外光學(xué)表面1135以及第一提取端口1110的外光學(xué)表面1146和第二提取端口1115的外光學(xué)表面1147可以放置在對(duì)應(yīng)于固定位置CCD或CMOS攝像機(jī)焦平面的共同平面內(nèi)，該攝像機(jī)配備與光學(xué)單元1100進(jìn)行光通信的固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)。這種光學(xué)配置可以同時(shí)成像和靈敏光學(xué)測(cè)量血液分離區(qū)1126，第一提取端口1110和第二提取端口1115。這種光學(xué)配置的優(yōu)點(diǎn)是，它可以同時(shí)測(cè)量血液分離區(qū)1126中的相界位置以及通過(guò)第一提取端口1110和第二提取端口1115提取的血液成分組成。
光學(xué)單元1100還可以包括用于多個(gè)光學(xué)測(cè)量的附加元件。第一，光學(xué)單元1100可以配置各種校準(zhǔn)標(biāo)記。校準(zhǔn)標(biāo)記和光學(xué)表面1135，1146和1147可以在共同的平面1170內(nèi)，例如，該平面對(duì)應(yīng)于固定位置CCD或CMOS攝像機(jī)的焦平面，該攝像機(jī)配備與光學(xué)單元1100進(jìn)行光通信的固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)。校準(zhǔn)標(biāo)記可以是在光學(xué)單元1100上，例如，與平面1170最接近的肋1140，或密度離心機(jī)中用于夾持光學(xué)單元1100的裝置或裝置元件，例如，注入器裝置元件。在一個(gè)實(shí)施例中，校準(zhǔn)標(biāo)記包括用于校準(zhǔn)被收集圖像強(qiáng)度的標(biāo)記，例如，有選取吸收，散射和反射特性的一個(gè)或多個(gè)二維形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，校準(zhǔn)標(biāo)記包括用于校準(zhǔn)被收集圖像彩色的標(biāo)記，例如，諸如色輪的一個(gè)或多個(gè)彩色形狀。
本發(fā)明的光學(xué)單元還可以包括一個(gè)或多個(gè)有選擇地吸收，反射，散射，聚焦和/或準(zhǔn)直區(qū)。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的光學(xué)單元有一個(gè)或多個(gè)掩模區(qū)，通過(guò)吸收，散射和/或反射入射光束，它能夠基本防止光的透射。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的光學(xué)單元有一個(gè)或多個(gè)彎曲表面，用于有選擇地調(diào)整入射光束的空間特性，例如，通過(guò)會(huì)聚或準(zhǔn)直入射光束。
本發(fā)明的光學(xué)單元可以利用各種至少部分透明的材料制成，它包括但不限于，聚合物，塑料，熱固和熱塑材料。在某些實(shí)施例中最好使用包含一種或多種無(wú)定形聚合物的光學(xué)單元，因?yàn)樗c晶體材料比較有較好的入射光束透射率。用于制作本發(fā)明光學(xué)單元的典型材料包括，但不限于，無(wú)定形聚氯乙烯，聚碳酸酯，和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PETG)和聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET熱塑材料)。
例5借助于密度離心法用于監(jiān)測(cè)和控制血液處理的系統(tǒng)本發(fā)明包括借助于密度離心法用于監(jiān)測(cè)和控制血液處理的系統(tǒng)，它能夠同時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量光學(xué)可鑒別血液成分之間相界相對(duì)于校準(zhǔn)標(biāo)記的位置以及被分離和提取血液成分的組成和/或通量。本發(fā)明的系統(tǒng)具有很高的靈敏度，機(jī)械堅(jiān)固性和可靠性，包括配備固定焦點(diǎn)透鏡的固定位置CCD攝像機(jī)，頂部脈沖式LED(發(fā)光二極管)光源，和底部脈沖式LED光源。使用配備固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)的固定位置CCD攝像機(jī)在保持光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的條件下具有高度機(jī)械穩(wěn)定性，從而避免定期調(diào)整光程長(zhǎng)照明和檢測(cè)光束。此外，使用頂部和底部脈沖式LED光源在以下方面有相當(dāng)大的靈活性被引導(dǎo)到血液處理系統(tǒng)以及隨后檢測(cè)的照明光束的波長(zhǎng)分布和強(qiáng)度。此外，使用頂部和底部脈沖式LED光源還可以提供照明脈沖的精確和可重復(fù)時(shí)間特性，可用于產(chǎn)生分離室中旋轉(zhuǎn)光學(xué)單元的很高光學(xué)質(zhì)量圖像。
圖22是本發(fā)明光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的頂視圖，它非常適用于借助于密度離心的血液處理。圖23是圖22中所示對(duì)應(yīng)于解剖軸1200的剖面圖。圖24是圖22和23中所示光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的側(cè)視圖。所示的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)1205包括配備固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)1210的CCD攝像機(jī)，光學(xué)單元1220，頂部脈沖式LED光源1215，和底部脈沖式LED光源1225。如圖23所示，有固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)1210的CCD攝像機(jī)與光學(xué)單元1220進(jìn)行光通信并放置成與光軸1230相交。頂部脈沖式LED光源1215與光學(xué)單元1220進(jìn)行光通信，并放置在這樣的位置，它能夠引導(dǎo)沿傳播軸傳播的多個(gè)準(zhǔn)直頂部照明光束1235到光學(xué)單元1220的頂部1239，其中傳播軸與光軸1230相交。底部脈沖式LED光源1225也能與光學(xué)單元1220進(jìn)行光通信，并放置在這樣的位置，它能夠引導(dǎo)沿傳播軸傳播的多個(gè)準(zhǔn)直底部照明光束1240到光學(xué)單元1220的頂部1250，其中傳播軸與光軸1230平行。任選地，頂部脈沖式LED光源，底部脈沖式LED光源或二者可以用一個(gè)或多個(gè)脈沖式氙燈代替，用于產(chǎn)生頂部照明光束1235，底部照明光束1240或二者。使用脈沖式氙燈對(duì)于要求非常強(qiáng)的頂部和底部照明光束的應(yīng)用是很理想的。
光學(xué)單元1220是密度離心機(jī)中分離室的集成單元，并由注入器1255保持在與密度離心機(jī)的中心旋轉(zhuǎn)軸之間選取距離的位置。注入器1255和光學(xué)單元1220是按照這樣方式配置的，它們都能夠圍繞密度離心機(jī)的中心旋轉(zhuǎn)軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖22，23，24所示的實(shí)施例中，注入器1255有選取尺寸的孔徑1256，用于至少傳輸部分的底部照明光束1240?；蛘撸讖?256可以包含沿底部脈沖式LED光源1225與光學(xué)單元1220之間光軸1230放置的獨(dú)立光學(xué)元件或可以是光學(xué)單元1220本身的集成部分?？讖?256可以有任意的形狀，它包括但不限于，圓形，正方形，矩形，多邊形，菱形，橢圓形或這些形狀的任意組合。在本發(fā)明中使用孔徑1256可用于防止入射到CCD攝像機(jī)檢測(cè)面上過(guò)量的光造成檢測(cè)器的飽和，并可用于增強(qiáng)相對(duì)于評(píng)價(jià)區(qū)的對(duì)比度。任選地，注入器1255也可以配備其他的光學(xué)元件(未畫(huà)出)，用于調(diào)整底部照明光束1240的空間特性或波長(zhǎng)分布，例如，光學(xué)濾波器，帶通濾波器，截止濾波器和/或漫射器。
在一個(gè)典型實(shí)施例中，頂部脈沖式LED光源1215放置在與光學(xué)單元1220頂部1239之間約4.26英寸的距離，而底部脈沖式LED光源1225放置在與光學(xué)單元1220頂部1239之間約7.47英寸的距離。在圖23所示的典型實(shí)施例中，有固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)1210的CCD攝像機(jī)是在這樣的位置，固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)的焦平面基本上是與光學(xué)單元1220的選取光學(xué)表面共面，例如，對(duì)應(yīng)于界面監(jiān)測(cè)區(qū)，校準(zhǔn)標(biāo)記，一個(gè)或多個(gè)提取端口和一個(gè)或多個(gè)入口的光學(xué)表面。在這個(gè)實(shí)施例中，CCD攝像機(jī)與固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)中心之間沿光軸1230也分開(kāi)一段距離，因此，對(duì)應(yīng)于光學(xué)單元1220選取光學(xué)表面的圖像是在CCD攝像機(jī)的檢測(cè)面上。這種光學(xué)配置的優(yōu)點(diǎn)是，它允許實(shí)時(shí)測(cè)量和分析包括旋轉(zhuǎn)光學(xué)單元1100頂部1239圖像的二維光強(qiáng)分布。
借助于安裝組件1260，有固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)1210的CCD攝像機(jī)保持在沿光軸1230離光學(xué)單元1220頂部1239有選取距離的固定位置。圖22-24所示的安裝組件1260包括底座，它能夠使有固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)1210的CCD攝像機(jī)保持固定的位置和取向。安裝組件1260還可以包括2軸鎖定平移臺(tái)，任選地，2軸傾斜機(jī)構(gòu)，它能夠有選擇地調(diào)整攝像機(jī)和固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)相對(duì)于光學(xué)單元1220的相對(duì)取向和位置。
如圖22-24所示，光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)1205直接集成到密度離心機(jī)血液處理裝置1265中。為了使光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)1205有良好的機(jī)械穩(wěn)定性，安裝組件1260直接固定到支承血液處理裝置1265外殼1270的框架構(gòu)件(圖22-24中未畫(huà)出)。在一個(gè)實(shí)施例中，借助于附加的安裝組件1261，底部脈沖式LED光源1225也固定到支承血液處理裝置1265外殼1270的框架構(gòu)件(圖22-24中未畫(huà)出)。頂部脈沖式LED光源1215固定到有固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)1210的CCD攝像機(jī)上，如圖22-24所示?；蛘?，借助于附加的安裝組件，頂部脈沖式LED光源1215可以直接固定到支承血液處理裝置1265外殼1270的框架構(gòu)件(圖22-24中未畫(huà)出)。本發(fā)明中所用的安裝組件包括本領(lǐng)域中熟知的任何固定裝置，例如，夾子，支架，連接器，匹配器，附加的外殼元件以及所有已知的裝置，其中借助于本領(lǐng)域熟知的任何裝置，包括使用螺栓，緊固件，夾子，螺絲，鉚釘，焊接，接頭，匹配器或本領(lǐng)域熟知的任何裝置。
參照?qǐng)D23所示的剖面圖，在有固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)1210的CCD攝像機(jī)與光學(xué)單元1220之間配置第一透明板1275，而在底部脈沖式LED光源1225與光學(xué)單元1220之間配置第二透明板1280。第一透明板1275和第二透明板1280使得有固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)1210的CCD攝像機(jī)，頂部脈沖式LED光源1215和底部脈沖式LED光源1225與光學(xué)單元1220之間實(shí)際隔離，因此，在樣本從分離室中泄漏的情況下，這些元件不會(huì)接觸經(jīng)受處理的樣本。此外，第一透明板1275和第二透明板1280可以使有固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)1210的CCD攝像機(jī)，頂部脈沖式LED光源1215和底部脈沖式LED光源1225的退化減至最小，因?yàn)樗梢詼p小由于分離室和注入器旋轉(zhuǎn)時(shí)有害灰塵和其他污染物造成的退化。此外，第一透明板1275和第二透明板1280還可以使用戶(hù)優(yōu)化有固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)的攝像機(jī)，頂部脈沖式LED光源和底部脈沖式LED光源的對(duì)準(zhǔn)，而沒(méi)有使分離室中的血液樣本曝光。第一透明板1275和第二透明板1280可以包括至少能夠透射部分頂部照明光束1235和底部照明光束1240的任何材料。第一透明板1275和第二透明板1280的典型材料可以包括，但不限于，諸如抗劃痕的光學(xué)質(zhì)量玻璃，透明聚合物材料，例如，透明塑料，石英和無(wú)機(jī)鹽。
圖22-24中所示光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)中的頂部脈沖式LED光源1215和底部脈沖式LED光源1225各自包含多個(gè)LED，例如，LED陣列光源。頂部脈沖式LED光源1215包含12個(gè)LED，每個(gè)LED配備拋物型反射器以提供光束準(zhǔn)直。底部脈沖式LED光源1225也包含12個(gè)LED和準(zhǔn)直光學(xué)元件，例如，一個(gè)或多個(gè)透鏡，拋物型反射器，或這些元件的組合。圖25表示本發(fā)明方法和裝置中所用底部脈沖式LED光源1225的分解側(cè)視圖。所示脈沖式LED光源包括與LED陣列元件1314進(jìn)行光通信的準(zhǔn)直光學(xué)元件1310。如圖25所示，準(zhǔn)直光學(xué)元件1310是包含多個(gè)輪廓反射面1312的多面拋物型反射和準(zhǔn)直元件，每個(gè)元件放置成與LED光學(xué)元件進(jìn)行光通信。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，輪廓反射面1312有變形的拋物面輪廓形狀，用于監(jiān)測(cè)和控制血液處理。與選取的輪廓反射面1312輪廓形狀有關(guān)，準(zhǔn)直光學(xué)元件1310可以配置成提供沿大致平行傳播軸傳播的多個(gè)入射光束，或沿不平行傳播軸傳播的多個(gè)入射光束。圖25中所示的實(shí)施例可用于產(chǎn)生多個(gè)入射光束，它們可以被引導(dǎo)到光學(xué)單元1220的底部側(cè)面1250。
用于頂部脈沖式LED光源1215和底部脈沖式LED光源1225的LED是紅光LED，綠光LED，白光LED或這些LED的任意組合。在一個(gè)典型實(shí)施例中，頂部脈沖式LED光源1215和底部脈沖式LED光源1225各自包含4個(gè)紅光LED，4個(gè)綠光LED和4個(gè)白光LED。本發(fā)明中所用的LED可以提供足夠大光強(qiáng)的準(zhǔn)直光束，它允許測(cè)量包括光學(xué)單元1220圖像的二維光強(qiáng)分布。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，LED驅(qū)動(dòng)電路任選地放置在緊鄰頂部和/或底部LED光源以?xún)?yōu)化裝置的性能。
頂部脈沖式LED光源1215和底部脈沖式LED光源1225能夠提供有精確選取時(shí)間特性的同步光脈沖。本發(fā)明中所用光脈沖的脈沖寬度取決于密度離心機(jī)的轉(zhuǎn)速。通常，光脈沖的脈沖寬度越小，則對(duì)應(yīng)于獲取的二維光強(qiáng)分布的光學(xué)圖像模糊就越小。然而，較大的脈沖寬度允許更多的光子被攝像機(jī)檢測(cè)，因此，它可以提高信噪比。對(duì)于轉(zhuǎn)速等于約3000RPM的轉(zhuǎn)速，約小于8微秒的脈沖寬度可用于減小產(chǎn)生的光學(xué)單元圖像模糊。本發(fā)明某些應(yīng)用中使用的典型光脈沖寬度是在約1微秒至約50微秒的選取范圍內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，有固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)1210的CCD攝像機(jī)包括單色或彩色攝像機(jī)，它放置在與固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)有選取的固定距離。CCD攝像機(jī)和固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)可以包含在外殼1285內(nèi)，該外殼能夠保持這些元件之間選取的分開(kāi)距離，并且還能夠減小有害散射光的檢測(cè)。外殼1285可以配備一個(gè)或多個(gè)固定隔板或可選擇調(diào)整的隔板，用于建立和保持CCD攝像機(jī)與固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)之間選取的距離。典型的固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)包含多個(gè)球面透鏡，柱面透鏡，隔板或這些元件的任意組合。典型的CCD攝像機(jī)是Point Grey Research，lnc.制造的“Flea”，它的像素面積約等于1024像素×768像素。典型的透鏡包括Schneider Optics，Inc.制造的F 2.8固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)，其焦距為28毫米。這種典型光學(xué)元件組合形成的視場(chǎng)等于約3/8英寸×1/2英寸，而選取的景深是在約1/16英寸至約1/2英寸的范圍內(nèi)。這種視場(chǎng)和景深可以測(cè)量包括光學(xué)單元1220圖像的二維光強(qiáng)分布，用于監(jiān)測(cè)和控制界面區(qū)中相界的位置和從一個(gè)或多個(gè)提取端口中流出細(xì)胞物質(zhì)的組成。使用配備固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)的CCD攝像機(jī)可以增強(qiáng)該系統(tǒng)的機(jī)械穩(wěn)定性，并用于保持CCD攝像機(jī)，固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)和光學(xué)單元選取的相對(duì)取向和位置。本發(fā)明的這個(gè)特征給系統(tǒng)提供這樣的能力，可以使光學(xué)可鑒別分離血液成分之間相界層的位置，界面區(qū)中分離的血液成分和通過(guò)一個(gè)或多個(gè)提取端口從光學(xué)單元中流出分離血液成分的組成具有高度可重復(fù)的測(cè)量結(jié)果。
圖23還表示本發(fā)明幾何結(jié)構(gòu)給出的光程長(zhǎng)。頂部脈沖式LED光源1215產(chǎn)生多個(gè)脈沖式準(zhǔn)直的頂部照明光束1235，它是沿與光軸1230相交的傳播軸傳播。至少部分頂部照明光束1235傳輸通過(guò)透明板1275，并被引導(dǎo)到光學(xué)單元1220的頂部側(cè)面1239。部分頂部照明光束1235是被光學(xué)單元1220，其中一個(gè)或多個(gè)分離的血液成分和/或注入器1255散射。底部脈沖式LED光源1225產(chǎn)生準(zhǔn)直的底部照明光束1240，它是沿基本平行于光軸1230的傳播軸傳播。至少部分底部照明光束1240傳輸通過(guò)透明板1280，并被引導(dǎo)到光學(xué)單元1220的底部側(cè)面1250。部分底部照明光束1240透射通過(guò)光學(xué)單元1220和其中一個(gè)或多個(gè)分離的血液成分。透射通過(guò)光學(xué)單元1220的光可以對(duì)應(yīng)于界面監(jiān)測(cè)區(qū)，一個(gè)或多個(gè)入口，一個(gè)或多個(gè)提取端口，一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)標(biāo)記或以上這些的任意組合。
被光學(xué)單元1220透射和/或散射的光1290是由固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)收集，并成像到CCD攝像機(jī)的檢測(cè)面。按照這種方式，CCD攝像機(jī)測(cè)量的二維光強(qiáng)分布對(duì)應(yīng)于至少部分光學(xué)單元1220的圖像，例如，光學(xué)單元1220的頂部1239。監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)于頂部照明光束1235的散射光主要用于系統(tǒng)校準(zhǔn)，近鄰識(shí)別和平移傳感器跟蹤。監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)于底部照明光束1240的透射光主要用于測(cè)量光學(xué)單元1220中光學(xué)可鑒別分離血液成分之間一個(gè)或多個(gè)相界層的位置，和用于測(cè)量從光學(xué)單元1220的一個(gè)或多個(gè)提取端口流出分離血液成分的組成和通量。檢測(cè)來(lái)自頂部照明和底部照明的透射光和散射光可以使信息量最大化，該信息量可以從獲取的二維光強(qiáng)分布中提取，并增強(qiáng)本發(fā)明光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的多功能能力。
任選地，光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)1205還可以包括一個(gè)或多個(gè)附加的光檢測(cè)器，用于優(yōu)化頂部脈沖式LED光源1215和底部脈沖式LED光源1225的光強(qiáng)，提供包括光電二極管的附加光檢測(cè)器能夠測(cè)量來(lái)自底部脈沖式LED光源1225的散射光。使用能夠測(cè)量來(lái)自底部脈沖式LED光源1225的散射光可用于故障判斷和誤差處理本發(fā)明的各個(gè)特征。
CCD攝像機(jī)能夠產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于測(cè)量二維光強(qiáng)分布的一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)。發(fā)送輸出信號(hào)到一個(gè)或多個(gè)離心機(jī)裝置控制器(圖22-24中未畫(huà)出)，例如，計(jì)算機(jī)或處理器，它能夠分析獲取的二維透射和/或散射光的光強(qiáng)分布，并調(diào)整可以影響被提取血液成分分離條件和組成的重要工作條件。有選擇地調(diào)整工作條件包括，但不限于，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速，一個(gè)或多個(gè)吸入泵的流速，和一個(gè)或多個(gè)提取泵的流速，或以上這些參數(shù)的任意組合。
圖22-24所示的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)1205是脈沖式光學(xué)系統(tǒng)，當(dāng)它圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以獲得對(duì)應(yīng)于光學(xué)單元1220的二維光強(qiáng)分布。對(duì)于光學(xué)單元1220的每個(gè)完全轉(zhuǎn)動(dòng)，可以獲得二維光強(qiáng)分布，或可以獲得光學(xué)單元1220的選取轉(zhuǎn)動(dòng)，例如，每隔一次的完全轉(zhuǎn)動(dòng)。在每隔一次光學(xué)單元1220轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，獲得二維光強(qiáng)分布在某些應(yīng)用中是有利的，因?yàn)樗梢员苊庑枰軌蛎棵胧占笥?0幀的昂貴CCD攝像機(jī)，并且還可以使與空間標(biāo)志，校準(zhǔn)以及與分離室旋轉(zhuǎn)時(shí)觀察到可重復(fù)儀器抖動(dòng)相關(guān)的光學(xué)成像問(wèn)題減至最小。
為了產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于光學(xué)單元1220良好圖像的二維光強(qiáng)分布，必須精確地同步頂部和底部照明脈沖，攝像機(jī)快門(mén)和選通設(shè)置，以及密度離心機(jī)分離室中光學(xué)單元1220的旋轉(zhuǎn)。在每次完全轉(zhuǎn)動(dòng)或選取轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，精確地同步這些元件可以測(cè)量包括光學(xué)單元高光學(xué)質(zhì)量圖像的透射和/或散射光的二維光強(qiáng)圖像。在本發(fā)明中，利用本領(lǐng)域中熟知的編碼電機(jī)系統(tǒng)，可以精確地測(cè)量密度離心機(jī)和/或監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)中元件的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，例如，光學(xué)單元或分離室。在一個(gè)典型實(shí)施例中，密度離心機(jī)1265中配置能夠讀出密度離心機(jī)旋轉(zhuǎn)單元上多個(gè)標(biāo)記的光傳感器。這種配置允許實(shí)時(shí)測(cè)量光學(xué)單元的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，最好是測(cè)量精確度約為0.09度的轉(zhuǎn)動(dòng)位置。這種配置還可以實(shí)時(shí)測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度變化時(shí)的光學(xué)單元轉(zhuǎn)動(dòng)位置，例如，在密度離心機(jī)的轉(zhuǎn)速增大或減小時(shí)。
編碼電機(jī)系統(tǒng)還能夠?qū)崟r(shí)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于密度離心機(jī)和/或監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)中元件轉(zhuǎn)動(dòng)位置的輸出信號(hào)，例如，光學(xué)單元或分離室。在一個(gè)典型實(shí)施例中，這些輸出信號(hào)作為同步和定時(shí)控制器的輸入信號(hào)，該控制器能夠發(fā)送一個(gè)或多個(gè)觸發(fā)信號(hào)到頂部脈沖式LED光源1215，底部脈沖式LED光源1225和CCD攝像機(jī)。同步和定時(shí)控制器發(fā)送給這些裝置元件的觸發(fā)信號(hào)包括觸發(fā)位置(即，用于啟動(dòng)光脈沖的時(shí)間和轉(zhuǎn)動(dòng)位置)，觸發(fā)頻率(即，產(chǎn)生光脈沖應(yīng)當(dāng)有的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率)，脈沖寬度設(shè)置(光脈沖的持續(xù)時(shí)間)和延遲設(shè)置(即，接收到觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間與啟動(dòng)光脈沖的時(shí)間之差)。利用同步和定時(shí)控制器產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，可以在對(duì)應(yīng)于密度離心機(jī)理想轉(zhuǎn)動(dòng)位置的時(shí)間精確地觸發(fā)頂部和底部脈沖式LED光源以及攝像機(jī)快門(mén)和選通設(shè)置中的LED元件。選取對(duì)應(yīng)于觸發(fā)信號(hào)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置允許在本發(fā)明中有選擇地調(diào)整觀察區(qū)。按照這種方式，可以利用光學(xué)方法探測(cè)光學(xué)單元中的多個(gè)選取區(qū)，密度離心機(jī)中的分離室和其他元件。
在一個(gè)典型實(shí)施例中，CCD攝像機(jī)的曝光時(shí)間是由頂部和底部脈沖式LED光源產(chǎn)生的光脈沖寬度確定，而不是由CCD攝像機(jī)的選通設(shè)置或快門(mén)確定。在一個(gè)實(shí)施例中，CCD攝像機(jī)快門(mén)開(kāi)放時(shí)間僅僅比光脈沖時(shí)間長(zhǎng)很少數(shù)量級(jí)，因此，它不會(huì)受到背景噪聲的嚴(yán)重影響。在可以非常精確地控制LED光源產(chǎn)生的光脈沖寬度情況下，本發(fā)明的這個(gè)特征就不需要提供對(duì)應(yīng)于短曝光時(shí)間的非常精確選通的昂貴CCD攝像機(jī)。
圖26表示用于同步頂部和底部脈沖式LED光源產(chǎn)生的光脈沖與攝像機(jī)快門(mén)和選通設(shè)置的方法功能流程圖。如圖26所示，編碼電機(jī)系統(tǒng)1350產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于光學(xué)單元轉(zhuǎn)動(dòng)位置的一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)1355。接收的輸出信號(hào)1355作為同步和定時(shí)控制器1360的輸入信號(hào)。同步和定時(shí)控制器1360還配置成從裝置控制器中接收控制信號(hào)1365?？刂菩盘?hào)1365和輸出信號(hào)1355是由同步和定時(shí)控制器1360處理，并作為發(fā)送到頂部脈沖式LED光源，底部脈沖式LED光源和CCD攝像機(jī)的多個(gè)觸發(fā)信號(hào)1370的基礎(chǔ)。任選地，一個(gè)或多個(gè)觸發(fā)信號(hào)還可用于調(diào)整密度離心機(jī)分離室的照明，從而允許用戶(hù)視覺(jué)訪(fǎng)問(wèn)密度離心機(jī)在處理期間的狀態(tài)。本發(fā)明這個(gè)特征的優(yōu)點(diǎn)是，利用同步和定時(shí)控制器1360可以處理光脈沖和攝像機(jī)設(shè)置的定時(shí)和同步，無(wú)須耗費(fèi)其他的系統(tǒng)資源，例如，裝置控制器的處理時(shí)間。
在本發(fā)明中使用LED光源是有利的，因?yàn)榕c許多普通的非LED光源比較，這些光源是小型，輕質(zhì)并有相對(duì)低的功率消耗。LED光源還具有長(zhǎng)的工作受命和均勻的輻射輸出。此外，LED光源能夠按照脈沖式運(yùn)行以產(chǎn)生離散的脈沖，它有精確可選取的時(shí)間特性，例如，脈沖寬度和啟動(dòng)時(shí)間。脈沖式LED光源還能夠產(chǎn)生有基本均勻強(qiáng)度和波長(zhǎng)分布的脈沖。在本發(fā)明某些應(yīng)用中使用LED是優(yōu)選的，因?yàn)樗梢院芎玫乜刂祈敳亢?或底部照明光束的波長(zhǎng)分布。本發(fā)明包含這樣一些實(shí)施例，其中通過(guò)混合有不同彩色LED的輸出，例如，紅光，綠光和白光LED，可以有選擇地調(diào)整頂部和底部照明光束的波長(zhǎng)分布。在這些實(shí)施例中，在每次拍攝中獨(dú)立地選取頂部和/或底部照明光束以?xún)?yōu)化所需的光學(xué)測(cè)量，例如，測(cè)量光學(xué)可鑒別血液成分之間相界的位置和/或傳輸通過(guò)提取端口中被提取血液成分的組成。
有固定位置攝像機(jī)和固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)的本發(fā)明光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)能夠非常靈敏地測(cè)量光學(xué)可鑒別血液成分之間相界的位置。例如，有固定位置攝像機(jī)和固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)的本發(fā)明系統(tǒng)能夠測(cè)量含紅血液細(xì)胞成分與血沉棕黃色層之間相界的位置和含血漿成分與血沉棕黃色層之間相界的位置精確度在0.0005±0.0002英寸內(nèi)。
有固定位置攝像機(jī)和固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)的本發(fā)明光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)能夠非常靈敏地測(cè)量通過(guò)提取端口的分離血液成分組成和通量。有固定位置攝像機(jī)和固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)的本發(fā)明系統(tǒng)能夠測(cè)量提取血液成分的血細(xì)胞比容，例如，傳輸通過(guò)提取端口的含白血細(xì)胞成分精確度約在1％內(nèi)。此外，透射通過(guò)光學(xué)單元的二維光強(qiáng)分布還可以精確測(cè)量被提取血液成分的細(xì)胞組成。圖27表示傳輸通過(guò)提取端口的分離血液成分中白血細(xì)胞濃度(正方形標(biāo)記)和血細(xì)胞比容(星形標(biāo)記)作為透射通過(guò)位于提取端口上觀察區(qū)中測(cè)量的平均光強(qiáng)函數(shù)的曲線(xiàn)圖。如該曲線(xiàn)圖所示，平均透射光強(qiáng)度與白血細(xì)胞濃度和血細(xì)胞比容之間有很強(qiáng)的負(fù)相關(guān)。統(tǒng)計(jì)分析圖27中的曲線(xiàn)得到以下的算法，平均透射光強(qiáng)度與白血細(xì)胞濃度和血細(xì)胞比容之間的關(guān)系Hct(％)＝297.8×(I)-1.0666(V)Conc.WBC＝8796×(I)-1.3988(VI)其中Hct(％)是血細(xì)胞比容，Conc.WBC是白血細(xì)胞濃度乘以因子1000，其單位是每微升中的數(shù)目，而I是透射通過(guò)提取端口的平均光強(qiáng)。
例6用于處理血液的密度離心法本發(fā)明提供用于處理血液和血液成分的方法。本發(fā)明的方法可用于處理有各種組成的血液和血液成分，該方法特別適用于病人郁血的治療過(guò)程，它通常展示很大范圍的血液組成。此外，本發(fā)明的方法特別適用于血液處理應(yīng)用，其中病人的提取血液組成在選取過(guò)程中經(jīng)受很大的變化。
1.基于提取的血液成分的組成的光學(xué)特性的血液處理在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種處理血液的方法，它能夠提供有選取組成的提取血液成分。在這個(gè)描述的語(yǔ)境下，術(shù)語(yǔ)“組成”涉及提取血液成分中細(xì)胞和/或非細(xì)胞血液成分的純度，細(xì)胞類(lèi)型，濃度和/或物種形成。本發(fā)明這個(gè)特征的優(yōu)點(diǎn)是，它能夠優(yōu)化特定的血液處理治療，例如，血液成分減小治療(例如，白細(xì)胞單采治療或治療血小板缺失)，或能夠提供有優(yōu)化特定治療應(yīng)用組成的血液成分，例如，注入治療。
在一個(gè)實(shí)施例中，用戶(hù)選取被分離和提取的所需血液成分，并選取提取血液成分組成的最佳組成或范圍，用于預(yù)定的治療應(yīng)用。然后，選取類(lèi)型的血液成分和組成作為輸入提供給本發(fā)明的裝置控制器。該裝置控制器配置和適應(yīng)血液處理裝置以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生有理想組成血液成分所需的分離和提取條件。例如，在借助于密度離心法的血液處理語(yǔ)境下，光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量提取血液成分的濃度和類(lèi)型，并迭代地調(diào)整工作條件，例如，吸入泵的流速，提取泵的流速，和離心機(jī)的轉(zhuǎn)速，用于實(shí)現(xiàn)和保持提取血液成分的理想組成。然而，本發(fā)明這個(gè)特征的方法不限于借助密度離心法的血液處理，并且還可以應(yīng)用于借助各種過(guò)濾和擴(kuò)散基分離技術(shù)的血液處理。
本發(fā)明的這個(gè)特征特別適用于利用密度離心法分離和提取血液中的白血細(xì)胞成分。利用該方法，實(shí)時(shí)獲取和分析對(duì)應(yīng)于分離白血細(xì)胞成分的提取端口圖像，可以測(cè)量被提取成分的純度。然后，把測(cè)量的組成與用戶(hù)選取的組成進(jìn)行比較，例如，白血細(xì)胞的選取濃度或純度。若測(cè)量的組成是在選取組成的理想范圍內(nèi)，則保持密度離心機(jī)的工作條件，只要提取部分的組成沒(méi)有變化到理想范圍之外。若測(cè)量的組成不是在選取組成的理想范圍內(nèi)，則按照這樣的方式迭代地調(diào)整工作條件，使得被觀察的組成接近于選取的組成。在一個(gè)實(shí)施例中，實(shí)時(shí)測(cè)量提取白血細(xì)胞成分中的紅血細(xì)胞濃度，并與對(duì)應(yīng)于選取白血細(xì)胞濃度的計(jì)算紅血細(xì)胞濃度進(jìn)行比較。這種典型的方法利用密度離心法產(chǎn)生含白血細(xì)胞成分中紅血細(xì)胞的豐度與被觀察白血細(xì)胞濃度之間的熟知關(guān)系。在另一個(gè)方法中，利用本發(fā)明光學(xué)監(jiān)測(cè)方法直接測(cè)量白血細(xì)胞的濃度并用于控制血液處理。為了便于直接監(jiān)測(cè)和描述沒(méi)有紅血細(xì)胞的白血細(xì)胞特性，可以改變離心機(jī)的工作條件，用于提供沿分離軸延伸較大厚度的血沉棕黃色層，例如，添加中間密度液體或選取合適的轉(zhuǎn)速。
2.借助于密度離心法的粗略和精細(xì)控制血液處理在本發(fā)明的另一個(gè)特征中，同時(shí)測(cè)量(1)兩個(gè)或多個(gè)光學(xué)可鑒別血液成分之間相界位置和(2)提取血液成分的組成，用于建立，優(yōu)化和保持密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)中的血液處理?xiàng)l件。在一個(gè)典型方法中，利用本發(fā)明的方法直接測(cè)量?jī)蓚€(gè)或多個(gè)光學(xué)可鑒別血液成分之間相界的位置，并用于有選擇地調(diào)整和建立密度離心機(jī)的一組初始工作條件，該工作條件對(duì)應(yīng)于注入泵的流速，一個(gè)或多個(gè)提取泵的流速，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速，或這些參數(shù)的任意組合。這些初始工作條件給出第一選取組成范圍內(nèi)的提取成分組成，它對(duì)應(yīng)于粗略的優(yōu)化組成。
在實(shí)現(xiàn)第一選取組成范圍內(nèi)的組成之后，可以直接測(cè)量流動(dòng)通過(guò)提取端口的提取成分的組成，并用于有選擇地調(diào)整密度離心機(jī)的工作條件。具體地說(shuō)，迭代地調(diào)整系統(tǒng)的工作條件，用于提供第二選取組成范圍內(nèi)的提取成分組成，它對(duì)應(yīng)于精細(xì)的優(yōu)化組成。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，第二范圍比第一范圍窄。在實(shí)現(xiàn)第二選取組成范圍內(nèi)的組成之后，可以連續(xù)地直接測(cè)量流動(dòng)通過(guò)提取端口的提取成分組成，并與選取的組成進(jìn)行比較。如果需要，可以重新調(diào)整工作條件，使提取成分的組成保持在第一范圍內(nèi)。由于某種原因，若提取成分的組成超出第一范圍和第二范圍，則重復(fù)粗略的優(yōu)化過(guò)程和隨后精細(xì)的優(yōu)化過(guò)程。
3.用于收集白血細(xì)胞的偏向性收集方法本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制方法能夠非常精確地測(cè)量界面區(qū)中相界的位置和光學(xué)方法描述從分離室經(jīng)一個(gè)或多個(gè)提取端口流出的分離血液成分特性。因?yàn)榇蠖鄶?shù)細(xì)胞血液成分的類(lèi)別，例如，白血細(xì)胞，紅血細(xì)胞和血小板，可以基于密度分成子類(lèi)，本發(fā)明的方法還能夠偏向性收集血液成分，其中提取和收集富含選取成分子類(lèi)的血液成分。在一個(gè)實(shí)施例中，基于它們?cè)诜蛛x室中給定分離層內(nèi)的空間分布，可以鑒別給定分離血液成分的子類(lèi)?；蛘?，對(duì)特定子類(lèi)的細(xì)胞物質(zhì)作有選擇的光致發(fā)光標(biāo)記，從而允許進(jìn)行光學(xué)鑒別，例如，利用熒光或磷光標(biāo)記。
例如，白血細(xì)胞包括多個(gè)光學(xué)可鑒別的子類(lèi)，例如，紅細(xì)胞，嗜曙紅細(xì)胞，嗜鹼細(xì)胞，單核細(xì)胞，淋巴細(xì)胞和粒細(xì)胞?；谛D(zhuǎn)密度離心機(jī)中分離血沉棕黃色層中這些細(xì)胞類(lèi)型的分布，可以鑒別這些子類(lèi)。本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法中提供測(cè)量相界位置的高信噪比和高靈敏度允許非常精確地定位相對(duì)于提取端口的給定分離層選取區(qū)域，例如，對(duì)應(yīng)于較高密度子成分的頂部區(qū)域或?qū)?yīng)于較低密度子成分的底部區(qū)域。利用本發(fā)明的方法，這種功能能夠提供這樣的提取成分，它對(duì)應(yīng)于被提取和收集白血細(xì)胞類(lèi)型的選取子類(lèi)中富含的液體成分。例如，提取端口放置在緩沖層頂部鄰近可以導(dǎo)致淋巴細(xì)胞中富含白血細(xì)胞的成分，而提取端口放置在緩沖層底部鄰近可以導(dǎo)致粒細(xì)胞中富含白血細(xì)胞的成分。
例如，利用本發(fā)明的方法，可以直接測(cè)量和控制光學(xué)可鑒別白血細(xì)胞子類(lèi)之間相界的位置精確度在0.0005英寸的范圍內(nèi)。因此，可以有選擇地調(diào)整相界層的位置以實(shí)現(xiàn)相對(duì)于提取端口鄰近的位置，用于提取理想白血細(xì)胞子類(lèi)中富含的成分。此外，在一些實(shí)施例中，相對(duì)于各種子類(lèi)的總體，直接監(jiān)測(cè)和光學(xué)分類(lèi)提取白血細(xì)胞成分的組成。在描述傳輸通過(guò)提取端口物質(zhì)光學(xué)特性的基礎(chǔ)上，迭代地調(diào)整離心機(jī)的工作條件，也可以提取和收集具有豐富選取白血細(xì)胞子成分的白血細(xì)胞子成分。
本發(fā)明的這個(gè)特征還可應(yīng)用于含紅血細(xì)胞成分和含血小板成分。例如，有典型形狀和尺寸的分離血液成分中的紅血細(xì)胞和血小板可以導(dǎo)致這些物質(zhì)有不同的密度。因此，有選擇地定位提取端口在含分離紅血細(xì)胞層或含血小板層，在有典型形狀和尺寸的分離血液成分中可以提取和收集富含紅血細(xì)胞或血小板中的液體成分。此外，這個(gè)概念也可用于收集血漿蛋白中富含的血漿成分，它們有選取的密度和/或分子量。
4.在血液處理期間監(jiān)測(cè)溶血程度的方法溶血發(fā)生在紅血細(xì)胞損壞且至少釋放其部分血紅蛋白的時(shí)候。溶血發(fā)生在血液成分經(jīng)受離心血液處理誘發(fā)應(yīng)力的時(shí)候，例如，泵浦血液成分，流動(dòng)血液成分進(jìn)入，通過(guò)和流出分離室，和/或施加離心場(chǎng)誘發(fā)的應(yīng)力。當(dāng)溶血發(fā)生在離心法血液處理期間，至少部分自由的血紅蛋白遷移到分離的較低密度血漿血液成分中。
本發(fā)明提供一種用于直接檢測(cè)和控制溶血程度的裝置，溶血發(fā)生在利用密度離心技術(shù)的血液處理期間。在這個(gè)方法中，監(jiān)測(cè)由分離血漿成分透射的光強(qiáng)作為時(shí)間的函數(shù)。若發(fā)生明顯的溶血，則遷移到分離血漿成分中的自由血紅蛋白就吸收電磁譜中500nm至600nm區(qū)域的光。測(cè)量透射光強(qiáng)的減小，特別是在500nm至600nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，可用于量化血液處理期間發(fā)生的溶血程度。在一些實(shí)施例中，利用在500nm與600nm之間有峰值波長(zhǎng)分布的入射光束，例如，一個(gè)或多個(gè)綠光LED產(chǎn)生的光，或利用選擇性透射光學(xué)濾波器，可以提高這些測(cè)量結(jié)果的靈敏度。本發(fā)明還包括在血液處理期間用于控制溶血程度的方法，其中在觀察到明顯的溶血程度時(shí)降低注入流速和提取流速。
5.增強(qiáng)的分離協(xié)議本發(fā)明的光學(xué)監(jiān)測(cè)和控制方法和裝置特別適用于血液處理方法，其中有選擇地調(diào)整密度離心機(jī)的轉(zhuǎn)速作為時(shí)間的函數(shù)。增強(qiáng)的分離協(xié)議包括要求控制強(qiáng)度的協(xié)議，這是利用算法基系統(tǒng)是不可能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樗缶_工作條件和觸發(fā)點(diǎn)的復(fù)雜步驟。一個(gè)典型實(shí)施例包含多個(gè)協(xié)議階段，每個(gè)階段要求不同的圖像分析數(shù)據(jù)和不同的評(píng)價(jià)區(qū)。例如，本發(fā)明的裝置可以同時(shí)測(cè)量光學(xué)可鑒別血液成分之間相界位置的變化和/或受驗(yàn)者輸入血液的變化，其中相界位置的變化是由于離心機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，增強(qiáng)的分離協(xié)議包含三個(gè)主要階段。在第一階段，血液處理系統(tǒng)用液體灌注光學(xué)單元及其相關(guān)的次級(jí)分離室。
在協(xié)議的第二階段，積累階段，監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)測(cè)量含紅血細(xì)胞成分與血沉棕黃色層之間相界的位置和血沉棕黃色層與含血漿成分之間相界的位置。此外，監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)建立與光學(xué)單元提取端口小孔鄰近的血沉棕黃色層位置。在監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)建立與提取端口小孔鄰近的血沉棕黃色層位置之后，提取血沉棕黃色層中包含的血小板，白血細(xì)胞和少量紅血細(xì)胞，并把它們傳輸?shù)酱渭?jí)分離室，例如，淘析室，可以進(jìn)一步分離提取的血液成分并提高選取成分的純度。未被選取的成分返回給病人，而在次級(jí)分離室中收集諸如白血細(xì)胞的選取成分。在第二階段，監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)同時(shí)測(cè)量進(jìn)入次級(jí)分離室的細(xì)胞通量，血沉棕黃色層與含血漿層之間相界的位置，血沉棕黃色層與含紅血細(xì)胞層之間相界的位置，和血沉棕黃色層相對(duì)于提取端口的位置，為的是保持最佳的性能和分離條件。由于監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)能夠觀察和光學(xué)方法描述多個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)的特性，該系統(tǒng)可以收集從次級(jí)分離室中散射或透射光的二維圖像，它有助于確定分離室是否充滿(mǎn)并準(zhǔn)備進(jìn)入該系統(tǒng)的第三階段。
在協(xié)議的第三階段，監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)評(píng)價(jià)次級(jí)分離室的狀態(tài)。若次級(jí)分離室充滿(mǎn)選取的物質(zhì)，則監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)觸發(fā)次級(jí)分離室的沖洗。為了沖洗次級(jí)分離室，例如，監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)可以同時(shí)調(diào)整血沉棕黃色層與含血漿層之間相界的位置到這樣的位置，其中提取端口獨(dú)占地與血漿層接觸。這個(gè)過(guò)程確保通過(guò)提取端口的細(xì)胞物質(zhì)通量減至最小。監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)還還降低離心機(jī)的轉(zhuǎn)速并改變閥門(mén)位置，用于從次級(jí)分離室中沖洗選取的細(xì)胞進(jìn)入收集容器。本發(fā)明方法提供的同步和定時(shí)控制可以使該系統(tǒng)保持實(shí)現(xiàn)協(xié)議中沖洗步驟所要求的精確界面位置。通過(guò)監(jiān)測(cè)從次級(jí)處理室中透射和/或散射光強(qiáng)，監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)對(duì)于確定分離室是否已被足夠地沖洗而可以回到另一個(gè)積累階段是重要的。
在一個(gè)實(shí)施例中，血液處理系統(tǒng)重復(fù)交替的積累和沖洗階段以達(dá)到理想的終點(diǎn)，至少是部分基于細(xì)胞通量的測(cè)量結(jié)果。
本發(fā)明增強(qiáng)的血液分離協(xié)議可用于分離并收集各種細(xì)胞和非細(xì)胞成分，它包括但不限于，白血細(xì)胞，血小板，和血漿蛋白。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一個(gè)用于處理血液的方法，包括以下的步驟(1)提供包括密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)和淘析血液處理系統(tǒng)的二級(jí)血液處理系統(tǒng)；(2)流動(dòng)血液進(jìn)入二級(jí)血液處理系統(tǒng)，其中血液在密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)中被分離成多種成分，至少包含一個(gè)指定成分和含血漿成分；(3)利用指定成分填充淘析血液處理系統(tǒng)，直至淘析血液處理系統(tǒng)是在充滿(mǎn)的工作狀態(tài)；和(4)在充滿(mǎn)的工作狀態(tài)下，通過(guò)流動(dòng)含血漿成分進(jìn)入淘析血液處理系統(tǒng)，沖洗淘析血液處理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)血液的處理。本發(fā)明這個(gè)特征的方法還可以包括步驟在容器中至少收集部分的指定成分。
本發(fā)明這個(gè)特征的方法還可以包括附加的步驟，其中利用本發(fā)明方法和裝置可以實(shí)時(shí)描述裝置元件和/或經(jīng)受處理液體成分的光學(xué)特性。任選地，本發(fā)明的方法還包括步驟利用光學(xué)方法測(cè)量傳輸通過(guò)密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)進(jìn)入淘析血液處理系統(tǒng)的血液成分組成。任選地，本發(fā)明的方法還包括步驟利用光學(xué)方法測(cè)量密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)分離室和密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)提取端口中指定成分的位置。任選地，本發(fā)明的方法還包括步驟利用光學(xué)方法測(cè)量淘析血液處理系統(tǒng)中液體成分的組成和/或位置。
本發(fā)明這個(gè)特征的方法還包括附加的步驟，其中借助于光學(xué)測(cè)量結(jié)果，直接評(píng)價(jià)淘析血液處理系統(tǒng)的工作狀態(tài)。任選地，本發(fā)明的方法還包括步驟利用光學(xué)方法測(cè)量淘析血液處理系統(tǒng)中液體成分的組成和/或位置，可以確定淘析血液處理系統(tǒng)是否處在充滿(mǎn)的工作狀態(tài)。任選地，本發(fā)明的方法還包括步驟利用光學(xué)方法測(cè)量傳輸通過(guò)密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)進(jìn)入淘析血液處理系統(tǒng)的血液成分組成，通量或組成和通量，可以確定淘析血液處理系統(tǒng)是否處在充滿(mǎn)的工作狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種用于分離液體成分并有圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)分離室的密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括與所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)進(jìn)行光通信的光源，用于提供照明所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)上觀察區(qū)的入射光束，從而產(chǎn)生從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的光；與所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)進(jìn)行光通信的光收集單元，用于至少收集部分從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的光，并至少引導(dǎo)部分從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的光到二維檢測(cè)器；和二維檢測(cè)器，放置成接收并檢測(cè)從所述光收集單元提供所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的所述光，從而測(cè)量從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的二維光強(qiáng)分布。
2.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括至少部分所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的圖像。
3.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括所述至少部分所述分離室的圖像。
4.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括所述至少部分所述分離室光學(xué)單元的圖像。
5.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中至少部分從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的所述光是透射通過(guò)分離室的光。
6.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中至少部分從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的所述光是分離室或其中物質(zhì)散射的光。
7.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中二維檢測(cè)器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光二維光強(qiáng)分布的輸出信號(hào)。
8.按照權(quán)利要求7的系統(tǒng)，還包括離心裝置控制器，用于接收二維檢測(cè)器產(chǎn)生的輸出信號(hào)，并調(diào)整密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的工作參數(shù)，其中所述離心裝置控制器與二維檢測(cè)器進(jìn)行通信。
9.按照權(quán)利要求7的系統(tǒng)，還包括離心裝置控制器，用于接收二維檢測(cè)器產(chǎn)生的輸出信號(hào)，并調(diào)整密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的多個(gè)工作參數(shù)，其中所述離心裝置控制器與二維檢測(cè)器進(jìn)行通信。
10.按照權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中所述工作參數(shù)選自以下的參數(shù)流出分離室的液體成分流速；進(jìn)入分離室的液體流速；和分離室圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。
11.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光收集單元和二維檢測(cè)器是在相對(duì)于密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的固定位置。
12.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光收集單元和二維檢測(cè)器是在相對(duì)于密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的固定取向。
13.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中至少部分所述觀察區(qū)是在這樣的位置，利用二維檢測(cè)器可以觀察所述分離室中光學(xué)可鑒別血液成分之間相界。
14.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括光學(xué)可鑒別血液成分之間相界的圖像。
15.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光學(xué)可鑒別血液成分之間相界的圖像提供相界位置的測(cè)量結(jié)果。
16.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中至少部分所述觀察區(qū)是在這樣的位置，利用二維檢測(cè)器可以觀察所述分離室中的分離血液成分。
17.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括分離室中分離血液成分的圖像。
18.按照權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中分離室中分離血液成分的圖像提供分離血液成分組成的測(cè)量結(jié)果。
19.按照權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中所述分離血液成分選自以下的成分含白血細(xì)胞成分；含白小板成分；含血漿成分；和含紅血細(xì)胞成分。
20.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中至少部分觀察區(qū)是在這樣的位置，利用二維檢測(cè)器可以觀察分離室的提取端口。
21.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括分離室提取端口的圖像。
22.按照權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中分離室提取端口的圖像提供提取端口中細(xì)胞成分組成的測(cè)量結(jié)果。
23.按照權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中所述細(xì)胞成分選自以下的成分紅血細(xì)胞；白血細(xì)胞；和血小板。
24.按照權(quán)利要求21的系統(tǒng)，其中分離室提取端口的圖像提供細(xì)胞成分通過(guò)提取端口通量的測(cè)量結(jié)果。
25.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括分離室中光學(xué)可鑒別血液成分之間至少一個(gè)相界和至少一個(gè)分離室提取端口的圖像。
26.按照權(quán)利要求25的系統(tǒng)，其中測(cè)量的圖像同時(shí)提供沿所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)所述分離軸的光學(xué)可鑒別血液成分之間至少一個(gè)相界位置和分離室提取端口中血液成分組成的測(cè)量結(jié)果。
27.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中觀察區(qū)是在這樣的位置，利用二維檢測(cè)器可以觀察所述分離室中通量的泄漏。
28.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括樣本識(shí)別標(biāo)記或藥盒識(shí)別標(biāo)記的圖像，該圖像對(duì)應(yīng)于經(jīng)受處理的血液樣本。
29.按照權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其中所述樣本識(shí)別標(biāo)記或藥盒識(shí)別標(biāo)記包括條形碼。
30.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中觀察區(qū)是在這樣的位置，利用二維檢測(cè)器可以檢測(cè)所述分離室的不正確對(duì)準(zhǔn)。
31.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中二維檢測(cè)器選自以下的裝置電荷耦合器件；二維光電二極管陣列；二維光電導(dǎo)陣列；二維熱電陣列；CCD攝像機(jī)；和互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體檢測(cè)器。
32.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中二維檢測(cè)器是單色CCD攝像機(jī)。
33.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中二維檢測(cè)器是彩色CCD攝像機(jī)。
34.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光收集單元包括透鏡。
35.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光收集單元包括透鏡系統(tǒng)。
36.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光收集單元包括固定焦點(diǎn)透鏡系統(tǒng)。
37.按照權(quán)利要求35的系統(tǒng)，其中透鏡系統(tǒng)有可選擇調(diào)整的焦距。
38.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光收集單元有固定的視場(chǎng)。
39.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光收集單元有可選擇調(diào)整的視場(chǎng)。
40.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述二維檢測(cè)器和光收集單元是可選擇地沿垂直于中心旋轉(zhuǎn)軸取向的檢測(cè)器軸。
41.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光源選自以下的裝置氙燈；發(fā)光二極管；和發(fā)光二極管陣列。
42.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光源選自以下的裝置白光發(fā)光二極管；藍(lán)光發(fā)光二極管；紅光發(fā)光二極管；和綠光發(fā)光二極管。
43.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光源包括拋物型反射器單元。
44.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括附加光源，其中所述光源照明所述分離室的第一側(cè)面，而所述附加光源照明所述分離室的第二側(cè)面，且其中所述第一側(cè)面和第二側(cè)面是不同的側(cè)面。
45.按照權(quán)利要求44的系統(tǒng)，其中附加光源選自以下的裝置氙燈；發(fā)光二極管；和發(fā)光二極管陣列。
46.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光源提供包括可見(jiàn)光的入射光束。
47.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光源提供包括紅外光的入射光束。
48.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光源提供包括紫外光的入射光束。
49.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中光源連續(xù)照明分離室上的觀察區(qū)。
50.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中按照這樣的方式接通和斷開(kāi)光源，可以脈沖式照明分離室上的觀察區(qū)。
51.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述分離室包括光學(xué)單元。
52.按照權(quán)利要求51的系統(tǒng)，其中所述光學(xué)單元包括有第一外光學(xué)表面和第二外光學(xué)表面的提取室，其中所述提取室的所述第一外光學(xué)表面和第二外光學(xué)表面是相對(duì)著的平面；和有第一外光學(xué)表面和第二外光學(xué)表面的提取端口，其中所述提取端口的所述第一外光學(xué)表面和第二外光學(xué)表面是相對(duì)著的平面；其中所述提取室的所述第一光學(xué)表面和所述提取端口的所述第一光學(xué)表面位于光收集單元的景深內(nèi)。
53.按照權(quán)利要求52的系統(tǒng)，其中所述提取室的所述第一光學(xué)表面和所述提取端口的所述第一光學(xué)表面基本上是在相同的平面內(nèi)。
54.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括校準(zhǔn)標(biāo)記，其中所述校準(zhǔn)標(biāo)記是在所述觀察區(qū)。
55.按照權(quán)利要求54的系統(tǒng)，其中校準(zhǔn)標(biāo)記位于光收集單元的景深內(nèi)。
56.按照權(quán)利要求54的系統(tǒng)，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括所述校準(zhǔn)標(biāo)記的圖像。
57.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括附加的光收集單元和附加的二維檢測(cè)器，其中從附加觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的光是由附加的光收集單元收集并由附加的二維檢測(cè)器檢測(cè)。
58.按照權(quán)利要求57的系統(tǒng)，其中所述附加二維檢測(cè)器測(cè)量從所述附加觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布。
59.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述液體成分是血液成分。
60.一種用于分離液體成分并有圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)分離室的密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，包括與所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)進(jìn)行光通信的光源，用于提供照明所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)上觀察區(qū)的入射光束，從而產(chǎn)生從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的光；與所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)進(jìn)行光通信的光收集單元，用于至少收集部分從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的所述光，并至少引導(dǎo)部分從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的所述光到二維檢測(cè)器；二維檢測(cè)器，放置成用于接收并檢測(cè)從所述光收集單元所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的所述光，從而測(cè)量從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的二維光強(qiáng)分布，其中所述二維檢測(cè)器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述二維光強(qiáng)分布的輸出信號(hào)；和與所述二維檢測(cè)器進(jìn)行通信的離心裝置控制器，用于接收所述輸出信號(hào)和有選擇地調(diào)整所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的工作條件。
61.按照權(quán)利要求60的系統(tǒng)，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括至少部分所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的圖像。
62.按照權(quán)利要求60的系統(tǒng)，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括所述至少部分所述分離室的圖像。
63.按照權(quán)利要求60的系統(tǒng)，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括所述分離室提取端口的圖像。
64.按照權(quán)利要求60的系統(tǒng)，其中輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于透射通過(guò)提取端口的平均光強(qiáng)。
65.按照權(quán)利要求60的系統(tǒng)，其中所述離心裝置控制器包括計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)處理器。
66.按照權(quán)利要求60的系統(tǒng)，其中所述離心裝置控制器記錄輸出信號(hào)。
67.按照權(quán)利要求60的系統(tǒng)，其中所述離心裝置控制器顯示輸出信號(hào)。
68.按照權(quán)利要求60的系統(tǒng)，其中所述工作參數(shù)選自以下的參數(shù)流出分離室的液體成分流速；進(jìn)入分離室的液體流速；和分離室圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。
69.按照權(quán)利要求60的系統(tǒng)，其中所述離心裝置控制器有選擇地調(diào)整密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的多個(gè)工作參數(shù)。
70.按照權(quán)利要求60的系統(tǒng)，其中離心裝置控制器是用于調(diào)整流出或進(jìn)入分離室中一個(gè)或多個(gè)分離液體成分流速的裝置。
71.按照權(quán)利要求60的系統(tǒng)，其中所述液體成分是血液成分。
72.一種用于分離液體成分并有圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)分離室的監(jiān)測(cè)密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的方法，包括以下的步驟利用光源提供的入射光束照明密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)上的觀察區(qū)，從而產(chǎn)生從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的光；至少收集從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的部分光，并引導(dǎo)從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的所述光到二維檢測(cè)器上；和測(cè)量從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的二維光強(qiáng)分布。
73.按照權(quán)利要求72的方法，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括所述至少部分所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的圖像。
74.按照權(quán)利要求72的方法，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括所述至少部分所述分離室的圖像。
75.按照權(quán)利要求72的方法，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括所述至少部分所述分離室光學(xué)單元的圖像。
76.按照權(quán)利要求75的方法，其中在所述圖像中可以觀察到分離室中光學(xué)可鑒別成分之間的相界。
77.按照權(quán)利要求76的方法，還包括測(cè)量所述相界的位置。
78.按照權(quán)利要求75的方法，其中在所述圖像中可以觀察到分離室的提取端口。
79.按照權(quán)利要求78的方法，還包括確定透射通過(guò)選取部分所述提取端口的平均光強(qiáng)。
80.按照權(quán)利要求79的方法，還包括測(cè)量傳輸通過(guò)所述提取端口的成分組成。
81.按照權(quán)利要求72的方法，還包括步驟在光收集單元的景深內(nèi)提供校準(zhǔn)標(biāo)記。
82.按照權(quán)利要求72的方法，其中所述照明觀察區(qū)的步驟包括提供脈沖式入射光束。
83.按照權(quán)利要求72的方法，其中所述照明觀察區(qū)的步驟包括提供多個(gè)脈沖式入射光束。
84.按照權(quán)利要求82的方法，還包括步驟通過(guò)選取脈沖式入射光束的定時(shí)和持續(xù)時(shí)間，選取對(duì)應(yīng)于從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的二維光強(qiáng)分布的分離室轉(zhuǎn)動(dòng)位置。
85.按照權(quán)利要求84的方法，還包括步驟選取對(duì)應(yīng)于從所述分離室不同旋轉(zhuǎn)的所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的二維光強(qiáng)分布的分離室不同轉(zhuǎn)動(dòng)位置。
86.一種用于分離液體成分并有圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)分離室的控制密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的方法，包括以下的步驟利用光源提供的入射光束照明密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)上的觀察區(qū)，從而產(chǎn)生從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的光；至少收集從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的部分光，并引導(dǎo)從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的所述光到二維檢測(cè)器上；測(cè)量從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的二維光強(qiáng)分布；基于從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布，有選擇地調(diào)整所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的工作條件。
87.按照權(quán)利要求86的方法，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括所述分離室中光學(xué)可鑒別成分之間相界的圖像。
88.按照權(quán)利要求87的方法，還包括步驟測(cè)量所述分離室中光學(xué)可鑒別成分之間相界的位置。
89.按照權(quán)利要求88的方法，其中基于所述分離室中光學(xué)可鑒別成分之間相界的位置，有選擇地調(diào)整所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的工作條件。
90.按照權(quán)利要求86的方法，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括所述分離室提取端口的圖像。
91.按照權(quán)利要求90的方法，還包括步驟測(cè)量傳輸通過(guò)所述分離室所述提取端口的液體成分組成。
92.按照權(quán)利要求91的方法，其中基于傳輸通過(guò)所述分離室所述提取端口的液體成分組成，有選擇地調(diào)整所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的所述工作條件。
93.按照權(quán)利要求91的方法，其中調(diào)整所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的所述工作條件，使傳輸通過(guò)所述分離室所述提取端口的液體成分組成是在預(yù)定的組成范圍內(nèi)。
94.按照權(quán)利要求86的方法，其中從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的所述二維光強(qiáng)分布包括所述分離室提取端口和所述分離室中光學(xué)可鑒別成分之間相界的圖像。
95.按照權(quán)利要求94的方法，還包括步驟測(cè)量傳輸通過(guò)所述分離室所述提取端口的液體成分組成，并測(cè)量所述分離室中光學(xué)可鑒別成分之間相界的位置。
96.按照權(quán)利要求94的方法，其中基于傳輸通過(guò)所述分離室所述提取端口的液體成分組成和所述分離室中光學(xué)可鑒別成分之間相界的位置，有選擇地調(diào)整所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的所述工作條件。
97.按照權(quán)利要求86的方法，還包括步驟在光收集單元的景深內(nèi)提供校準(zhǔn)標(biāo)記。
98.按照權(quán)利要求86的方法，其中所述工作參數(shù)選自以下的參數(shù)流出分離室的液體成分流速；進(jìn)入分離室的液體流速；和分離室圍繞中心旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。
99.按照權(quán)利要求86的方法，還包括步驟有選擇地調(diào)整所述離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的多個(gè)工作參數(shù)。
100.按照權(quán)利要求86的方法，其中所述液體成分是血液成分。
101.一種用于分離液體成分的控制密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)的方法，所述方法包括以下的步驟完成對(duì)應(yīng)于第一次的所述血液處理裝置工作條件的第一次測(cè)量；完成對(duì)應(yīng)于第二次的所述血液處理裝置所述工作條件的第二次測(cè)量；利用預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)分析算法，分析所述工作條件的第一次測(cè)量和第二次測(cè)量，其中運(yùn)行所述預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)分析算法產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于選取未來(lái)時(shí)間的所述血液處理裝置的預(yù)測(cè)工作條件；比較對(duì)應(yīng)于選取未來(lái)時(shí)間的所述血液處理裝置預(yù)測(cè)工作條件與理想工作條件；和基于所述血液處理裝置在所述未來(lái)時(shí)間的預(yù)測(cè)工作條件與理想工作條件的所述比較，至少調(diào)整所述血液處理裝置的一個(gè)設(shè)置，從而控制所述血液處理裝置。
102.按照權(quán)利要求101的方法，其中所述第一次測(cè)量和第二次測(cè)量包括測(cè)量密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)中光學(xué)可鑒別血液成分之間相界的第一位置和第二位置。
103.按照權(quán)利要求101的方法，其中所述第一次測(cè)量和第二次測(cè)量包括測(cè)量密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)提取端口中液體成分的第一組成和第二組成。
104.一種用于分離液體成分的密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)分離室的光學(xué)單元，包括有第一外光學(xué)表面的提取室，用于透射至少部分的入射光束；和提取端口，它有用于傳輸液體成分的軸向孔和用于透射至少部分入射光束的第一外光學(xué)表面；其中所述提取室的所述第一外光學(xué)表面和所述提取端口的所述第一外光學(xué)表面都在光收集單元的景深內(nèi)。
105.按照權(quán)利要求104的光學(xué)單元，其中所述提取室的第一光學(xué)表面和所述提取端口的所述第一光學(xué)表面基本上是在相同的平面內(nèi)。
106.按照權(quán)利要求104的光學(xué)單元，其中提取室還包括用于透射至少部分入射光束的第二外光學(xué)表面，第二外光學(xué)表面是在與提取室所述第一外光學(xué)表面的相對(duì)方向。
107.按照權(quán)利要求104的光學(xué)單元，其中提取端口還包括用于透射至少部分入射光束的第二外光學(xué)表面，第二外光學(xué)表面是在與提取端口所述第一外光學(xué)表面的相對(duì)方向。
108.按照權(quán)利要求104的光學(xué)單元，其中提取室和提取端口的外光學(xué)表面是光學(xué)平坦和光學(xué)光滑的光學(xué)表面。
109.按照權(quán)利要求104的光學(xué)單元，其中提取室還包括用于透射至少部分入射光束的第一內(nèi)光學(xué)表面，第一內(nèi)光學(xué)表面是在與提取室第一外光學(xué)表面的相對(duì)方向。
110.按照權(quán)利要求104的光學(xué)單元，其中提取端口還包括用于透射至少部分入射光束的第一內(nèi)光學(xué)表面，第一內(nèi)光學(xué)表面是在與提取端口第一外光學(xué)表面的相對(duì)方向。
111.按照權(quán)利要求104的光學(xué)單元，其中提取室還包括用于透射至少部分入射光束的第二內(nèi)光學(xué)表面，第二內(nèi)光學(xué)表面是在提取室的第一外光學(xué)表面與第一內(nèi)光學(xué)表面之間。
112.按照權(quán)利要求104的光學(xué)單元，其中提取端口還包括用于透射至少部分入射光束的第二內(nèi)光學(xué)表面，第二內(nèi)光學(xué)表面是在提取端口的第一外光學(xué)表面與第一內(nèi)光學(xué)表面之間。
113.按照權(quán)利要求104的光學(xué)單元，其中提取端口軸向孔的縱橫比選取在約0.1至約0.4的范圍內(nèi)。
114.按照權(quán)利要求104的光學(xué)單元，還包括校準(zhǔn)標(biāo)記，其中所述校準(zhǔn)標(biāo)記占用與所述提取室和所述提取室所述第一外光學(xué)表面的相同平面。
115.一種用于處理血液的方法，包括以下的步驟提供包括密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)和淘析血液處理系統(tǒng)的兩級(jí)血液處理系統(tǒng)；流動(dòng)血液進(jìn)入所述兩級(jí)血液處理系統(tǒng)，其中血液在密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)中被分離成包含至少一個(gè)指定成分和含血漿成分的多種成分；利用所述指定成分填充淘析血液處理系統(tǒng)，直至淘析血液處理系統(tǒng)是在充滿(mǎn)的工作狀態(tài)；和在充滿(mǎn)的工作狀態(tài)下，通過(guò)流入含血漿成分到淘析血液處理系統(tǒng)，可以沖洗淘析血液處理系統(tǒng)，從而對(duì)所述血液進(jìn)行處理。
116.按照權(quán)利要求115的方法，還包括步驟利用光學(xué)方法測(cè)量傳輸通過(guò)密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)提取端口進(jìn)入到淘析血液處理系統(tǒng)的血液成分組成。
117.按照權(quán)利要求115的方法，還包括步驟利用光學(xué)方法測(cè)量密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)分離室和密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)提取端口中指定成分的位置。
118.按照權(quán)利要求115的方法，還包括步驟利用光學(xué)方法測(cè)量淘析血液處理系統(tǒng)中液體成分的組成。
119.按照權(quán)利要求115的方法，還包括步驟利用光學(xué)方法測(cè)量淘析血液處理系統(tǒng)中液體成分的位置。
120.按照權(quán)利要求115的方法，還包括步驟利用光學(xué)方法測(cè)量淘析血液處理系統(tǒng)中液體成分的組成，確定淘析血液處理系統(tǒng)是否在充滿(mǎn)的工作狀態(tài)。
121.按照權(quán)利要求115的方法，還包括步驟利用光學(xué)方法測(cè)量淘析血液處理系統(tǒng)中液體成分的位置，確定淘析血液處理系統(tǒng)是否在充滿(mǎn)的工作狀態(tài)。
122.按照權(quán)利要求115的方法，還包括步驟利用光學(xué)方法測(cè)量傳輸通過(guò)密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)提取端口進(jìn)入到淘析血液處理系統(tǒng)的血液成分組成，通量或組成和通量，確定淘析血液處理系統(tǒng)是否在充滿(mǎn)的工作狀態(tài)。
123.按照權(quán)利要求115的方法，其中所述指定成分是含白血細(xì)胞的成分。
124.按照權(quán)利要求115的方法，其中所述指定成分是含血小板的成分。
125.按照權(quán)利要求115的方法，還包括步驟至少收集容器中部分的所述指定成分。
126.一種用于有分離室液體處理系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括與所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)進(jìn)行光通信的光源，用于提供照明所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)上觀察區(qū)的入射光束，從而產(chǎn)生從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的光；與所述密度離心機(jī)血液處理系統(tǒng)進(jìn)行光通信的光收集單元，用于至少收集從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的部分光束，并至少引導(dǎo)部分從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的所述光束到二維檢測(cè)器；和二維檢測(cè)器，放置成用于接收并檢測(cè)從所述光收集單元所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射的所述光束，從而測(cè)量從所述觀察區(qū)中透射，散射或透射和散射光的二維光強(qiáng)分布。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于監(jiān)測(cè)和控制血液和血液樣本處理的方法，具體涉及把血液分離成它的成分。一方面，本發(fā)明涉及用于測(cè)量從離心機(jī)分離室中透射，散射或透射和散射光的二維光強(qiáng)分布的光學(xué)方法和裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明方法測(cè)量的光強(qiáng)包括分離室或其元件的圖像，例如，分離室的光學(xué)單元。另一方面，本發(fā)明涉及用于血液處理的多功能監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。提供反饋控制系統(tǒng)，其中二維光強(qiáng)分布被測(cè)量，實(shí)時(shí)處理并作為控制血液處理輸出信號(hào)的基礎(chǔ)。提供用于監(jiān)測(cè)和控制血液處理的光學(xué)單元。
文檔編號(hào)B01D17/12GK1809739SQ200480017321
公開(kāi)日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2004年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月2日
發(fā)明者李·F·卡特爾, 杰里米·P.·柯蘭布蘭德?tīng)? 詹姆斯·R.·蘭德特考, 卓塞弗·A.·希伯納, 杰弗瑞·A.·斯特瓦爾德, 克里斯托弗爾·弗萊徹 申請(qǐng)人:甘布羅公司