专利名称：一种监测全血分层状况的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及血液处理，特别涉及到血液离心分离设备中用于探测离心杯内血层的方法以及相应的监控装置。
背景技术：
在使用离心杯对血液成分进行分离的过程中，需要利用探测监视技术来判定血液成份分离结束的最佳时机，并实施相应的自动化控制操作。例如，在血浆单采仪中，需要使用传感器来判定血浆采集结束的最佳时机。在自体血液回收机中，需要利用传感器来判定离心杯内红细胞是否装满，防止红细胞溢出。在血液离心分离过程中，各种血液成分由于比重不同因而受到的离心力大小不同，导致它们彼此分开形成血层，外侧为红色的红细胞层，内侧为淡黄色的血浆层，中间较薄的一层称为白膜层(主要含白细胞)。通常采用非接触光电传感技术来探测不同的血液成分。该技术的原理是利用血液成分的光反射或透射特性差异，通过探测和分析光电信号的变化来实现对血液成分的区别。现有离心杯血层光电传感装置所采用的探测方案主要有下面几种。I.使用反射镜和同轴光纤导光，发射和接收共光路，即采用同一透镜实现聚光照明和集光探测。该方案如图I所示，发射激光经位于同轴光纤04中央的单根光纤05a传导，再经透镜03和反射镜02后照射在离心杯01上。来自离心杯01的信号光经反射镜02和透镜03后，会聚在位于同轴光纤04外周离散分布的多根光纤05b上，经传导后由光敏元件接收。2.使用分光镜，发射和接收不共光路。该方案如图2所示，由光源和透镜构成的光发射器06放在分光镜07的一侧,发射光束斜射在分光镜07上,其反射部分照射到探测目标血层08上,来自目标血层08的信号光再经分光镜07后,其透射部分由放在分光镜07另一侧的光敏元件09接收。上述两种离心杯血层光电传感装置都是安装在离心井壁上，传感器远离光探测区，由于接收光路长，接收到的信号光较弱。另外，它们接收到的信号强度还受离心杯形状的限制，若接收光路与肩部探测区表面法线夹角很大，该方向上的反射较弱，使得探测到的信号强度更加微弱。对于米用光纤导光的方案，虽然其外形小巧，但装配复杂，而光源与光纤之间的光耦合以及弯曲的光纤本身也存在光能的损耗。另外，由于发射和接收共光路，发射光产生的杂散光易串入信号光中，从而降低光电信号的信噪比。对于采用分光镜的方案，虽然发射光对信号光不产生干扰，但由于分光导致光能损失很大，光能量利用率很低。
发明内容
本发明目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种离心杯内全血分层状况新的监测方法和装置。本发明的方法意在降低光的损耗，提高光能量的利用率，进而提高传感器的信噪比，更重要的是要使得这种方法制作的传感装置能够适用于不同形状结构的离心杯，提闻其适应性。本发明方法的原理是以光波作为信息载体，以血层的漫反射光作为信号光，该信号光由光电探测器收集并被转换成电信号，以该电信号作为分析处理对象。由于各血层具有不同的反射特性，血浆层相对最弱、白膜层相对最强、红细胞层处于中间，它们产生的信号光以及对应的光电信号强度不同，通过分析光电信号的强度变化可以实现对不同血层的探测区分，以探测出红细胞层，进而控制进血的速度和时间。本发明监测离心杯内全血分层状况的方法和装置提供下述技术方案来实现对离心杯内血层分层状况的探测功能
一种监测离心杯内全血分层状况的方法，其特征在于，该方法是由主机控制输液泵和阀门向离心杯内注入全血，由一光发射部件发出探测光束照射于所述离心杯上的探测区域，该探测区域为离心杯的肩部，进入离心杯内的全血因离心转动所形成的血浆层、白膜层和红细胞层依次通过探测区域并分别对探测光束产生漫反射光；由一光接收部件接收不同血层的漫反射光，经由一光电转换部件将接收的漫反射光转换成为电信号；所述电信号经由一电子电路�？榇砗蟠渲林骰姆治瞿？椋⒂煞治瞿？榧扑愦砀玫缧藕乓耘卸鲜欠裉讲獬龊煜赴悖骰谰菖卸辖峁刂剖湟罕玫谋盟俸头诺目希凰龇治瞿？榇淼缧藕欧椒ㄎ蹬斜鸱ǎ湎热范ㄒ桓龌撸狈涤牖卟畛兄翟蛉衔讲獬龊煜赴恪Ｔ诒痉⒚骷嗖饫胄谋谌植阕纯龅姆椒ㄖ校龇治瞿？橹蟹治龃砦蹬斜鸱ǎ门斜鸱ㄖ胁捎霉潭ㄣ兄担涔淌�1)先记录单位时间的光电信号采样值，计算出每连续η个采样值的平均值和该η个采样值的标准差若标准差与平均值的百分比小于10%，则以此连续η个采样的平均值作为基线数值，并以上述的标准差为基线标准差；若标准差与平均值的百分比大于10%，则进行下一组η个采样值判断，直至标准差与平均值的百分比小于10% ;2)取后续的m个连续采样点并计算出其平均值作为判断值，当判断值与基线数值的差值与基线标准差的比例大于N时，判断为检测到红细胞层，如小于N则再取后续的m个连续采样点继续判断，其中N为设定的阈值。在本发明监测离心杯内全血分层状况的方法中，所述分析�？橹蟹治龃砦蹬斜鸱ǎ门斜鸱ㄖ胁捎枚兄担涔淌�1)先记录单位时间的光电信号采样值，计算出每连续η个采样值的平均值和该η个采样值的标准差若标准差与平均值的百分比小于10%，则以此连续η个采样的平均值作为基线数值，并以上述的标准差为基线标准差；若标准差与平均值的百分比大于10%，则进行下一组η个采样值判断，直至标准差与平均值的百分比小于10% ;2)在O T时间段，取后续的m个连续采样点并计算出其平均值作为判断值，若判断值与基线数值的差值与基线标准差的比例大于NI时，判断其为血红细胞层，若小于NI则再取后续的m个连续采样点继续判断；在T 2T时间段，若当判断值与基线数值的差值与基线标准差的比例大于N2时，判断其为血红细胞层，若小于N2则继续采样判断；在2T 3T时间段，若当判断值与基线数值的差值与基线标准差的比例大于N3倍时，判断为检测出血红细胞层，若小于N3则继续采样判断；其中，NI、N2和N3为动态阀值，其随时间逐渐降低，即NI > N2 > N3。一种用于离心杯内全血分层状况的监测方法的光电传感装置，其特征在于，所述的离心杯和光电传感装置安装在一个可减弱外界光影响的离心井中，所述光电传感装置安装在离心杯头固定板下方，该光电传感装置包括有光发射器、光接收器和电子电路，所述 电子电路包括有光源驱动�？楹凸獾缧藕糯砟？椋龅墓庠辞？榱铀龅墓夥� 射器，光电信号处理�？榱铀龅墓饨邮掌鳎龉夥⑸淦鞣⒊龅奶讲夤馐丈渲廖挥� 离心杯肩部的探测区域，离心杯内血层产生的漫反射光由光接收器接收并转化为电信号传 输至位于主机内的光电信号处理�？椋筛霉獾缧藕糯砟？榇砀玫缧藕挪⒔砗蟮� 信号输送主机。在上述的光电传感装置中，所述光发射器由光源和位于光源前方的会聚透镜组 成，所述光源为LED、或为激光二极管，所述的光源发出为波长处于600 770 nm之间的红 色可见光；所述光接收器包括接收透镜和位于接收透镜后方的光敏元件；所述光敏元件为 光电二极管、或为光电三极管、或为光电池。在上述的光电传感装置中，所述光发射器和光接收器的轴线处于同一平面内，且 光发射器和光接收器的轴线之间呈20 40度的夹角；所述光接收器的轴线与探测区域的 表面法线所成夹角为0 20度。基于上述技术方案，本发明监测离心杯内全血分层状况的方法与现有技术相比具 有如下技术优点
1.本发明监测离心杯内全血分层状况的方法采用在封闭离心机内漫反射接收血层信 号并经过多重分析来判断出是否监测到红细胞层，进而控制主机中输液泵的泵速和阀门的 开闭，从而为全血的供给情况和后续的进一步处理提供控制依据，实现对分离过程的精确 控制。2.本发明的监测方法下制作的光电传感装置安装到离心杯头固定板的下方，并采 取使光发射器和光接收器呈一定夹角分布的简单结构，不使用光纤与分光镜，避免了由于 光纤和分光镜引起的光能损耗问题，而且发射光与信号光不会相互干扰，提高了光电信号 的信噪比。3.本发明的监测方法中以血层的漫反射光作为信号，实现该光电传感装置中光接 收器与检测区域的表面法线呈一定角度，使得接收信号强度不受离心杯形状结构的限制， 既可用于锥形离心杯也可用于鼓形离心杯和其他类型的离心杯。
图1是现有技术的一种利用光纤传导的离心杯血层光电传感装置结构示意图。图2是现有技术的另一种利用分光镜传导的离心杯血层光电传感装置结构示意 图。图3是实现本发明方法的光电传感装置的结构示意图。图4是实现本发明方法的光电传感装置的安装位置示意图。图5全血进入离心杯过程中各分层依次经过光电传感装置探测点时的状态示意 图。图6全血进入离心杯过程中光电传感装置探测到的各分层的数值变化的理论曲 线图。图7全血进入离心杯过程中光电传感装置探测到的各分层的数值变化的实际曲 线图。
具体实施例方式下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明离心杯血层光电传感装置做进一步的详细阐述，以求更为清楚明白地理解本发明方法的详细流程和光电传感装置的结构组成，但不能以此来限制本发明保护范围。本发明的方法以光波作为信息载体，以血层的漫反射光作为信号光，该信号光由光电探测器收集并被转换成电信号，以该电信号作为分析处理对象。由于各血层具有不同的反射特性，血浆层相对最弱、白膜层相对最强，红细胞层处于中间，它们产生的信号光以及对应的光电信号强度不同，通过分析光电信号的强度变化可以实现对不同血层的探测区分。本发明监测离心杯内全血分层状况的实现方法是由主机控制输液泵和阀门向离心杯内注入全血，由一光发射部件发出探测光束照射于所述离心杯上的探测区域，该探测区域为离心杯的肩部，进入离心杯内的全血因离心转动所形成的血浆层、白膜层和红细胞层依次通过探测区域并分别对探测光束产生漫反射光；由一光接收部件接收不同血层的漫反射光，经由一光电转换部件将接收的漫反射光转换成为电信号；所述电信号经由一电子电路�？榇砗蟠渲林骰姆治瞿？椋⒂煞治瞿？榧扑愦砀玫缧藕乓耘卸鲜欠裉讲獬龊煜赴悖骰谰菖卸辖峁刂剖湟罕玫谋盟俸头诺目�。当血液在离心杯内进行成分分离时，血层传感器的光电信号由于外界光线的干扰，或是电磁信号的干扰，或是震动的影响，会存在一些随机噪声。因此，为了及时准确地判断红细胞层到达的时间，需要用使用特定的判断算法。上述主机内的分析�？榇淼缧藕欧椒ㄎ蹬斜鸱�。其大致方法是(I)先确定基线，当幅值与基线的差超过一个固定的阈值时，判定为检测到红细胞层；(2)在(I)的基础上，阈值不固定，阈值大小随时间逐步降低。下面我们对于上述的幅值判别法的步骤流程进行详细阐述
第一步，基线判定。记录单位时间的光电信号采样值，并计算出每连续η个(3^η^ 10)采样的平均值作为判断值。在判断的初始阶段，首先根据公式计算前η点采样的平均值P和标准差σ :
如果所得的标准差与平均值的百分比σ /p小于10%，则平均值P作为基线,σ作为基线
标准差；反之如果百分比σ /P大于10%，则抛掉第一个采样点Ptl，引入下一点算下一组η点采样的平均值P和标准差O :
权利要求
1.一种监测全血分层状况的方法，其特征在于，该方法是由主机控制输液泵和阀门向离心杯内注入全血，由一光发射部件发出探测光束照射于所述离心杯上的探测区域，该探测区域处于离心杯的肩部，进入离心杯内的全血因离心转动所形成的血浆层、白膜层和红细胞层依次通过探测区域并分别对探测光束产生漫反射光；由一光接收部件接收不同血层的漫反射光，经由一光电转换部件将接收的漫反射光转换成为电信号；所述电信号经由一电子电路�？榇砗蟠渲林骰姆治瞿？椋⒂煞治瞿？榧扑愦砀玫缧藕乓耘卸鲜欠裉讲獬龊煜赴悖骰谰菖卸辖峁刂剖湟罕玫谋盟俸头诺目希凰龇治瞿？椴扇》蹬斜鸱ù淼缧藕牛湎热范ㄒ桓龌撸狈涤牖卟畛兄翟蛉衔讲獬龊煜赴�。
2.根据权利要求I所述的一种监测全血分层状况的方法，其特征在于，所述幅值判别法处理的过程是1)先记录单位时间的光电信号采样值，计算出每连续η个采样值的平均值和该η个采样值的标准差若标准差与平均值的百分比小于10%，则以此连续η个采样的平均值作为基线数值，并以上述的标准差为基线标准差；若标准差与平均值的百分比大于10%,则进行下一组η个采样值判断，直至标准差与平均值的百分比小于10% ;2)取后续的m个连续采样点并计算出其平均值作为判断值，当判断值与基线数值的差值与基线标准差的比例大于N时，判断为检测到红细胞层，若小于N则再取后续的m个连续采样点继续判断，其中N为设定的阈值。
3.根据权利要求I所述的一种监测全血分层状况的方法，其特征在于，所述幅值判别法处理的过程是1)先记录单位时间的光电信号采样值，计算出每连续η个采样值的平均值和该η个采样值的标准差若标准差与平均值的百分比小于10%，则以此连续η个采样的平均值作为基线数值，并以上述的标准差为基线标准差；若标准差与平均值的百分比大于10%，则进行下一组η个采样值判断，直至标准差与平均值的百分比小于10% ;2)在O T时间段，取后续的m个连续采样点并计算出其平均值作为判断值，若判断值与基线数值的差值与基线标准差的比例大于NI时，判断其为血红细胞层，若小于NI则再取后续的m个连续采样点继续判断；在T 2T时间段，若当判断值与基线数值的差值与基线标准差的比例大于N2时，判断其为血红细胞层，若小于N2则继续采样判断；在2T 3T时间段，若当判断值与基线数值的差值与基线标准差的比例大于N3倍时，判断为检测出血红细胞层，若小于N3则继续采样判断；其中，N1、N2和N3为动态阀值，其随时间逐渐降低，即NI > N2 > N3。
4.一种用于权利要求I所述的全血分层状况的监测方法的光电传感装置，其特征在于，所述的离心杯和光电传感装置安装在一个可减弱外界光影响的离心井中，所述光电传感装置安装在离心杯头固定板下方，该光电传感装置包括有光发射器、光接收器和电子电路，所述电子电路包括有光源驱动�？楹凸獾缧藕糯砟？椋龅墓庠辞？榱铀龅墓夥⑸淦鳎獾缧藕糯砟？榱铀龅墓饨邮掌鳎龉夥⑸淦鞣⒊龅奶讲夤馐丈渲廖挥诶胄谋绮康奶讲馇颍胄谋谘悴穆瓷涔庥晒饨邮掌鹘邮詹⒆缧藕糯渲廖挥谥骰诘墓獾缧藕糯砟？椋筛霉獾缧藕糯砟？榇砀玫缧藕挪⒔砗蟮男藕攀渌椭骰�。
5.根据权利要求4所述的光电传感装置，其特征在于，所述光发射器由光源和位于光源前方的会聚透镜组成，所述光源为LED、或为激光二极管，所述的光源发出为波长处于600 770nm之间的红色可见光；所述光接收器包括接收透镜和位于接收透镜后方的光敏元件；所述光敏元件为光电二极管、或为光电三极管、或为光电池。
6.根据权利要求5所述的光电传感装置，其特征在于，所述光发射器和光接收器的轴线处于同一平面内，且光发射器和光接收器的轴线之间呈20 40度的夹角；所述光接收器的轴线与探测区域的表面法线所成夹角为O 20度。
全文摘要
本发明涉及一种监测全血分层状况的方法，该方法由主机控制输液泵和阀门向离心杯内注入全血，由一光发射部件发出探测光束照射于离心杯上的探测区域，进入离心杯内的全血因离心转动所形成的血浆层、白膜层和红细胞层依次通过探测区域并分别对探测光束产生漫反射光；由光接收部件接收不同血层的漫反射光，经光电转换部件将接收的漫反射光转换成为电信号；电信号经电子电路�？榇砗蟠渲林骰姆治瞿？椋煞治瞿？椴扇》蹬斜鸱ù淼缧藕乓耘卸鲜欠裉讲獬龊煜赴悖骰谰菖卸辖峁刂剖湟罕玫谋盟俸头诺目希还獾绱凶爸冒ㄓ泄夥⑸淦�、光接收器和电子电路。本发明的方法能降低光损耗，提高光能量的利用率，提高传感器的信噪比和适应性。
文档编号G01N21/17GK102944520SQ20121050264
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者经建中, 刘继纯, 唐海波, 陶晨 申请人:金卫医疗科技(上海)有限公司
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