专利名称：一种离心杯内全血分层状况的监测方法及光电传感装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及血液处理设备，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光电传感装置件。
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，若接收光路与离心杯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。对于采用光纤导光的方案，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
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种新的监测方法以及和离心杯血层光电传感装置。本发明的方法和装置意在降低光的损耗，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结构简单的传感器能够适用于不同形状结构的离心杯，提高其适应性。本发明的方法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。 一种离心杯内全血分层状况的监测方法，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模块处理后传输至主机的分析模块，并由分析模块计算处理该电信号以判断是否探测出红细胞层，主机依据判断结果控制输液泵的泵速和阀门的开合；所述分析处理模块处理电信号采用斜率判别法，该判别法是根据一点或多点的斜率值与设定的阈值比较来判别是否探测出红细胞层。在本发明离心杯内全血分层状况的监测方法中，所述分析模块中分析处理为斜率判别法，该判别法为单点斜率判断，其过程是记录单位时间的光电信号采样值，计算每个采样值在单位时间内的变化量，即该采样点的斜率，若计算出的斜率值K大于预设的比较值D1，则判断为检测出红细胞层。在本发明离心杯内全血分层状况的监测方法中，所述分析模块中分析处理为斜率判别法，该判别法为两点斜率判断，其过程是记录单位时间的光电信号采样值，计算每个采样值在单位时间内的变化量，即该采样点的斜率，在判断的初始阶段，预设一个累计值A为0，当计算出的斜率值K大于预设的比较值D2时，累计值AWl;当斜率值小于零时，累计值A归零，当累计值A大于预设的阈值时，判定为检测到红细胞层。在本发明离心杯内全血分层状况的监测方法中，所述分析模块中分析处理为斜率判别法，该判别法为多点斜率判断，其过程是记录单位时间的光电信号采样值，计算每个采样值在单位时间内的变化量，即该采样点的斜率，在判断的初始阶段，预设两个比较值D3和D4以及一个累计值A，其中累计值A为0，比较值D3小于比较值D4，当计算出的斜率值大于比较值D3且小于比较值D4时，累计值A加I ;当计算出的斜率值大于比较值D4时，累计值A加c，I < c < 10，当计算出的斜率值小于O时，累计值A归零；当累计值A大于预设的阈值时，判断出检测到红细胞层。在本发明离心杯内全血分层状况的监测方法中，在所述分析模块处理电信号方法为斜率判别法还同时应用有幅值判别法，幅值判别法是先确定一个基线，当幅值与基线差超过阈值则认为探测出红细胞层，幅值判别法和斜率判别法中任何一种判别法先探测出红细胞层，主机依据即可判断结果控制输液泵的泵速和阀门的开合。一种用于离心杯内全血分层状况的监测方法中的光电传感装置，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；所述电子电路包括有光源驱动模块和光电信号处理模块，所述的光源驱动模块连接所述的光发射器，光电信号处理模块连接所述的光接收器，所述光发射器发出的探测光束照射至位于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模块，由该光电信号处理模块处理该电信号并将处理后的信号输送主机。在本发明的离心杯血层光电传感装置中，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。基于上述技术方案，本发明离心杯内全血分层状况的监测方法及离心杯血层光电传感装置与现有技术相比具有如下技术优点
I.本发明离心杯内全血分层状况的监测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，达到精确控制离心分离的目的。2.本发明离心杯血层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.本发明离心杯血层光电传感装置以血层的漫反射光作为信号，并使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，提高其适用性。
图I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是本发明离心杯血层光电传感装置的结构示意图。图4是本发明离心杯血层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幅值变化曲线图。图8是光电信号幅值经过五点斜率计算法后得到的斜率随时间变化的曲线图。图9是用连续多点斜率判断法得出的累计值随时间变化的曲线图。
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。本发明离心杯内全血分层状况的监测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模块处理后传输至主机的分析模块，并由分析模块计算处理该电信号以判断是否探测出红细胞层，分析处理模块处理电信号采用斜率判别法，该判别法是根据一点或多点的斜率值与设定的阈值比较来判别是否探测出红细胞层，主机依据是否探测出红细胞层的判断结果控制输液泵的泵速和阀门的开合。当血液在离心杯内进行成分分离时，光电传感装置的光电信号由于以下原因，会存在各种噪声和变化机械震动，产生周期性的噪声；电子噪声，产生非周期性的随机噪声；光源因发光器件老化而衰减，使得信号整体减弱；光接受器件由于灰尘等污染，引起信号整体减弱；不同的血液，由于溶血情况的不同，对光的散射不同，使得血浆信号和红细胞层信号的幅度差不同；离心杯表面光洁度、厚度不同或不均匀，对光的散射不同或不均匀，使得信号整体基线发生变化；外界光对传感器产生干扰，使得信号整体基线变高；进血速度的不同，血液红细胞压积比的不同，引起分层面通过监测点的速度不同，信号的变化速度不同。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。上述主机内的分析模块处理电信号方法可以为单独的斜率判别法，也可以为单独 的幅值判别法。也或者是斜率判别法和幅值判别法的结合，只要其中一个方法判别出红细胞层，即可输出控制信号。对于斜率判别法，其大致方法是(I)计算每一点上的斜率，当斜率超过一个固定的阈值时，判定为检测到红细胞层；(2)计算每一点上的斜率，当连续几个点的斜率都超过一个固定的阈值时，判定为检测到红细胞层；(3)计算每一点上的斜率，当连续几个点的斜率都是正值且斜率的累积值超过一个固定的阈值时，判定为检测到红细胞层。对于幅值判别法，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斜率判别法和幅值判别法分别进行详细阐述
一、斜率判别法
在斜率判别法中，首先计算每个采样信号的斜率，也既是单位时间内的信号变化量，计算斜率可以用两点计算法，也可以用多点计算法。两点计算法
权利要求
1.一种离心杯内全血分层状况的监测方法，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模块处理后传输至主机的分析模块，并由分析模块计算处理该电信号以判断是否探测出红细胞层，主机依据判断结果控制输液泵的泵速和阀门的开合；所述分析处理模块处理电信号采用斜率判别法，该判别法是根据一点或多点的斜率值与设定的阈值比较来判别是否探测出红细胞层。
2.根据权利要求I所述的一种离心杯内全血分层状况的监测方法，其特征在于，所述分析模块中分析处理时斜率判别法的过程是记录单位时间的光电信号采样值，计算每个采样值在单位时间内的变化量，即该采样点的斜率，若计算出的斜率值K大于预设的比较值DI，则判断为检测出红细胞层。
3.根据权利要求I所述的一种离心杯内全血分层状况的监测方法，其特征在于，所述分析模块中分析处理时斜率判别法的过程是记录单位时间的光电信号采样值，计算每个采样值在单位时间内的变化量，即该采样点的斜率，在判断的初始阶段，预设一个累计值A为O，当计算出的斜率值K大于预设的比较值D2时，累计值AWl;当斜率值小于零时，累计值A归零，当累计值A大于预设的阈值时，判定为检测到红细胞层。
4.根据权利要求I所述的一种离心杯内全血分层状况的监测方法，其特征在于，所述分析模块中分析处理时斜率判别法的过程是记录单位时间的光电信号采样值，计算每个采样值在单位时间内的变化量，即该采样点的斜率，在判断的初始阶段，预设两个比较值D3和D4以及一个累计值A，其中累计值A为O，比较值D3小于比较值D4，当计算出的斜率值大于比较值D3且小于比较值D4时，累计值A加I ;当计算出的斜率值大于比较值D4时，累计值A加c，I < c < 10，当计算出的斜率值小于O时，累计值A归零；当累计值A大于预设的阈值时，判断出检测到红细胞层。
5.根据权利要求I 4任一项所述的一种离心杯内全血分层状况的监测方法，其特征在于，在所述分析模块处理电信号方法为斜率判别法还同时应用有幅值判别法，幅值判别法是先确定一个基线，当幅值与基线差超过阈值则认为探测出红细胞层，幅值判别法和斜率判别法中任何一种判别法先探测出红细胞层，主机依据即可判断结果控制输液泵的泵速和阀门的开合。
6.一种用于权利要求I所述的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；所述电子电路包括有光源驱动模块和光电信号处理模块，所述的光源驱动模块连接所述的光发射器，光电信号处理模块连接所述的光接收器，所述光发射器发出的探测光束照射至位于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模块，由该光电信号处理模块处理该电信号并将处理后的信号输送主机。
7.根据权利要求6所述的离心杯血层光电传感装置，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。
全文摘要
本发明涉及一种离心杯内全血分层状况的监测方法及光电传感装置，监测方法用于探测离心杯内的不同血层，本发明的装置包括有光发射器、光接收器和电子电路，电子电路由光源驱动模块和光电信号处理模块组成，光源驱动模块连接于光发射器，光电信号处理模块连接于光接收器，光发射器与光接收器的轴线呈一定夹角，光发射器在光源驱动模块的驱动下发出探测光束，照射于离心杯肩部的探测区域，离心杯内血层的漫反射光作为信号光由光接收器接收并输出光电信号，该信号由光电信号处理模块进行分析处理，分析处理模块采用斜率判别法来判别红细胞层。本发明的方法和装置能降低光的损耗，提高光能量的利用率，进而提高传感器的信噪比，提高其适应性。
文档编号G01N21/51GK102944535SQ201210501898
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