专利名称：用于监测管的远端相对于血管的位置的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于监测管的远端相对于血管的位置的系统。
背景技术：
专利US-A4971068公开了一种包括金属套管和安装在所述套管上的温度敏感指示器的针。血管穿入可以在血液进入套管并抵达所述温度敏感指示器的情况下通过所述温度敏感指示器的颜色的变化而得以可见地指示。专利US-A4971068中公开的针的问题在于，其不能够监测在注射流程期间，即在向患者供应液体的流程期间，所述套管是否能够保持在血管中的定位。亦即，专利US-A4971068中公开的针要求血液自身流到套管中直到所述温度敏感指示器，以便由此观察血·管穿入，进而观察套管在血管中的定位。因此,专利US-A4971068中公开的针仅允许应用在样本采集过程中。
发明内容
本发明的目的在于提供开头段落中定义的种类的系统，其既能够在样本采集期间又能够在注入流程期间监测管的远端是否保持在血管内的位置。本发明的目的是通过根据本发明的用于监测管的远端相对于哺乳动物的血管的位置的系统实现的。根据本发明的系统包括用于生成具有预定义电磁谱的电磁辐射的出射射束的源、用于将所述出射射束引导至所述远端以及将所述远端的周围响应于所述出射射束而反射的电磁辐射的入射射束引导至测量装置的导轨，所述测量装置用于测量与入射射束的电磁谱相关联的参数，并且所述系统还包括比较器装置，所述比较器装置被配置成将所述参数与参考参数进行比较，所述参考参数与表示所述远端在所述哺乳动物体内的预定义位置的参考电磁谱相关联。血液，更具体而言红血球，包括血红蛋白，而血管周围的组织则不含有血红蛋白，或者至少其成份显著减少。血红蛋白是含有铁的金属蛋白，其起着氧转运的作用。血红蛋白为血液提供了与组织相比截然不同的反射和吸收特性。因此，能够响应于电磁辐射的出射射束得到的电磁辐射的入射射束的电磁谱相关联的参数根据血液的反射率而变异。例如，红光，即波长处于630nm到740nm的范围内的电磁辐射受到相对较强的反射，而绿光，即波长处于490nm到560nm的范围内的电磁辐射受到反射的份额则要小得多，即，受到相对较强的吸收。因而，与所述管的远端位于血管外的情况相比，如果其位于血管内，那么上述参数将存在显著差异。通过测量与所述入射射束的电磁谱相关联的具体参数，并将所述参数与能够在所述管的远端位于患者体内的预定义位置上时响应于出射射束获得的参考电磁谱的对应参数进行比较，能够确定所述远端的位置是否处于所述位置上。如果参考谱反映了预定义位置处于血管中的情况，那么后面的量之间的一致性将指示管的远端具有适当位置，而后面的量之间的显著差异则指示不正确的位置。如果所述参考谱表现了预定义位置处于血管之外的情况，例如，处于组织内，那么相反的推论成立。电磁辐射的入射射束是响应于所述出射射束由所述管的管远端的周围反射的。因此，不要求血液流经管本身来实现对远端位置监测的目的。因此，根据本发明的系统能够在通过管从患者抽取血液的样本的采集流程期间以及在使液体通过所述管流向血管的注入过程中监测所述远端相对于血管的位置。在样本采集流程和注入流程期间，管的远端的位置都易受患者活动的干扰。如果所述远端失去了血管内的位置，即，所述远端不再位于血管内，那么所述液体将被提供给所述血管周围的组织。其后果是使患者发炎、肿胀和/或疼痛。根据本发明的系统可用于检测后一种情况，从而使医学专业人员采取适当的措施。此外，还应当指出的是，根据本发明的系统适于在上述流程的所有阶段期间监测管的远端的定位。亦即，根据本发明的系统既允许成功地应用于与患者交换液体的过程中，还允许成功地应用于这样的过程的开始，该过程的开始是指血管穿刺。
在本文中，认为血管既包括静脉，又包括动脉。应当指出，出射射束的谱不限于电磁谱的可见部分。亦即，所述谱可以包括小于380nm的波长以及超过750nm的波长。在本文中，管隐含用于与哺乳动物患者交换液体的管道，例如，针、套管、软导管
坐寸ο在根据本发明的系统的优选实施例中，参考电磁谱表示预定义位置处于血管内的情况。即使管的远端未处于血管周围的组织内，这一实施例也能够实现对管的远端相对于血管的错位的检测，其与参考电磁谱反映预定义位置处于血管周围的组织内的情况的实施例形成了对比。因此，这一实施例的优点在于能够更加可靠地监测管的远端相对于血管的位置。在根据本发明的系统的另一优选实施例中，与电磁谱相关联的参数是时间相关性。在这一实施例中，与电磁谱相关联的参数不仅根据血液的反射率而产生变异；此外其还根据血液的流速而产生变异。亦即，在血液中均匀或者非均匀散布的红血球将以对应于它们的速度的多普勒频移对入射射束进行反射。所述多普勒频移相应地影响入射射束的电磁谱的时间相关特性。如果管的远端不再位于血管内部，那么将不再出现后面的多普勒频移。因此，这一实施例有利地实现了对管的远端不再位于血管内但仍然被血液包围的检测。后一种情况可能发生在例如接受治疗的患者遭受存在问题的血液凝固时。对于这样的患者而言，如果所述远端中止了处于血管之内，并且终止于血管周围的组织内，其仍然受到血液的包围。在根据本发明的系统的实际实施例中，与电磁谱相关联的所述参数是谱内容(content)。在根据本发明的系统的另一实际实施例中，与电磁谱相关联的所述参数是特定波长处的谱内容。这一实施例是有利的，因为其方便了所述系统的操作，同时允许清楚、无歧义地检测出所述管的远端相对于血管的可能的错位。例如，对于大约400nm的波长而言，血液的吸收谱与血管周围的组织的吸收谱相比尤强。后一具有区别性的吸收特性将通过入射射束的电磁谱得到相应的反映，因而构成了用于判断所述远端是否位于血管内的基础。在根据本发明的系统的另一优选实施例中，所述特定波长处于630nm到730nm的范围内。与血管的壁相比，血液对处于630nm到730nm的范围内的波长的反射相对较强。因此，这一优点在于，其允许准确地记录所述远端是占据了血管内的位置，还是占据了血管外的接近血管壁的位置。
在根据本发明的系统的另一实际实施例中，将所述管的壁配置成充当导轨。这一实施例实现了将多个功能，即，向患者传送液体或者传送来自患者的液体，将出射射束朝向患者引导以及朝向测量装置转送入射射束这些功能集成到单个部件内，由此减少系统中包含的部件的数量。因此，这一实施例有利地提高了在单次使用之后将所述管抛弃的经济可行性。在根据本发明的系统的另一优选实施例中，所述导轨被布置成接收液体，从而实现引导所述出射射束和入射射束的目的。在这一实施例中，导轨的性能取决于管内存在的液体的量。如果不存在液体，将既不传送出射射束，也不传送入射射束。因此，除了有效地降低了与导轨的实现相关联的成本之外，这一实施例还有利地实现了对朝向患者的液体输送或者对患者的样本采集是否中断的检测。这样的中断可能是由附接到所述管上的液体容器变空以及所述管因受到急剧的弯曲而堵塞导致的。在根据本发明的系统的另一优选实施例中，所述管包括用于充当导轨的光纤。这一实施例的优点在于提供了具有良好的光学特性的导轨，例如，其保证了全内反射，对于医学专业人员而言所述导轨不会对该系统的操纵性能造成不利影响，而且不会给患者带来不方便。根据本发明的系统的另一优选实施例包括用于暂时存储在使用过程中从液体容器滴落的液体的滴液腔(drip chamber)，其中，所述滴液腔包括被配置成辅助导轨将来自所述源的电磁辐射的出射射束引导至所述远端的光学元件，该光学元件具有响应于所述滴液腔内的液体的覆盖的透明部分以及响应于所述滴液腔内的液体的非覆盖的反射部分。因而，在所述光学元件浸没在液体中时允许出射射束经过，在其被空气完全包围时其阻碍出射射束经过。因此，入射射束依赖于滴液腔内存在的液体的量。因此，这一实施例有利地实现了对滴液腔内的液体的液面是否下降到了某一临界水平以下的检测。根据本发明的系统的另一优选实施例包括用于暂时存储在使用过程中从液体容器滴落的液体的滴液腔，其中，所述源被配置成提供电磁辐射的出射射束，其中所述电磁辐射具有与液体在工作条件下从液体容器朝向所述管滴落所沿的虚轴相交的取向。在本文中，相交隐含着出射射束不与所述虚轴平行。液体每次滴落都与电磁辐射的出射射束交叉，因而所述射束将受到反射。因此，出射射束由此以这种方式被反射的频率符合液体的滴落速度。假定平均液滴尺寸是已知的，那么出射射束受到反射的频率将构成向患者输送液体的速度的测度。因此，这一实施例的优点在于其实现了对液体输送速度的指示。根据本发明的系统的另一优选实施例包括用于暂时存储在使用过程中从液体容器滴落的液体的滴液腔，其中，所述源被配置成提供电磁辐射的出射射束，所述电磁辐射具有与所述滴液腔内的液体的界面相交的取向。每次液体滴落都会触及所述界面，即滴液腔内的液体的表面，从而引起表面波，所述表面波将改变液体的界面对出射射束的反射。因此，出射射束的反射以这种方式受到改变的频率必然符合液体滴落的速度。假定平均液滴尺寸是已知的，那么出射射束受到反射的频率将构成向患者输送液体的速度的测度。因此，这一实施例有利地实现了对朝向患者的输送速度的指示。
图I示意性显示了根据本发明的系统的实施例，其中，所述导轨与所述管是断开的。图2A、2B和2C分别 描绘了组织、血管壁和血液的反射谱。图3示意性示出了其中导轨与管集成的根据本发明的系统的实施例。图4示意性示出了包括滴液腔的根据本发明的系统的实施例。图5示意性示出了根据本发明的系统的一个实施例，其中，所提供的出射射束具有与从液体容器滴下的液体相交的取向。图6示意性示出了根据本发明的系统的一个实施例，其中，所提供的出射射束具有与滴液腔中的液体的界面相交的取向。
具体实施例方式图I示意性显示了用于监测管104的远端102相对于血管106的位置的系统101。在这一具体实施例中，系统101用于通过管104静脉输送液体108。然而,系统101同样可以实现从血管106采集样本的目的。系统101包括用于生成具有预定义电磁谱的电磁辐射的出射射束112的源110。系统101还包括导轨114，其用于朝向管104的远端102传送出射射束112。由图I可以清楚地看出，导轨114和管104未必是集成在单个部件内的。导轨114还被配置成将远端102的周围118响应于所述电磁辐射的出射射束112反射的电磁辐射的入射射束116朝向测量装置120传送。测量装置120被布置成测量与电磁辐射的入射射束116的电磁谱相关联的参数122。后一参数根据血液的反射率而变异，即，与远端102的周围118不包括血液的情况相比，例如，与周围118是血管106周围的组织的情况相比，如果远端102的周围118包含血液，那么该参数将表现出差异。系统101还包括比较器装置124，比较器装置124被配置成将参数122与参考参数126进行比较，所述参考参数与参考电磁谱相关联。参考电磁谱能够在远端102位于哺乳动物患者体内的某一预定义位置的情况下通过响应于出射射束112的入射射束116获得。可以将参考参数126存储到存储器128内。比较器装置124的输出使得医学专业人员能够得出关于远端102相对于血管106的位置f的结论，并在表明远端102未处于血管106内的情况下相应地采取适当的措施，远端102未处于血管内或者是因为在注射或者样本采集过程的开始就没有进入血管106，或者是因为由例如患者的活动而使其不再位于血管106内。在系统101的具体实施例中，参考电磁谱反映预定义位置处于血管106内的情况。因而，对于系统101的这一实施例而言，如果参数122基本等于参考参数126，那么远端位于血管106内成立。在系统101的具体实施例中，测量装置120还被配置成测量入射射束116的电磁谱的时间相关性。假定具体的血流速度和方向，如箭头132所示，那么红血球134、136和138将接连对出射射束116进行反射，从而引起根据血流速度的多普勒频移。出于这一目的，测量装置120可以设有其本身已知的激光多普勒振动计。在系统101的另一具体的实施例中，测量装置120备选地被配置成测量入射射束116的电磁谱的谱内容。图2A示出了组织的反射谱，图2B显示了血管壁的反射谱，图2C示出了血液的反射谱。反射谱的强度是按照无量纲的形式表示的。参考电磁谱可以是图2A所示的组织的反射谱，也可以是图2C所示的血液的反射谱。根据图2A和图2C，血液和组织的反射谱存在显著差异，对于570nm的波长以及处于650和750nm之间的波长而言尤其如此。这些差异一方面可归因于血液对绿光，即波长处于520nm到570nm的范围内的电磁辐射的相对较强的吸收，另一方面可归因于血液对红光，即波长处于630nm到740nm的范围内的电磁辐射的相对较强的反射。因此，在根据本发明的系统的另一实施例中，所述测量装置被布置成测量入射射束116的电磁谱在具体的波长处的谱内容，所述具体波长优选处于630到730nm的范围内，例如，700nm。后一波长范围能够实现血液和血管壁之间的鲁棒而准确的区分，参考图2B和2C。此外，通过考虑630和730nm之间的波长，将获得具有更大的幅度的信号，从而提高与参数122相关联的信噪比，由此提高系统101的测量准确度。在根据本发明的系统的另一实施例中，所述测量装置被布置成测量入射射束116的电磁谱在多个具体的波长处的谱内容，所述多个波长优选处于630到730nm的范围内，例如，为650nm、680nm 和 71Onm。·
图3A示意性显示了用于测量管304的远端302相对于血管306的位置的系统301。在这一具体实施例中，采用管104静脉提供液体308，然而其同样可以实现从血管306采集样本的目的。系统301包括用于生成具有预定义电磁谱的电磁辐射的出射射束312的源310。系统301还包括导轨314，导轨314用于朝向管304的远端302传送出射射束312。在这一具体实施例中，管304的壁313被布置成充当导轨314。因此，管304和导轨314实际上集成到了单个部件内。壁313利用了全内反射原理。此外，导轨314还被配置成将远端302的周围318响应于所述电磁辐射的出射射束312反射的电磁辐射的入射射束316朝向测量装置320传送。测量装置320被布置成测量与电磁辐射的入射射束316的电磁谱相关联的参数322。参数322可以是入射射束316的电磁谱的谱内容的时间相关性。系统301还包括比较器装置324，比较器装置324被配置成将参数322与参考参数326进行比较，所述参考参数与参考电磁谱相关联。参考电磁谱能够在远端302位于哺乳动物患者体内的某一预定义位置的情况下通过响应于出射射束312的入射射束316获得。在本文中，所述预定义位置可以是血管306，也可以是所述血管306的周围的组织。在这一具体的例子中，存储器328被布置成存储参考参数326。比较器装置324的输出330允许相关医学专业人员在系统301监测到远端302的位置未处于血管306内的情况下采取适当措施。在图3B中，采用等同的附图标记表示等同的元件。在图3B所示的具体实施例中，光纤315被配置成充当导轨314。因此，在图3B所示的具体实施例中，管304和导轨314集成到了单个部件内。光纤315利用了全内反射。图4示意性显示了用于监测管403的远端(未示出)相对于血管(未示出)的位置的系统402。将系统402以可释放的方式安装到滴液腔404上。滴液腔404被配置成存储将通过静脉提供给哺乳动物患者(未示出)的液体406。系统402包括用于生成具有预定义电磁谱的出射射束410的源408。此外，系统402还包括测量装置412，测量装置412用于测量与管的远端的周围反射的入射射束416相关联的参数414。系统402包括导轨，所述导轨用于朝向管403的远端传送出射射束410，并且用于将入射射束416引导至测量装置412，该导轨是由液体406本身体现的。或者，例如，同样可以采用光纤实现界定导轨的目的。系统402还包括反射镜418和光学元件420。所述光学元件包括响应于由液体406的覆盖的透明部分和响应于未由液体406的覆盖，即，响应于空气的覆盖的反射部分。因而，仅有在出射射束410与浸没在流体406中的部分相互作用时，光学元件420才对出射射束410进行传送。因此，如果液体处于临界水平422以上的任何水平上，那么出射射束410将途经光学元件420，如果液体处于例如水平424上，那么出射射束将受到光学元件的反射，该反射提供了滴液腔404中的液体406的量处于临界值以下的指示。系统402还包括比较器装置426，比较器装置426用于将参数414与可以存储在存储器430内的参考参数428进行比较。比较器装置426生成指示管的远端相对于哺 乳动物的血管的位置的信息432。图5示意性显示了用于监测管503的远端(未示出)相对于血管(未示出)的位置的系统502。将系统502以可释放的方式安装到滴液腔504上。滴液腔504被配置成存储将通过静脉提供给哺乳动物患者(未示出)的液体506。系统502包括用于生成具有预定义电磁谱的出射射束510的源508。源508被配置成提供具有与虚轴512相交的取向的出射射束510，在工作条件下，液体通过液滴514和516从滴液腔(未示出)沿所述虚轴512朝向管503滴下。系统502还包括用于测量与入射射束522相关联的参数520的测量装置518。入射射束522受到液滴514和516的反射，在没有这样的液滴的情况下，其受到管的远端的周围的反射，从而实现对管的远端相对于血管的位置的监测。液滴514和516对出射射束510的反射之间的时间跨度提供了液体从液体容器向滴液腔504滴落的速度的测度。假设液面523具有达到的稳定值，那么液体滴落速度就构成了向哺乳动物患者(未示出)静脉输送液体506的速度的准确测度。系统502包括导轨，所述导轨用于朝向管503的远端传送出射射束510，并且用于将入射射束522引导至测量装置518，该导轨是由液体506本身体现的。系统502还包括比较器装置524，比较器装置524用于将参数520与可以存储在存储器528内的参考参数526进行比较。比较器装置524在工作条件下生成的信息530指示所述管的远端相对于哺乳动物患者的血管的位置。应当指出，源508和测量装置518备选地可以位于滴液腔504的相反的两侧。图6示意性示出了用于监测管603的远端(未示出)相对于哺乳动物(未示出)的血管(未示出)的位置的系统602。将系统602以可释放的方式安装到滴液腔604上。滴液腔604被配置成存储将通过静脉提供给哺乳动物患者(未示出)的液体606。系统602包括用于生成具有预定义电磁谱的出射射束610的源608。源608被配置成提供具有与滴液腔604内的液体606的界面612相交的取向的出射射束610。系统602还包括用于测量与入射射束618相关联的参数616的测量装置614。系统602包括光学元件619，例如，用于使所述出射射束610朝向导轨重定向的反射镜，所述导轨被布置成向管603的远端传送出射射束610，以及将入射射束618引导至测量装置614。在工作过程中，在重力作用下从液体容器(未示出)落到滴液腔604内的液滴620和622在界面612上导致了表面波。出射射束610受到界面612的折射所沿的取向将响应于所述表面波改变方向。此外，入射射束618和界面612之间的角度可能变得很大，从而超过了空气624和液体606之间的界面612的临界角。因此，将在界面612处获得全内反射，而不是折射。因此，入射射束618因界面612而受到的反射和折射的交替频率提供了液体从液体容器向滴液腔604滴落的速度的测度。假设滴液腔604内的液体606的量具有达到的稳定值，那么液体滴落速度就构成了通过静脉向哺乳动物患者输送液体606的速度的准确测度。系统602还包括比较器装置626，比较器装置626被配置成将参数616与存储器630内存储的参考参数进行比较，并且相应地生成指示管的远端相对于哺乳动物患者的血管的位置的信息632。或者，测量装置614可以包括本身已知的位置敏感探测器。尽管已经在附图和上述说明中详细示出和描述了本发明，应当将这样的图示和说明看作是示范性或示例性的，而不是限定性的。本发明不限于所公开的实施例。应当指出，根据本发明的系统及其所有的部件都可以采用本身已知的过程和材料制成。在权利要求集和说明书中，“包括”一词不排除其他元件，单数冠词“一”或“一个”不排除复数。不应将权 利要求中的附图标记推断为限制本发明的范围。还应当指出，权利要求集中定义的特征的所有可能的组合都是本发明的部分。
权利要求
1.一种用于监测管(104、304、403、503、603)的远端(102、302)相对于哺乳动物的血管(106、306)的位置的系统(101、301、402、502、602)，包括 源(110、310、408、508、608)，其用于生成具有预定义电磁谱的电磁辐射的出射射束(112、312、410、510、610), 导轨(114、314)，其用于将所述出射射束引导至所述远端，并且用于将所述远端的周围(118,318)响应于所述出射射束而反射的电磁辐射的入射射束(116、316、416、522、618)引导至测量装置(120、320、412、518、614)， 所述测量装置，其用于测量与所述入射射束的电磁谱相关联的参数(122、322、414、520,616),以及 比较器装置(124、324、426、524、626)，其被配置成将所述参数与参考参数(126、326、428、526、628)进行比较,所述参考参数与表示所述远端在所述哺乳动物体内的预定义位置的参考电磁谱相关联。
2.根据权利要求I所述的系统，其中，所述参考电磁谱表示所述预定义位置处于所述血管(106)内的情况。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述参数是时间相关性。
4.根据权利要求I所述的系统，其中，所述参数是谱内容。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述参数是特定波长处的谱内容。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述特定波长处于630nm到730nm的范围内。
7.根据权利要求I所述的系统，其中，所述管(304)的壁(313)被配置成起着所述导轨(314)的作用。
8.根据权利要求I所述的系统，其中，所述导轨被布置成接收液体(406、506、606),从而实现对所述出射射束和所述入射射束进行引导的目的。
9.根据权利要求I所述的系统，其中，所述管(304)包括起着所述导轨(314)的作用的光纤(315)。
10.根据权利要求I所述的系统，其包括用于暂时存储在使用过程中从液体容器滴落的液体(406)的滴液腔(404)，其中，所述滴液腔(404)包括被配置成辅助所述导轨将来自所述源(408)的电磁辐射的所述出射射束(410)引导至所述远端的光学元件(420)，所述光学元件具有响应于所述滴液腔中由所述液体(406)的覆盖的透明部分和响应于所述滴液腔中未由所述液体的覆盖的反射部分。
11.根据权利要求I所述的系统，其包括用于暂时存储在使用过程中从液体容器滴落的液体(506)的滴液腔(504)，其中，所述源(508)被配置成提供具有与虚轴(512)相交的取向的电磁辐射的所述出射射束(510)，其中，在工作条件下所述液体(506)沿所述虚轴从所述液体容器朝向所述管(503)滴落。
12.根据权利要求I所述的系统，其包括用于暂时存储在使用过程中从所述液体容器滴落的液体(606)的滴液腔(604)，其中，所述源(608)被配置成提供具有与所述滴液腔(604)中的所述液体(606 )的界面(612 )相交的取向的电磁辐射的所述出射射束(610)。
全文摘要
本发明涉及一种用于监测管(104)的远端(102)相对于哺乳动物的血管(106)的位置的系统(101)。所述系统包括用于生成具有预定义电磁谱的电磁辐射的出射射束(112)的源(110)。所述系统还包括用于将所述出射射束引导至所述远端，以及将所述远端的周围(118)响应于所述出射射束而反射的电磁辐射的入射射束(116)引导至测量装置(120)的导轨(114、114)，所述测量装置被布置成测量与所述入射射束的电磁谱相关联的参数(122)。所述系统还包括比较器装置(124)，比较器装置(124)用于将所述参数与参考参数(126)进行比较，所述参考参数与表示所述远端在哺乳动物体内的预定义位置的参考电磁谱相关联。
文档编号A61B5/06GK102946925SQ201180029104
公开日2013年2月27日 申请日期2011年6月10日 优先权日2010年6月17日
发明者J·M·伦森, W·H·J·伦森 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司