分析设备和用于分析流体的粘度的方法与流程

分析设备和用于分析流体的粘度的方法
1.说明书
2.本发明涉及分析装置和用于分析流体的粘度的方法。本发明还涉及计算机程序以及存储计算机程序的机器可读存储介质。
3.pt(凝血酶原时间)和inr(国际标准化比率)是血液凝固的标准度量。通常，通过添加凝血活酶并随后测量凝血时间来确定血样中的inr。该确定可以在实验室进行；同时，测试条装置如今也可以由患者进行自我测量，与血糖测量程序相当。凝血管理对于具有心脏辅助系统的患者最小化泵血栓必不可少。监测血液粘度作为inr替代参数可能足以进行凝血管理。
4.ep 2 175 770 b1描述了基于表面波(简称saw)的显性血液粘度传感器，以用于确定粘度。
5.us 7,591,777 b2描述了通过血液粘度对心脏辅助系统的驱动件的机械影响在心脏辅助系统中的粘度确定。
6.本发明的任务是提供用于分析流体的粘度的改进方法和用于此目的的改进的分析装置。具体地，本发明的目标是限定允许以短时尺度连续分析流体的粘度的方法和装置。
7.此任务通过权利要求1中限定的确定装置和权利要求9中限定的方法来实现。在从属权利要求中限定了本发明的有利实施例。
8.下文呈现用于分析流体的粘度的分析装置和根据本发明的用于分析流体的粘度的方法，最后是对应的计算机程序。使用从属权利要求中限定的措施，可以得到独立权利要求中限定的主题的有利的另外的实施例和改进。
9.鉴于此背景，本文呈现的方法呈现根据主权利要求所述的用于分析流体的粘度的分析装置和用于分析流体的粘度的方法最后是对应的计算机程序。使用从属权利要求中列出的措施，可以得到独立权利要求中限定的装置的有利的另外的开发和改进。
10.所呈现方法可实现的优点在于，此处呈现的分析装置设计成使用流体的实时多普勒参数快速且容易地确定和提供或传输流体的粘度。在这种情况下，多普勒参数可以理解为表示关于发射到流体中的信号的频率到从流体接收的信号的频率的变化的信息的参数。例如，多普勒参数对应于多普勒频移。在本案中，多普勒谱可理解为意指包含由发射到流体中的信号产生的频率以及由从流体接收的信号产生的频率的频谱。然后，此方法可以例如允许分析发射到流体中的信号的不同频率分量相对于由从流体接收的信号产生的频率分量的多普勒频移。
11.提出了一种用于分析流体的粘度的分析装置。所述分析装置包括检测装置和提供装置。所述检测装置形成为使用流体的多普勒谱的至少一个多普勒参数确定流体的粘度。所述提供装置形成为提供或发射表示由所述检测装置确定的粘度的粘度信号。多普勒谱应理解为来自流体的流动分布和超声元件的方向特性的产物，所述超声元件在流体中产生或可产生声波。流动分布可以取决于流体的流速，并且另外或替代地取决于流体流过的入口装置的成形。
12.检测装置可设计成从此超声元件读取多普勒参数，所述超声元件可以是超声换能
器。超声元件可形成为在流体中产生声波，并感测流体中返回的反射声波的多普勒参数。所产生的声波可具有限定或固定方向特性。检测装置和/或提供装置可以是超声元件的一部分，或可形成为联接到超声元件。例如，检测装置可形成为从超声元件读取由超声元件感测的多普勒参数。
13.检测装置可形成为使用多普勒参数与粘度之间的函数关系和/或使用查找表来确定粘度，特别是其中，多普勒参数与粘度之间的关系可存储在查找表中。查找表可以是校准表，其可以存储所有相关多普勒参数以及另外或替代地其它相关参数(例如流体的流速)的流体的所有相关粘度的测量数据。使用实时多普勒参数，随后可从查找表快速且容易地读取映射到所述实时多普勒参数的粘度。或者可以通过使用实时多普勒参数求解函数关系来快速且容易地确定粘度。查找表和/或函数关系可存储在检测装置中，或者可以被读取以供检测装置使用。
14.如果根据实施例检测装置形成为使用存储在查找表中的第一粘度和存储在查找表中的第二(相邻)粘度的插值来确定粘度，也是有利的。这允许提高计算准确性。
15.所述分析装置还可包括套管，所述套管具有用于接收流体的入口接口和与入口接口相对的用于排出流体的出口接口，特别是其中，所述多普勒参数可以表示套管中的多普勒参数。此类套管可形成为用在心脏辅助系统上或心脏辅助系统中。例如，套管可以成形或形成为接收血液作为流体。然后，可以使用分析装置有利地确定套管中血液的实时粘度。检测装置还可以形成为使用套管的至少一个套管参数来确定粘度。套管参数可以是套管宽度或套管半径。
16.根据另一有利的实施例，分析装置包括流动装置，所述流动装置用于将流体从入口接口输送到套管的出口接口，特别是其中，流动装置可被布置在或可布置在出口接口的区域上或所述区域中。流动装置可包括电动机形式的驱动装置和联接的叶轮。当流动装置在操作中时，因此可以引起流体的体积流通过套管，其中体积流使得流动分布根据流体的粘度、流体的流速和套管的成形(例如套管宽度或套管半径)可测量。具有流动装置的这种分析装置可以形成或可用作心脏辅助系统。该心脏辅助系统可以有利地确定实时血液粘度，并且例如提供或传输该实时血液粘度以用于诊断方法。
17.检测装置还可以形成为使用通过套管的流体的流动分布的至少一个流动参数，特别是流速来确定粘度。可以使用超声元件来测量流速，所述超声元件形成为感测在流体颗粒上反射的超声信号的多普勒频移。
18.如果根据示例性实施例的分析装置包括超声元件，该超声元件形成为在流体中产生声波以便检测多普勒参数，特别是其中，超声元件可布置在套管的入口接口的区域中，则也是有利的。超声元件可形成为产生具有限定或固定方向特性的声波。在这种情况下，方向特性可以在通过套管的流体的预期流体流的方向上对准。
19.检测装置可以形成为使用表示多普勒频率和/或多普勒谱的宽度的多普勒参数来确定粘度。
20.还提出一种用于分析流体的粘度的方法。所述方法包括检测步骤和提供步骤。所述检测步骤涉及使用所述流体的多普勒谱的至少一个多普勒参数来确定所述流体的粘度。所述提供步骤涉及提供或传输表示在所述检测步骤期间确定的粘度的粘度信号。
21.可以使用上文呈现的分析装置执行此方法。该方法可以例如以软件或硬件实施，
或者以软件和硬件的混合形式实施，例如在控制装置中实施。
22.具有程序代码的计算机程序产品或计算机程序也是有利的，特别是如果程序产品或程序在计算机或装置上执行，所述程序代码可存储在例如半导体存储器、硬盘驱动存储器或光学存储器的机器可读载体或存储介质上，并且可用于执行、实施和/或控制根据上述实施例之一的方法的步骤。
23.这里呈现的方法的设计示例在附图中示出并且在下面的描述中进行更详细的解释。附图示出：
24.图1是根据示例性实施例的用于分析流体的粘度的分析装置的示意图；
25.图2是根据示例性实施例的分析装置的示意性横截面侧视图示；
26.图3是根据示例性实施例的具有分析装置的心脏辅助系统的示意图；
27.图4是根据示例性实施例的流体的流动分布的示意图；
28.图5是多普勒谱的示意图；
29.图6是多普勒谱的示意图；
30.图7是根据示例性实施例的多普勒谱的示意图；以及
31.图8是根据示例性实施例的用于分析流体的粘度的方法的流程图。
32.以下对本发明的有利示例性实施例的描述使用各图中所示的相同或类似的参考符号用于以类似方式起作用的元件，其中省略了对这些元件的重复描述。
33.如果设计实例包括第一特征与第二特征之间的“和/或”结合，那么这应被读取为意味着根据一个实施例的设计实例包括第一特征和第二特征两者，且根据另一实施例仅包括第一特征或仅包括第二特征。
34.图1示出了根据示例性实施例的用于分析流体的粘度105的分析装置100的示意图。
35.分析装置100包括检测装置110和提供装置115。检测装置110形成为使用流体的多普勒谱的至少一个多普勒参数120检测流体的粘度105。提供装置115形成为提供或传输表示由检测装置110确定的粘度105的粘度信号130。
36.根据该示例性实施例，检测装置110设计成使用通过容纳流体的套管的流体的流动参数135来确定粘度105，和/或确定套管的套管参数140。根据该示例性实施例，检测装置110形成为读取分别呈传感器信号形式的多普勒参数120和/或流动参数135和/或套管参数140。
37.图2示出根据示例性实施例的分析装置100的示意性横截面侧视图。这可以是图1中描述的分析装置100，其区别在于根据该示例性实施例的分析装置100另外包括套管200、流动装置205和超声元件210。替代地或另外，分析装置100可以例如形成为两个部件，使得套管200、流动装置205和超声元件210可以使用电缆在空间上与检测装置110和提供装置115分开操作。
38.套管200具有形成为接收流体217的入口接口215和形成为与入口接口215相对的排出流体217的出口接口220。根据该示例性实施例，多普勒参数表示套管200中的多普勒参数。
39.流动装置205形成为将流体217从入口接口215输送到套管200的出口接口220。为此目的，根据该示例性实施例的流动装置205布置或可以布置在出口接口220的区域上或所
述区域中。根据该示例性实施例，流动装置205包括电动机形式的驱动装置和/或容纳在套管200中的联接的叶轮。
40.根据该示例性实施例，检测装置110形成为使用流动参数确定粘度，所述流动参数表示通过套管200的流体的流动分布225的流速v。根据该示例性实施例，检测装置110还形成为使用套管200的套管参数来确定粘度，所述套管参数表示套管200的套管宽度r。
41.超声元件210形成为在流体217中产生声波，以便确定在流体中的颗粒上声波的反射中的多普勒参数。根据该示例性实施例，超声元件210布置在套管200的入口接口215的区域中。还示出了超声元件210的方向特性230，其中根据该示例性实施例，方向特性230是固定的和/或限定的。
42.根据该示例性实施例，检测装置110形成为使用表示多普勒谱的多普勒频率和/或宽度的多普勒参数来确定粘度。根据该示例性实施例，检测装置110形成为使用多普勒参数与粘度之间的函数关系和/或使用查找表来确定粘度，其中多普勒参数与粘度之间的关系存储在查找表中。根据该示例性实施例，检测装置110还形成为通过使用存储在查找表中的第一粘度和存储在查找表中的相邻第二粘度的插值来确定粘度。
43.下文再次更详细地并以其它方式描述分析装置100的细节：
44.根据该示例性实施例，此处提出的分析装置100可以用作心脏辅助系统。对于具有心脏辅助系统的患者，也称为vad患者，其中vad代表“心室辅助装置”，凝血管理对于最小化泵血栓必不可少。为此目的，患者例如用用于抑制血浆凝血的药物治疗，并且因此例如在2至2.5的范围内调整inr。
45.可以通过用根据此示例性实施例集成在vad系统的套管200的尖端(也可以称作入口套管)中的超声元件210分析多普勒谱来确定流动分布225，并因此确定血液的粘度。
46.根据该示例性实施例，血液粘度由检测装置110在分析装置100操作时或者连续地或者根据替代示例性实施例在固定时间间隔确定。提供装置115形成为向医生和/或患者提供确定的粘度作为治疗管理的参数。为此目的，形成粘度信号以在显示器上显示粘度和/或通过无线传输将其传输到网络服务。
47.有利地，在本文呈现的分析装置100中，仅简单的所称的“单元件”超声换能器就足以作为超声元件210，其根据该示例性实施例形成为圆盘。由于此处所示的超声元件210在流体217的预期流动方向上的特殊空间定位，这种超声元件210是可行的。超声元件210根据示例性实施例形成为用于量化流体217的流速v。
48.集成在入口套管的尖端中的超声元件210例如用所称的“脉冲波多普勒”方法测量套管200中的液流的多普勒谱；此方法也被称为“脉冲多普勒”。
49.换句话说，图2示出了具有呈超声换能器形式的超声元件210的vad入口套管的示例性实施例。图2示出了入口区域、超声换能器的方向特性230和入口套管中的调节流动分布225。
50.图3示出了根据示例性实施例的具有分析装置100的心脏辅助系统300的示意图。这可以是参照图2描述的分析装置100。
51.此处作为实例示出的心脏辅助系统300也可以称为心脏辅助系统。图3还示出了具有左心室310和右心室315以及左心房320和右心房325的心脏305。心脏辅助系统300位于主动脉瓣330的中心，使得血流335以左心室310的区域中的入口开口的形式通过入口接口215
抽吸，并且通过出口开口形式的出口接口220排出到心脏瓣膜345下游区域中的主动脉355中。
52.根据该示例性实施例，辅助系统还包括具有传感器的远侧尖端360；根据示例性实施例，传感器包括至少一个压力和/或至少一个温度传感器，以及超声元件210，该超声元件沿着支持系统的轴线通过入口接口215的入口区辐射到套管200中。套管200将血液引导到具有叶轮的流动机，所述叶轮位于出口接口220的区域中。接着为电动机365和连接电缆370。
53.图4示出根据示例性实施例的流体的流动分布225的示意图。这可以是图2中描述的流动分布225，其可以由前述附图中的一个中描述的分析装置中的一个确定。示例性流动分布400在管中示出，其中v表示流体的速度，y是距管的管内壁的径向距离。速度梯度дv/дy以及因此速度分布是粘度相关的。换句话说，根据navier
‑
stokes(纳维
‑
斯托克斯)的心脏辅助系统的套管中的速度分布取决于粘度。
54.图5示出多普勒谱500的示意图。多普勒谱500是流体的流动分布505和超声元件210的方向特性510的产物。图5到图7比较不同的流动分布和方向特性以及分别产生的多普勒谱，其中图7示出使用图1到图3中的任一图中呈现的分析装置以受影响和/或可辨别的方式示出实际的多普勒谱。
55.图5示出了理想聚焦超声元件210的多普勒谱500，该理想聚焦超声元件产生理想方向特性510以及产生平行流动分布505的平行流动。
56.图6示出多普勒谱600的示意图。该图示出了实际聚焦超声元件210产生的多普勒谱600，该实际聚焦超声元件产生所描述的方向特性230，该方向特性用于图1到图3中任一图中描述的分析装置，以及图5中描述的平行流动分布505。与图5中所示的多普勒谱相比，图6产生的多普勒谱600变宽。
57.图7示出根据示例性实施例的多普勒谱700的示意图。这可以是多普勒谱700，其使用图1到图3中任一图中所示的分析装置在套管中产生和/或可辨别。
58.该图示出了实际聚焦超声元件210产生的流体的多普勒谱700，该实际聚焦超声元件具有实际的方向特性230和在套管中产生的实际的流动分布225。
59.较高的粘度导致多普勒谱700的进一步变宽，因为对于给定体积的流体流动，流动在中间更快且在周边较慢，并且慢流动区域占据超声元件210的聚焦区域中的更多横截面面积。
60.在流动分布225中发生并在多普勒谱中示出的所有速度v
i
的多普勒频移是：
[0061][0062]
多普勒谱700中的峰值表示主要速度，或类似于直方图的最常发生的速度。然而，该值仍与超声元件210的方向特性230偏置，在所有方向上并不以相同的灵敏度操作。
[0063]
最常发生的多普勒频率表示最常发生的速度，原因是由于超声元件210的主辐射方向上的特殊机械设计，所以预期最常发生的速度，原因是：
[0064]
α0°
＝0
→
cos(α0°
)＝1.
[0065]
对于具有固定方向特性230的给定超声元件210，多普勒谱700的宽度与观察空间中的速度分布相关。检测装置依赖多普勒谱700的特征图作为计算度量—根据示例实施例，
基于在多普勒谱700的最大幅度一半和/或多普勒谱700的宽度处的参数多普勒频率，根据示例性实施例在峰值的示例性90％和/或多普勒谱700的最大幅度的频率和多普勒谱700中的最大多普勒频率处。
[0066]
粘度的计算或确定由检测装置根据示例性实施例使用缩写为lut的查找表或校准表以计算有效的方式进行，所述lut存储在所有相关流速处所有相关粘度的测量数据。基于主多普勒频率，根据示例性实施例选择主流速的列，并根据示例性实施例基于多普勒谱700的宽度从所述列中读取粘度。根据示例性实施例，计算准确性通过在相邻表条目之间进行内插进一步提高。
[0067]
通过实验产生不同的流动分布来演示本文呈现的分析装置使用流动分布225来进行粘度确定。在具有超声元件210的示例性实施例中，超声元件210是视觉上可检测的。
[0068]
图8示出根据示例性实施例的用于分析流体的粘度的方法800的流程图。这可以是可由上文附图中描述的任何分析装置执行的方法800。
[0069]
方法800包括检测步骤805和提供步骤810。检测步骤805涉及使用流体的多普勒谱的至少一个多普勒参数来确定流体的粘度。提供步骤810涉及提供或传输表示在检测步骤805期间确定的粘度的粘度信号。
[0070]
此处呈现的方法步骤805、810可以除所描述的序列之外的序列重复和执行。