ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНОГО ПАРАМЕТРА ПРОБЫ КРОВИ Российский патент 2012 года по МПК G01N21/05 G01N21/63 G01N21/64 G01N21/77 

Изобретение относится к измерительному устройству для определения по меньшей мере одного параметра пробы крови с проточной измерительной ячейкой, в которой размещен по меньшей мере один люминесцентно-оптический сенсорный элемент, приводимый в контакт с пробой крови, с по меньшей мере одним источником света для возбуждения люминесцентно-оптического сенсорного элемента и по меньшей мере одним фотодетектором для приема излученного люминесцентно-оптическим сенсорным элементом люминесцентного излучения, причем источник света и фотодетектор размещены на противолежащих сторонах проточной измерительной ячейки.

Из ЕР 0175352 В1 известен способ и устройство для быстрого измерения параметров среды пробы. Устройство содержит проточную измерительную ячейку для газов и жидкостей, с помощью которой возможно одновременное определение нескольких параметров, причем прозрачный, люминесцирующий сенсорный слой находится в проточной измерительной ячейке в контакте с пробой. В качестве измеряемых величин названы концентрация кислорода и температура, причем измеряемое люминесцентное излучение находится при 650 нм и 720 нм, а возбуждающее излучение имеет более короткую длину волны. Возбуждение излучения осуществляется посредством светодиодов (LED), а детектирование излучения - посредством фотодиодов, которые находятся на противолежащих сторонах проточной измерительной ячейки. Люминесцирующий сенсорный слой размещен на стороне детектора, так что возбуждающее излучение на своем пути к люминесцирующему сенсорному слою должно проникать сквозь среду пробы. Этот факт, в случаях поглощающих жидкостей, таких как кровь, является недостатком, так как возбуждающее излучение было бы значительно ослаблено измерительной средой.

Кроме того, из ЕР 1130382 В1 известен оптический сенсор для индикации нескольких веществ, определяемых при анализе, при котором множество оптических сенсоров находятся в контакте с пробой флюида. Устройство содержит источники света для предоставления возбуждающего излучения и детекторы для определения светового взаимодействия посредством сенсоров, причем имеется процессор, который из измеренных световых взаимодействий определяет концентрацию каждого из веществ, определяемых при анализе, в пробе флюида. Сенсор служит, в числе прочего, измерению глюкозы в крови, причем также определяется О₂-концентрация и температура.

Также известны измерительные устройства (ЕР 1106987 В1), при которых оба оптических компонента (источник света и детектор) контактируют с сенсорным слоем в проточной измерительной ячейке на одной стороне, причем части измерительной ячейки являются прозрачными и применяются в качестве световодов для измерительного излучения и возбуждающего излучения.

Из WO 2002/059585 А2 известно измерительное устройство для определения концентрации кислорода в газе, например во вдыхаемом воздухе. Измерительное устройство имеет проточную измерительную ячейку, в которой размещен люминесцентно-оптический сенсорный элемент, контактирующий с газовым потоком. В качестве возможных геометрий измерений представлены две геометрии отражения, при которых источник излучения для возбуждающего излучения и детектор для приема люминесцентного излучения находятся на той же самой стороне проточной измерительной ячейки. Кроме того, описывается геометрия проходящего света, при которой люминесцентно-оптический сенсорный элемент расположен на стороне детектора проточной измерительной ячейки.

Задачей изобретения является достичь в измерительном устройстве для определения по меньшей мере одного параметра пробы крови улучшения качества сигнала измерительного излучения, причем измерительное устройство должно быть экономичным и простым в изготовлении.

Эта задача в соответствии с изобретением решается тем, что по меньшей мере один люминесцентно-оптический сенсорный элемент размещен на обращенной к источнику света стороне возбуждения проточной измерительной ячейки, причем источник света излучает возбуждающее излучение менее 600 нм, например 425 нм, а люминесцентное излучение люминесцентно-оптического сенсорного элемента находится в диапазоне длин волн больше, чем 600 нм, благодаря чему возбуждающее излучение испытывает более сильное поглощение пробой крови, чем люминесцентное излучение.

Изобретение использует тот факт, что кровь обладает очень большой зависимостью от длин волн при поглощении излучения, что представлено в качестве примера на графике на фиг.5. На этом графике представлено поглощение µ_а в зависимости от длины волны λ как для оксигенированной (насыщенной кислородом) крови (сплошная линия), так и дезоксигенированной (лишенной кислорода) крови (штриховая линия). Диаграмма взята из публикации Faber et al.: “Oxygen Saturation-Dependent Absorption and Scattering of Blood”, Physical Review Letters, 2004 и сопоставляет различия в характеристике поглощения оксигенированной и дезоксигенированной крови. Из этой диаграммы видно, что, например, возбуждающее излучение λ_А в диапазоне 425 нм в крови намного более сильно поглощается, чем определенное оптическими сенсорами излученное люминесцентное излучение λ_L в диапазоне 780 нм. В представленном примере возбуждающий свет ослабляется примерно с коэффициентом 100 по отношению к люминесцентному свету. Посредством соответствующего изобретению размещения люминесцентно-оптических сенсорных элементов на стороне возбуждения проточной измерительной ячейки обеспечивается то, что проба крови служит в качестве фильтра для возбуждающего излучения, и предпочтительным образом излученное сенсорными элементами люминесцентное излучение достигает фотодетекторов.

В соответствии с изобретением оптические сенсорные элементы предпочтительно размещены в линейном расположении вдоль оси измерительной ячейки на стороне возбуждения проточной измерительной ячейки, причем с каждым сенсорным элементом сопоставлен источник света, а на противолежащей стороне измерения проточной измерительной ячейки - фотодетектор.

Другое преимущество по сравнению с уровнем техники, например ЕР 0175352 В1, состоит в том, что проточная измерительная ячейка может вставляться сменным образом в измерительную манжету, состоящую из двух частей, у которой часть возбуждения содержит источники света, предпочтительно светодиоды вместе с электроникой возбуждения, а измерительная часть - фотодетекторы, предпочтительно фотодиоды вместе с измерительной электроникой. Источники света и детекторы находятся тем самым в пространственно разделенных схемах, благодаря чему предотвращается электронное влияние отдельных компонентов. Проба крови является при этом достаточно прозрачной только для длин волн более 600 нм, возбуждающее излучение лежит при более коротких длинах волн, например при 425 нм.

Согласно предпочтительному выполнению изобретения, сторона возбуждения проточной измерительной ячейки в зоне люминесцентно-оптических сенсорных элементов имеет зеркальный слой, который является прозрачным для возбуждающего излучения и отражает люминесцентное излучение. С помощью зеркального слоя излученные в направлении источника света составляющие люминесцентного излучения отводятся к фотодетектору, и результирующий сигнал усиливается.

Для случая измерения фазы на стороне возбуждения измерительной ячейки размещен по меньшей мере один опорный источник света, опорное излучение которого проходит через проточную измерительную ячейку и попадает на фотодетекторы, размещенные на противолежащей стороне измерения.

Изобретение далее поясняется более подробно со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:

фиг.1 - первый вариант выполнения измерительного устройства для определения по меньшей мере одного параметра пробы крови в схематичном продольном сечении;

фиг.2 - второй вариант выполнения измерительного устройства на виде в сечении согласно фиг.1;

фиг.3 и 4 - детальные представления измерительных устройств согласно фиг.1 и фиг.2 и

фиг.5 - диаграмма поглощения пробы крови в диапазоне длин волн λ от 200 нм до 1000 нм.

Показанное на фиг.1 измерительное устройство для определения по меньшей мере одного параметра пробы крови содержит проточную измерительную ячейку 1, в которой размещены, например, три люминесцентно-оптических сенсорных элемента ST (температура), SO (кислород) и SG (глюкоза), которые при измерении приводятся в контакт с пробой крови. Проточная измерительная ячейка 1 установлена сменным образом (вставлена или защелкнута) в измерительной манжете 2, состоящей из двух частей, причем ее часть 3 возбуждения содержит относящиеся к отдельным сенсорным элементам источники 4 света и фильтры 12а-12с возбуждения вместе с не показанной электроникой возбуждения, при этом измерительная часть 5 измерительной манжеты 2 содержит фотодетекторы 6 и фильтры 13а-13с измерения вместе с электроникой измерения (не показана). Источник 4 света и фотодетекторы 6 размещены на противолежащих сторонах 7, 8 (сторона 7 возбуждения и сторона измерения) проточной измерительной ячейки 1.

Так как люминесцентно-оптические сенсорные элементы ST, SO и SG размещены на обращенной к источнику 4 света стороне 7 возбуждения проточной измерительной ячейки 1, то как возникающее в люминесцентно-оптических сенсорных элементах люминесцентное излучение L, так и часть возбуждающего излучения А проходит через пробу крови. Возбуждающее излучение А в значительно большей степени ослабляется из-за поглощения в пробе крови, чем более длинноволновое люминесцентное излучение, так что за счет пробы возникает положительный для измерения эффект фильтрации, который улучшает качество сигнала.

Люминесцентно-оптические сенсорные элементы ST, SO, SG предпочтительно размещены в линейном расположении вдоль оси 1' измерительной ячейки, причем каждому сенсорному элементу соответствует источник 4 света и на противолежащей стороне 8 измерения проточной измерительной ячейки 1 фотодетектор 6.

С помощью изображенного на фиг.1 измерительного устройства может выполняться, например, измерение времени затухания, то есть время затухания интенсивности люминесцентного излучения, измеренное после возбуждения люминесцентно-оптического сенсорного элемента, является мерой для измеряемой величины.

Как изображено, например, на фиг.1, сторона 7 возбуждения проточной измерительной ячейки 1 в зоне люминесцентно-оптических сенсорных элементов ST, SO, SG имеет зеркальный слой 9, причем действие зеркального слоя изображено на фиг.3 и 4. Возбуждающее излучение А попадает на люминесцентно-оптический сенсорный элемент ST, SO или SG, причем люминесцентное излучение L высвобождается во всех пространственных направлениях. Без зеркального слоя (см. фиг.3), те составляющие излучения, которые излучаются в направлении источника света, не вносят никакого вклада в сигнал измерения.

При нанесении зеркального слоя (см. фиг.4), который является прозрачным для излучения с длиной волны менее 600 нм, а излучение с длиной волны, превышающей 600 нм, отражает, дополнительные составляющие люминесцентного излучения L отражаются в детектор и усиливают сигнал измерения.

С помощью измерительного устройства, показанного на фиг.2, можно выполнять, например, измерение фазы, при котором для сопоставления измеряемых сигналов должен быть получен опорный сигнал. В соответствии с изобретением на стороне 7 возбуждения проточной измерительной ячейки 1 размещен по меньшей мере один опорный источник света 10 и/или 11, опорное излучение R₁, R₂ которых проходит через проточную измерительную ячейку 1 и детектируется фотодетекторами 6, размещенными на противолежащей стороне 8 измерения. Например, может быть предусмотрен первый опорный источник 10 света с опорным излучением R₁ в диапазоне 620 нм и второй источник 11 света с опорным излучением R₂ в диапазоне 780 нм, которые предпочтительно размещены в части 3 возбуждения измерительной манжеты 2, состоящей из двух частей. В зеркальном слое 9 на стороне 7 возбуждения проточной измерительной ячейки 1 предусмотрены отверстия 14, через которые опорное излучение может входить в проточную измерительную ячейку 1.

Как на фиг.1, так и на фиг.2, между источниками 4 света и люминесцентно-оптическими сенсорными элементами ST, SO, SG размещены фильтры 12а, 12b и 12с возбуждения, причем источники 4 света могут быть встроены в общий слой 12' фильтра. Кроме того, на входной стороне фотодетекторов 6 размещены фильтры 13а, 13b и 13с измерения.

Светодиоды источников 4 света могут излучать, например, возбуждающее излучение меньше 600 нм, например 425 нм, причем люминесцентное излучение люминесцентно-оптических сенсорных элементов ST, SO, SG лежит в диапазоне длин волн больше, чем 600 нм, например 780 нм.

В итоге, преимущества соответствующего изобретению измерительного устройства состоят в следующем:

- очень простая оптическая структура;

- плоская конструкция проточной измерительной ячейки 1 и измерительной манжеты 2;

- большая интенсивность сигнала, потому что фотодетекторы могут выполняться с большими размерами;

- отсутствие электрических перекрестных искажений (минимальный сигнальный фон), потому что между частью 3 возбуждения и частью 5 измерения измерительной манжеты 2 имеется пространственное разнесение;

- посредством измерения интенсивности сигнала осуществляется идентификация пробы (проба крови или промывочная жидкость);

- одновременная фотометрическая характеристика пробы крови (содержание гемоглобина и оксигенирование);

- параллельное определение артериального рО₂.

Изобретение относится к измерительному устройству для определения по меньшей мере одного параметра пробы крови, с проточной измерительной ячейкой (1), в которой размещен по меньшей мере один люминесцентно-оптический сенсорный элемент (ST, SO, SG), приводимый в контакт с пробой крови, с по меньшей мере одним источником (4) света для возбуждения люминесцентно-оптического сенсорного элемента и по меньшей мере одним фотодетектором (6) для приема излученного люминесцентно-оптическим сенсорным элементом люминесцентного излучения. Источник (4) света и фотодетектор (6) размещены на противолежащих сторонах (7) и (8) проточной измерительной ячейки (1). В соответствии с изобретением по меньшей мере один люминесцентно-оптический сенсорный элемент (ST, SO, SG) размещен на обращенной к источнику (4) света стороне (7) возбуждения проточной измерительной ячейки (1). Источник (4) света излучает возбуждающее излучение менее 600 нм, а люминесцентное излучение люминесцентно-оптических сенсорных элементов (ST, SO, SG) находится в диапазоне длин волн больше, чем 600 нм. Технический результат - простая оптическая структура, большая интенсивность сигнала, минимальный сигнальный фон, одновременная фотометрическая характеристика пробы и параллельное определение артериального pO₂. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Измерительное устройство для определения по меньшей мере одного параметра пробы крови, с проточной измерительной ячейкой (1), в которой размещен по меньшей мере один люминесцентно-оптический сенсорный элемент (ST, SO, SG), приводимый в контакт с пробой крови, с по меньшей мере одним источником (4) света для возбуждения люминесцентно-оптического сенсорного элемента и по меньшей мере одним фотодетектором (6) для приема излученного люминесцентно-оптическим сенсорным элементом люминесцентного излучения, причем источник (4) света и фотодетектор (6) размещены на противолежащих сторонах (7) и (8) проточной измерительной ячейки (1), отличающееся тем, что по меньшей мере один люминесцентно-оптический сенсорный элемент (ST, SO, SG) размещен на обращенной к источнику (4) света стороне (7) возбуждения проточной измерительной ячейки (1), что источник (4) света излучает возбуждающее излучение менее 600 нм, например 425 нм, а люминесцентное излучение люминесцентно-оптических сенсорных элементов (ST, SO, SG) находится в диапазоне длин волн больше, чем 600 нм, за счет чего возбуждающее излучение испытывает более сильное поглощение посредством пробы крови, чем люминесцентное излучение.

2. Измерительное устройство по п.1, отличающееся тем, что несколько оптических сенсорных элементов (ST, SO, SG) размещены предпочтительно в линейном расположении вдоль оси (1') измерительной ячейки на стороне (7) возбуждения проточной измерительной ячейки (1), причем с каждым сенсорным элементом (ST, SO, SG) сопоставлен источник (4) света, а на противолежащей стороне (8) измерения проточной измерительной ячейки (1) - фотодетектор (6).

3. Измерительное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что проточная измерительная ячейка (1) вставляется сменным образом в измерительную манжету (2), состоящую из двух частей, у которой часть (3) возбуждения содержит источники (4) света, предпочтительно светодиоды вместе с электроникой возбуждения, а измерительная часть (5) - фотодетекторы (6), предпочтительно фотодиоды вместе с измерительной электроникой.

4. Измерительное устройство по п.1, отличающееся тем, что сторона (7) возбуждения проточной измерительной ячейки (1) в зоне люминесцентно-оптических сенсорных элементов (ST, SO, SG) имеет зеркальный слой (9), который является прозрачным для возбуждающего излучения и отражает люминесцентное излучение.

5. Измерительное устройство по п.1, отличающееся тем, что на стороне (7) возбуждения проточной измерительной ячейки (1) размещен по меньшей мере один опорный источник (10, 11) света, опорное излучение которого проходит через проточную измерительную ячейку (1) и которое попадает на фотодетекторы (6), размещенные на противолежащей стороне (8) измерения.

6. Измерительное устройство по п.5, отличающееся тем, что предусмотрены первый опорный источник (10) света с опорным излучением в диапазоне 620 нм и второй опорный источник (11) света с опорным излучением в диапазоне 780 нм, которые предпочтительно размещены в части (3) возбуждения измерительной манжеты (2), состоящей из двух частей.

7. Измерительное устройство по п.1, отличающееся тем, что между источниками (4) света и люминесцентно-оптическими сенсорными элементами (ST, SO, SG) размещены фильтры (12а, 12b, 12с) возбуждения, или источники (4) света встроены в общий слой (12') фильтра.

8. Измерительное устройство по п.1, отличающееся тем, что на входной стороне фотодетекторов (6) размещены фильтры (13а, 13b, 13с) измерения.

9. Измерительное устройство по п.1, отличающееся тем, что проточная измерительная ячейка (1) содержит по меньшей мере один О₂-датчик (SO), датчик глюкозы (SG) и датчик температуры (ST).