CN101678162B - 包括自清洁流出物室的用于早期腹膜炎检测的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明尤其提供自动医疗方法和设备，其检验流动路径中PD流出物(例如，利用APD***或CAPD装置)来根据以细胞尺度的距离分辨的流出物的光学特性检测例如腹膜炎的发作。例如，根据本发明的一方面，APD机器在流出物的流动路径中包括用于早期腹膜炎检测的设备，其包括发光源和检测器。该源被布置用于照射在形成流动路径部分的室中的腹膜流出物，并且检测器被布置用于检测被流出物散射的发光。检测器检测被反射或散射的发光，其中检测以细胞尺度的分辨率，例如以使得根据被检测器检测的散射事件在流出物中的分离的细胞大小的生物的(或其它的)成分能够被彼此区分的尺度。根据本发明的多个方面，所述室能够利用偏转器来实现湍流流动，以用于从所述室壁清洁生物和其它材料的目的。

Description

包括自清洁流出物室的用于早期腹膜炎检测的设备和方法
本申请是于2007年7月23日提交的题为“Early StagePeritonitis Detection Apparatus and Methods，”的美国专利申请No.11/880,656的部分继续申请，其要求于2006年7月27日提交的题为“Early Stage Peritonitis Detection Apparatus and Methods，”的美国临时专利申请No.60/833,763的优先权，该申请的教导通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及用于医疗诊断检验的设备和方法。其尤其在诸如在持续非卧床腹膜透析(CAPD)和自动腹膜透析(APD)过程期间检测腹膜炎的发作中有应用。
背景技术
腹膜透析(PD)是用于从血液移除毒素的医疗过程，其利用围绕腹部或腹膜腔的壁的半透膜。在PD过程中，溶液被引入患者的腹部，在那里溶液保持多达几小时，通过渗透的传输通过该膜移除血液毒素。过程完成时，溶液带着毒素被从身体排出。CAPD是该过程的手动形式，需要患者手动的注入新鲜的PD溶液进入腹膜，并从腹膜排出已用过的PD溶液。在APD中，整个过程是由自动仪器操纵的。
腹膜炎是CAPD和APD的常见并发症。通常由在透析中引入细菌至腹膜而导致(例如，从管道、连接器和组成PD传输器具的其它设备)，腹膜的该肿胀能够导致呕吐、腹部压痛和许多其它症状。虽然对抗生素有反应，但腹膜炎能够终结患者继续APD和CAPD治疗的能力。在极端情况下，其能够是致命的。
通常在急性临床症状发生时进行的对腹膜炎的标准检验包括革兰氏染色过程，执行对腹膜液的细胞计数，培养该液，和/或执行血液培养。很大程度上，这些检验仅能够当患者已经表现有症状之后在实验室完成。到那时，腹膜炎可能已经开始，导致不适当的患者痛苦和可能迫使更广泛的处理。
最近，试剂检验条已经可用，使得医师或患者自己可以去执行更及时的诊断。然而，检验条具有利用的有限的时间期限并且在早期的检测通常没有成功。
CAPD和APD患者典型的被建议去维持对腹膜炎的另一个症状的密切关注：混浊或不透明的流出物袋。不幸地，这可能是后发的，并且如果PD溶液在排出之前保持在体内长时间(如这样的情况，例如，在APD患者的日间驻留时间)，其被进一步的混合。由于患者可能仅看到流出物线路而不是流出物袋(这里混浊较为明显易见)，混浊流出物的检测在具有长排出线路的APD仪器中被进一步复杂化。此外，目盲或弱视力的患者必须依赖朋友、家人和/或护理者来监视已用过的PD液的混浊。
现有技术启示这种不透明可以被自动的检测，例如在APD仪器中，通过使用位于器皿的一侧的非相干、多色光的源和位于相对侧的检测器，检测流经PD流出物的器皿的这样的光的总量。由于差的信噪比，该技术的执行通常被证明为不可靠的。
本发明的一个目的是提供改进的方法和设备用于在家或实验室中医疗诊断、检验和/或处理。
本发明的进一步目的是提供用于PD治疗的改进的方法和设备。
本发明的又一个目的是提供用于例如结合腹膜透析来检测腹膜炎的发作的改进的方法和设备。
本发明的又一个目的是提供这样的方法和设备，其能够以合理的成本实现，但产生有效结果。
发明内容
前面包括在由本发明获得的目的中，一方面，本发明提供从在流动路径中以细胞尺度分辨的PD流出物的光学特性检测腹膜炎发作的自动医疗检验方法和设备。
例如，根据本发明的一方面，APD机器包括，在流出物流动路径中，包括发光源和检测器的用于早期腹膜炎检测的设备。该源被布置用于照射在形成流动路径的部分的室中的腹膜流出物，并且该检测器被布置用于检测被所述流出物散射的发光。检测器检测被散射的发光，其中检测以细胞尺度的分辨率，例如以根据被检测器检测到的散射事件使得在流出物中的分离的细胞大小的生物的(或其它的)成分能够被彼此区分的尺度。
本发明的相关方面提供如上所描述的设备，在该设备中检测器被布置使得根据发光的反射和散射(统称为，“散射”)在流出物中的分离的白细胞(WBC)能够被彼此区分。作为例子，具有这样布置的检测器的设备能够从散射计数这样的WBC并且如果那些计数随时间改变和/或从基线变化，其进一步能够发出腹膜炎发作的信号。
本发明的另一个相关方面提供如上所描述的设备，其中检测器被如此布置，使得在流出物中的不同类型的细胞大小的生物的(或其它的)成分能够根据被它们散射的发光区分。本发明的相关方面提供这样的设备，其中检测器被如此布置，使得允许根据散射将在流出物中的WBC与红细胞(RBC)、纤维蛋白和/或其它成分区分。
本发明的其它方面提供如上所描述的设备，其根据流出物中所选择的生物的成分的计数例如随时间和/或从基线的变化发出腹膜炎发作的信号。本发明的相关方面提供计算诸如关于流出物中WBC的那些计数的变化的趋势的设备。本发明的又一些相关方面提供计算该趋势为那些计数关于时间的曲线的斜率并且当斜率超过所选择的量时发出腹膜炎发作的信号的设备。
本发明的其它相关方面提供这样的设备，其中检测器根据散射事件的强度和/或位置计数散射事件-即，发光从流出物被反射和散射至检测器的事件。在本发明的一个这样的方面中，检测器包括配置用于例如根据从流出物检测的发光的强度对散射事件计数的PIN型二极管。当一定强度(或强度范围，例如，其基于细胞大小)的计数的数量例如从基线和/或在已用过的PD溶液从患者排出中变化时，和/或当随时间的变化的趋势超过所选择的量时，根据本发明的该方面的设备能够例如发出腹膜炎发作的信号。
在其它这种方面中，检测器包括布置用于成像该室的电荷耦合装置(CCD)-即，用于根据位置和(累积的)强度记录散射事件。本发明的又一些相关方面提供这样的设备，其中检测器产生一个或多个这样的图像的直方图，计数散射事件(例如，根据强度)。本发明的又一些相关方面提供从例如在已用过的PD溶液从患者排出期间所取的多个图像产生直方图的设备。如上，根据本发明的这些方面的设备能够例如在一定强度(或强度范围)的计数的数量随时间诸如从基线和/或在PD流出物从患者的连续排出中变化时，发出腹膜炎发作的信号。
本发明的其它相关方面提供这样的设备，其中直方图仅关于记录在图像中的所选择的散射事件实现，该所选择的散射事件例如所选择的强度和/或长度的散射事件。根据本发明的这些方面的设备能够例如在可能由WBC(不是的话，例如是RBC或纤维蛋白)导致的散射事件的计数的数量随时间从基线和/或在PD流出物从患者的连续排出中变化时，发出腹膜炎发作的信号。
本发明的又一方面提供发光源为激光二极管(或相干发光的其它源)的设备。
本发明的相关方面提供这样的设备：其中检测器被布置用于检测侧散射事件，例如，在垂直于源于激光二极管的发光射线的视场中可检测的事件。
本发明的进一步的相关方面提供这样的设备：其中源于激光二极管的发光包括在流动路径的部分中布置-且特别的例如位于中心的光束，从所述流动路径的部分散射事件被检测器计数。
本发明的又一相关方面提供这样的设备，其中源于激光器的发光具有根据来自其的散射事件将被计数的生物的(或其它的)成分的大小特性选择的光束宽度。本发明的又一相关方面提供这样的方法，其中光束宽度具有例如WBC的成分的大小的大约1.5倍的直径。而本发明的另一其它方面提供这样的设备，其中光束宽度具有圆形和高斯横截面的任一种，或其它光束大小和/或形状。
本发明的又一方面提供这样的设备，其中检测器包括被布置用于以细胞尺度的距离分辨从流出物的成分散射的发光的透镜。本发明的相关方面提供这样的设备，其中透镜被布置用于提供包围检测器的视场中流动路径的大部分的景深，例如，包围散射事件被检测的流动室的景深。
本发明的又一方面提供如上所描述的设备，其中前述的室引起在流出物中的层流流动。这样的室能够包括例如具有中心部分的光学透明部分，该中心部分具有限定大体立方体或长方体区域的内壁。
根据本发明的相关方面，中心部分能够经具有大体上限定平截头椎体的内壁的室的部分与流入口耦合。同样，根据本发明的又一相关方面，中心部分能够经具有也大体限定平截头椎体的内壁的室的部分与流出口耦合。
本发明的又一方面提供如上所述的设备，其中，所述室包括放置在流动路径中的偏转器。偏转器能够增加在室中流动的流出物的湍流，增加流体的雷诺数，例如，至大约100或更大的值，更优选的大约250或更大。在本发明的这些和其它方面中，由于偏转器的原因引入流中的湍流促进其内壁的清洁-特别的，例如从它们移除白细胞、红细胞和流出物的其它成分。
本发明的其它方面提供与上面描述的那些类似的自动医疗检验方法和设备，其通过在体内，即患者的腹膜中检验腹膜液来检测腹膜炎的发作和其它情况。根据本发明的一方面，这种设备包括如上所描述的发光源和检测器，两者均放置在患者外。第一光纤束从源传递发光进入腹膜。第二光纤束传递被腹膜中的腹膜液散射的发光至检测器。
本发明的相关方面提供如上所描述的设备，其中所述第一和第二光纤束的远端被配置使得后者检测和传送被反射和/或散射(统称为，“散射”)的发光至检测器，其中检测和传送是以细胞尺度的分辨率，例如以使得在腹膜液中的分离的细胞大小的生物的(或其它的)成分能够被彼此区分的尺度。
在本发明的其它相关方面中，一个或多个光纤束路线为从设备经导管至患者的腹膜。这能够是例如形成APD机器、CAPD***或与该设备一起使用的其它的仪器的部分的导管。在相关的方面，束能够经y形连接器、直接***到导管的壁中等方式进入导管。
在本发明的其它相关方面中，由源(例如，激光二极管)产生的发光被透镜或准直器成形用于经所述第一光纤束传输至腹膜。同样，又一些透镜或准直器能够在第一束的远端被提供以成形在腹膜中的发光，例如，实现高斯或圆形横截面。在本发明的又一相关方面中，从第一束的远端发出的发光的光束能够旨在通过腹膜，以便照射其中的腹膜液以为了激起由那液中的生物的(和其它的)成分的散射的目的。
在本发明的又一其它相关方面中，第二光纤束被布置用于捕获被腹膜中的腹膜液侧散射的发光-且从而传送至检测器。在本发明的相关方面中，该束被布置用于捕获和传送在腹膜中背散射、前散射和/或侧散射的发光至检测器。
本发明的其它方面提供如上所描述的设备，其经远程放置的接口发出腹膜炎发作或其它情况的信号。考虑到这些，设备和远程放置的接口能够经诸如蓝牙连接的无线链路耦合以用于通信。其它方面提供经有线链路或有线和无线链路的结合的这种耦合。
根据本发明的其它方面，远程接口能够从前面提到的设备接收信号并例如经液晶显示器、发光二极管或其它指示器显示该信号给患者、健康护理提供者或其他人。此外，远程接口能够例如响应于来自患者、健康护理提供者或其他人的输入控制设备。这能够包括启动设备、激励接口和设备的耦合/解除耦合，指定用于设备的操作模式等。
在本发明的另外的方面中，远程接口被定大小并配置用于被滑动到口袋上/进入口袋或被患者、健康护理提供者或其他人“佩戴”。
本发明的又一方面提供如上所描述的设备，其检测和测量在患者腹膜中的腹膜液的折射率。
本发明的其它方面提供如上所描述的设备用于同CAPD过程一起使用。
本发明的另外的其它方面提供这样的设备，其用于在独立于PD液被收集的APD和/或CAPD仪器而建立的流体的流中检测腹膜炎的发作。例如当已用过PD流出物被清空用于处置或进一步检验时，这样的设备在例如已用过PD流出物的检验袋(或其它收集件)中具有应用。
本发明的又一其它方面提供PD工具包，除了传统部件(例如管道、夹子、杀菌擦等等)之外，其包括如上所描述的检验设备。
本发明的又一其它方面提供类似于上面所描述的操作的用于检验腹膜炎发作的检验PD流出物的方法。
本发明的又一其它方面提供用于包括腹膜液以及除了腹膜液之外的体液的体内检验的如上所描述的设备。
本发明的又一其它方面提供用于在体外、体内等检测包含在和/或来自身体器官和腔体的透析液和其它流体的特性的如上面所描述的设备和方法，其中所述特性包括诸如折射率，血液(RBC)、气泡和CAPD、APD的其它不期望的副产品的存在等的特性。本发明的相关方面提供用在血液透析和其它医疗过程中的这样的设备和方法。
附图说明
通过参照附图，可以得到对本发明更完整的理解，其中：图1A-1E描述根据本发明的一种实现方式的和本发明能够被实现的类型的自动腹膜透析(APD)处理***；图2A-2C描述根据本发明的一种实现方式的和本发明能够被实现的类型的持续非卧床腹膜透析(CAPD)处理***；图3A-3B描述根据本发明的一种实现方式的用于检验PD流出物的设备；图4描述根据本发明的一种实现方式的设备中由电荷耦合装置产生的类型的图像；图5A-5C描述从由用在本发明的实现方式中的电荷耦合装置产生的图像中产生的类型的直方图；图6A-6C示出用在根据本发明的***中的可替代的流出物的流动室；图7A-7B描述利用根据本发明的用于在体内检验腹膜液的设备的根据本发明的APD和CAPD***；和图8描述图7的体内检验设备的进一步细节。
具体实施方式
图1A描述了根据本发明的一个实现方式和本发明能够被实现的类型的自动腹膜透析(APD)处理***10。***10包括循环器12或其它设备以便于引入新鲜的腹膜透析(PD)溶液到患者16的腹膜14中，并从患者16的腹膜14移除已用过的PD溶液。
***10包括PD溶液供应室18、加热室20、称重室22和处置室24，所有均为以本领域已知的传统方式构建和操作(但适于包括如在本文其它地方所讨论的PD流出物检验设备。因此，PD供应室18保持新鲜PD溶液的供应用于递送至患者16；加热室20使新鲜PD溶液到达用于递送至腹膜的合适温度；称重室22保持从腹膜排出的已用过的PD溶液，例如用于称重；并且，处置室24保持已用过的PD溶液用于处置。
泵26在微控制器(未示出)的控制下操作，用于以传统方式在室18-24之间移动溶液，例如如在图1B-1E中所示。因此，例如，如在图1B中所示，泵26从供应室18移动新鲜PD溶液至加热室20，以便后者能够在经导管19将溶液引入到患者的腹膜14之前使其达到一定温度。一旦达到所期望的温度并且处理开始，泵26开启阀28，允许被加热的、新鲜PD溶液经重力辅助流入腹膜14。参见图1C。
通过图1D，一旦PD在腹膜14中已驻留期望的时间周期，泵26打开阀28使得已用过的PD溶液能够流入到室22中用于称重(例如，用于确保足够的溶液已经被从腹膜14移除)，如本领域的传统方法那样。然后，泵26从称重室22移动已用过的流出物至处置室24，用于在被患者、健康护理工作者或其它人处置前收集。参见图1D。
这里示出和描述的***10的传统方面仅仅是作为例子。应该理解，用于检验PD流出物的设备(如在本文其它地方所讨论的)可以与在图1A-1E所示的和上面描述的那些不同的配置和操作模式的APD仪器结合使用。
图2A描述了根据本发明的一个实现方式和本发明能够被实现的类型的持续腹膜透析(CAPD)处理***30。***30包括新鲜PD溶液供应袋32、已用过的PD溶液袋34和用于耦合那些袋至腹膜传输器具38的y形连接器36。***30以本领域已知的传统方式被构建和操作(但适于包括如在本文其它地方所讨论的PD流出物检验设备)。因此，例如，如在图2B中所示，患者连接袋32、34至y形连接器36，用于连接器36的简单灭菌冲洗。然后，如在图中进一步示出的，患者配置连接器36以允许新鲜PD溶液在重力辅助下从袋32流动进入腹膜。一旦PD溶液已驻留期望的周期，患者重新配置连接器36，以允许已用过的PD溶液排出至袋34用于处置。参见，图2C。
这里示出和描述的***30的传统方面仅仅是作为例子。应该理解，用于检验PD流出物的设备(如在本文其它地方所讨论的)可以与在图2A-2C所示的和上面描述的那些不同配置(例如具有直的传输管道器具)和操作模式的CAPD仪器结合使用。
图3A描述了以循环器12(图1)的方式构建和操作的APD循环器40，但是包括根据本发明用于检验在循环器40和/或其它APD***或作为其部分的部件的流动路径中的PD流出物(即，从腹膜排出的PD溶液)的设备42。循环器40(具有检验设备42)能够被用于代替在***10(图1)中的循环器12，也可以用在其它APD处理***中。同样，检验设备42能够被耦合进入***30(图2)的流出物流动路径(即，排出线路)，如在插图3B中以图解描述的，也可以耦合进入其它CAPD***中。此外，设备能够同用于APD和CAPD过程的工具包结合(例如，包括管道、夹子、杀菌擦等等的工具包)。更进一步，设备42能够被耦合进入实验室、医生办公室、医院或家用检验仪器的流体流动路径中并且其能够与用于这种检验的工具包一起销售(例如，包括PD流出物样品药瓶、滴箱(drop box)、标签等等的工具包)。为了方便，检验设备42的操作将参照图3A的循环器40描述，但是，应该理解设备42能够被类似地配置和操作在前述的和其被应用于的其它环境中。
作为总览，所示出的设备42检验在流动路径-这里是指从腹膜14至处置室24的路径中的PD流出物，用于检验腹膜炎的发作和/或其它情况(例如，血液和/或气泡的存在)。为此，设备包括发光源44和检测器46。源44布置用于照射在形成流动路径的部分的室48中的腹膜的流出物，并且检测器46布置用于检测被流出物散射的发光，例如，在与发光光束垂直的方向。
源44和检测器46被配置使得检测器检测被反射和/或散射(统称，“散射”)的发光，其中检测是以细胞尺度的分辨率，例如以使得在流出物中的分离的细胞大小的生物的(或其它的)成分能够被彼此区分的尺度。在诸如所示出的实施例所针对的那些的应用中，即，腹膜炎发作的早期检测，这允许流出物中分离的白细胞(WBC)能够被彼此区分(并与红细胞、纤维蛋白和流出物的其它成分区分)，使得它们能够被计数并使得这些计数的改变速率能够被测量，以用于检测腹膜炎的发作和发出腹膜炎的发作的信号的目的。在其它实施例中，这允许流出物中的红细胞(或其它成分，例如气泡)彼此区分(以及与WBC、纤维蛋白等区分)并被计数；等等。
如所述，检测器46被配置用于检测从室48散射的发光，其中检测是以细胞尺度的分辨率，例如以使得在流出物中的分离的细胞大小的成分能够被彼此区分的尺度。如进一步所述，在所示出的实施例中，这允许流出物中分离的WBC54被彼此区分(以及与红细胞56、纤维蛋白58和流出物的其它成分区分)，使得它们能够被计数并且使得那些计数的改变速率能够被测量，以用于检测腹膜炎的发作和发出腹膜炎的发作的信号的目的。在其它实施例中，这允许流出物中的其它成分(例如RBC56、纤维蛋白58等)被检测，用于发出其它情况的信号的目的。
所示的实施例的发光源包括产生单色准直光束的低功率激光二极管。这里，波长选择在630nm以与检测器46的光学灵敏度一致并且为了适合从流出物中的至少所选择成分(例如，白细胞)反射和散射(如上所述，统称为，“散射”)。其它实施例可以利用根据前述的或其它标准选择的其它波长的、单色或其它的激光器，仅举一些例子，例如830nm和780nm激光器，以及其它发光源，单色、多色、相干和/或其它。
由所示的实施例的激光二极管44产生的准直的光束可选的由透镜或准直器50成形以得到高斯或圆形横截面的光束52，但在其它实施例中也可以用其它形状的光束。
透镜52使光束成形以优化从流出物中的至少所选择成分的散射。在所示的实施例中，这意味着以将被优选的检测的流出物成分(这里为WBC)的平均尺寸的1倍-2倍，优选的大约1.5倍来定光束的尺寸。假定对于嗜中性粒细胞和嗜曙红细胞的平均尺寸为12-15μm，对于淋巴细胞为8-10μm，和对于单核细胞为16-20μm，所示的实施例的光束52相应的定尺寸为在10-40μm之间，并且，优选的为15-25μm并且更优选的大约20μm。这优化设备42用于相对于例如红细胞56、纤维蛋白58和PD流出物的其它成分的WBC的优先检测。其它实施例可以使用其它光束大小，例如，为了其它流出物成分等的优先检测的原因。
所示的实施例的光束52旨在通过室48，以便照射其中的流出物，以便激起来自流体中的生物(和其它)成分的散射的目的。虽然在所示的实施例中，所述光束旨在通过室48的中心，如所示，在其它实施例中光束52可以被另外指向。
返回到图3A，检测器46根据散射事件的强度和/或位置检测和计数那些事件-即，发光被从室48中的流出物散射至检测器46的事件。在所示的实施例中，检测器46被特别地布置用于检测侧散射，例如，以垂直于光束52的轴线66为中心的视场64中的事件，如所示。在其它实施例中，检测器可以被布置用于检测其它散射事件，例如背散射、前散射，以角β而不是垂直的侧散射。因此，虽然在所示的实施例中β大体为90°，但更一般的，β在30°-150°的范围内；更优选的，在60°-120°之间；更加优选的，在80°-100°之间，更加优选的，大体为90°，如所示。
在一些实施例中，检测器46采用单个单元(single-cell)(或少单元(few-celled))光电二极管，即，PIN型二极管68，以便检测这种散射事件的发生和发出这种散射事件的发生的信号的目的。透镜70促进聚焦二极管，使得其检测那些事件，其中检测是以细胞尺度的分辨率，例如，以使得流出物中分离的细胞大小的生物(或其它)成分能够被彼此区分(根据这种散射)的尺度。在所示的实施例中，透镜70被选择并布置(相对室48和二极管68)，以优先地聚焦WBC，但在其它实施例中，透镜70可以用其它方式被调焦。透镜70还被选择并布置用于在视场64中的期望的焦深，例如，在所示的实施例中，焦深与隔间48或其大部分的深度匹配。室48被配置与激光光束大小和形状匹配，例如，以便最小化或完全避免光束52反射(或散射)离开室本身的内壁。
激光二极管68被选择和/或另外配置(例如，通过合适回路的使用)，用于检测由流出物的所选择的成分-这里优选的WBC的散射，但在其它实施例中，为RBC、纤维蛋白、气泡或流出物的其它成分。不管怎样，这种选择和/或配置能够被经验地(例如，通过检验从已知组成的流出物检测的散射)或其它的方式执行。
被二极管60检测和发出信号的散射事件被发送至微处理器62(或其它合适元件)用于分析。在所示出的实施例中，这包括计数随时间发出信号的事件并例如当一定强度(或强度范围)的计数的数量例如(i)从对于患者16所建立的基线，(ii)已用过的PD溶液从患者16连续排出中变化时，和/或(iii)当随时间变化(variance)的趋势-和更特别的随时间计数的改变速率(即，“临界斜率”)超过所选择的量时，产生警报。这种警报能够是对患者16、健康护理工作者等的视觉和/或听觉信号；对于检验设备42形成一部分的***12的硬件或其它中断；对这样的***的软件功能调用等等的形式。
本发明的其它实施例采用电荷耦合装置(CCD)代替PIN型二极管68，用于检测散射事件的发生和发出散射事件的发生的信号的目的。如上，透镜70促进聚焦CCD(并获得期望的焦深)，以便其以细胞尺度的分辨率检测那些事件，并且在所示的实施例中，使得其优先地聚焦WBC-但在其它实施例中，透镜70可以用其它方式被调焦。在下面的讨论中，因为CCD放置在设备42中的相同功能位置，元件的标号68用于指CCD，如其曾用于指PIN型二极管。
与PIN型二极管一样，CCD68被选择和/或另外配置用于促进来自流出物的所选择成分(再次，这里优选的为WBC)的散射的检测。在这点上，CCD68成像被照射的室48，记录散射事件的位置和强度(再次，以细胞尺度的分别率)，以便流出物中至少所选择成分(例如，WBC)能够被彼此区分并与流出物的其它成分区分。
图4描述这样的图像-这里，由包括每μL的80玻璃珠(在10-30微米的尺寸)代替WBC的模拟的流出物产生。
由CCD产生的图像被发送至微处理器62(或其它合适的元件)用于分析。在所示的实施例中，这包括获取每个图像-或更优选的来自在单个PD处理阶段之后已用过的PD溶液排出期间所产生的多个这种图像的直方图，根据强度分组。根据直方图组的所选择的一个(多个)中的计数数量，微处理器62能够产生警报，例如，如下所讨论的。
图5A-5C描述这种直方图-这里，分别从如上所描述的每μL具有40(图5A)、80(图5B)和零(图5C)玻璃珠的模拟的流出物所产生。
在所示的实施例中，例如，当一定强度(或强度范围)的计数的数量例如(i)从对于患者16所建立的基线，(ii)已用过的PD溶液从患者16连续排出中改变时，和/或(iii)当随时间(即，从PD处理时期至时期)变化的趋势-和更特别的随时间计数的改变速率(或，“临界斜率”)超过所选择的量时，其产生警报。再次，这种警报可以是对患者16、健康护理工作者等的视觉和/或听觉信号；对于检验设备42形成一部分的***12的硬件或其它中断；对这样的***的软件功能调用等等的形式。
如应该理解的，从多个CCD图像取直方图的优点是其趋向于强调在临界范围内的强度计数。这提高信噪比并因此增加(例如，腹膜炎或被流出物反映的其它情况的)检测效力。使用这个方法的本发明的实施例中，能够控制CCD68(例如，通过微处理器62等)，以在PD溶液排出期间通过连续的输入“获得”和“读取”模式来获得那些多个图像，其中“获得”模式用于获得被照射的室48的图像；“读取”模式用于读取那些图像至微处理器。
在本发明的其它实施例中，微处理器能够在获取直方图之前执行图像预处理。因此，例如，其能够消除表示从太长(例如，纤维蛋白)或太短(例如，RBC)的流出物成分散射的像素值，作为例子，二者均是相对于为了腹膜炎检测的目的打算对WBC计数的实施例。此外，这种预处理可以根据本发明被应用的应用的细节被选择。
自清洁室
图6A-6C描述同设备42一起使用的室82。这是对图3A所示和上面讨论的室48的替代。因此，与室48一样，室82形成用于腹膜流出物的流动路径的部分并能够被布置使得流动通过其的流出物能够被源44照射并被检测器46检测，考虑到下面的讨论，均如关于室48的上面所描述。
图6A和6B分别描述室82的前和侧视图。图6C示出根据本发明的***的配置，与源44和检测器46结合示出室82。
参照图6A和6B，室82包括流体入口84和出口86，用于耦合进入如上所述的循环器40、***30或其它APD或CAPD***的流出物流动路径，流出物流体在箭头88、90的方向从腹膜(或“传输侧”)流动至处置室(“或排出侧”)。在所示的实施例中，口84、86确定尺寸用于接附管道等，限定在这样的APD或CAPD***中的这种流出物流动路径；但应该理解，在其它实施例中，口的大小和配置可以改变。
室82限定流入口84的流出物在经口86离开之前经过的区域。所示的实施例的室82包括中心部分82A，其内壁(由虚线表示)限定通常特征为长方体或立方体，具有维度l(长度)、w(宽)和d(深度)的流体流动区域。
在所示的实施例中，长度l和宽度w通常具有相同的大小，并且都在大小上大于深度d；然而，其它实施例在这些方面可以改变。在本发明的一个实施例中，l和w均小于或等于大约5”，并且优选的，小于或等于大约3”，并且更优选的，小于或等于大约1”，而d小于或等于大约1”，更优选的小于或等于大约1/2”，并且更加优选的，小于或等于大约1/4”。因此，在一个特别的实施例中，l和w大约为1”并且d大约为1/4”。
中心部分82A在入口侧经具有带有大体特征为平截头椎体的形状的内壁(虚线)的近部分82B与口84耦合；并且，在出口侧，经具有也带有大体特征为平截头椎体的形状的内壁(虚线)的远部分82C。部分82B的内壁限定的平截头体的尺寸在近端(即较接近于入口)大体上与口84的内直径匹配，在远端(即，接近于出口)大体上与由部分82A的内直径限定的立方体的尺寸匹配。同样，由部分82C的内壁限定的平截头体的尺寸在远端(即，较接近于出口)大体上与口86的内直径匹配，且在近端(即，接近于入口)大体上与部分82A的内直径限定的立方体的尺寸匹配。
所示的实施例的中心部分82A是光学透明的，允许由源44对室82中的腹膜流出物的照射以及由检测器46对由此所散射的发光检测，如以上所述讨论的。为此，至少中心部分82A能够由诸如丙烯酸树脂、聚碳酸酯和/或聚苯乙烯的模制塑料制成，这些塑料具有450nm-890nm的光学传输(最大光学损失大约在3％)并且因此适于与操作在630nm(+/-20nm)波长的源44一起使用。当然，对于在这里和较早所讨论的波长光学透明的其它塑料或材料(诸如玻璃、陶瓷等)也可以或附加的被使用。
在所示的实施例中，制造中心部分82A所用的塑料或其它材料(在上面讨论的限制中)的折射率对于由源44对室82中的腹膜流出物的照射和由检测器46对由此所散射的发光的检测没有显著影响。然而，在其它实施例中，例如，区域82A的部分作为透镜(故意的等)的实施例中，塑料或其它材料的折射率的影响可以较显著。
同样，在所示的实施例中，制造中心部分82A的塑料或其它材料(再次在上面讨论的限制中)的色散因子对于由源44对室82中的腹膜流出物的照射和由检测器46对由此所散射的发光的检测没有显著影响。在以下情况下尤其是这样：(i)光束52以大体上垂直于其表面的角度Ω穿过中心部分82的壁，(ii)光束被准直，和(iii)光束具有这样的直径(且被定位为)使得其除了穿过的点外没有部分与中心部分82A的侧面接触。然而，在光束以不是大体90°的角度Ω穿过中心的壁的其它实施例中，中心部分82A能够由具有较小色散因子的材料制造。
虽然隔间82的部分82B、82C能够由与部分82A相同的塑料或其它材料制造，但近部分82B和远部分82C不需要光学透明，并且因此也能够由其它材料制造。
偏转器94布置在内部室82的远端，如所示。在所示的实施例中，其包括放置在由光束52所照射的区域下游的流出物流动路径的中心区域的弧或半球形构件。因此，例如，偏转器可以放置在室82的远端，然而，相对x和z轴96(或，换言之，相对宽度w和深度d维度)在大体中心。
如所示，可以耦合或集成至远部分82的偏转器94具有突出到中心部分82A的远端的成圆的部分(在图中以粗、黑、弯曲区域示出)。适合于以下面讨论的方式打破流出物的流(例如，从层流到湍流)的其它形状的偏转器也可以或对这里所示的偏转器94附加的使用。偏转器84可以由与部分82A、82B和/或82C相同的塑料或其它材料制造，但其也可以由其它材料制造。在一些实施例中，偏转器84带有特氟纶或其它物质的涂层，其阻止在流出物的流中的生物和其它材料的附着。
作为其内壁的配置的结果，室82引起在中心部分82A的近端的流出物中的层流。偏转器94提供这样的转变，即在中心部分82A的远端以及在出口(或远)部分82C的流通过打破边界层从层流至湍流的转变，这导致雷诺数增加。当雷诺数达到100时，在流出物中漩涡开始形成。那些漩涡随着雷诺数变得更大而增加。漩涡帮助清洁室82的内壁-特别的，例如，在中心部分82A的远端，以及在远部分82C中-阻止流出物的白细胞、红细胞和其它成分附着至那些内壁和/或移除那些已经附着的。因此，在本发明的一个实施例中，偏转器被布置用于影响具有雷诺数大约为100或更高的，更优选的大约250或更高的流出物的流。
体内检验
图7A描述以循环器12(图1)的方式构建和操作的APD循环器40，但其包括根据本发明用于通过检验体内即患者腹膜内的腹膜液来检测腹膜炎的设备100a。循环器40(具有检验设备100a)能够被用于代替***10(图1)中的以及在其它APD处理***中的循环器12。同样，检验设备100a能够同***30(图2)一起使用，如插图7B中所图形描述的，以及用在其它CAPD***中。此外，设备100a能够被利用作为独立的检验设备(例如，用于检验患者体内的流体)和/或其能够同用于APD、CAPD或其它医疗过程的工具包结合。更进一步，设备100a能够被单独使用或与前述的结合使用在实验室、医生办公室、医院或家用的检验仪器中。为了方便，检验设备100a的操作将参照图3A的循环器40描述，但是，应该理解设备100a能够被类似的配置并操作在前面提到的和其所使用的其它环境中。
所示的设备100a通常以上面讨论的检验设备42的方式操作，但是在腹部且更特别的在患者16的腹膜14中，不是在室48中，在体内检验腹膜液用于检验腹膜炎的发作和/或其它情况(例如，血液和/或气泡的存在)。此外，所示的实施例的设备100a提供对于例如其折射率的腹膜液的特性的测量。
当与APD和CAPD***(例如，在图7A-7B中所示)一起使用时，该检验典型的在PD处理期间-即，在当腹膜被填充以体液(例如，肌酸和尿素)和PD溶液的混合物时实施。设备100a还可以在处理前或处理后使用以检验大体上只包括体液的腹膜液。针对后者，应该理解这里所使用的关于腹膜的内容物的术语“腹膜液”是指流体(例如，体液、PD溶液或它们的混合物)的任意结合，除非上下文表明有其它含义。
为此，设备100a利用第一光纤束102沿着导管19从发光源44(患者外部)传递发光进入腹膜14。第二光纤束104传递在腹膜中由腹膜液散射的发光，例如在与发光光束垂直的方向，沿导管19回到检测器46(也在患者外部)。在设备100a同APD和CAPD***一起使用的实施例中，束也可以路线通过传输器具38。
参照图8，束102和束104的远端固定在导管顶端105中，使得后者捕获并传送被反射和/或散射(统称，“散射”)的发光至检测器46-优选的，在细胞尺度的分辨率，例如以使得腹膜液中的分离的细胞大小的生物(或其它)成分能够被彼此区分的尺度。如上所述，在诸如所示的实施例针对的那些的应用中，即，腹膜炎发作的早期检测，这允许在腹膜液中的分离的白细胞(WBC)被彼此区分(以及与红细胞、纤维蛋白和液的其它成分区分)，使得它们能够被计数并且使得那些计数的改变速率能够被测量，以用于检测腹膜炎的发作并发出腹膜炎的发作的信号的目的。在其它实施例中，这允许在液中的红细胞(或其它成分，例如气泡)被彼此(以及同WBC、纤维蛋白等)区分并被计数等等。
顶端105可以由塑料、陶瓷、金属或适于用在医疗应用中的其它材料(或其组合)构建，用于固定束102、104。在所示的实施例中，其包含具有中空的中心区域的罩形的结构，束102、104的远端布置在所述中空的中心区域中(如所示)并且腹膜液以及新鲜的和已用过的透析液可以自由穿过所述中空的中心区域。罩形结构的开放的“面”区域和在其远端(或“顶”)的孔107进一步促进这种流体的通过。此外，开放面和孔帮助确保远侧顶端102、104暴露于来自腹膜的流体的代表性的混合物。本领域的技术人员当然将理解，其它结构和/或布置可以被用于补充或代替顶端105。
光纤束102、104能够以所示的方式通过导管19路线为从设备102至腹膜14，例如，经集成的导管分支19a进入导管19。可替代的，束102、104能够经y形连接器、经直接***到导管19的壁中或经本领域中已知的其它技术进入导管，用于光纤束或其它这样的结构的路线为通过导管进入患者身体。束102、104由适于用在医疗应用中的传统的光纤构成。每个束定尺寸为使其(和其合作件)可以通过导管19而不会不适当地阻止透析液通过其流动，每个束包括在1个和数百个或更多个之间的光纤，这取决于单独光纤的大小。
如上，设备100a的发光源44包括产生单色准直光束的低功率激光二极管。波长被选择在630nm以同检测器46的光学敏感度一致并且与从在腹膜液中的至少所选择成分(例如，白细胞)的反射和散射(如上，统称“散射”)相适应。如更早所说明的，其它实施例可以利用根据前述的或其它标准选择的其它波长、单色等的激光器，仅举一些例子，例如，830nm和780nm激光器，以及其它发光源，单色、多色、相干和/或其它。源44能够以本领域已知的激光二极管驱动电路的传统方式由所示驱动电路108来供电和另外驱动-如根据这里的教导而适应性变化。
如上，由设备100a的激光二极管44产生的准直光束能够由透镜或准直器50a成形，用于沿着束102传输至腹膜14。另一个透镜或准直器50b能够在束102的远端被提供来以高斯或圆形横截面成形腹膜腔14中的激光束52，但在其它实施例中可以使用其它形状的光束。
如上，透镜50b成形光束52以最优化从腹膜液中的至少所选择成分的散射。在所示的实施例中，这意味着以将被优先检测的流体成分(这里为WBC)的平均尺寸的1倍-2倍，优选的大约1.5倍来定光束的尺寸。假定对于嗜中性粒细胞和嗜曙红细胞的平均尺寸为12-15μm，对于淋巴细胞为8-10μm，和对于单核细胞为16-20μm，所示的实施例的光束52相应的定尺寸为在10-40μm之间，并且，优选的为15-25μm并且更优选的大约20μm。这优化设备42用于相对于例如红细胞56、纤维蛋白58和腹膜液的其它成分的WBC的优先检测。其它实施例可以使用其它光束大小，例如，为了其它腹膜液成分等的优先检测的原因。
如上，所示的实施例的从束102发出的光束52旨在通过腹膜14，以便照射其中的腹膜液，用于激起来自那液中的生物(和其它)成分的散射的目的。
如上，被腹膜14中的腹膜液例如在垂直于光束52的方向散射的发光沿着导管19由光纤束104传送至检测器46。除了根据散射事件的强度和/或位置来检测和计数散射事件(即，发光被腹膜14中的液散射至束104的远端的事件)之外，从那发光，检测器46确定腹膜液的折射率。
在所示的实施例中，束104的远端被布置用于捕获(和传送至检测器46用于检测)侧散射，例如，如所示的在以垂直于光束52的轴线66为中心的视场64中的事件。在其它实施例中，束的远端被布置用于捕获(和传送至检测器用于检测)其它散射事件，例如，背散射、前散射、在角度β而非垂直的侧散射。因此，虽然在所示的实施例中β大体为90°，但更一般的，β在30°-150°的范围内；更优选的，在60°-120°之间；更加优选的，在80°-100°之间，和更加优选的，大体为90°，如所示。
如上，在一些实施例中，检测器46采用单个单元(或少单元)光电二极管，即，PIN型二极管68，用于检测这种散射事件的发生和发出这种散射事件的发生的信号的目的。透镜70促进聚焦二极管，以便其检测那些事件，其中检测是以细胞尺度的分辨率，例如，以在腹膜液中分离的细胞大小的生物(或其它)成分能够被彼此区分(根据这种散射)的尺度。在所示的实施例中，透镜70被选择并布置(相对束104的近端和二极管68)，以优先地聚焦WBC，但在其它实施例中，透镜70可以用其它方式被调焦。透镜70还被选择并布置为具有相对视场64的期望的焦深，例如，在所示的实施例中，焦深从大约几厘米至大约几英寸。
如上，激光二极管68被选择和/或另外配置(例如，通过合适回路的使用)，以检测从腹膜液的所选择成分-这里优选的WBC的散射，但在其它实施例中，为液的RBC、纤维蛋白、气泡或其它成分。不管怎样，这种选择和/或配置能够被经验地(例如，通过检验从已知组成的流体检测的散射)或其它方式的执行。
如上，本发明的其它实施例采用电荷耦合装置(CCD)代替PIN型二极管68，用于检测散射事件的发生和发出散射事件的发生的信号的目的。并且，透镜70也促进聚焦CCD(并获得期望的焦深)，以便其以细胞尺度的分辨率检测那些事件，并且在所示的实施例中，以便其优先地聚焦WBC-但在其它实施例中，透镜70可以用其它方式被调焦。在下面的讨论中，因为CCD放置在设备100a的相同功能位置，元件的标号68用于指CCD，如其曾用于指PIN型二极管。
与PIN型二极管一样，CCD68被选择和/或另外配置用于促进来自腹膜液的所选择成分(再次，这里优先为WBC)的散射的检测并且用于确定腹膜液的折射率。在这点上，CCD 68成像被照射的腹膜液(经光纤束104)，记录散射事件的位置和强度(再次，以细胞尺度的分辨率)，以便腹膜液中至少所选择成分(例如，WBC)能够被彼此区分并与液的其它成分区分。
如上，被二极管60检测和发出信号的散射事件被发送至微处理器62(或其它合适元件)用于分析。在所示的实施例中，这包括计数随着时间发出信号的事件并例如当一定强度(或强度范围)的计数的数量例如(i)从对于患者16所建立的基线，(ii)已用过的PD溶液从患者16连续排出中改变时，和/或(iii)当随时间变化的趋势-和更特别的随时间计数的改变速率(即，“临界斜率”)超过所选择的量时，产生警报。这种警报能够是对患者16、健康护理工作者等的视觉和/或听觉信号；对于检验设备100a形成一部分的***12的硬件或其它中断；对这样的***的软件功能调用等等的形式。此外，根据被二极管60检测的散射事件的强度，微处理器确定在腹膜14中的流体的折射率。
在图7A-7B的实施例中，这样的警报和折射率测量被从设备100b传送至远程接口单元100b。这样的传送可以通过无线或有线连接，或其结合。在所示的实施例中，无线传送经利用蓝牙无线协议与远程单元100b通信(即发送和接受信息)的模块106被采用。其它实施例可以使用红外，802.11或其它无线通信技术(包括长距离无线技术，类似人造卫星)代替或补充。其它的可以与这样的无线技术结合或除这样的无线技术外利用有线连接(诸如USB电缆，以太网等)。
能够被定尺寸并配置为滑动到口袋上/进入口袋或被患者16、健康护理提供者等“佩戴”的设备100b接收这样的折射率测量警报，用于显示在LCD或其它显示屏幕108和/或LED或其它指示器110上。为此，设备100b能够采用微处理器或其它电路(未示出)用于来自设备100a的关于散射事件、折射率测量和其它信息(例如，关于电池电平和/或设备100a的操作状态的其它方面)的警报和信息的进一步分析。的确，驻留在设备100b中的这样的微处理器或其它电路能够提供微处理器62的功能性的一些或所有，从而，减少设备100a的电路需求。
更一般的，驻留在设备100b中的微处理器或其它电路能够控制设备100a，例如，激励检测器46和/或驱动电路108。为此，设备100b提供键盘112用于接收来自患者、健康护理提供者或其他人的输入，用于激励单元、输入编码以配对蓝牙模块106或另外耦合/解除耦合用于通信的设备100a和100b、指定用于检测器46和/或驱动电路108(和，更一般地，设备100a和100b)的操作模式和/或其它。
设备100a和100b的电路能够由电池供电，例如作为非限制性的例子，两个平的“表型”电池(未示出)等等。此外，该电路能够使用表面安装印刷电路板技术等来实现，以便节省空间。因此，所示的实施例的设备100a大约是1.5”x1”x0.5”，但是，其它实施例的尺寸可以改变。同样，所示的实施例的设备100b大约是3”x2”x1”，但再次，其它实施例的尺寸可以改变。
这里描述和示出的是满足上面列出的目的的用于检验PD流出物的设备和方法。应该理解，这里描述的实施例仅仅是本发明的例子，并且包括这里的改变的其它实施例落在本发明的范围内。因此，作为非限制性例子，应该理解，以上描述的用于从PD流出物的流检测腹膜炎的方法和设备能够被应用于体内、体外等检测包含在和/或来自其它身体器官和腔体中的透析液和其它流体的特性，包括检测均作为非限制性的例子的诸如血液(RBC)、气泡和CAPD、APD等等的其它期望的或不期望的副产品的情况。此外，应该理解，这样的设备和方法能够被应用于检测血液透析的气泡和其它副产品。

Claims (12)

1.一种用于检验在流动路径中的腹膜透析流出物的设备，包括：
A.限定用于腹膜透析流出物的流动路径的至少部分的室，
B.照射在所述室中的腹膜透析流出物的发光源，
C.检测被所述腹膜透析流出物所反射和/或散射产生的发光的检测器，和
D.所述室引起在所述腹膜透析流出物中的层流，该室包括布置在所述流动路径中的偏转器，该偏转器实现在所述室中便于清洁其内壁的流体的流动。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述偏转器增加在所述室中流动的流出物的湍流。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述偏转器增加在所述室中流动的流出物的雷诺数。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述偏转器阻止所述腹膜透析流出物的成分附着于所述室的内壁和/或移除已经附着于内壁的腹膜透析流出物的成分。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述室包括具有限定大体特征为长方体的流体流动区域的内壁的第一部分。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述室的所述第一部分经具有带有大体特征为平截头锥体形状的内壁的部分同流入口耦合。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述第一部分经具有带有大体特征为平截头锥体形状的内壁的部分同流出口耦合。
8.一种用于检验在流动路径中的腹膜透析流出物的设备，所述设备包括：
A.限定用于腹膜透析流出物的流动路径的至少部分并在其中引起层流的室，
B.照射在所述室中的腹膜透析流出物的发光源，
C.检测被所述流出物所反射和/或散射产生的发光的检测器，和
D.所述检测器以细胞尺度的分辨率检测所反射和/或散射的发光，使得在所述流出物中的至少所选择的分离的细胞大小的成分能够根据从其反射和/或散射的并被所述检测器所检测的发光所彼此区分，其中所述检测器布置用于检测从在所述腹膜透析流出物中的白细胞所反射和/或散射的发光，使得它们能够与红细胞、纤维蛋白和/或在所述流出物中从其反射和/或散射发光的气泡相区分。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述检测器布置用于检测从在所述腹膜透析流出物中的分离的白细胞所反射和/或散射的发光，使得那些白细胞能够被彼此区分。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述检测器根据从在所述腹膜透析流出物中的白细胞所反射和/或散射的发光对所述腹膜透析流出物中的白细胞计数。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，如果所述计数随时间改变和/或从基线变化，所述检测器发出腹膜炎发作的信号。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述基线是对于排出所述腹膜透析流出物的患者在之前建立的基线。
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