CN109689127A - 光学血液检测*** - Google Patents

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Abstract

描述了一种光学血液检测器***，其快速检测由于***中的血液泄漏引起的血液的存在。血液检测器***包含可重复使用的血液传感器，其能够通过光学感测来自感测区域的光并确定光是否来自泄漏的血液而准确地检测例如体外血液治疗***中血液的存在。血液传感器可响应于反射光或由于由血液检测器***中的光源激发的生物荧光而从血液发射的光。血液检测器***可以紧靠与静脉注射针注射部位相邻的吸收材料放置，并快速检测吸到吸收材料中的任何血液。血液检测器***可以消除医务人员针对由于针头移位导致的潜在致命的血液泄漏而在视觉上连续检查许多患者的需要。

Description

光学血液检测***
背景技术
用于检测潮湿和/或液体泄漏的存在性的装置具有许多应用场合，包括例如机械***、实验室、实验方案或具有液体管线的装置中以及用于具有遗尿或尿失禁的那些人，或接受血液治疗的那些人。特别地，重要的是在涉及从人体内移除血液的程序，诸如献血、血液解毒、血液过滤/血液滤过和血液透析的程序期间检测由于血液泄漏或其它液体管线泄漏引起的潮湿。例如，在血液透析中，通过针将血液从患者体内移入血液液体管线回路，该血液液体管线回路将血液输送到过滤掉废毒素并从血液中除去过量的水的血液透析机。由于血液通常以很快的速度从患者体内移出并通过血液液体管线回路，针的脱离或血液管线的断裂将导致快速且可能致命的失血。出于这个原因，血液透析通常需要几个小时并且必须每周进行几次，通常在可以监视患者的医疗配置中进行。必须持续由医务人员对患者进行血液渗漏视觉监测，以便在发生针移位时，可以在发生有害失血之前对其进行识别和纠正。
发明内容
本发明提供一种光学血液检测器***，其能够灵敏且快速地检测血液泄漏的存在性，例如，在静脉注射部位周围的纱布中，并且在检测到泄漏时快速触发警报。与传统的“潮湿”检测器相比，光学血液检测能够更快地检测到血液，因为在传统***中，血液必须使潮湿检测器饱和才触发检测事件。相反，光学***可以检测到较少量的血液。血液检测器***可以在许多情况下使用，并且特别适用于检测接受体外血液治疗(例如，血液透析)的患者中针的移位引起的血液泄漏。
本发明的多个方面包括一种血液检测器***，其通过由***中的血液泄漏引起的颜色变化来快速检测血液的存在。血液检测器***可以包含可重复使用的颜色传感器，其可以在体外血液治疗的情况下准确地检测颜色变化和血液的存在。在一些实施例中，整个***(例如，包含检测器和发射器的壳体)的直径可以约为30mm并且被配置成直接放置在臂中的针进入点上方的纱布上。在一些实施例中，血液检测器***快速警告用户和医务人员已经在治疗***中检测到血液泄漏，并且如果需要，停止从患者移除液体和/或血液。在一些实施例中，如果在一段时间内未检测到来自泄漏的颜色变化，则血液传感器进入低功率状态，从而延长装置的寿命和/或节省电池电量。在一些实施例中，血液检测器***同时监测多个位置，这将例如消除医务人员在体外血液治疗期间针对由于针移位导致的潜在致命的血液泄漏而在视觉上连续检查大量患者的需要。
在一些实施例中，该***被配置成检测血液的颜色，例如，当血液被吸入纱布包裹物中时的颜色变化。颜色传感器检测从纱布反射的光从白色变为红色的变化。在一些实施例中，检测器采用LED，在一些实施例中所述LED是白色LED，以在需要时照射该区域。在一些实施例中，该***通过检测血液的一种或多种生物荧光组分来检测血液。例如，人体血液的波长峰出现在274、345、415、541和576nm。基于荧光激发-发射矩阵的分析，人体血液的主要发射峰出现在激发-发射波长对260-630、280-340、340-460和450-520nm，这分别归因于内源性卟啉、色氨酸、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)或还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)。因此，在一些实施例中，LED发射450nm的光，并且图像传感器检测520nm处的血液的对应生物荧光发射。在一些实施例中，颜色传感器被配置成检测来自反射的光的血红蛋白的吸光度以指示血液的存在。在这些实施例中，颜色传感器被配置为响应于血红蛋白对400nm至450nm的波长的高吸收。
一个实施例是一种用于检测静脉注射部位处的血液泄漏的血液检测器***，其具有血液传感器和与血液传感器通信的接收器单元，该血液传感器具有支撑结构。血液传感器包括附接到支撑结构的颜色传感器，颜色传感器适于检测来自与颜色传感器相邻的感测区域的光，并且颜色传感器被配置为检测与血液相关的频率的反射光和与血液的生物荧光相关的发射光中的一个或多个。血液传感器还包括附接到支撑结构的电子发射器、耦合到电子发射器的天线以及连接到处理器、电子发射器、发光单元和颜色传感器的电源。接收器单元包括用于检测来自血液传感器的一个或多个信号传输的接收器、与接收器通信的控制器以及与控制器通信的警报***。
在一些实施例中，支撑结构包括不透明区域，该不透明区域的尺寸和位置被设计成遮挡直接到达感测区域的环境光。
在一些实施例中，颜色传感器包括图像传感器和透镜，该透镜被布置成将感测区域的图像投影到图像传感器上。
在一些实施例中，血液检测器***包括设置在支撑结构中并与电子发射器和颜色传感器通信的处理器，处理器被配置为基于由颜色传感器检测的反射光的辐射能量确定感测区域中血液的存在性。
在一些实施例中，处理器被配置为确定检测到的光是否大于预定的血液检测阈值，并且大于预定血液检测阈值的值指示血液的存在。
在一些实施例中，处理器被配置为指示电子发射器向与血液传感器通信的接收器单元发送指示已检测到血液的至少一个信号。
在一些实施例中，控制器被配置为基于来自血液传感器的所述一个或多个信号传输来确定感测区域中血液的存在性。
在一些实施例中，电源包括可再充电能量存储模块或更换型能量存储模块。
在一些实施例中，血液传感器适于与针***部位周围的吸收材料相邻定位，并且吸收材料包括感测区域。
在一些实施例中，血液传感器包括用于将血液传感器附接到血液管线的附接装置。
在一些实施例中，附接装置适于将颜色传感器定位在血液管线的静脉针的进入点之上。
在一些实施例中，血液传感器包括跨过颜色传感器定位的半透明盖，半透明盖的尺寸和布置被设计成将颜色传感器定位成距离感测区域一定距离，该距离对应于半透明盖的厚度。
在一些实施例中，血液检测器***包括附接到支撑结构并连接到电源的发光单元，发光单元被布置成照射感测区域。
在一些实施例中，发光单元适于发射白光。在一些实施例中，颜色传感器适于检测对应于人血液的主生物荧光发射峰的发射光。检测到的人体血液的主发射峰可以包括274nm、345nm、415nm、541nm和576nm中的至少一种。在一些实施例中，颜色传感器适于检测对应于人体血液的反射颜色的光。在一些实施例中，发光单元适于发射450nm的光，并且颜色传感器适于通过感测区域中血红蛋白的存在性来检测与发射光的吸收相对应的光。
在一些实施例中，发射光包括260nm的光，并且颜色传感器适于检测630nm的光。在一些实施例中，发射光包括280nm的光，并且颜色传感器适于检测340nm的光。在一些实施例中，发射光包括340nm的光，并且颜色传感器适于检测460nm的光。在一些实施例中，发射光包括450nm的光，并且颜色传感器适于检测520nm的光。在一些实施例中，来自血液传感器的血液检测的至少一个信号的传输由接收器单元的所述接收器接收，并且响应于所述至少一个信号，接收器单元的控制器触发警报***，并且警报***包括从由警告消息的显示、可听警报、可视警报和物理性警报组成的组中选择的一个或多个警报。
在一些实施例中，颜色传感器包括红色、蓝色和绿色颜色感测区域。在一些实施例中，颜色传感器包括白色和红外(IR)传感器。在一些实施例中，支撑结构是印刷电路板，并且颜色传感器和发光单元设置在印刷电路板上。在一些实施例中，发光单元是发光二极管(LED)。
另一个实施例是用于检测静脉注射部位处的血液泄漏的血液检测器，包括：适于发射光并照射与血液检测器相邻的感测区域的发光单元；适于检测来自感测区域的光的颜色传感器；电子发射器；耦合到电子发射器的天线；与电子发射器和颜色传感器通信的处理器；微控制器，其被配置成基于检测到的光的颜色确定感测区域中血液的存在性并且指示电子发射器经由天线将电信号发送到远程接收器，该信号指示感测区域中血液的存在；以及连接到处理器、电子发射器、发光单元和颜色传感器的电源。
另一个实施例是一种检测静脉注射部位处的血液泄漏的方法，包括将血液传感器附接到针***部位周围的吸收材料，所述血液传感器包括：支撑结构；附接到支撑结构的发光单元，所述发光单元适于发光并照射吸收材料的感测区域；附接到支撑结构的颜色传感器，所述颜色传感器适于接收从吸收材料的感测区域反射的光；附接到支撑结构的电子发射器；耦合到电子发射器的天线；与电子发射器和颜色传感器通信的微控制器，所述微控制器被配置成基于反射光的颜色检测感测区域中血液的存在性；连接到微控制器、电子发射器、发光单元和颜色传感器的电源。在附接后，颜色传感器检测来自吸收材料的反射光能量，并且微控制器确定反射光能量的一个或多个特性是否大于预定的血液检测阈值，并且大于预定的血液检测阈值的值指示血液的存在，并指示电子发射器向与血液传感器通信的接收器单元发送至少一个已检测到血液的信号，由此接收器单元触发警报***。
附图说明
本发明的前述和其它目的、特征和优点将从以下对附图中所示的本发明的优选实施例的更具体的描述中变得显而易见，其中相同的附图标记在整个附图中指代相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。
图1A是示出血液检测器***的示意图，其中，接收器单元与血液透析***操作单元集成。
图1B是示出根据本发明的血液检测器***的框图。
图2A-2C是根据本发明的血液传感器的原型的图示。
图3A和3B是根据本发明的颜色传感器和照射装置的检测方法的图示。
图4是示出血液传感器的操作的流程图。
图5是示出响应于血液传感器检测血液泄漏的接收器单元的操作的流程图。
图6A和6B是原型血液检测器***和含血液的吸收材料的图示。
图7是血液检测传感器的操作的图示。
图8是血红蛋白的吸收曲线图。
图9是颜色传感器的血液检测信号随时间的曲线图。
图10是被配置成使用传输检测方法的示例性潮湿检测器的图示。
图11是被配置成使用传输检测方法的示例性潮湿检测器的内部部件的示意图。
具体实施方式
已经提出了许多装置来检测由尿液或血液引起的潮湿，或者检测针与患者的断开或液体管线中的断裂/泄漏；然而，这些装置有几个缺点。例如，许多潮湿检测器不是特别高效，因此大多无效。因此，它们需要过多的水分和/或液体来触发警报，或者在潮湿的发生与潮湿的检测和/或警报之间存在太长的延迟。传统的潮湿检测的一个例子公开在美国专利7,605,710中，该专利在此引入作为参考。在血液透析的情况下，这些缺陷可能是致命的；快速检测和通知是必要的，以最小化由于针的断开或液体管线中的泄漏导致的失血。此外，许多提出的或现有的装置是不舒服的，笨重的，并且在使用电路来检测水分的情况下，如果患者没有被适当地保护以免受电路的影响，则可能是不安全的。重要的是，许多装置不适合检测在体外血液治疗期间发生的血液泄漏，因为装置要么不能区分血液和其它体液，要么不能充分地区分。因此，这些装置会触发许多错误警报，这种情况会大大降低装置在医疗环境中的可用性。另外，许多已知的潮湿检测装置本身不能在物理上重复使用，它们的检测***也不能设计成在遇到潮湿和/或水分之后重置。
因此，需要一种潮湿检测***，其能够快速检测由于血液泄漏引起的潮湿并且能够准确地识别可能由血液引起的任何潮湿，尤其是在体外血液治疗的情况下。所需要的是一种灵敏度足以检测少量血液以触发血液泄漏警报的检测器。还有利的是，提供一种可以同时监测多个血液传感器的血液检测***以及一种可以在其处置时具有多个不同的报警来提醒用户和在适当情况下提醒医务人员血液和/或液体管线的泄漏。在血液透析的情况下，这将使得医务人员不必在视觉上检查多个患者由于针移位或血液管线断裂导致的血液泄漏，从而允许他们专注于其它任务。此外，有利的是，血液检测器能够被重复使用，并且在检测到血液和/或发生警报之后，血液检测器***可以容易地重置。
如本文所用，术语“血液渗漏”是指从***的含血/带血部件的任何泄漏和/或水分出来，通常在那些含血部件与***的其它部件的接口部位发生，或在血液从患者体内移除或返回和/或输注到患者体内的部位发生。因此，例如，血液泄漏可能是血液管线泄漏和/或针***部位泄漏。为了检测血液泄漏，血液传感器可以在任何点处附接到***的一个或多个部件。例如，血液传感器可以在不透明的血液管线入口点/针***部位附近，或者附接在***的血液管线的血液入口点/针***部位周围的材料上。血液管线可以是小尺寸(例如，微尺寸)管，这种类型的管通常包括具有使得非常适合载送所需的液体的特性(例如，最小拖曳和/或液体吸附、非反应性、非腐蚀性、不可降解性)的聚合物(例如，塑料)。在特定实施例中，该***是体外血液治疗***，其中，血液传感器附接到***的各种血液管线以检测例如用于载送血液的管线中的泄漏。例如，用于将血液传感器附接到血液管线的血液传感器附接装置可以是可以附接到血液传感器并且用于将血液传感器牢固地附接到***的血液管线的任何装置，包括：扣钩、耦接器、销、夹子、粘接材料(例如，胶带，胶水)等。在一些情况下，血液传感器定位/放置在静脉注射针头上方的吸收材料上，以在吸收材料中立即检测从注射部位的泄漏。
其它种类的潮湿检测器包括蚀刻在暴露的电路板表面上的一组导电印刷电路板迹线，所述导电印刷电路板迹线用于接触从透析***返回血液的静脉针***患者静脉的区域中的皮肤。这被称为“电导法”，并且涉及在静脉针因某些原因移出而使得患者的血液由于不能返回到体内的静脉而丢失、进而可能导致失血直至并包括死亡的并发症时检测电路板迹线之间的电导率差异。特别是在低血流速率下，透析***的静脉血液回流管线与体内静脉中的静脉血液回流管线之间的压差不足以高到足以被压力传感器***检测到。利用现有的电导率潮湿检测器，静脉针无意中从患者的静脉移出而泄漏的血液改变了电路板传感器中的电导率，然后触发到透析机的无线信号以停止血液泵。
电导率传感器对导致电导率变化的原因没有区别作用。例如，出汗可能会导致误报，并可能导致治疗延误。为了改进传感器，本文描述了替代方法。某些方面包括一种新设计，其中，对红色(约660nm波长)敏感的光传感器取代印刷电路板迹线阵列。本文还描述了其它波长。本公开的某些方面涉及用于接收和分析由于泄漏而存在的从血液反射的光的传感器。这种方法类似于用光学传感器“观察”血液。这种方法被称为“反射法”。在一些情况下，反射法需要用光源充分照射血液，血液将充分反射红色以使传感器可靠地检测到血液泄漏。在某些情况下，如果光照不足以在患者的进入位置上的纱布或包扎下看到血的红色，则反射检测方法可能是复杂的。反射法的另一个方面包括使用照射在待评估区域上的高强度激光，并感测次波长下产生的血液荧光。
本公开的某些方面还涉及另一种基于光的检测方法，其中代替(或附加于)检查由于荧光引起的颜色或次波长，感测一个(或多个)离散波长，其中，在某些情况下，通过要检测的血液介质选择离散波长的吸收和/或散射特性。在一些情况下，测量和量化由于介质浓度的吸光和/或散射引起的信号损失，以指示存在的介质的体积。这种方法被称为“传输法”。
本文描述的技术的某些方面涉及一种用于检测血液、特别是血液泄漏到位于静脉注射部位周围的吸收材料中的血液的存在性的***。本文描述的示例包括一种光学血液检测器***，其具有血液传感器、用于将血液传感器附接到***的部件的附接装置及与血液传感器通信的接收器单元。血液传感器可包括包含电子发射器的支撑结构、耦合到发射器的天线、颜色传感器以及用于电子发射器和颜色传感器的电源。颜色传感器定位成接收从与颜色传感器相邻的感测区域反射或发射的光，并基于检测到的反射或发射的光的特性感测感测区域中的血液的存在性。在一些情况下，血液传感器包括与电子发射器通信的微控制器。在一些情况下，血液传感器包括附接到支撑结构并且布置成照射感测区域的光源。在某些情况下，微控制器控制颜色传感器和光源的操作。在一些情况下，微控制器接收来自颜色传感器的信号并执行指令以确定信号是否指示感测区域中血液的存在性。在其它情况下，微控制器接收来自颜色传感器的信号并操作电子发射器以经由天线将信号发送到远程接收装置，该远程接收装置被配置为基于接收的信号检测感测区域中血液的存在性。
在一些实施例中，血液检测器***的替代配置用作细菌检测***。血液传感器可以放置在透析液窗口附近，以检测细菌的生物荧光。因此，可以检测腹膜或导管部位的细菌感染，从而防止患者可能的主要感染。
因此，在图1A所示的一个特定实施例中，血液传感器122附接到覆盖针***部位的伤口敷料，并且血液传感器122通过导线128或通过天线126无线地将血液泄漏的血液泄漏信号124发送到与血液透析操作单元120集成的接收器单元。在该实施例中，血液泄漏信号124的传输触发从位于血液透析操作单元120下方的警报装置发出的可听警报130。此外，在接收器单元与体外血液治疗***、例如血液透析***集成的情况下，控制器50可以被配置成响应于血液泄漏的信号指示体外血液操作单元停止血液泵并关闭沿着血液从患者体内抽出和/或返回患者体内的血液管线的一个或多个阀。
因此，图1B示出的是包括血液传感器10和接收器单元40的血液检测器***8。血液检测器***8的血液传感器10通常较小，并且在一些情况下，是手表那样大小的。血液传感器10包括颜色传感器12，该颜色传感器12被配置为使用对从颜色传感器12所暴露给的感测区域反射或发射的光的光学检测来检测血液。因此，血液检测器***8可用于检测任何有色的、发荧光的、生物荧光性的液体或当液体被吸收在一种材料中时改变从该材料反射或发射的光的颜色的任何液体。在一些情况下，颜色传感器12是成像传感器或单个红色、蓝色和绿色检测器构成的简单的3检测器矩阵，只要液体的反射颜色或发射光会使得入射到感测区域的光的颜色变化即可。例如，颜色传感器12可以是基本的红色、蓝色和绿色检测器，使得来自感测区域的反射或发射的光能的相应的红色、蓝色和绿色分量由每个检测器区域测量，从而产生可以与血液或其它液体相关的值进行比较的反射或发射的光的颜色特征。在另一个示例中，颜色传感器12可以是具有透镜的图像传感器，该透镜被布置成将感测区域的图像投影到彩色图像传感器12的多个像素上，以便在感测区域的投影图像中检测血液的颜色、大小和位置。在某些情况下，颜色传感器检测从纱布反射的光从白色变为红色的变化。在某些情况下，检测器采用LED，以便在需要时照射该区域，在某些情况下，所述LED是白色LED。在一些情况下，***通过检测血液的一种或多种生物荧光组分来检测血液。
在又一个示例中，颜色传感器可以是光能传感器，其被配置为检测与来自已知色谱的光源的从血液的反射光能相关的一种或多种特定波长的光，或者被配置成响应于光源的生物荧光激发检测与血液的发射光能相关的一个或多个波长。生物荧光是当被外部光源激发时从组织/细胞/DNA等的光的发射。使用窄带波长配置颜色传感器可减少来自不感兴趣的对象和/或物品的噪音。例如，人体血液的波长峰值出现在274、345、415、541和576nm。基于荧光激发-发射矩阵的分析，人体血液的主要发射峰值出现在激发-发射波长对260-630、280-340、340-460和450-520nm，这相应归因于内源性卟啉、色氨酸、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)或还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)。因此，在一些情况下，LED4发射50nm的光，并且图像传感器以520nm检测血液的对应生物荧光发射。在一些情况下，颜色传感器被配置成检测来自反射光的血红蛋白的吸光率以指示血液的存在性。在这些情况下，颜色传感器被配置为响应血红蛋白对400nm至450nm波长的高吸收。
颜色传感器12暴露于光能导致产生可检测的电信号14，该电信号14被发送到微控制器16。在一些情况下，电信号由微控制器16处理以确定是否颜色传感器12已检测到血液，但在其它情况下，微控制器被配置为将相应的信号发送到远程处理器，以确定颜色传感器是否已在感测区域中检测到血液。因此，血液传感器10可以被配置为检测血液或被配置为将颜色信息中继到远程处理器。微控制器16可以是满足MCU的一般规范的任何装置，即包含计算机的所有必要功能部件(例如，中央处理单元(CPU)核、程序存储器(ROM或闪存)、数据存储器(RAM)、***装置、补充资源和输入/输出(I/O)接口，用于与***装置通信)的装置。微控制器架构可从许多来源(例如，诸如IBM/AMCC，Atmel、Cypress MicroSystems、Freescale Semiconductor、Fujitsu、Holtek、Hitachi、AVR、Infineon、Intel、Microchip、National Semiconductor、Texas Instruments、Toshiba和别的制造商)商业获得。基于所生成的颜色传感器12信号的测量，微控制器16确定颜色信号是否高于血液阈值，从而高于检测阈值的颜色信号指示感测区域中血液的存在。本领域技术人员可以指定适当的阈值，在该阈值下，微控制器16基于特定的微控制器参数和所需的检测灵敏度(例如，对于特定应用和/或患者)确定来自颜色传感器已经所暴露给的血液的光满足“血液”的标准。在一些情况下，阈值是从感测区域接收的光的所感测到的颜色的百分比变化。在一些情况下，阈值是从感测区域接收的光的所感测的颜色中的两种或更多种颜色之间的颜色比。在一些情况下，阈值是在从感测区域接收的光中感测的一个或多个特定光频率的最小值。与最小检测水平相关的所述一个或多个特定光频率可以是例如对应于血液的生物荧光的频率或对应于血液中一种或多种物质的吸收曲线的频率。在一些情况下，阈值是照射装置的光输出的函数，或者在一些情况下是操作期间来自感测区域的感测到的光能的函数。
血液传感器10还可以包括颜色传感器12，该颜色传感器12包括用于检测血液的存在性的照射装置22。在一个特定实施例中，血液传感器10识别与在体外血液治疗期间用于移除和/或将血液返回患者的针的脱离/移位相关的血液泄漏。因此，血液传感器10可以附接到围绕针***部位的吸收材料，使得其足够靠近该部位以快速检测从该部位泄漏的任何血液。在一些情况下，血液传感器10在针***患者的静脉和/或动脉的位置的几厘米内。针***部位周围的材料可以是适合医疗用途(例如，无菌)的任何吸收性材料(例如吸收垫、泡沫、布、纸)，并且在一些情况下，是无菌伤口敷料(例如纱布、网、创可贴)。因此，血液传感器10能够通过接收与照射装置发出的光非常一致的光信号来检测血液的不存在性。以这种方式，血液传感器可以被配置为根据检测阈值检测血液泄漏或各种速率。
照射装置22连接到血液传感器10的电源34并且还与微控制器16通信。照射装置22可包括以可见光、紫外线或近红外光谱或允许特定识别存在的血液的任何光的光谱产生/发射光的光源24。在一些情况下，光源24是发光二极管(LED)。在一个实施例中，血液传感器10的照射装置22在构成上以某个恒定间隔(例如，每10秒)发射光。替代性地，光源24可以由颜色传感器12触发，使得在一些情况下，颜色传感器12感测到较低的照明条件，可以从靠着接受静脉注射的患者身上的吸收材料放置的颜色传感器12感测到较低的照明条件并发信号通知光源24以照射变暗的感测区域。在一些情况下，照射装置22可以通过血液传感器10上的按钮(未示出)触发。在一些情况下，照射装置22包括能够以多个不同频率发光的光源24，并且频率可以循环以改善血液检测。在一个特定实施例中，响应于血液传感器10的血液检测，微控制器16指示照射装置22的光源24发光，或以不同频率发光，以确认颜色传感器的初始检测是否是血液。由光源24发射的光允许由于不同分子的不同结构特性而对血液存在性进行特定识别。因此，不同的分子吸收不同波长的光，因此，对特定分子和/或物质的吸收光谱的了解允许通过其光谱特征来识别该物质。因此，血液的主要光吸收分子、氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的吸收光谱是已知的，使得由于血液产生的信号可以与由于某些其它液体(例如汗液)产生的信号区分开。照射装置22可以使用任何适当的光源(例如，卤素灯或钨灯)产生光，并且可以使用发光二极管(LED)产生可见光、紫外线或近红外光，只要产生的光源对人类是安全的即可(参见Duchlne AS等人，IRPA Guidelines on Protection AgainstNon-ionizing Radiation.Toronto，Ontario，Canada，Pergamon Press Canada，Ltd.1991，第53-66页)。由照射装置22发射并由存在的血液吸收的光导致产生由颜色传感器12的经波长校准的光电二极管捕获的波长的可检测的光能发射。由颜色传感器12检测和捕获的波长或光能信息由微控制器16接收。如上所述，由颜色传感器12接收的光能可以是从感测区域99中的血液反射或散射(例如，瑞利散射)的光能(如下面参考图3A和图3B所述)，或者可以是响应于由照射装置的光源24发射的光的特定发射频率通过感测区域99中的血液的生物荧光发射的光能。
在颜色传感器12在特定时间段未检测到血液的情况下，微控制器16可以指示血液传感器10进入低功率状态，从而通过例如减少电源的耗用来延长血液传感器10的电源的寿命。因此，当在特定的时间量内缺少波长(例如，高于阈值的颜色强度)测量结果时，微控制器16在特定的时间间隔内使血液传感器10进入低功率状态，由微控制器16内部和/或与微控制器16相关联的时钟测量特定的时间量和特定的时间间隔。在血液传感器进入低功率状态之前没有检测到血液的时间量和血液传感器持在低功率状态的时间间隔最好由本领域技术人员确定，这些时间周期可通过微控制器16的编程改变。例如，技术人员可以根据现场测试或基于临床实践中血液传感器的使用改变时间周期(例如，在进入低功率状态之前以及低功率状态的持续时间)。如果光源24在没有来自微控制器16的电信号和/或指示的情况下以规则间隔接通，则血液传感器10进入低功率状态的能力可以归因于若干动作，包括减少向颜色传感器12、微控制器16(例如，通过停止执行非必要的MCU功能)和/或照射装置22的供电。
血液传感器10还包括连接到天线28的发射器20，发射器20产生和/或调制将血液泄漏信号发射到接收器单元40的信号波。因此，响应于血液存在性的指示，微控制器16指示发射器20经由天线28发送血液传感器10检测到血液泄漏的信号32。血液泄漏信号传输包含不仅包括血液泄漏信号的通信、而且还包括其它相关信息(例如，血液检测信号、波长值、功率水平、传感器功能)的通信信息；或者，可以单独发送包含其它信息的数据流。发射器20可以是任何适当的发射器(例如，幅移键[ASK])并且也可以与微控制器16分离。然而，在一些实施方式中，微控制器和发射器被集成到一个功能单元(例如，rfPIC12F675F)中。在这种情况下，微控制器可以具有外部晶体以产生传输频率(例如，13.56MHz)。
为了将血液泄漏的信号发送到接收器单元40，血液传感器10可以通过导线连接到接收器单元40，使得血液泄漏信号32通过硬线发送到接收器单元40。在一个特定实施例中，血液泄漏信号32使用被编码用于无线传输的数据无线地传输到接收器单元40(例如，使用脉冲宽度调制)。无线通信可以通过任何合适的无线数据网络，或者可以通过无线通信链路(例如，使用诸如蓝牙、ZigBee的协议)进行。总之，任何有线或无线数据传输网络可用于血液传感器和接收器单元之间的通信。因此，响应于血液传感器10已经暴露于血液的指示，在一些情况下，发射器20使用红外(IR)发射器产生近红外波段中的信号波。在其它情况下，发射器20是产生射频信号的射频发射器。此时，射频(RF)信号可以通过天线28在选定频率上将血液泄漏信号32辐射并传播到接收器单元40。晶体振荡器30产生精确、稳定的频率，血液泄漏信号32可以通过该频率传输并且通常以某些标准频率(例如，10、20、40MHz)谐振；然而，在一些实施方式中，晶体振荡器以433.92MHz的频率发射，晶体振荡器(XO)可进一步用作精确时钟以实现从血液传感器10向接收器单元40的特定类型的信号传输(例如，同步串行传输或异步传输)。在一些情况下，晶体振荡器30还用于信号处理，睡眠模式和血液传感器10的一般操作。有许多类型的晶体振荡器可用于血液检测器***8(例如，微电脑补偿(MCXO)、恒温控制电压控制(OCVCXO)、恒温控制(OCXO)、铷(RbXO)、温度补偿电压控制(TCVCXO)、温度补偿(TCXO)和电压控制(VCXO))中。信号传输的类型(例如，连续或空闲)可由本领域技术人员选择为最适合于使用条件并且可以是符合工业标准(例如，RS232-C、CCITT)的类型。在某些情况下，晶体振荡器设计减少了环境影响(例如，温度、湿度、压力和振动)，以获得更好的频率稳定性。信号传输的持续时间可以是任何期望的长度，并且在一个特定实施例中，信号传输的持续时间是100毫秒(msec)。已经检测到血液泄漏的至少一个信号可以以每个特定的时间间隔发送，所述特定的时间间隔取决于例如信号传输的长度。在一些实施方式中，每60秒发送一行中的两个信号，这还可以将所述两个血液泄漏信号与其它基线和/或其它数据传输区分开。为了快速警告用户(例如，受试者，患者和/或医务人员)在可能发生显著的失血、特别是失血之前已经发生血液泄漏，可以设想血液传感器10检测血液并且在指示血液存在的几秒内将血液泄漏信号发送到接收器单元。
血液检测器***8的接收来自血液传感器10的血液泄漏传输的接收器单元40包括用于检测来自血液传感器的信号传输的接收器、与接收器通信的控制器50和与控制器通信的警报***。接收器是可商购的，例如Micrel的MICFO22BM。因此，接收器单元40的天线42接收从血液传感器10发送的血液泄漏信号32：已经在由接收器单元40的晶体振荡器44产生的匹配频率(例如，433.92MHz)上检测到血液泄漏。接收器上的数据输出接口(DO)46向控制器50提供从血液传感器10发送到接收器的数据。在一个实施例中，接收器单元40可以与一个或多个血液传感器通信。在这种情况下，所述一个或多个血液传感器10和接收器单元40之间的无线通信/信号传输是最有利的。为了使接收器单元40准确地监测从多于一个的血液传感器10的传输，每个血液传感器10必须传输唯一的识别信息，通常是存储在微控制器存储器(例如，动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或其它存储介质)中的唯一识别(ID)号，ID被发送到接收器单元40。然后，接收器单元40又需要包括用于学习、存储和跟踪该唯一ID信息的装置和协议(例如，适当编程的微控制器)。在一些情况下，当接收器单元最初从每个血液传感器接收唯一ID的传输时，将重置每个血液传感器10的警报***。为了执行其各种功能，接收器单元40将连接到电源(例如，AC或DC)或进一步包括诸如可再充电的能量存储模块或替代的能量存储模块(例如，电池)的电源。或者，接收器单元40可以与诸如体外血液***操作单元的***集成，该***执行各种血液治疗功能(例如，血液氧合，解毒，输血或过滤)。因此，控制器50将是控制体外血液治疗单元的***的中央计算机，包括***单元的功能板52。在这种情况下，接收器单元40将由体外血液治疗***单元的电源供电并与***控制器交互。在一些实施方式中，血液检测器***的接收器单元与血液透析治疗***单元集成。
因此，响应于来自至少一个血液传感器10的已经检测到血液泄漏的至少一个血液泄漏信号32，控制器50(例如，一个或多个计算机处理器)经由通用异步接收器-发射器(UART)48从接收器DO 46接收信号通信，UART微芯片提供控制器到接收器的接口。因此，UART 48从接收器接收串行数据位并将这些位转换成可由控制器50解译的完整字节。许多UART装置可用(例如，8250、16550)，并且在某些情况下，UART提供某些量的数据缓冲(例如，16550UART)，以便在发送到控制器之前可以缓存、重新组合和重新组织数据。然后，控制器50可以触发警报***，该警报***指示特定血液传感器(例如，血液传感器10)已经检测到血液泄漏。例如，控制器50可以发出在接收器单元上(如果不同的话)或在体外治疗***操作单元的功能板上显示的警告消息。另外，控制器50可以触发一个或多个可听、可视或物理性警报。警报可以是任何已知的可听的(例如，高音量声音、铃声、警笛声、喇叭声、蜂鸣声、哔哔声、哨声、录音或声音)或可视的(例如，有色、闪烁、频闪、荧光或卤素灯)警报。如果血液检测器***8用于检测某种治疗***(例如，体外血液治疗***)中的血液泄漏，则还可以采用物理警报来警告患者/用户。例如，控制器50可以使附着在患者手臂上的血压袖带挤压患者的手臂，从而唤醒和/或警告患者。类似地，能够振动的装置可以附接到患者(例如，在血压袖带上)，并且控制器50可以使装置快速和/或可听地振动，从而警告用户。
在血液检测器***8的另一个实施例中，血液传感器10还可以包括接收器(传感器接收器)，并且接收器单元40还可以包括发射器(接收器发射器)，使得可以在血液传感器10和接收器单元40之间进行双向通信。接收器单元40和血液传感器10之间的双向通信是有利的，因为它允许接收器单元40向血液传感器10发送多个通信信息，包括软件更新、查询配置设置、重新配置传感器设置和/或确定血液传感器10已被使用的次数。此外，由于来自血液传感器10到接收器单元40的单向信号传输可以容易地被来自其它装置的干扰中断，因此，特别是在医疗设置中，可以利用双向通信来确保来自血液传感器10的血液泄漏信号32传输被接收器单元40接收。因此，接收器单元40可以在安全地接收到血液泄漏信号32传输之后将确认通信信息发送回血液传感器10。另外，双向通信将有助于使接收器单元40确定血液传感器是否正常工作。因此，在一个实施例中，接收器单元40的发射器以每个指定的时间间隔(例如，每60秒)向至少一个血液传感器10发送功能测试信号54。功能测试信号54由血液传感器10接收器接收，并且该数据被UART 58转换以用于微控制器16。响应于功能测试信号54，血液传感器10的微控制器16指示发射器20将功能确认信号发送回到接收器单元40，该信号的传输向接收器单元指示血液传感器是可正常工作的。可以改变每个指定的时间间隔这种通信的数量(例如，两次或更多次传输)。在一些情况下，血液传感器10还保持接收功能测试信号54的能力，并且在处于由微控制器16启动的低功率模式的情况下响应地发送功能确认信号(例如，响应于缺少电信号和/或血液检测)。双向通信还可以允许接收器单元40指示一个或多个血液传感器10进入低功率状态。因此，如果在特定的时间间隔(例如，2.5分钟)内没有从血液传感器10传输血液泄漏信号32并且接收器单元40已经从血液传感器10接收到功能确认信号，则接收器单元40可以向血液传感器10发送信号，指示所述一个或多个血液传感器进入低功率状态持续指定的时间量(例如，15秒)。
有利地，血液检测器***8的警报***可以在血液传感器10触发一个或多个警报之后容易地重置，所述一个或多个警报包括显示警告消息，触发可视、可听或物理性警报，或通过停止血液泵和/或关闭血液管线阀来停止体外血液治疗。因此，血液传感器10还可以包括重置装置，该重置装置将传感器返回到微控制器16没探知出和/或没有指示现有和/或过去血液的存在性的状态。在另一实施例中，如果采用双向通信，则血液传感器10可由接收器单元40重置。在这种情况下，外部操作员(例如，医务人员)可以通过开启的输入装置(例如，拨号盘、按钮、键、开关等)或与接收器单元40和/或功能板52通信来指示控制器50向血液传感器10发送信号，该信号指示微控制器16重置任何血液指示。在另一个实施例中，血液传感器10可以被编程为使得如果血液检测器***8在特定的时间量(例如，十分钟)内被重置指定次数(例如，三次)，则在任何后续的血液泄漏信号的情况下，都不会触发整个警报***。相反，下一个血液泄漏信号仅在接收器单元/治疗***上显示警告消息。例如，通过按下传感器上的重置按钮，血液传感器10也可以由用户或任何医务人员通过与血液传感器的直接相互作用来重置。
在一些情况下，血液检测器***8还具有许多安全措施以确保血液传感器10能够检测血液和/或具有足够的能力来进行检测。例如，在用于患者之前，血液传感器10可以在一些情况下在其初始定位和/或由接收器单元识别之后进行自检。因此，在放置测试卡或其它样品以模仿颜色传感器12的感测区域中的血液的颜色或生物荧光时，血液传感器10将向接收器发送颜色传感器12起作用用于血液检测的初始信号。响应于来自血液传感器10的该初始信号，接收器单元40可以在接收器单元和/或体外血液***操作单元上显示血液传感器10可正常工作的消息。此外，为了向患者和/或医务人员警告血液传感器10的电源34的有限能量状态(例如，小于电池寿命的10％)，血液传感器10还可以包括低功率警报电路。因此，血液传感器10的电源是电池34(具有3伏特)，其连接到电压检测器36，电压检测器与微控制器16通信。当电压检测器36测量的电压小于特定电压(例如，2.2伏特)时，微控制器16触发低电量警报。只有在血液传感器10没有指示血液存在的情况下才会触发低电量警报。低电量警报可以是位于血液传感器10本身上或与接收器单元和/或体外血液治疗***单元集成的可听和/或可视警报。在警报位于血液传感器10上的情况下，可听警报可以是由微控制器16产生的声音，并且可视警报可以是涉及由微控制器16接通的小型低功率LED。替代地，或者除了血液传感器10本身上的任何警报之外，微控制器16可以指示将电池34的电压低的一个或多个信号38传输到接收器单元40。作为响应，接收器单元40的控制器50可以显示警告消息和/或触发一个或多个可视或可听警报。在一些情况下，低电量警告消息和警报在文本、声音、音量和/或强度方面与血液泄漏警报***的所述一个或多个警报不同。
图2A-2C是血液传感器的原型的图示。具有如上所述的颜色传感器12和照射装置22的血液传感器装置的原型示出在图2A-2C中。血液传感器60包括具有第一侧62和第二侧64的固体支撑结构61，并且可以通过血液传感器60上的开关(未示出)的初始拨动、无线信号或者颜色传感器12暴露于特定光信号下来激活和/或接通。包括在血液传感器60中的固体支撑结构61通常是不导电的材料(例如，绝缘体)，并且在一个特定实施例中，是保持传感器的部件和/或构成围绕传感器部件的传感器体的灌封化合物(例如，FR-4、用编织的玻璃纤维垫增强的树脂)，而且如果需要和/或必要，可包括位于传感器部件之间的导热层以散热(例如，由照射装置产生的热量)。固体支撑结构61包括夹子200，用于将血液传感器60附接到血液管线88。在一些情况下，固体支撑结构61包括位于固体支撑结构61的第二侧64之上的透明盖65，以错开感测区域放置第二侧64。以这种方式，透明盖65使得照射装置22和颜色传感器12能够定位成与感测区域一致的距离。在一些情况下，固体支撑结构61是不透明的，并且相对于夹子200的尺寸和位置被设置成阻挡环境光到达感测区域。以这种方式，固体支撑结构61确保颜色传感器12主要检测由照射装置22的光谱产生的光能。颜色传感器12和照射装置22可以由任何AC或DC电源激励/供电，所述电源产生足够功率以在典型观察时段的持续时间内操作颜色传感器12和光源24并且能够在观察时段期间持续地发送无线信号。在一些情况下，电源足够小以装配在血液传感器60本身内。
微控制器/发射器单元74和天线(未示出)附接到血液传感器60的第一侧62。尽管可以使用几种类型的天线来传输血液泄漏信号，但是在一些情况下，天线是电气上小的(例如，相对于波长在物理上小)并且例如是印刷电路板(PCB)环形天线或者迹线天线。用作血液传感器60的电源的电池也在血液传感器60内。用于血液传感器的电池可以从多种电池中选择(例如，锂、锂离子、镍镉、锌碳、碱性、镍金属氢化物、镍铁、镍锌或特种电池)。本领域技术人员可以选择最适合血液传感器的特定设计和用途的电池。在一些实施方式中，电池是硬币大小的锂电池(例如，CR2032)，因为这些类型的电池小、持久、重量轻并且具有更高、更稳定的电压特性。
图2B中示出了血液传感器60的放置的示意图。为了检测患者98上的静脉注射部位周围的血液，使用夹子200将血液传感器60附接到血液管线88，血液传感器60的第二侧64(即，底侧)定位成使得颜色传感器12位于血液管线的针89的***点之上。图2C是血液传感器60的第二侧64的视图，示出了颜色传感器12和照射装置的位置。
图3A和3B是颜色传感器和照射装置的检测方法的图示。图3A示出了位于患者98上的吸收材料90上方的血液传感器60。吸收材料包含在血液传感器60的感测区域99中的血液泄漏。血液传感器60的光源24朝向感测区域99发射光301，并且颜色传感器12接收来自感测区域99中的血液的散射或反射光302的能量。基于由颜色传感器12检测到的感测的反射光302的能量的特性(例如，频率、强度或多色比率)，血液传感器60能够确定所接收的光能是否指示在感测区域99中存在血液。在图3B中，血液传感器60的光源24以450nm发射光311。发射的光311激发感测区域99中的血液中的生物荧光，这导致以520nm发射光能312。在一些情况下，颜色传感器12被调谐以使用光学滤波器或特殊光学涂层来检测非常特定的波长，以改善信噪比，或减少环境中的环境宽带光。这些可以是光学带通滤波器或陷波滤波器的形式。
在图4中描绘的是由血液传感器的微控制器16执行的过程80的一个示例的流程图，如前所述，包括血液传感器进入低功率状态。微控制器16确定82是否已从颜色传感器12接收到血液检测。血液检测信号将指示在感测区域中已检测到血液(即，通过与血液检测阈值进行比较)。如果检测到血液，则微控制器16重启84两个计时器；一个计时器设置为10分钟(10分钟计时器)，另一个计时器设置为1分钟(1分钟计时器)。当已检测到血液并且10分钟和1分钟计时器已被重置时，微控制器16连续两次发送86数据传输，指示已检测到血液和电池的能量水平状态。在传输该信息之后，血液传感器10断电86(休眠)3秒，之后过程80返回到判定框82。如果在判定框82中未检测到血液，则微控制器16确定91所述1分钟计时器的状态。因此，如果自1分钟计时器启动以来还没有经过1分钟，则微控制器16指示88血液传感器10断电3秒。或者，如果自1分钟计时器启动以来还没有经过1分钟，则过程80继续并且1分钟计时器重启92，然后微控制器16确定94自10分钟计时器重启以来是否已经过了超过10分钟。如果自10分钟计时器重启94以来已经过了十分钟，则微控制器16使血液传感器10断电883秒并返回到判定框82。相反，如果10分钟计时器重启以来还没有超过10分钟，则微控制器16再次连续两次发送数据传输，指示已检测到血液和电池的能量水平状态，然后指示88血液传感器10进入低功率状态3秒。使用两个计时器的该过程允许血液传感器10在血液不再存在后继续在短时间内发送消息，告知接收器血液状况已被清除并且允许血液传感器发送低电量信号，即使在没有还正在传输血液信号的情况下。重要的是，过程80指示血液传感器每3秒发送一次血液信号，确保不会错过这样的信号(例如，由医务人员)。
控制器在体外血液治疗期间响应于血液传感器检测到血液泄漏的操作可以如图5中的过程100的流程图所示地发生。在过程100中，接收器单元40每隔50毫秒接收从血液传感器10发送的数据，并且控制器50将确定102血液传感器发送的识别数据(ID)是否已知。然后，控制器50将确定104控制器50是否处于学习模式，并且如果是，则指示106用户/医务人员(通过在接收器/***单元上显示消息)启动血液传感器以进行自检测试。然后，控制器50确定108同一血液传感器10是否已发送两个已检测到血液的信号(即，血液检测阈值高于指定值)并且检测到的颜色是血液(即，检测到的波长指示存在血液)。或者，如果不使用模拟血液的样品进行自检，则可以使用任何特定的感测表面或光源来启动测试。在一些情况下，由血液传感器检测特定颜色以指示启动事件。如果已经从同一血液传感器ID接收到两个血液或启动信号，则控制器50记录110接收到的ID以用于在将来的信号传输中匹配。或者，如果尚未从同一血液传感器ID接收到启动信号或血液泄漏的信号，则过程100返回以验证(框102)已经从同一血液传感器ID接收到血液泄漏或启动信号的两个信号传输。基于框102中的信息，控制器50然后确定104对于血液传感器ID，它是否处于学习模式(例如，血液传感器ID是已知的)，并且如果不是，则过程100继续到确定112是否血液传感器检测到血液。如果控制器50确定血液传感器指示出血液，则控制器触发114一个或多个警报和/或停止114血液泵并关闭动脉和静脉阀。如果控制器50确定112未指示血液，则控制器50确知116血液传感器是否能正常工作(例如，具有电力或已发送最近的传输)。如果血液传感器10不能正常工作，则控制器50警告118用户。或者，如果血液传感器10能正常工作，则控制器50将在下一次接收(在框102中)来自血液传感器的信号时返回到过程100的开始。
图6A和6B是原型血液检测器***和含血液的吸收材料的图示。图6A示出了血液传感器600，其包括印刷电路板，所述印刷电路板具有配置成发射450nm的光的照射装置624和位于一端附近的颜色传感器612。与血液传感器600相邻的是吸收材料90，其具有饱含血液的感测区域99。图6B示出了血液传感器600的PCB的近视图，其包括位于PBC上的照射装置624和颜色传感器612。
图7示出了在血液被引入到感测区域99时使用紧靠吸收材料90放置的血液传感器600进行的测试的配置。照射装置624朝向感测区域99发射450nm的光701，并且颜色传感器612接收来自感测区域99的由于血液的存在而改变的光能702。在存在血液之前，颜色传感器检测450nm的反射光，然而，如图8所示，血液中血红蛋白的存在会吸收光。因此，血液的存在通过根据图8的吸收曲线显著降低接收到的光的强度来改变由颜色传感器612接收的光能信号。图8是血红蛋白的吸收曲线801的曲线图800，其显示最强吸收在450nm处。因此，在一些情况下，当蓝光(例如，450nm)的光能通过血液中存在的血红蛋白的吸收而降低并且该波长引起血液在约520nm产生荧光时，血液检测器600指示感测区域99中存在血液。
图9是颜色传感器的血液检测信号随时间的曲线图900。图9示出了由颜色传感器随时间检测的光强度的曲线图，以模拟由白光LED照射的感测区域中的血液泄漏。最初，在时刻0，颜色传感器检测到大约7000流明的总光强度901，其中，光的大部分颜色分量是由照射装置发射并且在与颜色传感器相邻的感测区域中从纱布反射的蓝光902。在图9的实验配置中，最佳检测血液的两个信号是蓝色传感器单元(收集数据902)和白色光传感器单元(收集表示总光强度901的数据)。收集图9的数据的颜色传感器包括3个红色传感器单元、3个绿色传感器单元、3个蓝色传感器单元和3个白色传感器单元。血液被引入纱布(即，感测区域)，并且反射的光在225的时刻附近下降(即，血液吸收光)，并且反射的光能量的下降表明在感测区域中存在血液与发射的光的相互作用。
另一个示例是利用传输法的光学感测***，其在一些情况下包括仅对与血液起反应的波长的策略选择，其中，其它成分或物质的存在不影响传感器***。在一些情况下，选择对氧气等吸收但仅对血红蛋白敏感的离散发射波长，由此光通过感测区域(即，从照射装置，通过感测区域，到传感器)的传输是由于感应区域存在血红蛋白而改变。在某些情况下，该***很简单并且每次使用都可以自我实现。该***的检测也与特定的血液颜色无关，因为它不管其氧合状态如何仅看到血红蛋白(即，低氧化的血液是深紫色，而高氧化的血液是鲜红色)。在一些情况下，传输法的实施例使用血液区域的红外照射，并且该方法减少或消除了纱布材料或包裹物可能对潮湿检测的影响。否则，纱布或包裹物可能妨碍使用响应于反射可见光的传感器和检测方法进行潮湿检测。
另一个实施例基于在技术中实现的光测量技术，基本上如标题为“System And Method For Non-Invasive Hematocrit Monitoring(非侵入性血细胞比容监测***和方法)”的美国专利No.5,372,136中所公开的，其于1999年12月13日公告并引入本文作为参考。
对于传输法，在一些情况下，波长基本上为810nm，其中，该光的吸收和散射仅由存在的血红蛋白的体积引起。穿过血红蛋白分子的光的吸收和散射在各种波长下可基于与红细胞结合的氧而显著变化。然而，对于固定体积浓度的血红蛋白，810nm是等吸光的，因此，无论血液中的氧浓度如何，吸收和散射都保持基本恒定。在该示例波长下，来自等式1中给出的比尔定律的体消光系数α对于任何氧合的血红蛋白水平基本相同。
i＝I0e-αd (等式1)
其中：
i是光通过介质后接收到的光强度，
I0是作用在介质上的发射的光强度，
e是指数函数，
α是介质对所选光的波长的体消光系数(包括吸收和散射项)-在这种情况下是血红蛋白，和
d是光穿过介质的距离。
使用810nm的这个实例(其中波长吸收和散射被血红蛋白改变)，实现了一种测量透析患者的血液损失的方法。在大多数情况下，全血中最大的成分是红细胞体积，正常的健康红细胞充满血红蛋白。因此，血液泄漏在所选择的等吸光传输波长处具有血红蛋白的独特特征。在全血中，810nm处或附近的光信号损失主要是由于光穿过红细胞体积的体消光系数的复合效应。外部红细胞膜散射光，而内部细胞血红蛋白吸收光。
图10是在IV进入部位上方固定到患者的手臂1009的示例性潮湿检测器1006的图示，在该进入部位处，例如来自透析***的静脉回流血液管线1008的静脉针1007被***患者的手臂1009中。在该实施例中，基本上810nm的辐射器(例如，LED 1004)放置在静脉针1007正常埋入患者静脉中的区域处，使得其使用这种近红外波长照射皮肤的表面上的针穿刺点周围的整个区域1005。围绕针穿刺位置的区域1005设有能够检测810nm照射的基于硅的光电探测器1000-1003。硅光电探测器1000-1003可以被配置为单独的检测电路，或者可以作为公共电流源并联组合到单个检测电路。在一些情况下，光电探测器1000-1003中的一个或多个放置在一起(例如，示出了LED 1004的位置处)，并且布置一个或多个LED 1004以照射与光电探测器1000-1003相邻的区域1005。
图11是潮湿检测器1006的内部部件的示意图，示出了微控制器16以及信号处理电路1011，所述微控制器16被配置成操作控制810nm的LED 1004的LED发射器控制器1010，所述信号处理电路1011被配置成接收来自光电探测器1000-1003的输入。在一些情况下，跨阻抗放大器1012布置在信号处理电路1011和光电探测器1000-1003之间，以改善对来自光电探测器1000-1003的信号的检测。在某些情况下，光电探测器1000-1003是硅光电探测器。
在操作中，一旦使用纱布或其它包裹材料将潮湿检测器1006固定就位，就启动潮湿检测器***。上电后的第一个动作是使本实施例的传输电路(例如，微控制器16)测量检测器1000-1003的视场1005中存在的血红蛋白(i0)的基准水平，然后基于存在的血红蛋白基准体积建立“阈值”信号水平(iT)，其与i0相同或者具有增加以避免错误触发的滞后值。
在一些情况下，建立固定的I0用于通过设定经过LED 1004的固定电流来照射光电探测器1000-1003的视场1005。测量的光子通量密度(为了建立I0)与LED电流成正比。在一些情况下，用于LED 1004的潮湿检测器驱动器电路1010在其通电时自动设置并保持LED电流(并且因此I0)恒定。如果由于穿过患者皮肤的静脉针1007脱离或未对准而发生足够体积的血液泄漏，则在检测器1000-1003的视场1005中出现的具有所包括的血红蛋白浓度的全血红细胞将快速减少810nm波长的总信号水平(im)。如果im低于在潮湿检测器1006初始化时建立的阈值iT，那么，如上所述，在某些情况下，无线警报链路将向透析机上的血液泵发送“停止”信号，以防止由于感测到的泄漏情况导致的过多失血。
虽然选择等吸光波长、例如基本上810nm提供对血红蛋白的选择性(相比之下，水或汗液需要基本上1300nm的波长并且对810nm不可见)，但是可以对光衍生信号进行额外的电子信号处理，以进一步降低噪音和环境干扰，以获得最佳灵敏度。

Claims (35)

1.一种用于检测静脉注射部位处的血液泄漏的血液检测器***，包括：
血液传感器，包括：
支撑结构，
附接到所述支撑结构的颜色传感器，所述颜色传感器适于检测来自邻近于所述颜色传感器的感测区域的光，并且所述颜色传感器被配置成能检测与血液相关的频率的反射光和与血液的生物荧光相关的发射光中的一种或多种，
附接到所述支撑结构的电子发射器，
耦合到所述电子发射器的天线，和
连接到电子发射器和颜色传感器的电源；以及
与血液传感器通信的接收器单元，包括：
用于检测来自血液传感器的一个或多个信号传输的接收器，
与所述接收器通信的控制器，和
与所述控制器通信的警报***。
2.根据权利要求1所述的血液检测器***，其中，所述支撑结构包括不透明区域，所述不透明区域的尺寸和位置被设计成能遮挡直接到达所述感测区域的环境光。
3.根据权利要求1和2所述的血液检测器***，其中，所述颜色传感器包括图像传感器和透镜，所述透镜被布置成能将所述感测区域的图像投影到所述图像传感器上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的血液检测器***，其中，所述血液检测器***还包括设置在支撑结构中并与电子发射器和颜色传感器通信的处理器，所述处理器被配置成能基于由颜色传感器检测到的反射光的辐射能量来确定所述感测区域中血液的存在性。
5.根据权利要求4所述的血液检测器***，其中，所述处理器被配置成能确定所检测到的光是否大于预定的血液检测阈值，其中，大于所述预定的血液检测阈值的值指示血液的存在。
6.根据权利要求4所述的血液检测器***，其中，所述处理器被配置成能指示电子发射器向与血液传感器通信的接收器单元发送指示已检测到血液的至少一个信号。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的血液检测器***，其中，所述控制器被配置成能基于来自血液传感器的所述一个或两个以上信号传输来确定所述感测区域中血液的存在性。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的血液检测器***，其中，所述电源包括可再充电的能量存储模块或更换型能量存储模块。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的血液检测器***，其中，所述血液传感器适于邻近于针***部位周围的吸收材料定位，所述吸收材料包括所述感测区域。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的血液检测器***，其中，所述血液传感器包括用于将所述血液传感器附接到血液管线的附接装置。
11.根据权利要求10所述的血液检测器***，其中，所述附接装置适于将所述颜色传感器定位在所述血液管线的静脉针的进入点之上。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的血液检测器***，其中，所述血液传感器包括跨过所述颜色传感器定位的半透明盖，所述半透明盖的尺寸和布置被设计成将所述颜色传感器定位成距所述感测区域一定距离，所述距离对应于半透明盖的厚度。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的血液检测器***，其中，所述血液检测器***还包括附接到所述支撑结构并连接到所述电源的发光单元，所述发光单元被布置成能照射所述感测区域。
14.根据权利要求13所述的血液检测器***，其中，所述发光单元适于发射白光。
15.根据权利要求13-14中任一项所述的血液检测器***，其中，所述颜色传感器适于检测对应于人体血液的主生物荧光发射峰的发射光。
16.根据权利要求15所述的血液检测器***，其中，人体血液的主生物荧光发射峰包括274nm、345nm、415nm、541nm和576nm中的至少一个。
17.根据权利要求13-16中任一项所述的血液检测器***，其中，所述颜色传感器适于检测对应于人体血液的反射颜色的光。
18.根据权利要求13-17中任一项所述的血液检测器***，其中，所述发光单元适于发射450nm的光，其中，所述颜色传感器适于检测对应于发射光的由于所述感测区域中的血红蛋白的存在引起的吸收的光。
19.根据权利要求13所述的血液检测器***，其中，所述发射光包括260nm的光，所述颜色传感器适于检测630nm的光。
20.根据权利要求13所述的血液检测器***，其中，所述发射光包括280nm的光，所述颜色传感器适于检测340nm的光。
21.根据权利要求13所述的血液检测器***，其中，所述发射光包括340nm的光，所述颜色传感器适于检测460nm的光。
22.根据权利要求13所述的血液检测器***，其中，所述发射光包括450nm的光，所述颜色传感器适于检测520nm的光。
23.根据权利要求1-22中任一项所述的血液检测器***，其中，从所述血液传感器的血液检测的至少一个信号的传输由接收器单元的所述接收器接收，并且响应于所述至少一个信号，接收器单元的控制器触发警报***，所述警报***包括从由警告消息的显示、可听警报、可视警报和物理性警报组成的组中选择的一个或多个警报。
24.根据权利要求1-23中任一项所述的血液检测器***，其中，所述颜色传感器包括红色、蓝色和绿色感测区域。
25.根据权利要求1-24中任一项所述的血液检测器***，其中，所述支撑结构是印刷电路板，所述颜色传感器和所述发光单元被设置在所述印刷电路板上。
26.根据权利要求1-25中任一项所述的血液检测器***，其中，所述发光单元是发光二极管(LED)。
27.一种用于检测静脉注射部位处的血液泄漏的血液检测器，包括：
发光单元，其适于发射光并照射邻近于血液检测器的感测区域；
颜色传感器，其适于检测来自感测区域的光；
电子发射器；
耦合到电子发射器的天线；
与电子发射器和颜色传感器通信的处理器，所述处理器被配置成能基于检测到的光的颜色来确定感测区域中血液的存在性，并指示电子发射器经由天线将电信号发送到远程接收器，所述信号指示感测区域中血液的存在；和
连接到处理器、电子发射器、发光单元和颜色传感器的电源。
28.一种检测静脉注射部位处的血液泄漏的方法，包括：
将血液传感器附接到针***部位周围的吸收材料，所述血液传感器包括：
支撑结构，
附接到支撑结构的发光单元，所述发光单元适于发射光并照射吸收材料的感测区域，
附接到支撑结构的颜色传感器，所述颜色传感器适于接收从吸收材料的感测区域反射的光，
附接到支撑结构的电子发射器，
耦合到电子发射器的天线，
与电子发射器和颜色传感器通信的微控制器，所述微控制器被配置为能基于反射光的颜色检测感测区域中血液的存在性，和
连接到微控制器、电子发射器、发光单元和颜色传感器的电源，
其中，颜色传感器检测来自吸收材料的反射光能，微控制器确定反射光能的一个或多个特性是否大于预定的血液检测阈值，其中，大于预定的血液检测阈值的值指示血液的存在，并指示电子发射器向与血液传感器通信的接收器单元发送已检测到血液的至少一个信号，由此接收器单元触发警报***。
29.一种用于检测静脉注射部位处的血液泄漏的血液检测器***，包括：
血液传感器，包括：
支撑结构，
发光单元，其被配置为用具有与血液的一种或多种化学成分等吸光的波长的光照射感测区域，
附接到支撑结构的光传感器，所述光传感器被配置为能接收从发光单元传输通过感测区域的光，并且光传感器被配置为能基于接收的光检测感测区域中血液的存在性，
附接到支撑结构的电子发射器，
耦合到电子发射器的天线，和
连接到电子发射器、发光单元和光传感器的电源；和
与血液传感器通信的接收器单元，包括：
用于检测来自血液传感器的一个或多个信号传输的接收器，
与接收器通信的控制器，和
与控制器通信的警报***。
30.根据权利要求29所述的血液检测器***，其中，由所述发光单元发射的光基本上为810nm，所述光传感器被配置为能通过检测所述感测区域中血红蛋白的存在性来检测所述感测区域中血液的存在性。
31.一种用于检测静脉注射部位处的血液泄漏的血液检测器，包括：
发光单元，其被配置为用具有与血液的一种或多种化学成分等吸光的波长的光照射邻近于血液检测器的感测区域；
光传感器，其适于检测来自感测区域的光；
电子发射器；
耦合到电子发射器的天线；
与电子发射器和光传感器通信的处理器，所述处理器被配置为能基于检测到的光的强度确定感测区域中血液的存在性，并指示电子发射器经由天线将电信号发送到远程接收器，所述信号指示感测区域中血液的存在；和
连接到处理器、电子发射器、发光单元和光传感器的电源。
32.根据权利要求31所述的血液检测器，其中，由所述发光单元发射的光基本上为810nm，所述处理器被配置为通过检测所述感测区域中血红蛋白的存在性来检测所述感测区域中血液的存在性。
33.一种检测静脉注射部位处的血液泄漏的方法，包括：
将血液传感器附接到针***部位周围的吸收材料，所述血液传感器包括：
支撑结构，
附接到支撑结构的发光单元，所述发光单元适于发射光并用具有与血液的一种或多种化学成分等吸光的波长的光照射吸收材料的感测区域，
附接到支撑结构的光传感器，所述光传感器适于接收传输通过吸收材料的感测区域的光，
附接到支撑结构的电子发射器，
耦合到电子发射器的天线，
与电子发射器和光传感器通信的微控制器，所述微控制器被配置为能基于传输通过感测区域的光的强度来检测感测区域中血液的存在性；和
连接到微控制器、电子发射器、发光单元和光传感器的电源。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，由所述发光单元发射的光基本上为810nm，所述微控制器被配置为能通过检测所述感测区域中血红蛋白的存在性来检测所述感测区域中血液的存在性。
35.根据权利要求33所述的方法，其中，所述微控制器确定所接收的光的一个或多个特性是否大于预定的血液检测阈值，大于所述预定的血液检测阈值的值指示血液的存在，并且指示电子发射器向与血液传感器通信的接收器单元发送已检测到血液的至少一个信号，由此接收器单元触发警报***。
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