DE60027047T2 - Einzelkapillar-viskosimeter mit zwei steigröhren - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Viskosität von Flüssigkeiten und insbesondere auf eine Vorrichtung und Verfahren zum Messen der Viskosität des Bluts eines lebenden Lebewesens in-vivo und über einen breiten Bereich von Schergeschwindigkeiten.
  • Die Bedeutung der Ermittlung der Viskosität von Blut ist gut bekannt, vgl. Fibrogen, Viscosity and White Blood Cell Count are Major Risk Factors for Ischemic Heart Disease, von Yarnell et al., Circulation, Band. 83, Nr. 3, März 1991; Postprandial Changes in Plasma and Serum Viscosity and Plasma Lipids and Lipoproteins After an Acute Test Meal; von Tangney, et al., American Journal for Clinical Nutrition, 65: 36–40; 1997; Studies of Plasma Viscosity in Primary Hyerlipoproteinaemia, by Leonhardt et al., Atherosclerosis 28, 29–40; 1977; Effects of Lipoproteins on Plasma Viscosity, by Seplowitz, et al., Atherosclerosis 38, 89–96; 1981; Hyperviscosity Syndrome in a Hypercholesterolemic Patient with Primary Biliary Cirrhosis, Rosenson, et al., Gastroenterology, Band 98, Nr. 5, 1990; Blood Viscosity and Risk of Cardiovascular Events: the Edinburgh Artery Study, von Lowe et al., British Journal of Hematology, 96, 168–171, 1997; Blood Rheology Associated with Cardiovascular Risk Factors and Chronic Cardiovascular Diseases: Results of an Epiemiologic Cross-Sectional Study, von Koenig, et al., Angiology, The Journal of Vascular Diseases, Juni 1989; Thermal Method for Continuous Blood-Velocity Measurements in Large Blood Ves sels, and Cardiac-Output Determination, von Delanois, Medical and Biological Engineering, Band 11, Nr. 2, März 1973; Fluids Mechanics in Atherosclerosis, von Nerem, et al., Handbook of bioengineering, Kapitel 21, 1985.
  • Es wurden vielfältige Anstrenungen unternommen, um eine Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln der Viskosität von Blut zu entwickeln, vgl. Theory and Design of Disposable Clinical Blood Viscometer, von Litt et al., Biorheology, 25, 697–712, 1988; Automated Measurement of Plasma Viscosity by Capillary Viscometer, von Cooke, et al. Journal of Clinical Pathology 41, 1213–1216, 1988; A novel Computerized Viscometer/Rheometer, von Jimenez und Kostic, Rev. Scientific Instruments 65, Band 1, Januar 1994; A New Instrument for the Measurement of Plasma-Viscosity, von John Harkness, The Lancet, Seiten 280–281, 10. August 1963; Blood Viscosity and Raynaud's Disease, von Pringle, et al., The Lancet, Seiten 1086–89, 22 Mai 1965; Measurement of Blood Viscosity Using a Conicylindrical Viscometer, von Walker et all, Medical and Biological Engineering, Seiten 551–557, September 1976.
  • Ein Aufsatz, nämlich The Goldman Algorithm Revisited: prospective Evaluation of a Computer-Derived Algorithm Versus Unaided Physican Judciment in Suspected Acute Myocardial Infarction von Qamar, et al., in Am Heart J. 138(4): 705–709, 1999, erörtert die Verwendung des Goldman-Algorithmus zum Bereitstellen eines Indikators für einen akuten myokardialen Infarkt. Der Goldman-Algorithmus verwendet im Wesentlichen Daten aus einer Patientengeschichte, aus einer Untersuchung des Körpers und von Einlieferungs-(Notfall-)Elektrokardiogrammen, um einen AMI(akuter myokardialer Infarkt)-Indikator zur Verfügung zu stellen.
  • Es gibt zudem eine Anzahl von Patenten, die sich auf Vorrichtungen und Verfahren zur Messung der Blutviskosität beziehen. Vergleiche hierzu beispielsweise die US-Patente mit den Nummern: 3 342 063 (Smythe et al.), 3 720 097 (Kron), 3 999 538 (Philpot, Jr.), 4 083 363 (Philpot), 4 149 405 (Ringrose), 4 165 632 (Weber, et al.), 4 517 830 (Gunn, verstorben, et al.), 4 519 239 (Kiesewetter, et al.), 4 554 821 (Kiesewetter, et al.), 4 858 127 (Kron, et al.), 4 884 577 (Merrill), 4 947 678 (Hori et al.), 5 181 415 (Esvan et al.), 5 257 529 (Taniguchi et al.), 5 271 398 (Schlain et al.) und 5 447 440 (Davis et al.).
  • Das Smythe '063-Patent offenbart eine Vorrichtung zum Messen der Viskosität einer Blutprobe, die auf dem Druck basiert, der in einer Leitung gemessen wird, die die Blutprobe enthält. Das Kron '097-Patent offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Blut-Viskosität unter Verwendung eines Durchflussmessers, einer Druckquelle und eines Druck-Messwertgebers. Das Philpot '538-Patent offenbart ein Verfahren zum Ermitteln der Blut-Viskosität durch Abnehmen von Blut aus der Vene bei einem konstanten Druck während einer vorbestimmten Zeitdauer und aus dem Volumen des abgenommenen Bluts. Das Philpot '363-Patent offenbart eine Vorrichtung zum Ermitteln der Blut-Viskosität unter Verwendung einer Hohlnadel, eines Mittels zum Abnehmen und zum Sammeln von Blut aus der Vene über die Hohlnadel, eine Messvorrichtung zum Messen von negativem Druck und einer Zeitnehmervorrichtung. Das Ringrose '405-Patent offenbart ein Verfahren zum Messen der Viskosität von Blut durch Platzieren einer entsprechenden Probe auf einer Aufnahme und Richten eines Lichtstrahls durch die Probe und durch anschließendes Messen des reflektierten Lichts, während die Aufnahme bei einer gegebenen Frequenz und bei einer gegebenen Amplitude vibriert wird. Das Weber '632-Patent offenbart ein Verfahren und eine Vor richtung zum Ermitteln der Fließfähigkeit von Blut durch Ziehen des Bluts durch eine ein Kapillarrohr aufweisende Messzelle und in ein Reservoir und durch anschließendes Zurückführen des Bluts zurück durch das Rohr bei einer konstanten Fließgeschwindigkeit, wobei die Druckdifferenz zwischen den Enden des Kapillarrohrs direkt mit der Blut-Viskosität zusammenhängt. Das Gunn '830-Patent offenbart eine Vorrichtung zum Ermitteln der Blut-Viskosität, die ein transparentes Hohlrohr verwendet, das an einem Ende eine Nadel aufweist, das an dem anderen Ende einen Kolben aufweist, um ein Vakuum zu erzeugen, um eine vorbestimmte Menge zu entnehmen, und das ein eine Düse aufweisendes Gewichtselement aufweist, das innerhalb des Rohrs bewegbar ist und das durch die Schwerkraft mit einer Geschwindigkeit bewegbar ist, die eine Funktion der Viskosität des Bluts ist. Das Kiesewetter '239-Patent offenbart eine Vorrichtung zum Ermitteln der Fluss-Scherspannung von Suspensionen, im Wesentlichen Blut, unter Verwendung einer Messkammer, die aus einer Durchlass-Konfiguration besteht, die die natürliche Mikrozirkulation des Durchtritts durch Kapillaren in einem Lebewesen simuliert. Das Kiesewetter '821-Patent offenbart eine andere Vorrichtung zum Ermitteln der Viskosität von Fluiden, insbesondere von Blut, das die Verwendung von zwei parallelen Armen einer Fluss-Schleife in Kombination mit einer Flussraten-Messvorrichtung umfasst zum Messen des Flusses in einem der Arme zum Ermitteln der Blut-Viskosität. Das Kron '127-Patent offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln der Blut-Viskosität in einer Blutprobe über einen breiten Bereich von Schergeschwindigkeiten. Das Merrill '577-Patent offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln der Blut-Viskosität einer Blutprobe unter Verwendung einer hohlen Säule, die mit einer Kammer kommuniziert, die ein poröses Bett und Mittel zum Messen der Blutflussrate innerhalb der Säule umfasst. Das Hori '678-Patent offenbart ein Verfahren zum Messen von Viskositäts-Änderungen in Blut durch Anordnen eines Temperatur-Sensors in dem Blutfluss und durch Stimulieren des Blutes, um so eine Änderung der Viskosität zu verursachen. Das Esvan '415-Patent offenbart eine Vorrichtung, die die Änderung der Viskosität einer Blutprobe auf Basis des relativen Schlupfes eines Antriebs-Elements und eines angetriebenen Elements, das die Blutprobe hält, und die gedreht werden, ermittelt. Das Taniguchi '529-Patent offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Viskosität von Flüssigkeiten, beispielsweise einer Blutprobe, unter Verwendung eines Paars vertikal angeordneter Röhren, die miteinander über feine Röhren gekoppelt sind, während ein Druck-Sensor verwendet wird, um eine Änderung im Röhren-Innendruck in Abhängigkeit von der Zeit und von der Änderung der Flussrate des Bluts zu messen. Das Bedingham '328-Patent offenbart ein intravaskuläres Blutparameter-Messsystem, das einen Katheter und einen Messkopf verwendet, der eine Vielzahl von Sensoren (beispielsweise einen O2-Sensor, CO2-Sensor, usw.) umfasst, um bestimmte Blut-Parameter in vivo zu messen. Das Schlain '398-Patent offenbart ein im Blutgefäß durchzuführendes Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen von unerwünschten Wand-Effekten bei Blutparameter-Sensoren und zum Bewegen derartiger Sensoren, um die Wand-Effekte zu reduzieren oder zu eliminieren. Das Davis '440-Patent offenbart eine Vorrichtung zum Ausführen einer Vielzahl von Untersuchungen, die für eine Änderung in der Viskosität einer Proben-Flüssigkeit, beispielsweise Blut, verantwortlich sind.
  • Viskositäts-Mess-Verfahren und -Vorrichtungen für Fluide im Allgemeinen sind gut bekannt. Vergleiche hierzu beispielsweise die US-Patente mit den Nummern: 1 810 992 (Dallwitz-Wegner), 2 343 061 (Irany), 2 696 734 (Brunstrum et al.), 2 700 891 (Shafer), 2 934 944 (Eolkin), 3 071 961 (Heigl et al.), 3 116 630 (Piros), 3 137 161 (Lewis et al.), 3 138 950 (Welty et al.), 3 277 694 (Cannon et al.), 3 286 511 (Harkness), 3 435 665 (Tzentis), 3 520 179 (Reed), 3 604 247 (Gramain et al.), 3 666 999 (Moreland Jr. et al.), 3 680 362 (Geerdes et al.), 3 699 804 (Gassmann et al.), 3 713 328 (Aritomi), 3 782 173 (Van Vessem et al.), 3 864 962 (Stark et al.), 3 908 441 (Virloget), 3 952 577 (Hayes et al.), 3 990 295 (Renovanz et al.), 4 149 405 (Ringrose), 4 302 965 (Johnson et al.), 4 426 878 (Price et al.), 4 432 761 (Dawe), 4 616 503 (Plungis et al.), 4 637 250 (Irvine, Jr. et al.), 4 680 957 (Dodd), 4 680 958 (Ruelle et al.), 4 750 351 (Ball), 4 856 322 (Langrick et al.), 4 899 575 (Chu et al.), 5 142 899 (Park et al.), 5 222 497 (Ono), 5 224 375 (You et al.), 5 257 529 (Taniguchi et al.), 5 327 778 (Park), und 5 365 776 (Lehmann et al.).
  • Die folgenden US-Patente offenbaren die Viskosität oder den Fluss messende Vorrichtungen oder Vorrichtungen, die den Flüssigkeitspegel unter Verwendung von optischen Überwachungsmitteln messen: US-Patent Nummern: 3 908 441 (Virloget), 5 099 698 (Kath et al.), 5 333 497 (Br nd Dag A. et al.). Das Virloget '441-Patent offenbart eine Vorrichtung zur Verwendung in einem Viskosimeter, das den Füllstand einer Flüssigkeit in einem transparenten Rohr unter Verwendung von Fotodetektion misst. Das Kath '698-Patent offenbart eine Vorrichtung zum optischen Erfassen eines Flusses in einem Rotameter und zum Ermitteln einer sich darin befindlichen Position. Das Br nd Dag A. '497-Patent offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Messen der Flussgeschwindigkeit einer Flüssigkeit in zwei Steigrohren mittels eines CCD-Sensors (CCD, engl. charge coupled device, ladungsgekoppeltes Bauelement).
  • Das US-Patent Nr. 5 421 328 (Bedingham) offenbart ein intravaskuläres Blutparameter-Messsystem.
  • Die Defensiv-Anmeldung (statutory invention registration) H 93 (Matta et al.) offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Längs-Viskosität eines Test-Fluids unter Verwendung einer Film- oder Video-Kamera, um einen Tropfen des zu untersuchenden Fluids zu überwachen.
  • Die folgenden Publikationen behandeln die Deformierbarkeit von roten Blutzellen und/oder Vorrichtungen, die zu deren Ermittlung eingesetzt werden: Measurement of Human Red Blood Cell Deformability Using a Single Micropore on a thin Si3N4 Film, von Ogura et al., IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Band 38, Nr. 8, August 1991, the Pall BPF4 High Efficiency Leucocyte Removal Blood Processing Filfer System, Pall biomedical Products Corporation, 1993.
  • Eine Vorrichtung, die „Hevimet 40" bezeichnet wird, wurde kürzlich unter www.hevinet.freeserve.co.uk beworben. Die Hevimet 40-Vorrichtung wird als Vollblut- und Plasma-Viskosimeter bezeichnet, die den Meniskus einer Blutprobe verfolgt, der sich aufgrund der Schwerkraft durch eine Kapillare bewegt. Während die Hevimet 40-Vorrichtung im Allgemeinen geeignet sein kann, einige Vollblut- oder Blutplasma-Viskositäten zu messen, scheint sie einige signifikante Nachteile aufzuweisen. Beispielsweise scheint die Hevimet 40-Vorrichtung unter anderem die Verwendung von Anti-Koagulanzien zu erfordern. Diese Vorrichtung basiert zudem auf der Annahme, dass die Zirkulations-Charakteristika der Blutprobe innerhalb eines Zeitraums von 3 Stunden die gleichen sind wie die des zirkulierenden Bluts des Patienten. Diese Annahme muss nicht vollständig gültig sein.
  • Die WO 99/10724 (VISCO TECHNOLOGIES INC.) offenbart ein Blutviskositäts-Messsystem, das die steigende Oberfläche einer Fluid-Säule überwacht, die das Blut eines Lebewesens darstellt, um die Viskosität des Bluts über einen Bereich von Schergeschwindigkeiten zu messen.
  • Trotz des Vorhandenseins der oben geschilderten Technologien verbleibt ein Bedürfnis nach einer Vorrichtung und nach einem Verfahren zum Erhalten der Viskosität des Bluts eines lebenden Wesens in vivo und über einen Bereich von Schergeschwindigkeiten und danach, derartige Daten innerhalb einer kurzen Zeitspanne zur Verfügung zu stellen.
  • ZIELE DER ERFINDUNG
  • Es ist entsprechend ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die dieses Bedürfnis befriedigt.
  • Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine Viskositäts-Messvorrichtung zur Verfügung zu stellen, um die Viskosität von zirkulierendem Blut über einen Bereich von Schergeschwindigkeiten, insbesondere bei kleinen Schergeschwindigkeiten, zu ermitteln.
  • Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine Vorrichtung zum Ermitteln der Viskosität des zirkulierenden Bluts eines lebenden Wesens (beispielsweise für eine in-vivo-Blutviskositäts-Messung), ohne den Druck, den Durchfluss und das Volumen direkt messen zu müssen, zur Verfügung zu stellen.
  • Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, die Viskosität des zirkulierenden Bluts eines lebenden Wesens innerhalb einer kurzen Zeitspanne anzuzeigen.
  • Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, eine Vorrichtung zum Messen der Viskosität des zirkulierenden Bluts eines lebenden Wesens bereitzustellen, die minimalinvasiv ist.
  • Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Messen der Viskosität des zirkulierenden Bluts eines lebenden Wesens bereitzustellen, die die Verwendung von Anti-Koagulanzien oder anderer Chemikalien oder biologisch aktiver Materialien nicht erfordert.
  • Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Messen der Viskosität des Bluts eines lebenden Wesens zur Verfügung zu stellen, die es nicht erfordert, dass das Blut der Atmosphäre oder Sauerstoff ausgesetzt wird.
  • Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Ermitteln der Viskosität von zirkulierendem Blut bereitzustellen, bei dem die Ermittlung gleichzeitig mit dem Abnehmen des Bluts in ein Abnehm- bzw. Überführmittel (beispielsweise eine Nadel) erfolgt, wenn das Mittel mit dem Patienten gekoppelt wird, beispielsweise in diesen eingeführt wird.
  • Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Messen der Viskosität des zirkulierenden Bluts eines lebenden Wesens bereitzustellen, die Einmal-Abschnitte aufweist zum Erhalt einer sterilen Umgebung, um die Benutzung zu vereinfachen, und um Tests wiederholen zu können.
  • Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine die Blutviskosität messende Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, um den thixotropen Punkt des Bluts zu ermitteln.
  • Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Ermitteln der Fließspannung des zirkulierenden Bluts zur Verfügung zu stellen.
  • Es ist zudem ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Ermitteln der Viskosität des zirkulierenden Bluts zur Verfügung zu stellen, um die Effizienz von Arzneimitteln, usw. zu ermitteln, die die Blutviskosität des zirkulierenden Bluts eines lebenden Wesens verändern sollen.
  • Es ist zudem ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zum Ermitteln der Viskosität des zirkulierenden Bluts eines Patienten zur Verfügung zu stellen, bei dem die Messung nicht von den Effekten des venösen Drucks abhängt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem ersten Aspekt dieser Erfindung wird eine Vorrichtung zum Ermitteln der Viskosität eines nicht-Newtonschen Fluids über eine Vielzahl von Schergeschwindigkeiten unter Verwendung einer abnehmenden Druckdifferenz zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung umfasst: eine nicht-Newtonsche Fluidquelle, ein Kapillarrohr mit einem ersten Ende, das mit der Fluidquelle über ein erstes Steigrohr verbunden ist, wobei ein erstes Ende eines zweiten Steigrohrs mit einem zweiten Ende des Kapillarrohrs verbunden ist und wobei ein zweites Ende dem atmosphärischen Druck ausgesetzt ist, und Sensoren. Während des Betriebs dienen die Sensoren zum Erfassen der durch die abnehmende Druckdifferenz hervorgerufenen Bewegung des nicht-Newtonschen Fluids, die durch die abnehmende Druckdifferenz hervorgerufen wird, durch das erste und das zweite Steigrohr bei mehreren Schergeschwindigkeiten, wenn das nicht-Newtonsche Fluid sich von der Quelle durch das erste Steigrohr, durch das Kapillarohr und in das zweite Steigrohr mit einer laminaren Strömung bewegt. Die Sensoren sind angeordnet, um Daten zu erzeugen, die sich auf die relative Bewegung des nicht-Newtonschen Fluids zwischen den beiden Steigrohren über die Zeit beziehen. Ein Computer ist mit den Sensoren verbunden, um die Viskosität des nicht-Newtonschen Fluids aus den erzeugten Daten zu berechnen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt dieser Erfindung wird eine Vorrichtung zum Bestimmen der Viskosität eines nicht-Newtonschen Fluids über eine Vielzahl von Schergeschwindigkeiten unter Verwendung einer abnehmenden Druckdifferenz zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung umfasst: eine Quelle eines nicht-Newtonschen Fluids, ein erstes Steigrohr mit einem dem atmosphärischen Druck ausgesetzten ersten Ende und einem mit der Fluidquelle verbundenen zweiten Ende, einem zweiten Steigrohr mit einem mit der Fluidquelle verbundenen ersten Ende und einem dem atmosphärischen Druck ausgesetzten zweiten Ende, wobei das zweite Steigrohr Abmessungen eines Rohrs eines Kapillarabschnitts umfasst, und Sensoren. Die Sensoren dienen dazu, im Betrieb die durch die abnehmende Druckdifferenz hervorgerufene Bewegung des nicht-Newtonschen Fluids durch das erste und das zweite Steigrohr bei mehreren Schergeschwindigkeiten zu erfassen, während das nicht-Newtonsche Fluid sich mit einer laminaren Strömung vom ersten Steigrohr durch den Kapillarabschnitt und in das zweite Steigrohr bewegt. Die Sensoren sind angeordnet, um Daten zu erzeugen, die sich auf die relative Bewegung des nicht-Newtonschen Fluids zwischen den zwei Steigrohren über die Zeit beziehen. Ein Computer ist mit den Sensoren verbunden, um aus den erzeugten Daten die Viskosität des nicht-Newtonschen Fluids zu errechnen.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Andere Ziele und viele der angestrebten Vorteile dieser Erfindung werden leicht einsichtig, wenn diese durch Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden wird und wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, wobei:
  • 1 ein Blockschaltbild des Doppel-Steigrohr/Einzel-Kapillar-(dual riser/single capillary, DRSC-)Viskosimeter ist,
  • 2 eine Frontansicht einer Ausführungsform des DRSC-Viskosimeters ist, das die entsprechenden Gehäuse für das Blut-Aufnahmemittel bei geöffneter Tür und die Analysator/Ausgabe-Einheit zeigt,
  • 2A eine Frontansicht der Ausführungsform des DRSC-Viskosimeters nach 2 ist, bei dem jedoch einer der Säulen-Pegel-Detektoren durch einen Einzelpunkt-Detektor ersetzt ist,
  • 3 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach 2 ist,
  • 4 eine Prinzipskizze des Doppel-DRSC-Viskosimeters unmittelbar vor dem Durchführen eines Viskositäts-Testlaufs ist,
  • 5 eine Prinzipskizze des Doppel-DRSC-Viskosimeters während des Viskositäts-Testlaufs ist,
  • 6 eine graphische Darstellung der entsprechenden Fluidsäulen in den Steigrohren des DRSC-Viskosimeters während des Viskositäts-Testlaufs ist,
  • 7A–7C die Betriebsweise des DRSC-Viskosimeters unmittelbar vor und während des Viskositäts-Testlaufs zeigt,
  • 8 ein Blockschaltbild für das DRSC-Viskosimeter ist, das die Bewegung der Fluidsäule in jedem der Steigrohre unter Verwendung verschiedener Arten von Sensoren detektiert,
  • 9A–9B ein Flussdiagramm der Betriebsweise des Doppel-Steigrohr/Einzel-Kapillar-Viskosimeters umfassen,
  • 10A eine graphische Darstellung der Viskosität des zirkulierenden Bluts eines lebenden Patienten darstellt, die über einem Bereich von Schergeschwindigkeiten aufgetragen ist,
  • 10B eine graphische Darstellung des Logarithmus der Viskosität des zirkulierenden Bluts eines lebenden Patienten darstellt, die gegen den Logarithmus von Schergeschwindigkeiten aufgetragen ist,
  • 11 eine Implementierung des Kapillar- und Steigrohr-Abschnitts in dem Blut-Aufnahmemittel darstellt,
  • 12 eine teilweise Querschnittsansicht entlang der Linie 12-12 in 11 ist,
  • 13 ein Blockdiagramm eines zweiten bevorzugteren Doppel-Steigrohr/Einzel-Kapillar-Viskosimeters (dual riser/single capillary, DRCS)-Viskosimeter) ist,
  • 14 eine Frontansicht der zweiten Ausführungsform des DRSC-Viskosimeters ist, die die entsprechenden Gehäuse für das Blut-Aufnahmemittel mit offenen Türen und die Analysator/Ausgabe-Einheit zeigt,
  • 14A eine Frontansicht der Ausführungsform des DRSC-Viskosimeters nach 14 ist, wobei jedoch einer der Säulen-Pegel-Detektoren durch einen Einzelpunkt-Detektor ersetzt worden ist,
  • 15 eine Prinzipskizze der zweiten Ausführungsform des DRSC-Viskosimeters unmittelbar vor dem Durchführen eines Viskositäts-Testlaufs ist,
  • 16 eine Prinzipskizze der zweiten Ausführungsform des DRSC-Viskosimeters während des Viskositäts-Testlaufs ist,
  • 17A–17C die Betriebsweise des Ventil-Mechanismus der zweiten Ausführungsform des DRSC-Viskosimeters unmittelbar vor und während des Viskositäts-Testlaufs zeigen,
  • 18 ein Blockdiagramm für die zweite Ausführungsform des DRSC-Viskosimeters ist, das die Bewegung der Fluidsäule unter Verwendung von verschiedenen Typen von Sensoren erfasst,
  • 19A–19B ein Flussdiagramm der Betriebsweise der zweiten Ausführungsform des DRSC-Viskosimeters umfassen,
  • 20 eine Implementierung des Kapillar- und Steigrohr-Abschnitts des Blut-Aufnahmemittels für die zweite Ausführungsform des DRSC-Viskosimeters zeigt und
  • 21 eine teilweise Querschnittsansicht entlang der Linie 21-21 nach 20 ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine der Schlüssel-Innovationen der vorliegenden Erfindung ist das Erfassen der Bewegung eines Fluids bei einer Vielzahl von Schergeschwindigkeiten unter Verwendung einer abnehmenden Druckdifferenz. Das kann am einfachsten anhand von 16 gesehen werden, die eine Fluid-Quelle (beispielsweise das zirkulierende Blut eines lebenden Wesens mittels eines Überführmittels 26 für zirkulierendes Blut), die sich oberhalb einer horizontalen Referenz-Position (href) befindet. Die Figur zeigt zudem einen Fluss-Widerstand (beispielsweise ein Kapillarrohr 52), das ein Ende aufweist, das mit der Fluid-Quelle in Flüssigkeits-Kommunikation steht (beispielsweise über ein Steigrohr R1) und dessen anderes Ende mit einem Steigrohr (R2) verbunden ist, das dem Umgebungsdruck ausgesetzt ist. Wie weiter unten detaillierter beschrieben werden wird, bewegt sich Fluid dann, wenn ein Ventil-Mechanismus 46 geöffnet ist, von der Fluid-Quelle durch den Fluss-Widerstand und das Steigrohr hinauf, was zunächst mit einer hohen Durchflussrate geschieht und sich dann aufgrund der abnehmenden Druckdifferenz verlangsamt, das heißt, dass ein Bereich von Schergeschwindigkeiten abgedeckt wird. Ein Sensor (beispielsweise ein Säulen-Pegel-Detektor 56) erfasst diese Bewegung bei einer Vielzahl von Schergeschwindigkeiten. Wenn diese die Höhe in Abhängigkeit von der Zeit enthaltenen Daten einem Computer (beispielsweise einem Prozessor) zusammen mit den Parametern des Fluss-Widerstands zugeführt wird, kann die Viskosität des Fluids über eine Vielzahl von Schergeschwindigkeiten ermittelt werden. Das ist wichtig für die Ermittlung der Viskosität nicht-Newtonscher Fluide. Die vorliegende Patentanmeldung offenbart verschiedene Anwendungen dieser Struktur zum Ermitteln der Viskosität eines beispielhaften nicht-Newtonschen Fluids: des zirkulierenden Bluts eines lebenden Wesens.
  • Zum Messen der Viskosität zirkulierenden Bluts, einschließlich von Vollblut, eines lebenden Wesens, sind die Vorrichtung und das Verfahren, das in der A. S. N. 08/919 906 (die als PCT-Anmeldung WO99/10724 veröffentlicht worden ist und nun das US-Patent Nr. 6 019 735 ist) im Allgemeinen zu bevorzugen. Um den Einfluss des venösen Drucks bei kleinen Schergeschwindigkeiten zu unterdrücken, können dem lebenden Wesen Manschetten angelegt werden, oder es können andere geeignete Mittel zusammen mit der Vorrichtung und dem Verfahren verwendet werden. Die vorliegende Erfindung stellt eine Alternative zu dieser bekannten Vorrichtung bereit.
  • Eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Unterdrücken von Druck bei geringen Schergeschwindigkeiten zum Messen der Viskosität zirkulierenden Bluts, einschließlich von Vollblut, wird in 1 gezeigt und allgemein mit 20 bezeichnet. Das Doppel-Steigrohr/Einzel-Kapillar-(dual riser/single capillary, DRSC)-Viskosimeter 20 umfasst im Wesentlichen ein Blut-Aufnahmemittel und eine Analysator/Ausgabe-Einheit 24. Der Patient wird an das DRSC-Viskosimeter 20 über das Überführmittel 26 für zirkulierendes Blut, beispielsweise eine Nadel, eine intravenöse Nadel, eine Verweilkanüle etc. oder jede äquivalente Struktur angekoppelt, die das zirkulierende Blut von einem Patienten zu dem DRSC-Viskosimeter 20 überführen kann. Wie weiter unten im Detail beschrieben werden wird, umfasst die Analysator/Ausgabe-Einheit 24 ein Display 28 zum Darstellen der Viskositäts-Informationen, wie auch anderer Informationen an den Bediener. Die Analysator/Ausgabe-Einheit 24 kann zudem diese Informationen an andere geeignete Ausgabe-Mittel 30, wie beispielsweise einen Datalogger 32, einen anderen Computer oder andere Computer 34, einen Drucker 36, einen Plotter 38, räumlich beabstandete Computer/Speichermittel 40, dem Internet 42 oder an andere Online-Dienste 44 liefern.
  • Das Blut-Aufnahmemittel 22 umfasst im Wesentlichen einen Ventil-Mechanismus 46, der mit einem ersten Steigrohr R1 auf der einen Seite verbunden ist und der mit einem zweiten Steigrohr R2 über ein Kapillarrohr 52 auf der anderen Seite verbunden ist. Das Kapillarrohr 52 weist einen kleinen, gleichförmigen Innendurchmesser auf, beispielsweise eine Länge von 60 mm und 0,8 mm Innendurchmesser. Wenn das Überführmittel 26 für zirkulierendes Blut mit dem Blut-Aufnahmemittel 22 gekoppelt ist, regelt bzw. steuert der Ventil-Mechanismus 46 den Fluss von Blut in das Aufnahmemittel 22, wie weiter unten im Detail beschrieben werden wird. Jedes der Steigrohre R1 und R2 weist bevorzugt die gleichen Abmessungen auf (beispielsweise 12 Zoll Länge, 2 mm Innendurchmesser).
  • Es ist anzumerken, dass das Blut-Aufnahmemittel 22 ein Einmal-Artikel sein kann oder wiederverwertbar sein kann. Wie weiter unten im Detail beschrieben werden wird, sind, wenn die Blut-Aufnahmemittel 22 Einmal-Artikel sind, die Komponenten (der Ventil-Mechanismus 46, die Steigrohre R1 und R2 und das Kapillarrohr 52) lösbar in einem Gehäuse des Blut-Aufnahmemittels befestigt, das einfach und leicht eingeführt werden kann, dass während des Viskositäts-Testlaufs verwendet wird und dann einfach und leicht zum Entsorgen entfernt werden kann; ein weiteres Einmal-Blut-Aufnahmemittel 22 wird dann zur Vorbereitung des nächsten Viskositäts-Testlaufs eingeführt. Ist das Blut-Aufnahmemittel 22 hingegen wiederverwendbar, so können die Komponenten (der Ventil-Mechanismus 46, die Steigrohre R1 und R2 und das Kapillarrohr 52) gründlich gewaschen und am Ort gereinigt werden, um sie für den nächsten Viskositäts-Testlauf vorzubereiten.
  • Es ist anzumerken, dass das Kapillarrohr 52 nicht notwendigerweise ein längliches Rohr sein muss, sondern eine Vielzahl von Konfigurationen aufweisen kann, wie beispielsweise die eines aufgewickelten Kapillarrohrs.
  • Die Analysator/Ausgabe-Einheit 24 umfasst im Wesentlichen einen ersten Säulen-Pegel-Detektor 54, einen zweiten Säulen-Pegel-Detektor 56, einen Prozessor 58, das Display 28, einen Strichcode-Leser 78, eine Umwelt-Kontroll-Einheit (bzw. Umwelt-Steuer-Einheit bzw. Umwelt-Regel-Einheit) 80 und eine erste Batterie B1 und eine zweite Ersatzbatterie B2. Der erste Säulen-Pegel-Detektor 54 überwacht den Pegel des Fluids im ersten Steigrohr R1 und der zweite Säulen-Pegel-Detektor 56 überwacht den Pegel des Bluts im zweiten Steigrohr R2. Der Prozessor 58 (beispielsweise ein „386"-Mikroprozessor oder ein größerer Prozessor, oder ein entsprechendes Äquivalent) ist angeordnet, um die Daten von den Detektoren 54/56 zu ana lysieren und die Blut-Viskosität daraus zu errechnen, wie weiter unten im Detail beschrieben werden wird. Der Prozessor 58 regelt bzw. steuert zudem das Display 28, um die Viskositäts-Informationen und die anderen Informationen an den Benutzer und die anderen Ausgabe-Mittel 30 bereitzustellen.
  • Der Prozessor 58 steuert bzw. regelt zu den Ventil-Mechanismus 46 auf der Basis der Daten von den Detektoren 54/56, wie weiter unten erläutert wird. Die Batterie B1 stellt die notwendige Leistung für die Analysator/Ausgabe-Einheit 24 zur Verfügung, wobei die Batterie B2 als Ersatz-Stromversorgung dient. Der Strichcode-Leser 78 und die Umwelt-Kontroll-Einheit 80 werden weiter unten beschrieben.
  • Wie in den 2 und 3 deutlicher gezeigt ist, umfasst die bevorzugte Ausführungsform des DRSC-Viskosimeters 20 das Blut-Aufnahmemittel 22 und die Analysator/Ausgabe-Einheit 24, die in entsprechenden Gehäusen 60 und 62 enthalten sind, wobei beide lösbar an einem gemeinsamen Rahmen, beispielsweise in einem herkömmlichen intravenösen (IV) Schaft 48 befestigt sind. In dieser Konfiguration kann die Analysator/Ausgabe-Einheit 24 in einer geneigten Orientierung (3) angeordnet sein, um dem Benutzer die Bedienung und das Betrachten des Displays 28 zu erleichtern. Es ist jedoch anzumerken, dass die jeweiligen Gehäuse-Konstruktionen rein exemplarisch sind und andere Konstruktionen gewählt werden können, ohne den Umfang dieser Erfindung zu begrenzen.
  • Das Display 28 kann jegliche geeignete konventionelle Vorrichtungen umfassen, wie beispielsweise ein ELD(Elektrolumineszenz)-Display oder ein LCD-Display (Liquid Crystal Display, Flüssigkristall-Display), das die Visualisierung, sowohl von Text als auch von Graphiken erlaubt. Die Auflösung dieses Displays 28 beträgt vorzugsweise 800 × 600 VGA oder liegt darüber. Die bevorzugte Ausführungsform verwendet zudem einen Sensorbildschirm (touch screen display), der unter anderem die folgenden Dinge umfasst:
    ein graphisches Display 61,
    ein Instruktions- und/oder Datendisplay 65 (das zudem das Kommandozeilen-Display umfasst, das mit „TEST START" gezeigt ist, beispielsweise „TESTEN", „TEST LÄUFT", usw.),
    eine alphanumerische Tastatur 68,
    ein Notfall-Stopp-Knopf 70,
    Batteriestatus-Anzeigen 72A und 72B und
    Funktions-Knöpfe 74.
  • Es ist anzumerken, dass jede gleichwertige Display-Vorrichtung vom breitesten Umfang der Erfindung umfasst ist. Es kann daher jede Anzahl von Benutzer-Schnittstellen und Knöpfen über das Display 28 zur Verfügung gestellt werden. Die Erfindung 20 ist daher nicht auf die Ausführungsform beschränkt, die in 2 gezeigt ist. Das Display 28 kann zudem so bedient werden, dass es minimiert oder maximiert werden kann, dass besondere Graphiken oder Text-Bildschirme überblendet werden können, wie es beispielsweise bei jedem konventionellen objektorientierten Betriebssystem, wie beispielsweise Microsoft® WINDOWS, zur Verfügung steht.
  • Das untere Gehäuse 60 umfasst das Blut-Aufnahmemittel 22 und die beiden Säulen-Pegel-Detektoren 54 und 56. In der bevorzugten Ausführungsform umfasst jeder der Säulen-Pegel-Detek toren 54/56 ein LED-(light emitting diode, Leuchtdioden-)Array 64 und ein ladungsgekoppeltes Bauelement (charge coupled device, CCD) 66, das auf der gegenüberliegenden Seite eines jeden Steigrohrs R1 und R2 angeordnet ist. Wenn die Säulen-Pegel-Detektoren 54/56 im Betrieb sind, beleuchtet jedes LED-Array 64 das jeweilige Steigrohr R1 bzw. R2 und, abhängig davon, ob sich Flüssigkeit in der Säule befindet, detektieren verschiedene Pixel in dem ladungsgekoppelten Bauelement 66 das Licht von dem LED-Array 64 (es befindet sich kein Fluid in der Säule, so dass das Licht durch das Steigrohr treten kann) oder nicht (es ist Fluid vorhanden und blockiert das Durchtreten von Licht von dem LED-Array 64). Die Pixel-Daten von jedem ladungsgekoppelten Bauteil 66 werden an die Analysator/Ausgabe-Einheit 24 durch konventionelle Kabelverbindungen (nicht eingezeichnet) zur Verwendung durch den Prozessor 58 weitergeleitet. Der Strom für die LED-Arrays 64 und das ladungsgekoppelte Bauelement 66 wird diesen durch diese Kabelverbindungen von den Batterien B1/B2 zugeführt, wenn die Batterien in dem Gehäuse 62 der Analysator/Ausgabe-Einheit angeordnet sind.
  • Wenn das Blut-Aufnahmemittel 22 ein Einmal-Artikel ist, so ist es an dem Gehäuse 60 lösbar befestigt, so dass dann, wenn ein Testlauf abgeschlossen ist und/oder ein neuer Patient getestet werden soll, alle Flüssigkeitsleitungen (beispielsweise das Rohr 50, die Kapillare 52, die Steigrohre R1 und R2 und der Ventil-Mechanismus 46) einfach und schnell entfernt und entsorgt werden können und ein neues Set kann eingeführt werden. Beispielsweise können Klammern 47 (2) dazu verwendet werden, die oberen Abschnitte der Steigrohre R1 und R2 und die unteren Abschnitte der Steigrohre R1 und R2 lösbar zu befestigen; der Ventil-Mechanismus 46 umfasst einen Anschluss 49, der passgenau in eine Öffnung (nicht eingezeichnet) in der Bodenwand des Gehäuses 60 passt. Die Säulen-Pe gel-Detektoren 54/56 sind bevorzugt nicht von dem Gehäuse 60 trennbar. Eine Tür 76 (die vertikal oder horizontal an dem Gehäuse 60 angelenkt sein kann) ist vorgesehen, um während des Testlaufs eine verdunkelte Umgebung zu schaffen. Die Tür 76 hält zudem den Strichcode-Leser 78, der bereits erwähnt worden ist. Dieser Strichcode-Leser 78 liest automatisch einen Strichcode (nicht eingezeichnet), der auf einer der Steigrohre (beispielsweise R2) vorgesehen ist. Der Strichcode enthält alle die vorbestimmten Daten, die die Charakteristika des Kapillarrohrs 52 (beispielsweise seine Länge und sein Durchmesser) und die Charakteristika der Steigrohre R1 und R2 betreffen. Diese Informationen werden dann an den Prozessor 58 weitergeleitet, die dann verwendet werden, um die Viskosität zu ermitteln, wie es weiter unten im Detail beschrieben werden wird. Der Strichcode-Leser 78 übermittelt diese Informationen über die Kabelverbindung, wie sie oben beschrieben ist, an den Prozessor 58. Es ist anzumerken, dass die Anordnung des Strichcode-Lesers 78 (an der Tür 76) rein exemplarisch ist und dass andere Anordnungen innerhalb der Einheit ebenso vom Umfang dieser Erfindung umfasst sind.
  • Es ist anzumerken, dass die Klammern 47 den Säulen-Pegel-Detektor in keinerlei Hinsicht behindern, da die Bewegung des Bluts in jedem der zugehörigen Steigrohre R1 und R2 während des Viskositäts-Testlaufs überwacht wird, zwischen dem oberen und dem unteren Paar Klammern 47 stattfindet.
  • Die Tür 76 trägt zudem eine Umwelt-Kontroll-Einheit 80 (beispielsweise einen Heizer, einen Ventilator und/oder einen Thermostat), so dass dann, wenn sie zur Vorbereitung für den Test geschlossen ist, das Kapillarrohr 52 geheizt (oder gekühlt) wird und während des gesamten Testlaufs auf der gleichen Temperatur und den gleichen Umweltbedingungen gehalten wird wie der Patient. Vor dem Testlauf wird die Temperatur des Patienten genommen und der Bediener gibt diese Temperatur (über den Sensorbildschirm 28) ein. Die Umwelt-Kontroll-Einheit 80 arbeitet dann so, dass sie diese Temperatur erreicht und hält. Es ist anzumerken, dass es im breitesten Umfang dieser Erfindung liegt, dass eine Umwelt-Kontroll-Einheit 80 umfasst ist, die das gesamte Blut-Aufnahmemittel 22 auf die Temperatur des Patienten bringt und die Temperatur während des Testlaufs auf dieser Temperatur hält. Der Strichcode-Leser 78 und Temperatur-Kontroll-Einheit 80 werden durch die Analysator/Ausgabe-Einheit 24 durch die Kabelverbindung (nicht eingezeichnet) wie oben dargelegt, mit Strom versorgt.
  • In den 11 bis 12 sind andere exemplarische Ausführungsformen des Blut-Aufnahmemittels 22 gezeigt. Insbesondere weisen die Steigrohre R1 und R2 (beispielsweise spritzgegossene Stücke) integral ausgebildete Krümmer 50A und 50B auf, die in entsprechende Anschlüsse (nicht eingezeichnet) des Ventil-Mechanismus 46 (beispielsweise ein einzelnes Drei-Wege-Absperrventil) eingeführt werden. Vor dem Einführen des Krümmer-Abschnitts 50B des Steigrohrs R2 in den zugehörigen Anschluss des Ventil-Mechanismus wird ein Kapillar-Einsatz 53, der eine innenliegende Kapillare 52 aufweist, in dem Steigrohr R2 angeordnet. Wie am deutlichsten in 12 gezeigt ist, umfasst der Kapillar-Einsatz 53 einen konisch zulaufenden Eingangs-Anschluss 55 und einen konisch zulaufenden Ausgangs-Anschluss 57, um Turbulenzen zu minimieren, wenn das zirkulierende Blut aus dem Ventil-Mechanismus durch den Krümmer 55B und nach oben in das Steigrohr R2 fließt.
  • Die Batterien B1/B2 können eine 12 Volt, 4 Amperestunden, Batterie oder eine gleichwertige Stromversorgung umfassen (beispielsweise Batterien, die in herkömmlichen Laptop-Computern verwendet werden, wie beispielsweise Lithium-Ionen- Batterien). Das Display 28 umfasst die Statusanzeigen 72A/72B für jede Batterie in dem DRSC-Viskosimeter 20. Insbesondere dann, wenn das DRSC-Viskosimeter 20 auf der Batterie B1 läuft, erscheinen die beiden Batterie-Anzeigen 72A/72B auf dem Display 28. Wenn jedoch die Batterie B1 entleert ist, verschwindet die Batterieanzeige 72A für die Batterie B1 und die Batterieanzeige 72B für die Batterie B2 blinkt, um den Bediener zu warnen, dass das DRSC-Viskosimeter 20 nun auf der Ersatz-Batterie B2 läuft und ein Neuladen der Batterie B1 notwendig ist.
  • Die Ausführungsform nach 2 kann alternativ so geändert werden, dass lediglich ein Säulen-Pegel-Detektor 56 verwendet wird, um den Pegel von einer der Säulen zu überwachen, während ein Einzelpunkt-Detektor 954 verwendet wird, um einen Datenpunkt von dem Pegel der anderen Säule zu erhalten. Insbesondere wurde, wie in 2A gezeigt ist, einer der Säulen-Pegel-Detektoren, nämlich 54 durch einen Einzelpunkt-Detektor 954 ersetzt. Diese Modifikation basiert auf der Symmetrie der Daten, die die Höhe der Blut-Säule (das heißt h1(t) und h2(t)) gegen die Zeit beschreiben (6). Solange eine der beiden Säulen an Blut 82/84 (vgl. 4) überwacht wird, können die Daten, die die Höhe gegen die Zeit beschreiben, für die andere Säulen an Blut unter Verwendung eines einzelnen Höhen-Punkts von dieser Säule erzeugt werden. Das bevorzugte Verfahren bzw. das bevorzugte Mittel ist, die steigende Säule an Blut zu überwachen, was in dem Steigrohr R2 passiert, und das anfängliche Niveau der Viskosität im Testlauf (das heißt h1i, wie detailliert weiter unten beschrieben wird) der Säule an Blut 82 in dem Steigrohr R1 zu messen. Es liegt daher im breitesten Umfang dieser Erfindung (1) beide sich bewegenden Säulen an Blut 84 zu überwachen (2) oder (2) eine der sich bewegenden Säulen an Blut zu überwachen, während ein Punkt von der anderen sich bewegenden Säule an Blut erfasst wird (2A).
  • Insbesondere kann der Einzelpunkt-Detektor 954 eine LED 964 und einen Fotodetektor 966 umfassen (ohne darauf beschränkt zu sein), der einen spezifischen Pegel der Säule an Blut erfasst, beispielsweise h1i, wie weiter unten im Detail erläutert werden wird.
  • Das Konzept der Viskositäts-Ermittlung unter Verwendung des DRSC-Viskosimeters 20 ist es, die Änderung in der Höhe von zwei, sich gegenläufig bewegenden Säulen an Blut aus dem zirkulierenden Blut eines Patienten zu überwachen und aus den vorgegebenen Abmessungen einer Kapillare zu ermitteln, durch die das Blut fließen muss. Das DRSC-Viskosimeter 20 erreicht dies durch Betätigen des Ventil-Mechanismus 46, um zunächst einen optimalen Trenn-Abstand zwischen den beiden Säulen an Blut 82 und 84 in den entsprechenden Steigrohren R1 und R2 (vgl. 4) zu erreichen. Ist dieser erreicht, koppelt das DRSC-Viskosimeter 20 diese zwei Säulen an Blut 82/84 über seinen Ventil-Mechanismus 46 miteinander und erlaubt ihnen, ins Gleichgewicht zu kommen, während diese Bewegung der beiden Säulen an Blut 82/84 überwacht wird (5).
  • Wie in 4 gezeigt ist, wird insbesondere ein kontinuierlicher Blutstrom vom Patienten von dem Überführmittel 26 für zirkulierendes Blut durch den Ventil-Mechanismus 46 und in die beiden Steigrohre R1 und R2 ermöglicht. Während dieses Flusses überwachen die Säulen-Pegel-Detektoren 54/56 die Höhe der jeweiligen Säule an Blut. Wenn die optimale Trenn-Distanz erreicht ist, das heißt wenn die Säule an Blut in dem Steigrohr R1 h1i erreicht und wenn die Säule an Blut in dem Steigrohr R2 h2i erreicht, stoppt der Ventil-Mechanismus 46 den Strom an Blut von dem Überführmittel 26 für zirkulieren des Blut und koppelt Gleichzeitig die Säulen an Blut miteinander (5). Als Ergebnis wird die Säule an Blut in dem Steigrohr R1 fallen und die Säule an Blut in dem Steigrohr R2 wird auf einen endgültigen Gleichgewichts-Wert h∞ steigen (was, wie weiter unten dargestellt werden wird einen Offset, der als „Δh" bekannt ist, darstellt). Es ist dieses Erfassen dieser sich gegenläufig bewegenden Säulen von Blut (5), die auch als „h1(t)" und „h2(t)" bezeichnet werden, das für die Ermittlung der Blut-Viskosität wichtig ist, wie weiter unten beschrieben wird. Die graphische Darstellung von h1(t) und h2(t) ist in 6 gezeigt.
  • Es ist anzumerken, dass die optimale Trenn-Distanz, das heißt h1i – h2i, wie auch die Abmessungen des Kapillarrohrs 52 Oszillationen der Säulen an Blut am Ende des Viskositäts-Testlaufs verhindern. In anderen Worten sorgen diese beiden Faktoren für eine flache Annäherung der beiden Kurven h1(t) und h2(t) am Ende des Viskositäts-Testlaufs, wie es in 6 gezeigt ist.
  • Die 7A bis 7C zeigen eine typische Sequenz, wie der Ventil-Mechanismus 76 die Säulen an Blut vor dem Testlauf herstellt und sie zeigen die Säulen an Blut während des Testlaufs (5). Der Ventil-Mechanismus 46 umfasst ein einzelnes Drei-Wege-Absperrventil. Dieses Ventil kann einen Magneten (beispielsweise einen 500 mA Magneten oder einen Schrittmotor, usw. wie er durch den Ventil-Treiber 86 gezeigt ist) umfassen, der durch den Prozessor 58 gepulst wird, um das Ventil in der zutreffenden Richtung anzutreiben. Insbesondere veranlasst der Prozessor 58 eine Drehung des Ventils, indem positive oder negative Impulse an den Magneten angelegt werden. Um beispielsweise zu Anfang einen Strom an zirkulierendem Blut in das DRSC-Viskosimeter 20 zu leiten, konfiguriert der Ventil-Treiber 86 das Ventil so, dass es es dem zirkulierenden Blut ermöglicht, durch die entsprechenden Röhren 13 bzw. 14 in beide Steigrohre R1 und R2 einzutreten (vgl. 7A). Während dieser Zeit überwachen die Säulen-Pegel-Detektoren 54/56 deren jeweilige Säule an Blut 82 und 84. Sollte der vor dem Test zu erreichende Blut-Pegel h1i zuerst erreicht werden, gibt der Prozessor 58 einen positiven Puls an den Ventil-Antrieb 86 ab, um den Fluss in das Steigrohr R1 abzuschneiden (7B); sollte alternativ der vor dem Test zu erreichende Pegel der Säule an Blut h2i als erstes erreicht werden, so gibt der Prozessor 58 einen negativen Puls ab, um das Steigrohr R2 zu schließen, während es dem Blutstrom weiterhin möglich ist, in das Steigrohr R1 (nicht eingezeichnet) zu fließen. Um schließlich die beiden Steigrohre R1 und R2 miteinander zu verbinden und sie von dem zirkulierenden Blutstrom des Patienten zu trennen, bringt der Prozessor 58 den Ventil-Antrieb 86 in die Position, die in 7C gezeigt ist.
  • In Bezug auf den Einzelpunkt-Detektor 954 (2A) fließt Blut während des Betriebs der Vorrichtung 20 dann, wenn der Ventil-Mechanismus 46 geöffnet ist, nach oben in das Steigrohr R1, während der Fotodetektor 966 kontinuierlich das Licht von der LED 964 detektiert. Wenn der obere Abschnitt der Säule an Blut 82 das Licht von der LED 964 unterbricht, informiert der Fotodetektor 966 den Prozessor 58, der den Ventil-Mechanismus 46 bedient, um einen weiteren Blutfluss in das Steigrohr R1 zu unterbinden. Dieser Pegel der Säule an Blut, der als h1i bezeichnet wird, bildet den anfänglichen Startpunkt der Säule an Blut in dem Steigrohr R1 für den Viskositäts-Testlauf, das heißt, dass die Säule an Blut in dem Steigrohr R1 von diesem Pegel h1i aus abfällt, wenn der Viskositäts-Test beginnt. Da die Position des Fotodetektors 966 sich an einem vorbestimmten Ort h1i befindet, der sich oberhalb des Referenz-Pegels befindet (2), dient der Fotodetektor 966 dazu, zu bestätigen, dass die anfängliche Position, nämlich h1i von der Säule an Blut in dem Steigrohr R1 erreicht worden ist.
  • Alternativ kann, wie oben bereits erwähnt, der Säulen-Pegel-Detektor dazu verwendet werden, die fallende Säule an Blut in dem ersten Steigrohr R1 zu detektieren und der Einzelpunkt-Detektor 954 kann verwendet werden, um die anfängliche Position für den Viskositäts-Testlauf, nämlich h2i der steigenden Säule an Blut in dem Steigrohr R2 zu detektieren. Es ist daher im breitesten Umfang der Erfindung, die Verwendung eines Säulen-Pegel-Detektors zum Überwachen der Änderung der Position der Blutsäule in einem Steigrohr und die Verwendung eines Einzelpunkt-Detektors zum Detektieren eines einzelnen Punkts auf der Blutsäule in dem anderen Steigrohr abzudecken. Es ist anzumerken, dass ein jeder Punkt der Blutsäule von dem Einzelpunkt-Detektor 954 detektiert werden kann. Der bevorzugte Punkt ist der anfängliche Pegel der Säule für den Viskositäts-Testlauf, nämlich h1i oder h2i. Es kann jedoch jeder andere Punkt in der Säule detektiert werden, um die entsprechende Kurve zu erhalten, die die Höhe gegen die Zeit aufträgt.
  • Wie in 8 gezeigt ist, liegt es im breitesten Umfang der Erfindung, alle Mittel und/oder Verfahren zum Detektieren der Bewegung der Säulen an Blut 82/84 in den Steigrohren R1 und R2 (oder das Detektieren der Bewegung nur einer der Säulen, während ein einzelner Punkt der anderen Säule detektiert wird) zu umfassen und ist, als solcher, nicht auf die Anordnung aus die LED-Array 64 und ladungsgekoppeltem Bauteil (CCD) 66 beschränkt und ist noch nicht einmal auf die Säulen-Pegel-Detektoren 54/56 oder am Einzelpunkt-Detektor beschränkt. Tatsächlich sind die folgenden Typen physikalischer Detektoren (die durch „Sensor 1" und „Sensor 2" in 8 bezeichnet sind) von der vorliegenden Erfindung abgedeckt:
    d(Gewicht)/dt: die Änderung des Gewichts einer jeden Säule in Abhängigkeit von der Zeit unter Verwendung eines Gewichts-Detektionsmittels für jede Säule an Fluid als Sensor, beispielsweise w1(t) – w2(t);
    d(Druck)/dt: die Änderung des Drucks in jeder der Säulen an Fluid in Abhängigkeit von der Zeit unter Verwendung eines Druck-Messwertgebers, der an der Oberseite einer jeden Säule an Fluid angeordnet ist; beispielsweise p1(t) – p2(t);
    Laufzeit: die Länge an Zeit, die ein akustisches Signal benötigt, um von einem Sensor (beispielsweise einem Ultraschall-Sensor), der oberhalb einer jeden Säule an Fluid angeordnet ist, um emittiert zu werden, reflektiert zu werden und um zum Sensor zurückzukehren; beispielsweise Flugzeit1(t) – Flugzeit2(t);
    d(Volumen)/dt: die Änderung des Volumens einer jeden Säule an Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Zeit; beispielsweise V1(t) – V2(t);
    d(Position)/dt: die Änderung der Position des Pegels einer jeden Säule unter Verwendung einer digitalen Videokamera; beispielsweise Pos1(t) – Pos2(t); und
    d(Masse)/dt: die Änderung der Masse in Abhängigkeit von der Zeit für jede Säule an Fluid; beispielsweise m1(t) – m2(t).
  • 9A–9B umfassen ein Flussdiagramm der detaillierten Betriebsweise des DRSC-Viskosimeters 20, um die Viskosität des Flusses an zirkulierendem Blut eines Patienten zu ermit teln. Die Gesamt-Zeit des Testlaufs beträgt ungefähr 3 Minuten bei Verwendung des ladungsgekoppelten Bauelements (CCD) 66. Wenn die Pixel-Werte des ladungsgekoppelten Bauelements 66 sich nicht mehr ändern, bestimmt das DRSC-Viskosimeter 20, dass Δh erreicht worden ist und der Testlauf wird beendet.
  • Wie bereits oben ausgeführt, besteht das Konzept der Viskositäts-Ermittlung unter Verwendung des DRSC-Viskosimeters 20 darin, die Änderung in der Höhe von zwei, sich gegenläufig bewegenden Säulen an Blut aus zirkulierendem Blut eines Patienten zu überwachen und anhand der Abmessungen einer Kapillare zu ermitteln, durch die das Blut fließen muss.
  • Es gibt eine Vielzahl mathematischer Modelle, die als Fit-Kurven-Modelle für die Daten verwendet werden können, die von dem Viskosimeter 20 erhalten werden (das Viskosimeter 120 wird weiter unten erörtert), wie beispielsweise ein Potenzgesetz-Model, ein Casson-Modell, ein Carreau-Modell, ein Herschel-Bulkley-Modell, ein Powell-Eyring-Modell, ein Cross-Modell und ein Carreau-Yasuda-Modell. Die Erfindung umfasst in ihrem größten Umfang alle diese Modelle. Die folgende Erörterung verwendet ein Potenzgesetz-Modell und wird lediglich zum Zwecke eines Beispiels und nicht zu Zwecken der Begrenzung verwendet. Ein Durchschnittsfachmann könnte daher das exemplarisch genannte Potenzgesetz-Modell, das weiter unten erörtert wird, durch eines der oben genannten Kurven-Fit-Modelle ersetzen.
  • Insbesondere für nicht-Newtonsche Fluide, wie es Blut ist, ändert sich die Viskosität mit der Scherrate, jedoch liegt ein Hagen-Poiseuille-Fluss innerhalb der Kapillare noch vor, wenn es sich um einen stationären oder quasi-stationären laminaren Fluss handelt. Für ein Fluid, das mit einem nicht- Newtonschen Potenzgesetz-Viskositäts-Modell gut korreliert, hängen der Abfall des Kapillardrucks und die Strömungsgeschwindigkeit wie folgt zusammen:
    Figure 00310001
    wobei die Schergeschwindigkeit γ ^| mit der Strömungsgeschwindigkeit durch die Kapillare wie folgt zusammenhängt:
    Figure 00310002
    wobei die Viskosität nach dem Potenzgesetz wie folgt definiert ist: μ = k|γ ^|n-1 (3)und wobei
    • ΔPc
    = Druckabfall im Kapillarrohr (Pa)
    Lc
    = Länge des Kapillarrohrs (m)
    Q
    = volumetrische Strömungsgeschwindigkeit (m3/s)
    k
    = Konsistenzindex (eine Konstante, die in der Kapillar-Viskometrie verwendet wird) – die bestimmt wird;
    n
    = Potenzgesetzindex (eine andere Konstante, die in der Kapillar-Viskometrie verwendet wird) – die ermittelt wird;
    Φc
    = Rohrdurchmesser der Kapillare (m)
    μ
    = Fluid-Viskosität (Zentipoise, cP)
    γ ^|
    = Schergeschwindigkeit (s–1)
  • Da Blut, das ein nicht-Newtonsches Fluid ist, durch ein Potenzgesetz-Viskositätsmodell gut charakterisiert wird, kann Gleichung (1) umgeschrieben werden zu:
    Figure 00320001
    wobei
    • ρ
    = Blut-Fluiddichte
    g
    = Gravitationskonstante
    h1
    = momentane Höhe der Säule an Blut im Steigrohr R1
    h2
    = momentane Höhe der Säule an Blut im Steigrohr R2
    φc
    = Innendurchmesser des Kapillarrohrs
    φr
    = Innendurchmesser des Steigrohrs, wobei φc <<< φr
    Δh
    = ein Offset aufgrund der Fließspannung des Bluts ist und eine Eigenschaft des Bluts darstellt.
  • Es ist anzumerken dass die Länge des Kapillarohrs Lc als groß angenommen wird, so dass jegliche Reibungskräfte in den Steigrohren R1 und R2 und daran angeschlossenen Fluid-Komponenten vernachlässigt werden können. Zusätzlich sind die Durchmesser der Steigrohre R1 und R2 gleich.
  • Durch Integrieren beider Seiten von Gleichung (4) nach der Zeit entfällt die Notwendigkeit,
    Figure 00320002
    zu bestimmen, wodurch sich ergibt:
    Figure 00330001
    wobei h0 = h1(t) – h2(t) bei t = 0, das heißt h0 = h1i – h2i; und
  • Figure 00330002
  • Um die Viskosität zu ermitteln, ist es notwendig, die Werte mittels eines Fit-Algorithmus für k und n zu ermitteln, wobei die Testlauf-Daten mittels eines Fit-Algorithmus angepasst (angefittet) werden. Insbesondere wird das folgende Verfahren verwendet:
    • 1) Durchführen eines Testlaufs und Erhalten aller h1(t) und h2(t) Daten;
    • 2) Legen von Fit-Kurven durch die Daten mittels Anfitten, um einen symbolischen Ausdruck bzw. eine explizite Formel für h1(t) und h2(t) zu erhalten,
    • 3) Ermitteln aller h1(t) – h2(t) Daten sowie auch Δh;
    • 3) Ermitteln von Werten für die Potenzgesetz-Parameter k und n;
    • 4) Berechnen der folgenden Fehlerwerte für alle Datenpunkte:
      Figure 00330003
    • 6) Aufsummieren der Fehler-Werte für alle Datenpunkte;
    • 7) Iterieren, um die Werte von k und n zu ermitteln, die die Fehlersumme minimieren; und
    • 8) Verwenden der ermittelten Werte für k und n in den Gleichungen (2) und (3), um die Viskosität zu errechnen.
  • 10A zeigt eine graphische Darstellung der Viskosität des zirkulierenden Bluts eines Patienten, die gegen einen Bereich von Schergeschwindigkeiten aufgetragen ist und 10B zeigt eine logarithmische Darstellung der Viskosität, die gegen die Schergeschwindigkeit aufgetragen ist. Es ist anzumerken, dass die gezeigten Kurven in den Graphen mathematisch identisch sind und dass das oben offenbarte DRSC-Viskosimeter 20 eine höhere Genauigkeit sicherstellt als existierende Technologie.
  • Eine kombinierte Handgriff-/Filter-Anordnung (nicht eingezeichnet) kann an der Oberseite der Steigrohre R1 und R2 verwendet werden. Diese Anordnung erlaubt das Einbringen eines inerten Gases bei Atmosphärendruck in die Steigrohre R1 und R2 oberhalb der entsprechenden Säulen an Fluiden. Die Anordnung dient zudem als Handgriff zum Einsetzen und zum Entfernen des Blut-Aufnahmemittels 22, wenn ein Einweg-Blut-Aufnahmemittel 22 verwendet wird.
  • Es ist zudem anzumerken, dass die Anordnung von vielen der Komponenten in dem Blut-Aufnahmemittel 22 nur zum Zwecke des Beispiels gezeigt sind und nicht der Beschränkung dienen. Beispielsweise kann die Kapillare 52 horizontal oder vertikal angeordnet sein; der Ventil-Mechanismus 46 muss nicht notwendigerweise an den Krümmer-Abschnitten 50A–50B der Steigrohre R1 und R2 angeordnet sein. Es liegt im breitesten Umfang der Erfindung, verschiedene Anordnungen der Komponenten des Blut-Aufnahmittels 22 zu umfassen, ohne dass der Umfang der Erfindung verlassen wird. Tatsächlich verwendet die nächste Ausführungsform, die unten erörtert wird, derartige Variationen.
  • In den 13 bis 21 ist eine bevorzugtere Ausführungsform 120 des oben beschriebenen DRSC-Viskosimeters gezeigt. Diese zweite Ausführungsform 120 ist bezüglich ihrer Zielrichtungen und ihres Zwecks die gleiche wie die erste Ausführungsform 20, mit Ausnahme der Anordnung des Ventil-Mechanismus 46, der Verwendung eines Vacutainer-Mechanismus 101, der Position des Kapillarrohrs 52 und des notwendigen Blut-Volumens, das in dem Blut-Aufnahmemittel verwendet wird. Als Folge dessen sind die Gleichungen (das heißt Gleichungen 1 bis 7), die Betriebsweise der zweiten Ausführungsform 120 beschreiben und die Graphen, die die zeitliche Antwort der Säulen-Pegel und der Viskosität (das heißt 6, 10A und 10B) betreffen ähnlich sind und hier nicht erneut wiederholt werden. Die gemeinsamen Details der Konstruktion und der Betriebsweise der Ausführungsform 120 werden nicht noch einmal wiederholt. Wie in Bezug auf die Ausführungsform 20 ausgeführt, muss das Kapillarrohr 52, das in der Ausführungsform 120 verwendet wird, nicht notwendigerweise ein längliches Rohr sein, sondern kann eine Vielzahl von Konfigurationen aufweisen, wie beispielsweise die eines aufgewickeltes Kapillarrohrs.
  • Wie in 13 zu sehen ist, umfasst die Ausführungsform 120 ein Blut-Aufnahmemittel 122 und eine Analysator/Ausgabe-Einheit 24. Wie im Zusammenhang mit dem Blut-Aufnahmemittel 22 weiter oben beschrieben, kann das Blut-Aufnahmemittel 122 ein Einmal-Artikel oder wieder verwertbar sein. Als Beispiel für ein Einmal-Blut-Aufnahmemittel 122 hält ein Reibschluss-Fitting 147 (vgl. 14) das obere Ende des Steigrohrs R2 lösbar in dem Gehäuse 60, während der Ventilmechanismus 46 reibschlüssig an der Oberseite des Steigrohrs R1 in dem Ge häuse 60 angeordnet ist. Um das Einmal-Blut-Aufnahmemittel 122 zu entfernen, muss der Bediener lediglich den Fitting 147 lösen und den Ventil-Mechanismus 46 reibschlüssig anbringen.
  • Das Blut-Aufnahmemittel 122 umfasst den Ventil-Mechanismus 46, der nun an der Oberseite des Steigrohrs R1 angeordnet ist und das Steigrohr 52 ist zwischen den beiden Steigrohren R1 und R2 angeordnet. Zusätzlich wurde dem Blut-Aufnahmemittel 122 ein Vacutainer-Mechanismus 101 hinzugefügt. Der Vacutainer-Mechanismus 101 erlaubt es, eine Probe des ersten Bluts zurückzuholen, um es dem Blut-Aufnahmemittel 122 für eine nachfolgende Blut-Analyse (beispielsweise Hämatokrit-Untersuchungen) zuzuführen. Es ist jedoch anzumerken, dass der Vacutainer-Mechanismus 101 kein Teil der Viskositäts-Ermittlung ist und den Betrieb des DRSC-Viskosimeters 120 beim Ermitteln der Blut-Viskosität gemäß dem, was in Bezug auf die Ausführungsform 20 beschrieben worden ist, nicht behindert. Der Vacutainer-Mechanismus 101, wie er weiter unten beschrieben werden wird, wird tatsächlich von dem Ventil-Mechanismus 46 gelöst, bevor der Viskositäts-Testlauf beginnt.
  • Der Vacutainer-Mechanismus 101 umfasst einen Vacutainer 107, der bei einem Vacutainer-Antrieb 109 positionierbar ist. Die Betriebsweise des Vacutainer-Mechanismus 101 ist in den 15, 16, 17A bis 17B und in dem Flussdiagramm in den 19A bis 19B gezeigt. Insbesondere alarmiert der Detektor 103, wie am besten in 17A zu sehen ist, dann, wenn der Detektor 103 (beispielsweise ein Fotodetektor, ein fotographisches Auge, usw.) den ersten oder den Anfangs-Abschnitt des einströmenden Bluts von dem Patienten (über das Zuführmittel 26 für zirkulierendes Blut) detektiert, den Mikroprozessor 58, der den Vacutainer-Antrieb 109 aktiviert, um den Vacutainer 107 auf das Punktier-Mittel 111 (beispielsweise eine Nadel, 15) auf dem Ventil-Mechanismus 46 zu zu bewegen, der eine durchstoßbare Oberfläche des Vacutainers 107 punktiert. Gleichzeitig weist der Prozessor 58 den Ventil-Antrieb 86 an, das Ventil in die erste Position (wie in 17A gezeigt) zu bringen. Als Folge dessen wird der erste oder Anfangs-Abschnitt des einströmenden Blutstroms in dem Vacutainer 107 gefangen. Nachdem eine festgelegte Zeit, tf, verstrichen ist, weist der Prozessor 58 den Vacutainer-Antrieb 109 an, den Vacutainer 107 von dem Punktier-Mittel 111 zu lösen. Mit diesem in dem Vacutainer 107 gefangenen ersten Abschnitt des einströmenden Blut-Stroms kann der Bediener den Vacutainer 107 von dem Antrieb 109 entfernen und ihn dann einem separaten Analyse-Mechanismus zuführen, der sich entweder am Ort befindet oder räumlich beabstandet ist.
  • Gleichzeitig zu dem Zeitpunkt, zu dem der Prozessor 58 den Vacutainer-Antrieb 109 anweist, den Vacutainer 107 von dem Punktier-Mittel 111 zu lösen, weist der Prozessor 58 zudem den Ventil-Antrieb 86 an, das Ventil in die zweite Position (17B) zu bewegen. Als Folge dessen tritt der einströmende Blut-Strom in das Oberteil des Steigrohrs R2 ein, fließt das Steigrohr R2 hinab, fließt durch die Kapillare 52 und fließt nach oben in das Steigrohr R1. Die Säulen-Pegel-Detektoren 54 und 56 überwachen die Blut-Säulen in jedem Steigrohr. Wenn der Säulen-Pegel-Detektor 56 einen voreingestellten Pegel, hsv, erfasst, informiert dieser den Prozessor 58. Der Wert hsv ist ein exakter Wert, der mit einem exakten Volumen an Blut korrespondiert, so dass dann, wenn die Säule an Blut in dem Steigrohr R2 den Wert h2i erreicht (17B und 17C), sich die Säule an Blut im Steigrohr R1 bei h1i befindet. Detektiert daher der Säulen-Pegel-Detektor 56, dass hsv erreicht worden ist, aktiviert der Prozessor 58 den Ventil-Antrieb 86, um das Ventil in die dritte Position (17C) zu drehen, wodurch die beiden Säulen an Blut von dem einströmenden Blut-Strom abgeschnitten werden, während gleichzeitig der Viskositäts-Testlauf beginnt. Der Viskositäts-Testlauf ist dem Viskositäts-Testlauf ähnlich, der oben mit Bezug auf die Ausführungsform 20 beschrieben worden ist und wird als solcher hier nicht wiederholt.
  • Alternativ kann, wie oben bereits erwähnt, die Ausführungsform nach 14 dahingehend verändert werden, dass nur ein Säulen-Pegel-Detektor 56 verwendet wird, um eine der Säulen an Blut zu überwachen und der Einzelpunkt-Detektor 954 verwendet wird, um einen Datenpunkt über den Pegel der anderen Säule zu erhalten. Insbesondere kann der Säulen-Pegel-Detektor 56 verwendet werden, um die fallende Säule an Blut in dem ersten Steigrohr R1 zu erfassen und der Einzelpunkt-Detektor 954 kann verwendet werden, um den voreingestellten Pegel hsv der steigenden Säule an Blut im Steigrohr R2 zu erfassen. Es liegt daher im breitesten Umfang der Erfindung, die Verwendung eines Säulen-Pegel-Detektors zum Überwachen der Änderung der Position der Blut-Säule in einem Steigrohr und die Verwendung eines Einzelpunkt-Detektors zum Erfassen eines einzelnen Punkts der Blut-Säule in dem anderen Steigrohr abzudecken. Es ist anzumerken, dass die Blut-Säule von jedem Einzelpunkt-Detektor 954 detektiert werden kann. Der bevorzugte Punkt ist der anfängliche Säulen-Pegel für den Viskositäts-Testlauf, nämlich h1i oder hsv. Es kann jedoch jeder andere Punkt der Säule erfasst werden, um die entsprechende Kurve zu erzeugen, die die Höhe gegen die Zeit aufträgt.
  • Eine beispielhafte Implementierung des Blut-Aufnahmemittels 122 ist in den 20 bis 21 gezeigt. Insbesondere weisen die Steigrohre R1 und R2 (beispielsweise spritzgegossene Teile) integral ausgebildete Krümmer 50A und 50B auf, die in entsprechende Enden des Kapillar-Elements 153 eingeführt werden. Insbesondere bildet jedes Ende des Kapillar-Elements 153 eine formschlüssige Hülse, die über jedes der Enden der Krümmer 50A und 50B gleitet. Wie am deutlichsten in 21 gezeigt ist, umfasst das Kapillar-Element 153 einen konisch zulaufenden Eingangs-Anschluss 155, und einen konisch zulaufenden Ausgangs-Anschluss 157, um Turbulenzen zu minimieren, wenn das zirkulierende Blut aus dem Ende des Krümmers 50A in das Kapillar-Element 153 eintritt und dann in den Krümmer 50B und nach oben in das Steigrohr R2 fließt.
  • Es ist anzumerken, dass das „Blut-Aufnahme"-Mittel aller Ausführungsformen, die hier offenbart sind, lediglich zum Zweck der Erklärung für verschiedene Kombinationen von Komponenten steht, wie beispielsweise Steigrohre, etc., die verschiedene andere Formen aufweisen können, als diejenigen, die hier spezifisch offenbart sind.
  • Wie in 18 gezeigt ist, liegt es innerhalb des breitesten Schutzes der Erfindung, jegliche Mittel und/oder jegliche Verfahren zum Erfassen der Bewegung der Säulen an Blut in den Steigrohren R1 und R2 (oder das Erfassen der Bewegung von nur einer der Säulen, während von der anderen Säule ein einzelner Punkt erfasst wird) zu umfassen und ist als solches nicht auf die Anordnung aus LED-Array 64 und ladungsgekoppeltem Bauelement (CCD) 66 beschränkt und ist noch nicht einmal auf die Säulen-Pegel-Detektoren 54/56 begrenzt. Tatsächlich sind die folgenden Typen physikalischer Detektoren (bezeichnet durch „Sensor 1" und „Sensor 2" in 18) von der vorliegenden Erfindung abgedeckt:
    d(Gewicht)/dt: die Änderung des Gewichts einer jeden Säule in Abhängigkeit von der Zeit unter Verwendung eines Gewichts-Detektionsmittels für jede Säule an Fluid als Sensor, beispielsweise w1(t) – w2(t);
    d(Druck)/dt: die Änderung des Drucks in jeder der Säulen an Fluid in Abhängigkeit von der Zeit unter Verwendung eines Druck-Messwertgebers, der an der Oberseite einer jeden Säule an Fluid angeordnet ist; beispielsweise p1(t) – p2(t);
    Laufzeit: die Länge an Zeit, die ein akustisches Signal benötigt, um von einem Sensor (beispielsweise einem Ultraschall-Sensor), der oberhalb einer jeden Säule an Fluid angeordnet ist, emittiert zu werden, reflektiert zu werden und zum Sensor zurückzukehren; beispielsweise Flugzeit1(t) – Flugzeit2(t);
    d(Volumen)/dt: die Änderung des Volumens einer jeden Säule an Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Zeit; beispielsweise V1(t) – V2(t);
    d(Position)/dt: die Änderung der Position des Pegels einer jeden Säule unter Verwendung einer digitalen Videokamera; beispielsweise Pos1(t) – Pos2(t) und
    d(Masse)/dt: die Änderung der Masse in Abhängigkeit von der Zeit für jede Säule an Fluid; beispielsweise m1(t) – m2(t).
  • Das ladungsgekoppelte Bauteil 66 kann jede herkömmliche Vorrichtung sein. Eine besonders geeignete Vorrichtung ist von ScanVision Inc. San Jose, Kalifornien, USA, erhältlich. Das ladungsgekoppelte Bauelement hat eine Auflösung von 300 dpi und 83 μm. Das ladungsgekoppelte Bauelement der ScanVision Inc. verwendet herkömmliche Erfassungssoftware für ladungsgekoppelte Bauelemente. Die LED-Arrays 64 können mit einer Vielzahl von Lichtquellen implementiert werden, auch mit Glasfaserleitungen.
  • Die Tür 76 des Gehäuses 60 kann zudem ausgebildet sein, um entlang des Bodens des Gehäuses 60 angelenkt zu sein, um so nach unten schwingen zu können, um einen Zugang zu den Blut-Aufnahmemitteln 22 oder 122 zu gewähren.
  • Es ist anzumerken, dass es im breitestmöglichen Umfang der Erfindungen 20 und 120 liegt, zusätzlichen Druck (beispielsweise eine Druckquelle wie beispielsweise eine Pumpe) zu umfassen, die die Bewegungs-Kraft für die Bewegung der Säulen an Blut 82/84 während des Testlaufs bereitstellt, im Gegensatz zum Druckausgleichen von jedem der beiden Steigrohre R1 und R2 mit der umgebenden Atmosphäre.
  • Es ist zudem anzumerken, dass, obwohl das Display 28 ein effektives Mittel zum Ausgeben der Viskositäts-Daten an den Benutzer darstellt, die DRSC-Viskosimeter 20 und 120 gemäß ihres breitesten Schutzumfangs das Display 28 nicht erfordern. Solange die Viskositäts-Daten irgendeinem der Ausgabe-Mittel 30 zur Verfügung stehen, sind die Ziele der vorliegenden Erfindung erfüllt. Es ist zudem anzumerken, dass die Analysator/Ausgabe-Einheit 24 in den Ausführungsformen 20 und 120 von jedem Laptop-Computer dargestellt werden kann und dass diese durch die Art, wie sie in den 2 bis 3 dargestellt ist, auf keine Weise beschränkt ist.
  • Die Blut-Aufnahmemittel 22 und 122 in den entsprechenden Ausführungsformen 20 und 120 sind typischerweise an einer Stelle angeordnet, die unterhalb der des Herzens des Patienten liegt. Hierdurch hilft die Schwerkraft dem venösen Druck, das zirkulierende Blut in das Blut-Aufnahmemittel 22/122 zu transportieren, es verhindert aber auch jeglichen Rückstrom von Blut in den Patienten während des einleitenden Anschließens und des Viskositäts-Testlaufs.
  • Es ist anzumerken, dass dann, wenn in der Ausführungsform 20 wiederverwertbare Blut-Aufnahmemittel 22 verwendet werden oder wenn in der Ausführungsform 122 ein wiederverwendbares Blut-Aufnahmemittel verwendet wird, der Schritt „Einmal-Sets einsetzen" in den 9B bzw. 19B weggelassen wird.
  • Es ist zudem anzumerken, dass, wie oben bereits erwähnt, es das bevorzugte Verfahren/bevorzugte Mittel ist, die steigende Säule an Blut 84 mit dem Säulen-Pegel-Detektor 56 zu überwachen, anstatt die fallende Säule an Blut 82 zu überwachen, da ein großer Anteil an Rauschen auftritt, wenn die fallende Säule 82 überwacht wird. Die steigende Säule 84 stellt ein deutlicheres Überwachungs-Signal dar und es ist daher bevorzugt, diese Säule zu überwachen. Es liegt jedoch in dem breitesten Schutz dieser Erfindung, auch Mittel zum Filtern oder zum Kompensieren dieses Rauschens zu umfassen, wenn die fallende Säule von dem Säulen-Pegel-Detektor 56 überwacht wird.
  • Es ist zudem anzumerken, dass die DRSC-Viskosimeter 20 und 120 verwendet werden können, um die Viskosität von anderen nicht-Newtonschen Fluiden (beispielsweise Ölen, Farben, Kosmetika etc.) zu messen und sie sind nicht auf biologische Fluide, wie beispielsweise Blut, beschränkt.
  • Das vorstehende illustriert ohne weitere ausführliche Erläuterungen unsere Erfindung umfassend und Andere können, durch Anwenden gegenwärtigen oder zukünftigen Wissens, diese einfach unter verschiedenen Betriebsbedingungen anpassen.

Claims (25)

  1. Vorrichtung (20, 120) zum Bestimmen der Viskosität eines nicht-Newtonschen Fluids über mehrere Schergeschwindigkeiten unter Verwendung einer abnehmenden Druckdifferenz, wobei die Vorrichtung umfasst: eine nicht-Newtonsche Fluidquelle (22, 122); ein Kapillarrohr (52) mit einem ersten Ende, das mit der Fluidquelle (22) über ein erstes Steigrohr (R1) verbunden ist; wobei ein erstes Ende eines zweiten Steigrohres (R2) mit einem zweiten Ende des Kapillarrohres (52) verbunden ist und wobei ein zweites Ende dem atmosphärischen Druck ausgesetzt ist; Sensoren (54, 56) zum Erfassen in Verwendung der durch die abnehmende Druckdifferenz hervorgerufenen Bewegung des nicht-Newtonschen Fluids durch das erste und das zweite Steigrohr (R1, R2) bei mehreren Schergeschwindigkeiten, wenn das nicht-Newtonsche Fluid sich von der Quelle (22, 122) durch das erste Steigrohr (R1), durch das Kapillarrohr (52) und in das zweite Steigrohr (R2) mit einer laminaren Strömung bewegt, wobei die Sensoren (54, 56) angeordnet sind, um Daten zu erzeugen, die sich auf die relative Bewegung des nicht-Newtonschen Fluids zwischen den beiden Steigrohren (R1, R2) über die Zeit beziehen; und einen mit den Sensoren (54, 56) verbundenen Computer (58) zum Berechnen der Viskosität des nicht-Newtonschen Fluids aus den erzeugten Daten.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensoren (54, 56) zumindest einen Sensor (56) umfassen, der angeordnet ist, um in Verwendung die laminare Bewegung der Fluide über die Zeit in der zweiten Steigleitung (R2) zu überwachen, und zumindest einen anderen Sensor (54), der angeordnet ist, um zumindest einen Datenpunkt von dem Füllstand der Fluide in der ersten Steigleitung (R1) zu erfassen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine zum Erfassen mindestens eines Datenpunktes angeordnete Sensor einen Sensor umfasst, der angeordnet ist, um einen einzelnen Datenpunkt zu erfassen.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zweite Steigrohr (R2) vertikal in Bezug auf eine horizontale Referenzlage positioniert ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin einen Ventilmechanismus (46) zum Verbinden der Fluidquelle (22, 122) mit dem ersten Steigrohr (R1) umfasst.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, falls von Anspruch 2 abhängig, wobei die Bewegung des Fluids durch das erste und das zweite Steigrohr (R1, R2) umfasst: eine steigende Fluidsäule (84) in dem zweiten Steigrohr (R2), wobei der zumindest eine Sensor (56) angeordnet ist, um in Verwendung die sich verändernde Höhe der steigenden Fluidsäule über die Zeit zu überwachen, wobei die Höhe als der Abstand zwischen dem oberen Ende der steigenden Fluidsäule (84) und einer horizontalen Referenzlage definiert ist; eine fallende Fluidsäule (82) in dem ersten Steigrohr (R1); wobei der andere zumindest eine Sensor (54) angeordnet ist, um in Verwendung zumindest einen Datenpunkt von einem Füllstand der fallenden Fluidsäule zu erfassen; und wobei die überwachte sich verändernde Höhe der steigenden Fluidsäule und der zumindest eine Datenpunkt von dem Füllstand der fallenden Fluidsäule die erzeugten Daten bilden.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei das erste und das zweite Steigrohr (R1, R2) wegwerfbar sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Ventilmechanismus (46) wegwerfbar ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin ein Mittel zum Entlüften eines zweiten Endes des ersten Steigrohres (R1) an die umgebende Atmosphäre umfasst.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin ein Mittel umfasst, um einen Differenzwert von Höhen (h1(t) – h2(t)) über die Zeit zwischen einer ersten Höhe (h1(t)) einer ersten Säule des nicht-Newtonschen Fluids in dem ersten Steigrohr (R1) und einer zweiten Höhe (h2(t)) einer zweiten Säule des nicht-Newtonschen Fluids in dem zweiten Steigrohr (R2) zu bestimmen.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, die weiterhin ein Mittel umfasst, um nach Überwachen der Änderung der Lage des nicht-Newtonschen Fluids während einer Zeitspanne einen Offset (Δh) der Höhen der Säulen des nicht-Newtonschen Fluids zu bestimmen.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, die weiterhin ein Mittel umfasst, um eine Viskosität unter Verwendung des Differenzwertes der Höhen (h1(t) – h2(t)) und des Offsets (Δh) zu berechnen, um einen Konsistenzindex (k) und einen Potenzgesetzindex (n) zu bestimmen, die gegeben sind durch:
    Figure 00450001
    wobei
    Figure 00460001
    und wobei h0 = h1(0) – h2(0); Lc = Länge des Kapillarrohres; φc = Innerer Durchmesser des Kapillarrohres; φr = Durchmesser der Säulen des nicht-Newtonschen Fluids, wobei φc <<< φr; ρ = Dichte des nicht-Newtonschen Fluids; g = Gravitationskonstante.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, die weiterhin ein Mittel zum Berechnen der Viskosität μ umfasst, wobei das Mittel die vorbestimmten Werte für n und k in der folgenden Gleichung verwendet: μ = k|γ ^|n-1 wobei
    Figure 00460002
    und wobei Q = volumetrische Strömungsgeschwindigkeit in dem Kapillarrohr; Øc = Innerer Durchmesser des Kapillarohres; und γ ^ = Schergeschwindigkeit.
  14. Vorrichtung (20, 120) zum Bestimmen der Viskosität eines nicht-Newtonschen Fluids über mehrere Schergeschwindigkeiten unter Verwendung einer abnehmenden Druckdifferenz, wobei die Vorrichtung umfasst: eine nicht-Newtonsche Flüssigkeitsquelle (22, 122); ein erstes Steigrohr (R1) mit einem dem atmosphärischen Druck ausgesetzten ersten Ende und einem mit der Fluidquelle (22, 122) verbundenen zweiten Ende; ein zweites Steigrohr (R2) mit einem mit der Fluidquelle (22) verbundenen ersten Ende und einem dem atmosphärischen Druck ausgesetzten zweiten Ende, wobei das zweite Steigrohr (R2) einen Kapillarabschnitt (52) umfasst; Sensoren (54, 58) zum Erfassen in Verwendung der durch die abnehmende Druckdifferenz hervorgerufenen Bewegung des nicht-Newtonschen Fluids durch das erste und das zweite Steigrohr (R1, R2) bei mehreren Schergeschwindigkeiten, während das nicht-Newtonsche Fluid sich mit einer laminaren Strömung von dem ersten Steigrohr (R1) durch den Kapillarabschnitt (52) und in das zweite Steigrohr (R2) bewegt, wobei die Sensoren (54, 56) angeordnet sind, um Daten zu erzeugen, welche die relative Bewegung des nicht-Newtonschen Fluids zwischen den zwei Steigrohren (R1, R2) über die Zeit betreffen; und einen mit den Sensoren (54, 56) verbundenen Computer (58) zum Berechnen der Viskosität des nicht-Newtonschen Fluids aus den erzeugten Daten.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Sensoren (54, 56) zumindest einen Sensor (56) umfassen, der angeordnet ist, um in Verwendung die laminare Bewegung des Fluids über die Zeit in der zweiten Steigleitung (R2) zu überwachen, und zumindest einen anderen Sensor (54), der angeordnet ist, um zumindest einen Datenpunkt aus dem Füllstand des Fluids in der ersten Steigleitung (R1) zu erfassen.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der mindestens eine zum Erfassen mindestens eines Datenpunktes angeordnete Sensor einen Sensor umfasst, der angeordnet ist, um einen einzelnen Datenpunkt zu erfassen.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das zweite Steigrohr (R2) vertikal in Bezug auf eine horizontale Referenzlage positioniert ist.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, die weiterhin einen Ventilmechanismus (46) zum Verbinden der Fluidquelle (22, 122) mit dem ersten Steigrohr (R1) umfasst.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, falls von Anspruch 15 abhängig, wobei die Bewegung des Fluids durch das erste und das zweite Steigrohr (R1, R2) umfasst: eine steigende Fluidsäule (89) in dem zweiten Steigrohr (R2), wobei der zumindest eine Sensor (56) angeordnet ist, um in Verwendung die sich verändernde Höhe der steigenden Fluidsäule über die Zeit zu überwachen, wobei die Höhe als der Abstand zwischen dem oberen Ende der steigenden Fluidsäule (84) und einer horizontalen Referenzlage definiert ist; eine fallende Fluidsäule (82) in dem ersten Steigrohr (R1); wobei der andere zumindest eine Sensor (54) angeordnet ist, um in Verwendung zumindest einen Datenpunkt von einem Füllstand der fallenden Fluidsäule zu erfassen; und wobei die überwachte sich verändernde Höhe der steigenden Fluidsäule und der zumindest eine Datenpunkt von dem Füllstand der fallenden Fluidsäule die erzeugten Daten bilden.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das erste und das zweite Steigrohr (R1, R2) wegwerfbar sind.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Ventilmechanismus (46) wegwerfbar ist.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 14, die weiterhin ein Mittel umfasst, um einen Differenzwert von Höhen (h1(t) – h2(t)) über die Zeit zwischen einer ersten Höhe (h1(t)) einer ersten Säule des nicht-Newtonschen Fluids in dem ersten Steigrohr (R1) und einer zweiten Höhe (h2(t)) einer zweiten Säule des nicht-Newtonschen Fluids in dem zweiten Steigrohr (R2) zu bestimmen.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22, die weiterhin ein Mittel umfasst, um nach Überwachen der Änderung der Lage des nicht-Newtonschen Fluids während einer Zeitspanne einen Offset (Δh) der Höhen der Säulen des nicht-Newtonschen Fluids zu bestimmen.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, die weiterhin ein Mittel umfasst, um eine Viskosität unter Verwendung des Differenzwertes der Höhen (h1(t) – h2(t)) und des Offsets (Δh) zu berechnen, um einen Konsistenzindex (k) und einen Potenzgesetzindex (n) zu bestimmen, die gegeben sind durch:
    Figure 00490001
    wobei
    Figure 00490002
    und wobei h0 = h1(0) – h2(0); LC = Länge des Kapillarohres; Φc = Innerer Durchmesser des Kapillarrohres; Φr = Durchmesser der Säulen des nicht-Newtonschen Fluids, wobei Φc <<< Φr; ρ = Dichte des nicht-Newtonschen Fluids; g = Gravitationskonstante.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 24, die weiterhin ein Mittel zum Berechnen der Viskosität μ umfasst, wobei das Mittel die vorbestimmten Werte für n und k in der folgenden Gleichung verwendet: μ = k|γ ^|n-1 wobei
    Figure 00500001
    und wobei Q = volumetrische Strömungsgeschwindigkeit in dem Kapillarrohr; Φc = Innerer Durchmesser des Kapillarohres; und γ ^ = Schergeschwindigkeit.
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