專利名稱：靜脈輸液器液流體積測量設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輸?shù)讲∪搜褐械囊毫鳎貏e涉及用于對任意標(biāo)準(zhǔn)重力靜脈輸液器中的流體進(jìn)行體積測量的系統(tǒng)和方法。
將流體通過靜脈輸?shù)讲∪说难褐惺且环N常用的醫(yī)療手段。通過靜脈輸入的典型流體包括葡萄糖及鹽溶液、藥物和血液。靜脈輸液(IV)系統(tǒng)一般包括儲液器、滴斗、輸液管和靜脈輸液針。儲液器又叫靜脈輸液袋，用于盛放一些將被輸注的流體。液瓶和滴斗通過輸液管連接。進(jìn)而，滴斗通過輸液管與中空的靜脈輸液針連接，靜脈輸液針插入病人的血管。液瓶中的流體通過靜脈輸液針滴入病人的血液中，液滴的速度由滴斗控制。
過去，可采用兩種主要的方法來控制靜脈輸液的速度。第一種方法是采用傳統(tǒng)的滴斗，通過手工控制滴斗來調(diào)節(jié)通過滴斗的液滴速度，直到液滴以預(yù)定速度滴落。該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單，只需要重力來保持通過滴斗的液流。
然而，手工控制滴斗的方法不是在所有的場合都能達(dá)到滿意的效果，這是因?yàn)橛蛇@種滴斗控制的液流速度總是不精確地高于或低于所要求的液流速度。這種不精確是由這樣的事實(shí)造成的，即通過滴斗的各個液滴的大小隨著輸液器的不同而改變，而且還會受到液流通過滴斗的速度、流體壓力和振動對滴斗的影響等因素的影響。此外，除非滴斗經(jīng)過精心設(shè)計(jì)具有嚴(yán)格的公差，否則液滴體積會隨著滴斗的不同而變化，并會隨著滴斗類型的不同而會有更明顯的變化。這就意味著，適合于采用第一個滴斗的預(yù)選液流速度的液滴速度不一定適合于第二個滴斗。此外，由于結(jié)合傳統(tǒng)夾鉗使用的管材的冷塑變形，傳統(tǒng)的手工控制滴斗的方法在開始時會以期望的液滴速度工作，但隨著時間的推移液滴速度會發(fā)生變化。
為了提供更高的輸液速度精度，容積式輸液泵(positivedisplacement infusion pump)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。這種泵的優(yōu)點(diǎn)是能夠精確控制輸液速度，在很大程度上與所輸流體的壓力和粘性無關(guān)。然而，這種輸液泵有其自身的缺陷。由于其通常在高達(dá)60psi的壓力下工作，所以總是存在過壓輸液的危險(xiǎn)。此外，輸液泵的價格相對較高，重量較大且使用不便。在很大程度上，輸液泵的重量與停電情況下為其供電所需的后備電池的大小有關(guān)。由于泵需要經(jīng)常性地運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)，所以輸液泵的后備電池需要很高的容量。
首先獲得所輸流體的精確的體積測量是進(jìn)行控制的最基本的部分。
屬于Slavik等人的美國專利No.4,525,163講述了一種液流控制設(shè)備，該設(shè)備包括用于測量液滴大小的傳感器。在一定數(shù)量的經(jīng)過光學(xué)檢測的液滴落入滴管之后，通過計(jì)算平均值得出液滴的大小。這不是一種體積測量，其另外一個缺點(diǎn)是所輸?shù)牧黧w必須要經(jīng)過該設(shè)備，這是一種侵入式設(shè)備。
屬于Steuer等人的美國專利No.4,504,263描述了一種侵入式監(jiān)測儀，其中液流經(jīng)過該檢測儀。該侵入式設(shè)備的缺點(diǎn)是在每次使用之后都需要進(jìn)行消毒，由于額外需要進(jìn)行消毒的多臺設(shè)備，所以會加重醫(yī)院的職責(zé)并帶來相應(yīng)的麻煩。在Steuer的上述設(shè)備中，通過紅外傳感器來測量各個液滴。Steuer的發(fā)明中的侵入式設(shè)備的另一個缺點(diǎn)是，他假設(shè)液滴為球狀，而液滴并不總是球狀的。
還有描述用于對液滴進(jìn)行計(jì)數(shù)的非侵入式設(shè)備的現(xiàn)有技術(shù)，例如在屬于Molko的美國專利No.6,083,206中講述了一種設(shè)備，該設(shè)備能夠通過檢測穿過滴斗的紅外線以高精度來對液滴進(jìn)行計(jì)數(shù)，但沒有考慮每個液滴的體積測量，并且必須專門指定液滴的大小。
對于每小時只能接受低于兩毫升靜脈滴注流體的嬰幼兒來說，體積的精度是至關(guān)重要的。
由于輸液泵和重力靜脈輸液器具有上述缺點(diǎn)，所以非常需要提供一種能夠避免上述缺陷的簡易的重力靜脈輸液器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于對包括滴斗的重力輸液器中的流體進(jìn)行體積測量的設(shè)備。該設(shè)備包括殼體，其構(gòu)造為在滴斗的柱面周圍以可拆卸的方式布置。該殼體包括發(fā)射源，其構(gòu)造為在基本上垂直于柱面軸線的路徑上發(fā)出穿過滴斗的輻射；光學(xué)接收器，它緊挨著柱面上與發(fā)射源基本上相對的一部分。該光學(xué)接收器被構(gòu)造以檢測輻射的量，處理器計(jì)算經(jīng)過滴斗的每個液滴的體積，該體積是液滴通過期間由接收器檢測的輻射量相對于背景輻射的相對損失的函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于計(jì)算通過帶有滴斗的靜脈輸液器輸送的體積的方法，該滴斗構(gòu)造為使流體基本上沿著滴斗的軸線流動。該方法包括以下步驟使輻射從滴斗的外部沿著垂直于滴斗軸線的路徑穿過滴斗，到達(dá)位于滴斗外部相對位置的傳感器，檢測并量化穿過滴斗的背景輻射值，檢測并量化穿過滴落通過滴斗的液滴的輻射值，以獲得表示由于液滴穿過輻射路徑而導(dǎo)致的輻射損失的數(shù)據(jù)；并作為液滴經(jīng)過期間檢測到的相對于背景輻射值的輻射相對損失的函數(shù)來計(jì)算液滴的體積。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于計(jì)算通過帶有滴斗的靜脈輸液器輸送的體積的方法，該滴斗被構(gòu)造為使流體基本上沿著滴斗的軸線流動。該方法包括以下步驟使輻射從滴斗的外部沿著垂直于滴斗軸線的路徑穿過滴斗，到達(dá)位于滴斗外部相對位置的傳感器，檢測并量化穿過滴斗的背景輻射值，檢測并量化穿過滴落通過滴斗的液滴的輻射值，以獲得表示由于液滴穿過輻射路徑而導(dǎo)致的輻射損失的數(shù)據(jù)；和使用查詢表得出液滴的體積測量，而查詢表是通過收集經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)而形成的。
根據(jù)本發(fā)明的下述優(yōu)選實(shí)施例中的其他特征，輻射被配置為以脈沖模式工作。
根據(jù)所述優(yōu)選實(shí)施例中的其他特征，輻射被配置為以連續(xù)模式工作。
根據(jù)本發(fā)明的下述優(yōu)選實(shí)施例中的其他特征，輻射為光輻射。
根據(jù)所述優(yōu)選實(shí)施例中更進(jìn)一步的特征，輻射為紅外輻射。
根據(jù)所述優(yōu)選實(shí)施例中的其他特征，計(jì)算出的體積用于控制重力輸液器中的液流。
根據(jù)所述優(yōu)選實(shí)施例中的另外其他特征，借助于查詢表將輻射的相對損失轉(zhuǎn)換為體積。通過收集經(jīng)過各種輸液器的液滴的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定在液滴穿過輻射期間輻射的相對損失，然后稱出液滴的重量，并確定各個液滴的與其比重成正比的體積，從而創(chuàng)建查詢表。這種方法和設(shè)備適合于用在任何靜脈輸液器中，而且是非侵入性的。
通過提供測量液滴體積的設(shè)備和方法，本發(fā)明成功地克服了目前所知結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，該設(shè)備和方法可被用于確定重力輸液器中所輸流體的體積。


在此參考附圖以示例的方式對本發(fā)明進(jìn)行說明。現(xiàn)將詳細(xì)參考附圖，需要強(qiáng)調(diào)的是，所示的細(xì)節(jié)僅僅是示例，只用于說明性地討論本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，相信所提供的細(xì)節(jié)是對本發(fā)明的原理和概念方面的最有用和最容易理解的描述。關(guān)于這一點(diǎn)，不試圖比基本理解本發(fā)明所必須的詳細(xì)程度更詳細(xì)地顯示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)性細(xì)節(jié)，說明書和附圖一起使本領(lǐng)域中的技術(shù)人員更清楚如何在實(shí)踐中以多種形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
在附圖中圖1是用于對重力輸液器中所輸流體進(jìn)行體積測量的設(shè)備；圖2是穿過滴斗之前與之后以及液滴通過滴斗之前及通過期間的輻射脈沖的圖解；和圖3是計(jì)算液滴體積的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是關(guān)于用于測量液滴的體積的設(shè)備和方法，該設(shè)備和方法可被用于確定重力輸液器中所輸流體的體積。
具體來說，本發(fā)明可被用于確定重力輸液器中所輸?shù)拿總€液滴的體積，便于獲得所輸總體積的最精確信息，該總體積可用于對液流的控制。
參考附圖和所附描述，可更好地理解根據(jù)本發(fā)明的用于測量液滴體積的設(shè)備和方法的原理和操作。
在詳細(xì)解釋本發(fā)明的至少一個實(shí)施例之前，必須理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于以下說明中所描述的或附圖中所示的結(jié)構(gòu)和部件布置的詳情。本發(fā)明還能實(shí)施為其它的實(shí)施例或者以各種形式實(shí)現(xiàn)或執(zhí)行。此外，還應(yīng)理解的是在此所用的措詞和術(shù)語只用于描述，不應(yīng)該認(rèn)為是限制。
現(xiàn)參考附圖，圖1顯示的是裝置10，該設(shè)備用于對包括滴斗的重力輸液器12中所輸流體進(jìn)行體積測量。為了更好地理解本發(fā)明所包含的部件及這些部件如何組合形成重力輸液器，圖中的一些部件沒有按照比例顯示。重力輸液器12一般包括液瓶16、滴斗14、輸液管18和靜脈輸液針20。
裝置10包括殼體22，其構(gòu)造為在滴斗14的柱面24周圍以可拆卸的方式布置。殼體22裝在滴斗14之外并固定在包括連接滴斗14的輸液管在內(nèi)的一些位置中任何一個位置上或另選地固定到滴斗14的頂部或者固定到支撐輸液器12的支架上。殼體22包括發(fā)射源26。發(fā)射源26被構(gòu)造為在基本上垂直于柱面24的軸線30的路徑上發(fā)射穿過滴斗14的輻射28。用于檢測輻射量的光學(xué)接收器32布置在緊挨著柱面24上與發(fā)射源26基本上相對的部位。
從發(fā)射源26發(fā)出的輻射首選為紅外線。也可使用作為替代的或其它類型的輻射。發(fā)射源26包括能夠產(chǎn)生紅外線的紅外發(fā)光二極管陣列。根據(jù)本發(fā)明，紅外線的發(fā)射模式為連續(xù)模式或另選地為脈沖模式。
考慮到背景輻射水平和節(jié)能等方面，脈沖模式的優(yōu)點(diǎn)之一是可增強(qiáng)控制。首選的脈沖速度是每秒幾千脈沖的速度，首選為每秒大約100,000個脈沖。在防止干擾背景輻射測量方面，脈沖模式是有用的，例如當(dāng)像太陽光這樣的外部光源照射滴斗時。
發(fā)射源26中的脈沖發(fā)生器周期性地激活發(fā)光二極管，產(chǎn)生一系列激活和非激活狀態(tài)。
圖2顯示了在輻射路徑上沒有液滴(圖2a)和輻射路徑上有液滴40(圖2b)兩種情況下，輻射穿過滴斗14之后光學(xué)接收器32檢測并量化的輻射脈沖之間的差別。
圖2a顯示了數(shù)字化表示的輻射脈沖14。采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將輻射脈沖轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼、可測量的電壓或其它一些可測量的對模擬信號的電反應(yīng)。測量當(dāng)輻射路徑上沒有液滴時經(jīng)過滴斗14的脈沖40，光學(xué)接收器32測量到的通過滴斗14的脈沖之間在高度上沒有明顯的變化。當(dāng)然，進(jìn)入滴斗14的輻射和由位于滴斗14另一側(cè)上的光學(xué)接收器32檢測到的輻射之間會有不同。這就是背景或基準(zhǔn)輻射水平。在每個液滴通過滴斗14之前和之后裝置10最好對自身進(jìn)行校準(zhǔn)，將內(nèi)部或外部環(huán)境的任何變數(shù)均考慮在內(nèi)。例如在滴斗14外側(cè)形成的霧滴或?yàn)R到滴斗14內(nèi)側(cè)表面上的小液滴就是需要考慮的變數(shù)。當(dāng)裝置10適用于任意重力靜脈輸液器12時，不同的滴斗之間存在固有的差別，例如滴斗壁的厚度或構(gòu)造。處理器34根據(jù)在滴斗14的另一側(cè)檢測到的輻射來控制紅外線發(fā)光二極管的激活，針對每個輸液器調(diào)節(jié)輻射，并在每個液滴之間對自身連續(xù)進(jìn)行多次校準(zhǔn)。
圖2b顯示了液滴42經(jīng)過滴斗14以及所導(dǎo)致的穿過滴斗14的輻射中的損失。顯示了傳感器32檢測的輻射的波谷44，其中波谷44中的最小信號46對應(yīng)于經(jīng)過滴斗14的每個液滴42的最厚部分的直徑。圖2b顯示了首選具有每秒上萬個脈沖的意義，它意味著會有幾百個脈沖穿過經(jīng)過滴斗14的液滴42。裝置10在液滴的體積測量方面的精度隨著穿過液滴的脈沖數(shù)量的增加而提高。每個脈沖表示一段液滴，因此穿過液滴的脈沖越多，得出的作為液滴體積的最終結(jié)果就越精確。裝置10計(jì)算液滴的體積，不考慮液滴的形狀或靜脈輸液器的類型。液滴可能被拉長，也可能是相對較寬和較平的液滴。有許多因素會影響到液滴的形狀，包括壓力、進(jìn)入滴斗的入口寬度、流體的粘性和進(jìn)入滴斗的入口是否十分圓滑。
處理器34用于計(jì)算經(jīng)過滴斗14的每個液滴42的體積，該體積是在液滴42通過期間由接收器32檢測的輻射量相對于輻射的背景或基準(zhǔn)水平的相對損失的函數(shù)。
為了能夠計(jì)算每個液滴的體積，首先要通過收集經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來形成一個查詢表，通過在多個輸液器上使用裝置10來得到經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，每個輸液器有其自身的液滴類型。每個液滴在輻射穿過時具有其自己的波谷。然后在分析天平上對每個液滴進(jìn)行稱重，得出精確的重量。考慮到每種類型流體的比重，可很容易地計(jì)算出每個液滴的體積。以水為例，1千克水的體積為1升。不同比重的流體具有與水稍有不同的相應(yīng)體積。多次重復(fù)這一步驟，比較理想的是重復(fù)上千次，這樣就可以將重量、從而將體積與波谷或與波谷相關(guān)的整數(shù)值關(guān)聯(lián)起來。
以連續(xù)模式發(fā)射的紅外線比以脈沖模式發(fā)射的紅外線更加精確，這是因?yàn)槊}沖之間會產(chǎn)生信息丟失，通過使殼體22不透射來自外部的光線，使其更像一個黑箱，可以克服太陽光或其它光線干擾紅外線的缺點(diǎn)。一個明顯的缺點(diǎn)是對為連續(xù)的輻射流供電要求很高。在許多情況下裝置10的首選電源為蓄電池，使得可以較容易地從一個病人移到另一個病人，但連續(xù)模式的輻射源會很快地將電池耗盡。另選地，在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，裝置10由交流電供電，較為理想的是，在連續(xù)模式為首選模式的情況下，應(yīng)該配備電池作為備用電源。對于位置永久固定的裝置10或當(dāng)需要更高的精度時，這將特別有利。
現(xiàn)參考圖3，圖3是方法60的流程圖，方法60用于計(jì)算通過帶有滴斗的靜脈輸液器輸送的體積，而滴斗被構(gòu)造為使流體基本上沿著滴斗的軸線流動。方法60包括使輻射從滴斗的外部沿著垂直于滴斗軸線的路徑穿過滴斗到達(dá)位于滴斗外部相對位置上的傳感器的步驟62，和檢測并量化穿過滴斗的背景輻射值的步驟64。如果背景輻射值過低或過高，步驟65，那么就調(diào)節(jié)穿過滴斗14的輻射量使其增加或降低，并重復(fù)步驟62。重復(fù)這一階段，直到達(dá)到預(yù)定的輻射水平。這將取決于多種因素，比如輸液器的類型和滴斗上結(jié)霜。只有達(dá)到預(yù)定的輻射水平，才有可能計(jì)算液滴的體積。下一步驟68是液滴經(jīng)過滴斗。步驟70是首選為紅外線形式的輻射穿過滴落經(jīng)過滴斗的液滴。步驟72為傳感器檢測并量化輻射，以獲得表示由于液滴穿過輻射路徑而導(dǎo)致的輻射損失的數(shù)據(jù)。然后計(jì)算液滴的體積，該體積是液滴穿過期間檢測到的輻射相對于背景輻射值的相對損失的函數(shù)。算出的液滴體積用于控制所輸?shù)牧黧w，實(shí)現(xiàn)更精確的控制。
盡管在此結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但很顯然，對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員來說，可以進(jìn)行許多替代、更改和變化。因此，本發(fā)明旨在涵蓋所有這樣落入所附權(quán)利要求的宗旨和廣泛范圍之內(nèi)的替代、更改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于對包含滴斗的重力輸液器中所輸流體進(jìn)行體積測量的裝置，該裝置包括殼體，其構(gòu)造為可拆卸地布置在滴斗的柱面周圍，所述殼體包括(i)發(fā)射源，所述發(fā)射源配置為在基本上垂直于所述柱面軸線的路徑上發(fā)射穿過滴斗的輻射；和(ii)光學(xué)接收器，其緊挨著所述柱面上與所述發(fā)射源基本相對的部位，所述光學(xué)接收器配置為量化地檢測所述輻射；和處理器，用于計(jì)算經(jīng)過滴斗的每個液滴的體積，作為液滴通過期間由接收器檢測的輻射量相對于背景輻射的相對損失的函數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述輻射被配置為以脈沖模式工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述輻射被配置為以連續(xù)模式工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述輻射為光輻射。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述輻射為紅外輻射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中計(jì)算出的體積用于控制重力輸液器中所輸?shù)囊毫鳌?br> 7.一種用于計(jì)算通過帶有滴斗的靜脈輸液器輸送的體積的方法，該滴斗被構(gòu)造為使流體基本上沿著滴斗的軸線流動，該方法包括以下步驟(a)使輻射從滴斗的外部沿著基本上垂直于滴斗軸線的路徑穿過滴斗，到達(dá)位于滴斗外部的相對位置上的傳感器；(b)檢測并量化穿過滴斗的背景輻射值；(c)檢測并量化穿過滴落通過滴斗的液滴的輻射值，以獲得表示由于所述液滴穿過所述輻射路徑而導(dǎo)致的輻射損失的數(shù)據(jù)；和(d)計(jì)算所述液滴的體積，作為所述液滴經(jīng)過期間檢測到的輻射相對于所述背景輻射值的相對損失的函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述輻射被配置為以脈沖模式工作。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述輻射被配置為以連續(xù)模式工作。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述輻射為光輻射。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述輻射為紅外輻射。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括利用所計(jì)算的液滴體積來控制重力輸液器中所輸?shù)囊毫鞯牟襟E。
13.一種用于計(jì)算通過帶有滴斗的靜脈輸液器輸送的體積的方法，所述滴斗被構(gòu)造為使流體基本上沿著滴斗的軸線流動，該方法包括以下步驟(a)使輻射從滴斗的外部沿著垂直于滴斗軸線的路徑穿過滴斗，到達(dá)位于滴斗外部的相對位置上的傳感器；(b)檢測并量化穿過滴斗的背景輻射值；(c)檢測并量化穿過滴落通過滴斗的液滴的輻射值，以獲得表示由于所述液滴穿過所述輻射路徑而導(dǎo)致的輻射損失的數(shù)據(jù)；和(d)使用查詢表得出所述液滴的體積測量值，所述查詢表是通過收集經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)形成的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述輻射被配置為以脈沖模式工作。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述輻射被配置為以連續(xù)模式工作。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述輻射為光輻射。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述輻射為紅外輻射。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，還包括利用計(jì)算出的液滴體積來控制重力輸液器中所輸液流的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中通過稱出穿過所述輻射路徑的多個液滴的重量，并確定每個液滴的與其比重成正比的體積來收集所述經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種用于對重力靜脈輸液器(12)中所輸液滴進(jìn)行體積測量的設(shè)備和方法。首選為紅外線的輻射(26)從輸液器滴斗(14)的外部射入，由位于滴斗另一外側(cè)的接收器(32)進(jìn)行檢測和量化。沒有液滴經(jīng)過射線路徑時通過滴斗的輻射作為背景輻射水平。當(dāng)液滴經(jīng)過滴斗時，通過滴斗到達(dá)接收器的輻射出現(xiàn)損失。借助于查詢表可將該相對損失轉(zhuǎn)換為體積。
文檔編號A61M5/00GK1551786SQ02817355
公開日2004年12月1日 申請日期2002年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月5日
發(fā)明者澤夫·布爾科, 澤夫 布爾科 申請人:布爾科系統(tǒng)和發(fā)展有限公司