CN102473201A - 带有通信功能的为病人输液的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
输液系统包括构造为彼此无线通信的一次性部分和可重复使用部分。该一次性部分包括诸如构造为感测附近液体的一个或多个传感器、处理器、存储器和收发器的电子元件。该收发器构造为从位于可重复使用部分上的发射器接收射频能量，并且对一次性部分上的电子元件供电。通过对操作参数编程并对无线通信链路上的输液测量进行监控，该可重复使用部分在输液会话期间对一次性部分进行无线控制。
Description
技术领域
本发明总体上涉及输液系统，具体来说涉及一种对传感器数据进行无线通信的输液系统。
背景技术
静脉(IV)输液系统用于为病人输液或者从病人身体抽取液体。通常的输液系统包括附接至可重复使用(non-disposable)部分的一次性部分。工作时，被输送的液体通常与一次性部分接触，但与可重复使用部分隔离。出于无菌度和污染方面的考虑，通常在使用后丢弃该一次性部分。另一方面，由于可重复使用部分通常与通过该系统输送的液体隔离，因此可以在多次输液操作中再使用该可重复使用部分。在输液操作中，可以使用诸如管道空气(air in line，AIL)传感器、液压传感器、液体温度传感器等的一个或多个传感器来监控输液参数。
传感器的操作问题之一是流体参数的测量精度会由于介入的隔离膜的存在而受影响。例如，当隔离膜由于负液压而皱缩时，压力传感器会产生不精确的测量结果。为了克服由隔离膜导致的测量不精确的问题，一些现有技术的输液系统将传感器元件布置为与正在传输的液体接触。不过，这些系统需要连接至传感器的电线和/或其它与传感器相关联的电子电路，以提供电源。由于存在将可重复使用部分连接至传感器元件的电线，所以这些系统具有如下缺陷，即来自传感器元件的意外泄漏会导致液体沿着电线漏入可重复使用部分，这会产生污染并对可重复使用部分造成损坏。此外，这种将电线紧靠液体的布置增大了连接至输液系统的病人被意外电击的风险。这种电击对于病人来说很危险。
因此，对于在通过输液系统输液期间测量输液参数的现有系统和方法存在各种顾虑。这些顾虑包括但不限于测量精度和潜在的电击风险。
发明内容
根据本发明描述的各种构造的输液系统和方法可以满足上述及其它需求。
在一个示例方面，公开了一种用于静脉(IV)输液的系统的一次性部分，包括：传感器，其构造为当被布置在IV液体的感测范围内时感测输液参数；和收发器，其构造为与输液系统的可重复使用部分进行无线通信。
在第二示例方面，公开了一种在流体泵的处理器中实现的输液方法。该方法包括：执行无线扫描以检测一次性静脉(IV)输液组件，将检测到的一次性IV输液组件加载至处理器以开始输液会话，对检测到的一次性IV输液组件进行编程以通过流体泵进行操作，以及通过与IV输液组件进行无线通信来监控输液会话。
在第三示例方面，公开了一种用于输液的装置，其包括一次性部分和可重复使用部分，该一次性部分包括构造来测量输液参数的传感器，该可重复使用部分与液体隔离并且包括构造为对传感器的操作参数进行无线控制的中央处理单元(CPU)。
附图说明
通过下文的详细说明和附图，本发明实施例的上述及其它特征、方面和优点将变得明显。
图1是示出了本发明的实施例所使用的输液系统的框图。
图2A是示出根据本发明的特定构造的位于一次性部分上的液体测量系统的框图。
图2B是示出了根据本发明的特定构造的位于可重复使用部分上的液体监控系统的框图。
图3是示出了根据本发明的特定构造的带有片外传感器的液体测量系统的框图。
图4是示出了根据本发明的特定实施例执行的示例输液操作的流程图。
图5是示出了根据本发明的特定实施例执行的示例输液操作的流程图。
图6是示出了根据本发明的特定实施例执行的示例输液操作的流程图。
图7是使用本发明的实施例的输液系统的框图。
具体实施方式
本发明的实施例部分地通过提供一种输液系统来解决关于流体参数测量的问题，该输液系统具有构造为彼此无线通信的一次性部分和可重复使用部分。在一个方面，所述一次性部分构造为不具有有源电子器件(电源)，并且构造为从可重复使用部分无线地接收操作能量。在一个方面，输液传感器设置在一次性部分上。
图1示出了根据本发明的特定构造的输液系统100。一次性部分102包括液体测量系统200，可重复使用部分104包括液体监控系统256。一次性部分102和可重复使用部分104通过无线通信链路110可通信地耦接。另外，一次性部分102和可重复使用部分104构造为彼此液体隔离，从而避免了液体(无意或有意地)从一个部分流过另一部分。一次性部分布置为使得液体测量系统200可感测地邻近液体管道108。可重复使用部分104构造为通过通信链路106与用户通信。仅为示例而非限定，在特定的构造中，一次性部分102是静脉(IV)输液组件，其被装入可重复使用部分104，该可重复使用部分104可以是大容量泵(LVP)模块，例如Cardinal Health公司的GEMINI
或MEDLEY
产品。
仍参照图1，无线通信链路110通常以不与附近的其它医疗设备相干扰的频率工作。类似地，对通信频率进行选择以避免与医院环境中常见的其它无线发射器(例如无线局域网产品)产生不期望的干扰。在特定的构造中，一次性部分102和可重复使用部分104之间的物理距离限制为数厘米。这允许其使用近场通信(NFC)技术在无线通信链路110上进行通信。在大多数医疗应用中，具有大约100千位/秒数据吞吐量的通信链路110是足够的，本发明的实施例不限于任何具体的数据吞吐量范围。国际标准化组织(ISO)ISO-14443中描述的诸如NFC技术的短距离通信可以适用于避免可重复使用部分104与除了邻近(例如数厘米内)的一次性部分102以外的其它一次性部分102通信。这避免了在一个输液系统的一次性部分与邻近的另一输液系统的可重复使用部分之间出现干扰连接。在特定的构造中，可以使用较远距离的无线通信，例如基于电气电子工程师协会(IEEE)规定的无线标准802.1x程序组。
图2A是例示了根据本发明的特定构造在一次性部分102上实现的液体测量系统200的框图。在所示实施例中，液体测量系统200包括可通信地耦接至一组传感器的处理器201，该组传感器包括传感器1(元件202)至传感器n(元件204)。一般，数量n大于等于1。传感器元件202和204可以是例如液压传感器、液体温度传感器、管道空气传感器等。处理器201还通过有线(欧姆)连接可通信地耦接至存储器206和射频(RF)收发器208。
仍参照图2A，传感器202、204构造为分别在感测区域212和214与液体管道108可感测地接触。在特定的构造中，传感器元件202和204可以实现为直接与液体管道108中的液体接触，感测区域212和214可以被密封(图2A中未示出)以避免液体泄漏。在特定的构造中，可以在感测区域212或214处提供隔离膜(图2A中未示出)。隔离膜可以用作防止液体泄漏的屏障。隔离膜还保护传感器材料以防止其暴露于液体管道108中的液体。在特定的构造中，一些传感器可以通过隔离膜与液体分离，而其它传感器构造为与液体直接接触。在特定的构造中，RF收发器208还构造为辐射地接收能量以对其它电子元件提供电源，并用于感测流体参数的操作。在特定的构造中，流体测量系统200可以是完全无源的(即不通过如电池的电源来供电)。
图2B是例示了根据本发明的构造在可重复使用部分104处实现的泵液体监控系统256的一部分的框图。泵液体监控系统256包括泵RF收发器252、中央处理单元(CPU)250、和泵存储器254，其全部构造为彼此通信。泵液体监控系统256还构造为通过接口258与用户和/或网络进行有线或无线的通信，其中包括从用户接收控制消息以及将警报和其它消息报告给用户。泵RF收发器252通过RF收发器208与液体测量系统200通信。
图3示出了根据本发明的特定方面在一次性部分102处实现的液体测量系统200的另一种示例构造。如图3所示，可以在单个集成电路(IC)封装200’内实现处理器201和传感器组的传感器202、204的一个或多个或全部，同时可以在包括处理器201的IC封装200’外部提供一些传感器。在图3所示的构造中，示出了IC封装200’外部的传感器n(元件204)。传感器204通过外部连接器304可通信地耦接至处理器201。在特定的实施例中，通过在一次性部分102中汽相沉积导线来实现连接器304。到传感器204的连接的这种制造方式有利地实现了液体测量系统200’的微型化，并且使得沿连接器304的意外液体泄漏的可能性最小化。
图4示出了在可重复使用部分104处实现的示例处理。在特定的实施例中，该处理在可重复使用部分104中提供的中央处理单元(CPU)250上实现。在特定的实施例中，在通过接口258与可重复使用部分104通信的计算机上实现该处理。例如，在特定的实施例中，可重复使用部分104是泵，在泵104的CPU 250上实现处理。在特定的实施例中，可重复使用部分104是医疗设备中的计算机网络的一部分，并可以可通信地连接至医疗设备中的病人侧计算机或者其它计算机。在Butterfield的美国专利公开第20060026205中公开了示例性的医疗设备通信网络，其内容通过引用并入本文。
仍参照图4，在操作402中，CPU 250执行无线扫描以检测一次性IV输液组件的存在。可以使用各种已知技术来执行无线扫描。例如，在特定的构造中，CPU 250通过发送信标信号并等待来自IV输液组件响应于该信标信号的答复来扫描一次性IV输液组件的存在。在特定的实施例中，CPU 250可以通过感测附接至收发器252的天线周围电磁场的变化来检测一次性IV输液组件的存在。
在操作404中，CPU 250加载检测到的IV输液组件，以便于进行一次输液会话。加载操作包括识别一次性部分102的容量，并检验一次性部分102是否适合于输液操作。在操作404中，CPU询问来自一次性IV输液组件的标识号。在特定的构造中，该标识号用于维护使用日志。在特定的构造中，处理器201构造为存储和报告总的使用时间。在特定的构造中，在操作404期间，CPU 250询问处理器201关于总的使用时间以及总的使用时间是否超过时间规范(例如由系统100所在的医院设置)，然后CPU 250可以确定一次性部分102不适用于输液会话，终止加载操作404而不执行编程操作405。加载操作还可以在开始输液操作之前对需要编程的操作参数进行识别。示例操作参数包括传感器的采样率、传感器所需的功率量、检测到的一次性IV输液组件的操作持续时间等。
仍参照图4，在操作405中，CPU 250对检测到的一次性IV输液组件进行编程以便操作。在特定的构造中，CPU 250首先读出当前存储在检测到的一次性IV输液组件中的任何操作参数。在特定的构造中，CPU 250使用一次性IV输液组件的唯一标识号来从医疗设备通信网络中的另一计算机中获取检测到的一次性IV输液组件的操作参数。在特定的实施例中，CPU 250构造为接收对位于一次性IV输液组件上的传感器的操作参数的相关用户输入。例如，在特定的构造中，CPU 250构造为首先读取检测到的一次性IV输液组件的标识号。接下来，CPU 250从医院通信网络中的医院数据库获取针对所检测到的一次性IV输液组件的允许操作参数范围。然后，CPU 250进行对操作参数以及用户允许调节范围的显示。最后，CPU 250检查用户输入以确保用户输入不与允许参数值范围冲突。在操作406中，CPU 250随后将操作参数发送至处理器201，并在使用适当的操作参数对检测到的一次性IV输液组件进行编程之后控制输液会话。
图5示出了在上述操作406中实现的示例处理。在操作502中，CPU 250测量一个或多个流体参数。CPU 250通过从置于一次性部分102(检测到的IV输液组件)上的传感器202、204采集测量到的感测值来执行测量。因此，在本发明的一个方面中，一次性部分102可以构造为将输液参数的测量值无线发送至可重复使用部分104。在特定的构造中，CPU 250通过与处理器201通信并且从传感器组采集由一个或多个传感器202、204获取的流体参数值来执行测量。例如，在特定的构造中，CPU 250通过从AIL传感器采集感测测量值来检测液体管道中是否存在空气。在特定的构造中，CPU 250通过从液压传感器采集感测测量值来测量液压。CPU 250对处理器201指定进行测量的采样率(例如每秒一次测量)。在特定的构造中，由CPU 250通过轮询进行测量，即CPU 250发送接收测量的请求，处理器201返回测量得到的流体参数值来作出响应。在特定的构造中，将测量结果推送至CPU 250，即处理器201可以周期性地采样传感器202、204(例如基于在步骤405中编程的操作参数)，并将采样的感测值发送至CPU 250。在特定的构造中，由CPU 250决定，可以通过轮询和推送来周期性地执行传感器测量。
在操作504中，CPU 250检查测量值(或多个测量值)是否符合可接受标准。在特定的构造中，该可接受标准是允许值的范围。在特定的构造中，该可接受标准是可接受的最小阈值或最大阈值。在特定的构造中，当发现测量参数符合可接受标准时，CPU 250继续该输液会话，并继续如操作502中一样测量流体参数值。如果测得的参数值不符合可接受标准，则CPU 250在操作506中采取适当的校正措施。在特定的构造中，CPU 250发出警报，并对用户显示测量参数的测量值和可接受值。
图6示出了在CPU 250中实现的示例处理。在操作602中，CPU250测量流体参数。在操作604中，CPU 250确定测量参数值是否符合可接受标准。如果测量值不符合可接受标准，则CPU 250在操作606中止正在进行的输液会话。然后CPU 250返回至操作602并继续测量流体参数。例如，如果测量的参数值指示在液体管道108中存在一定量的空气，则CPU 250停止输液。CPU 250可以继续从AIL传感器周期性地进行额外的测量。
仍参照图6，如果CPU 250在处理604中通过额外的测量获得了值，并且确定测量的值符合可接受标准(例如液体管道108中不存在不可接受量的空气)，则CPU 250在操作608中检查输液会话是否已经中止。如果输液会话已经中止，则CPU 250在操作610中重新开始该被中止的输液会话，并返回操作602来测量流体参数。不过，如果在操作608确定输液会话未被中止，则CPU 250在操作602中继续测量流体参数。
图7示出了根据本发明的特定方面的示例输液系统700的框图。输液系统700包括两个附接至泵壳724的容器702和704。第一管道706连接至容器702，以允许液体从容器702流向阀门714。第二管道708提供在容器704处，以允许液体从容器704流向阀门716。可以提供第一管道空气(AIL)传感器710和第二AIL传感器712，以分别检测从容器702和704流入的液体中的空气。在特定的实施例中，可以提供单个AIL传感器(未示出)，其位于阀门714、716和泵718之间。另一个AIL传感器722可以提供在泵718的阀门720之后的病人侧。
在操作中，输液装置700用于从容器702、704中的任一个或两个将液体输送至病人侧。泵718控制阀门714、716和720的开关，以通过适当的管道706、708将液体移动至病人侧输出726。
仍参照图7，输液系统700在使用时需要是后填充的(back-primed)。后填充是指使用来自另一输液管道(例如第一管道706)的液体来填充一个输液管道(例如第二管道708)，同时将病人侧液体管道(例如输出726)固定在靠近的位置。例如，参照所示的输液系统700，医务工作者可以使用输液系统700从容器702输液，同时关断液体容器704。在仅从液体容器702输液期间，液体管道708可能包含空气。如果医务工作者随后希望开始使用液体容器704，则可以使用来自管道706的液体通过AIL传感器710和阀门714对液体管道708进行后填充，以使得在后填充期间液体不会流入病人侧726。由于本发明的特定构造允许小尺寸因数的实现方式，其中传感器元件和处理器可以位于一次性部分上，因而可以有效地执行上述后填充，而无需在一次性部分和可重复使用部分上的多个AIL传感器之间提供多重线路连接。
实际上，在使用医疗设备之前通常对这些与药物和活性液体接触的医疗设备进行消毒。消毒处理通常涉及将医疗设备暴露于一定量的伽马射线辐射中。嵌入医疗设备中的电子仪器有可能被破坏，例如出现故障或者改变了电子存储器中存储的值。因此，在所公开实施例的特定方面，存储器206包括构造为保护存储数据不受辐射影响的部分。例如，存储器206或其一部分是通过非易失性半导体技术制成，其可以抵抗暴露于伽马射线所造成的损坏。此外，存储器206可以构造为以纠错格式存储关键信息(例如系统200的标识，如序列号)。例如，可以存储循环冗余校验和(CRC)，以允许检测和校正由于暴露于消毒辐射而造成的各种错误。在特定的构造中，可以在存储器206的不同地址中冗余地存储数据，并在读取数据时进行确认检验以检测和校正错误。
在特定的构造中，在系统200在消毒期间经受辐射之后对处理器201进行编程。在使用病人侧设施之前，在医疗设施的中心位置或者初始位置进行该编程。这种消毒后的编程通过将数据写入暴露于辐射后的存储器206而增添了额外程度的数据完整性。与处理器201进行无线通信的功能有助于处理器201的非接触式编程，从而避免了在编程期间与一次性部分102物理接触而造成医疗污染的可能性。此外，由于对数据进行无线通信，可以对处理器201进行快速编程，因为无需将通信线缆附接至一次性部分102。
本领域技术人员将能够理解，上述各种实施例提供了有利的流体参数测量方法和系统。例如在一个方面，由于一次性部分和可重复使用部分之间不存在导电(欧姆)接触，因此降低了病人无意中受到电击的风险。在另一方面，在输液期间由于液体从一次性部分通过连接线泄漏而导致可重复使用部分污染的可能性也得以避免，因为无论是用于通信还是对位于一次性部分上的通信模块供电都不需要任何线路。在另一方面，用于操作一次性部分上的液体测量系统的电能是无线提供的，因此一次性部分不必具有电源，这使得一次性部分的消毒易于操作。此外，在另一方面，一次性部分上的数据存储器构造为防止暴露于消毒处理而造成数据丢失。在另一方面，一次性部分构造为将标识数据提供至可重复使用部分。在特定的构造中，可重复使用部分适用于使用该标识数据来向操作者发出操作错误的警报，例如对于计划的输液会话使用了不适当的一次性部分。
作为示例而非限定，已经描述了一种示例构造，其中输液系统包括具有液压传感器芯片和可重复使用部分流体泵的一次性IV盒。液压传感器，如Cobe CDXIII硅液位(gage)传感器可以置于一次性部分102上。包括该传感器的同一硅封装(传感器芯片)还包括无源射频识别(RFID)收发器以及用于操作传感器的激励和感测电路。在该硅封装内还集成了片上线圈或其它天线。该硅封装随后嵌入由聚碳酸酯或丙烯酸制成的刚性IV盒体中。压力传感器可感测地邻近液体管道108，并且通过少量的硅酮胶或类似材料与液体管道108电气隔离并且液体隔离，所述硅酮胶或类似材料传导液压但同时形成介电屏障以防止形成电连接。RFID读取器和天线位于流体泵处，于是在一次性部分上天线和压力传感器之间的距离很小。较小的距离允许使用高频激励，从而能够传输足够的能量以驱动压力传感器。在操作中，读取器(通过发送射频信号)周期性地轮询传感器芯片。传感器芯片接收射频能量、进行整流并存储在芯片上(例如使用电容器)。能量的接收激活传感器芯片上的电路，并进而激活液压感测机构以读取压力。来自感测机构的电压被数字化、存储并使用RF收发器发送至可重复使用部分上的读取器，该读取器随后进行处理并将数字数据转换成其它监控电路可用的格式，所述其它监控电路通常是几个可通信地(例如通过医院网络)耦接至泵的处理器之一。
应当理解，本文描述的各种操作可以通过硬件、软件或其组合来执行。用于实现这些方法的代码可以存储在计算机可读的介质上，所述介质包括但不限于分布介质、中间存储介质、计算机的执行存储器、或其它能够存储用于通过计算机读取的实现本发明方法的计算机程序的介质或装置。实现本发明方法的计算机代码将会存储在软盘、致密盘(CD)或数字多功能盘(DVD)上并进行发布。当在计算机上加载此代码时，计算机执行本发明的方法和操作。
已经对本发明的实施例进行了详细描述和图示，但应当清楚地理解这种描述仅作为图示和示例，而不应理解为限制，本发明的范围仅由所附权利要求来限制。此外，本领域技术人员将会认识到，尽管参照医疗设施中的静脉输液来描述本发明，但本发明的特定构造也可以用于非医疗的体外应用，例如实验和医疗设备产品设施。
Claims (22)
1.用于静脉(IV)输液的系统的一次性部分，包括：
传感器，其构造为当布置在静脉液体的感测范围内时感测输液参数；和
收发器，其构造为与输液系统的可重复使用部分进行无线通信。
2.权利要求1的系统，其中所述收发器是射频(RF)收发器，该收发器进一步构造为
辐射接收能量；并且
使用所述辐射接收的能量将操作电能提供给传感器。
3.权利要求1的系统，其中所述传感器是液压传感器、管道空气检测传感器和液体温度传感器中的一种。
4.权利要求1的系统，其中所述收发器构造为使用近场通信(NFC)协议进行通信。
5.权利要求1的系统，其中所述一次性部分还包括存储器，所述存储器具有构造为防止所存储的数据受到辐射消毒影响的部分。
6.权利要求1的系统，其中所述一次性部分还包括可通信地耦接至存储器、传感器和收发器的处理器。
7.权利要求1的系统，其中一次性部分构造为将所述可重复使用部分与静脉液体进行液体隔离，并且将可重复使用部分与一次性部分电气隔离。
8.权利要求1的系统，其中所述存储器包括唯一识别值。
9.权利要求6的系统，其中所述处理器和传感器在单个集成电路(IC)封装中实现。
10.权利要求6的系统，其中所述传感器处在包括处理器的集成电路封装的外部；并且所述传感器通过处于所述集成电路封装外部的连接器可通信地耦接至处理器。
11.权利要求10的系统，其中所述连接器包括汽相沉积的导线。
12.一种通过流体泵的处理器实现的输液方法，所述方法包括：
执行无线扫描以检测一次性静脉(IV)输液组件；
将检测到的一次性静脉输液组件加载至处理器上以开始输液会话；
对检测到的一次性静脉输液组件进行编程以通过流体泵进行操作；以及
通过与静脉输液组件进行无线通信来监控输液会话。
13.权利要求12的方法，其中所述监控步骤包括周期性地测量一个或多个流体参数。
14.权利要求12的方法，其中所述监控步骤包括：
如果测量的流体参数值不符合可接受标准，则发出警报。
15.权利要求12的方法，其中所述监控步骤包括：
如果测量的流体参数值不符合可接受标准，则中止输液会话。
16.权利要求15的方法，还包括：
周期性地对测量的流体参数进行额外测量；和
如果额外测量中的任一值符合可接受标准，则重新开始输液会话。
17.一种用于输液的装置，包括：
一次性部分，其包括构造来测量输液参数的传感器；和
可重复使用部分，其与液体隔离，并且包括构造为对传感器的操作参数进行无线控制的中央处理单元(CPU)。
18.权利要求17的装置，其中所述一次性部分利用从可重复使用部分射频传输的能量而被无线供电。
19.权利要求17的装置，其中所述一次性部分构造为将输液参数的测量值无线发送至可重复使用部分。
20.权利要求17的装置，其中所述一次性部分还构造为将识别号无线发送至可重复使用部分。
21.权利要求17的装置，其中中央处理单元还构造为接收与操作参数相关的用户输入。
22.权利要求17的装置，其中所述操作参数是传感器的采样率。
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