CN102803914B - 压力感测系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了测量连接到供液泵的一次性静脉注射器装置中的液体压力的系统和方法。提供了至少一个与供液泵相连的感测装置。提供了一个具有活动组件的腔，活动组件响应于一次性静脉注射器装置内的液体压力的变化而移动，从而在不接触感测装置的情况下引起与感测装置相关的感测测量变量的变化。生成表示感测测量变量的测量信号。根据测量信号确定一次性静脉注射器装置内的液体压力。

Description

压力感测系统和方法

技术领域

本公开涉及压力感测。特别地，本发明涉及用于测量连接到供液泵的一次性静脉注射器装置内的液体压力的系统和方法。

背景技术

供液泵被广泛地应用于医学及其它领域。例如，在医学领域中，使用静脉（IV）泵进行液体（如药物或营养液）输入，已经广泛地应用于医院中。因为能够在精确和严格控制条件下输入静脉液体，从而药物等可以静脉方式输入患者，其中偏离期望的供给速度会带来有害的后果，因而静脉泵得到了广泛的认可。

静脉泵设备通常具有一个泵装置，该泵装置可以容纳一个包含泵室的盒。该盒通常设计为只能一次性使用，并且其制造需要具有经济性，以降低成本。该盒通常通过泵装置的往复（例如，蠕动）驱动力来启动，并且该盒具有一个液体入口，用于与通向供给容器的管相连接；以及一个液体出口，用于与将静脉液传输给患者的管相连接。

为了控制和监控的目的，需要测量一次性静脉盒内的液体压力。例如，液体压力信号可用于检测如空的供给瓶、堵塞的入口或出口路径、瓶通路组、瓶中的液体高度、液体路径的流阻。其中一个难点是提供一个既经济又精确的压力感测系统来测量盒中的液体压力。理想的情况是感测器可精确地测量正压力和负压力，负压力的产生通常是由于患者的容器相对于感测元件的高度。为了上述目的，需要大约1mmHg的高分辨率。

通常，盒内的液体压力是通过一种接触式测量方法进行测量的，其中盒或附在盒上的对象与感测装置（例如，电阻应变式力感测器）物理接触以在感测装置上施加触点压力/力。在这种接触式压力感测系统中，感测装置通常有意地预载正压力/力（如通过变形的管壁施加）以人为地向零压点施加偏压，从而可以测量负压力。这种对感测装置施加正偏压的方案的一个问题是，由于应力松弛会导致相关的偏压点随时间向下偏移，预载的压力会随时间减小。这会导致对真实液体压力的低估。

发明内容

本文所描述的实施例通过提供非接触式测量与供液泵（如静脉泵）相连的盒内的液体压力的方法和系统，解决上面所讨论的有关接触式测量的问题。在一个方面，非接触式压力感测包括将具有非接触式感测装置的感测器底座与泵相连，并将一个具有感测器测量变化元件的活动组件与一次性静脉输液装置内的组件相连。感测器测量元件响应于液体路径内的液体压力的变化而移动，从而导致了来自感测装置的输出信号成比例的变化。通过表示感测到的测量变量的测量信号确定液体压力。

某些实施例提供了用于测量与供液泵相连的一次性静脉输液装置内的液体压力的压力感测系统。该系统可包括一个与泵相连的感测器底座。该感测器底座可具有至少一个相对于感测器底座静止的感测装置。该感测装置可用于生成基于感测测量变量的测量信号。该系统可进一步包括与感测装置电连接的测量电路。该系统可进一步包括一个位于一次性静脉输液装置内的用于放置在感测器底座附近的元件。该一次性部件可具有一个液体入口和一个液体出口，以及一个随着盒内液体压力变化而移动的活动组件。活动组件的移动量可与液体压力变化量相关联。该系统可进一步包括一个与活动组件相连并通过非接触感测场（如光或其它电磁场）随之移动的感测器测量变化元件。从而感测器测量变化元件可在不接触感测装置的情况下引起感测测量变量的变化。

某些实施例提供了一个用于附接至供液泵上的盒。该盒可包括一个具有液体入口和液体出口的泵室，该泵室用于通过液体入口接收来自液体存储单元的液体。该盒可进一步包括与泵室相连的隔膜结构，该隔膜结构包括一个活动组件，用于随着泵室内的液体压力的变化而移动，从而在不接触感测装置的情况下引起感测测量变量的变化，该感测测量变量的变化是通过至少一个与供液泵相连的感测装置感测到的，活动组件的移动量与液体压力变化量相关联。

某些实施例提供了用于测量与供液泵相连的一次性静脉输液装置内的液体压力的方法。该方法可包括提供至少一个与供液泵相连的感测装置。该方法可进一步包括提供一个具有活动组件的腔室，该腔室配置为与活动组件一起移动，作为对一次性静脉输液装置内的液体压力的变化的响应，从而在不接触感测装置的情况下引起与感测装置相关的感测测量变量的变化。该方法可进一步包括生成表示感测测量变量的测量信号。该方法可进一步包括根据测量信号确定一次性静脉输液装置内的液体压力。

某些实施例提供了用于测量与供液泵相连的一次性静脉输液装置内的液体压力的压力感测系统。该系统可包括一个与泵相连的感测器底座。该感测器底座可具有至少一个相对于感测器底座静止的感测装置。该感测装置可配置用于生成基于感测测量变量的测量信号。该系统可进一步包括与感测装置电连接的测量电路。该系统可进一步包括一个位于一次性静脉输液装置内的用于放置在感测器底座附近的元件。该一次性部件可具有一个液体入口和一个液体出口，以及一个随着盒内液体压力变化而移动的活动组件。活动组件的移动量可与液体压力变化量相关联。该系统可进一步包括一个与活动组件相连并通过非接触感测场（如光或其它电磁场）随之移动的感测器测量变化元件。从而感测器测量变化元件可在不接触感测装置的情况下引起感测测量变量的变化。

某些实施例提供了一种用于附接至供液泵上的一次性压力感测元件。该元件可以仅用于感测压力，或者可以与其它部件（如具有液体入口和液体出口的泵室）结合。该感测元件可用于通过液体入口接收来自液体存储单元的液体。该感测元件可进一步包括隔膜结构。该隔膜结构可包括一个活动组件，用于随着液体输送路径内的液体压力的变化而移动。活动组件的移动量可与液体压力变化量相关联。该一次性压力感测元件可进一步设计用于将一个变化的物理参数（如位置）提供给非接触式感测器测量变化元件。从而该传感器测量变化元件可在不接触感测装置的情况下可引起至少一个与供液泵相连的感测装置能够感测到感测测量变量的变化。

某些实施例提供了一种测量与供液泵相连的一次性压力感测元件中或多功能一次性盒内的液体压力的方法。该方法可包括提供至少一个与供液泵相连的感测装置。该方法可进一步包括提供一个具有感测器测量变化元件并与盒相连的活动组件。该感测器测量变化元件可被连接成与活动组件一起移动，以作为对盒内液体压力的变化的响应，从而在不接触感测装置的情况下引起与感测装置相关联的感测测量变量的变化。该方法可进一步包括生成一个表示感测测量变量的测量信号。该方法可进一步包括根据测量信号确定盒内的液体压力。

需要理解的是，上面的发明内容和下面的详细描述都是示范性和解释性的，并且意在对所要求的各实施例提供进一步的说明。

附图说明

为了对本发明提供更多的理解而包含的、并且并入说明书并构成了说明书的一部分的附图，示出了所公开的各实施例以及与描述部分一起用于解释所公开的各实施例的原理。

图1为根据某些实施例的一个典型的电容型非接触式压力感测系统100的横断面，该系统100基于电容量作为感测测量变量。

图2为图1中的典型的电容型非接触式压力感测系统的示意图，展示了从感测器底座分离的盒。

图3为印制电路基底的仰视图，展示了形成于基底上的第一和第二极板。

图4为隔膜结构的俯视图，展示了形成于隔膜结构的活动组件上方的导电层。

图5为根据某些实施例的隔膜结构和用于将隔膜结构连接到盒的连接器的立体剖视图。

图6为根据某些实施例的一个典型的光学型非接触式压力感测系统的剖视图，该系统基于光强度作为感测测量变量。

图7为根据某些实施例的一个典型的磁力型非接触式压力感测系统的截面图，该系统是基于磁场作为感测测量变量。

图8为根据某些实施例的一个典型的对盒内的液体压力进行非接触式测量的过程的流程图。

图9为一个典型的可执行本文所描述的系统和方法的某些特征的计算机系统的框图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，展示了很多具体细节以提供对所披露和要求的各实施例的全面了解。但是，显然的是，对于本领域内的技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些实施例。在其它例子中，已知的结构和技术没有详细的展示以避免不必要的模糊本公开。

这里使用的词汇“典型的”表示“作为一个范例、例子或实例”。这里任何以“典型的”描述的实施例或设计，都不应理解为优选的或比其它各实施例或设计更有优势。

本公开的若干实施例讨论和解决了与传统的测试盒中液体压力的系统和方法（依靠施加正偏压来测量负液压和正液压）相关的问题。本公开的某些实施例提供了一种非接触式压力感测系统，用于测量与供液泵相连的盒内的液体压力。将具有至少一个感测装置的感测器底座与泵相连，并将一个具有感测器测量变化元件的活动组件与盒相连。感测器测量变化元件随着盒内的液体压力的变化而移动，从而在没有接触感测装置的情况下引起感测测量变量（例如，电容量、光强度、磁场）的变化。压力感测元件可包含于多功能一次性无菌“盒”内或仅用于测量压力的专用房间内。

图1为根据某些实施例的一个典型的电容型非接触式压力感测系统100的横断面，该系统100基于电容量作为感测测量变量。该系统100包括与泵体110相连的感测器底座101A、和盒102A。将盒102A配置为附加或装载到泵上，或更具体地讲附加或装载到感测器底座101A上。传统的连接结构可用于将盒102A附接至感测器底座101A上，如可拆搭锁连接（releasable snap connection）。图1展示了处于附加或装载状态的感测器底座101A和盒102A，而图2展示了处于分离或卸载状态的感测器底座101A和盒102A，并以箭头201指示盒102A向感测器底座101A的装载或连接。在所示的例子中，感测器底座101A包括弹簧承载的框架结构130和印制电路（PC）基底140。弹簧承载的框架结构130通过弹簧120连接到泵体110，并控制PC基底140相对于感测器底座101A的其它部分保持静止。

PC基底140具有第一极板103A和第二极板104A，它们面对盒102A形成（例如，淀积或图案化）于PC基底140的底部，以及PC基底140还具有布置在PC基底140顶面上的测量电路105A。第一和第二极板103A、104A组成了电容型非接触式压力感测系统100的感测元件或装置。图3为PC基底140的仰视图（例如，朝着+Z轴方向），展示了第一和第二极板103A、104A。在所示的例子中，第一和第二极板103A、104A为两个半圆形状的极板，并以一个小的（例如，0.005英寸）绝缘间隙310相隔离。选择性地，第一和第二极板103A、104A中的一个或二者都可以是其它的形状，包括（但不限于）矩形、三角形、整圆、圆以及环绕该圆的环状物。

回到图1，第一和第二极板103A、104A通过PC基底140中所提供的孔142电连接到测量电路105A。在某些实施例中，测量电路105A包括具有测量不同电容量能力的感测器测量集成电路（例如模拟器件AD7754等等）。选择性地，例如，测量电路105A可包括多个分立的模拟和/或数字部件来提供信号激励和信号调节功能。在所示的例子中，感测器底座101A还包括一个薄的绝缘层160，其含有绝缘材料（如聚酯薄膜或聚对二甲苯），用以覆盖第一和第二极板103A、104A，从而防止静电放电损伤测量电路105A和其它电子部件。

盒102A包括盒体180和连接到盒体180的隔膜结构170。盒体180包括泵室182和泵室182的壁184。虽然未在图1所展示的部分中示出，盒体180还包括通向供应容器的液体入口，用以接收进入泵室182的液体；以及将液体导出、通向接收设备或接收者（例如，患者）的液体出口。

隔膜结构170包括一个活动组件172、可变形组件176、侧壁178。在所示的例子中，活动组件172为平盘。活动组件172通过可变形组件176与侧壁178相连，而可变形组件176一端与活动组件172的边缘相连，另一端与侧壁178的内边缘相连。隔膜结构170还包括腔179，用于接收来自盒体180（例如，泵室182）的液体。

盒102还包括形成（例如，淀积、涂敷、附着、粘合）于盘172上方的导电层109A。图4为隔膜结构170的俯视图（例如，朝着-Z轴方向），展示了形成于隔膜结构的活动组件172上方的导电层109A。如下将要更多讨论的，导电层109A构成了电容型非接触式感测系统100的一个感测器测量变化元件。这里所使用的术语“感测器测量变化元件”是指一种结构、器件、层、或特征，其可以连接到活动组件（例如，盘172）以响应于盒内的液体压力变化而相对于一个或多个感测装置（例如，第一和第二极板103A、104A）移动，从而导致感测测量变量的相应变化（例如，第一和第二极板103A、103B之间的电容量）。其它感测器测量变化元件的例子包括光学型非接触式压力感测系统中所使用的光衰减器（图6）、磁力型非接触式压力感测系统中所使用的磁体（图7）。所示的各实施例仅作为示范，可利用其它类型的非接触式压力感测系统。

图5为根据某些实施例的隔膜结构170和用于将隔膜结构连接到泵体180（图1）的连接器500的立体剖视图。在一些实施例中，该连接包括将感测元件置于泵内探测器装置附近。为了清晰起见，所展示的隔膜结构170中未显示出置于活动组件172上方的感测器测量变化元件（例如，导电层109A）。可变形组件176连接在活动组件172的外圆周和侧壁178的内圆周之间。将可变形组件176配置成响应于盒102A内（更具体地说，盒体180的泵室182内）的液体压力的变化而发生变形，从而引起活动组件172向+Z轴方向移动（如果压力增加）或向-Z轴方向移动（如果压力减小）。在所示的例子中，可变形组件176的截面具有“S”或“S状弯曲”的形状，但是该截面也可是其它形状，如矩形薄板、曲线形、“Z”形状、或者“U”形状。

在某些实施例中，活动组件172不可弯曲，即当受到非零液体压力时，活动组件不弯曲或变形。在这些实施例中，当受到非零液体压力时，只有可变形组件176会弯曲或变形。通过使用例如不同的原料、不同的厚度、和/或不同的截面形状，活动组件172和可变形组件176可具有不同的弯曲性和可变形能力（例如，前者不可弯曲，后者可弯曲）。在一方面，因为压力测试过程中较小的净容积变化，不可弯曲的可移动组件的使用是有益的。换言之，不可弯曲的坚硬的运动构件有助于将顺应性值（compliance value）降到最小化，例如，降低到大约0.1μL/mmHg。对于压力感测器，较低的顺应性意味着压力测试行为对被测变量的影响更小，即液体压力以及液体自身位移。此外，不可弯曲的活动组件可更好地保持感测器测量变化元件的结构完整性，如附加在活动组件上的导电层109A。例如，涂在可弯曲的活动组件上的导电层可在活动组件的反复弯曲后从活动组件脱离或剥离。此外，本实施例中不可弯曲的活动组件的使用还可以产生更加的受控的、线性的、和可重复的灵敏度（每单位压力变化对应的位移变化）。在其它一些实施例中，当受到非零液体压力时，可变形组件176和活动组件172都是可弯曲或变形的。而在另一些实施例中，可弯曲/可变形的活动组件直接与侧壁178连接，而不在中间设置可变形组件。

同样，在所示的例子中，活动组件172、可变形组件176、侧壁178是在同一模具中用相同的原料加工成的，如用聚碳酸酯加工形成。选择性地，活动组件172、可变形组件176、侧壁178是由两种或更多种原料制成，并共同注塑而成。在某些这样的实施例中，活动组件172和侧壁178是由聚碳酸酯原料制成，而可变形组件是由热塑弹性体制成以获得可弯曲性。在其它的一些实施例中，活动组件172是由金属制成，并起到了导电层109A的作用，从而不需要单独的导电层。

现参照图5，连接器500配置为将隔膜结构170以液体连通方式和机械方式耦接到或者连接到盒体180，或者更具体地说，耦接到或者连接到泵室182。在所示的例子中，连接器500包括第一外壁501和第二外壁502。第一外壁501用于在连接器500与隔膜结构170之间形成一个密封的机械连接（例如，压配合）。第二外壁502用于在隔膜-连接器合成结构与盒体180（图1）之间形成一个密封的机械连接。在所示的实施例中，第二外壁502插入（例如，压配合到）形成于泵室182的壁184（图1）中的孔中。连接器500还包括开口510，用于建立腔179与泵室182之间的液体连接，并平衡这二者之间的液体压力。

操作时，盒102A装载或连接到感测器底座101A上，如图2中的箭头201所示。当盒102A与感测器底座101A初始配合在一起时，弹簧120处于压缩状态并通过框架结构130向盒102A施加恢复力（例如，-Z轴方向上的恢复力）。该弹簧装载的装置避免了感测器底座101A和盒102A之间的相对移动所造成的绝大部分机械偏差叠层错误和噪声。在此阶段，腔179内没有净压力，并且没有净力施加在活动组件172上。因此活动组件172处于其零压静态点。在盒102A与底座101A联接在一起并且将液体（例如，液体药物）引入到盒102A的泵室182中之后，腔179通过连接器500中的开口510（图5）接收到一部分液体。因而腔179内的液体压力变成与泵室182内的液体压力大体相同（可能有小范围的直流偏差）。腔179内的液体压力（正的或负的）向活动组件172上施加压力（正的或负的）并引起活动组件172的移动。例如，如果为正压力，则活动组件172从零压静态点在+Z轴方向向第一极板103A和第二极板104A移动。另一方面，如果为负压力，则活动组件172从零压静态点在-Z轴方向上移动远离第一极板103A和第二极板104A。因此，正压力导致导电层109A（与活动组件172相连）移动并更接近第一极板103A和第二极板104A，从而导致第一极板103A和第二极板104A之间的电容量增大。另一方面，负压力导致导电层109A移动远离第一极板103A和第二极板104A，从而导致第一极板103A和第二极板104A之间的电容量减小。

测量电路105A配置为用于测量第一极板103A和第二极板104A之间的电容量，并提供表示电容量的测量信号。这可以以众多已知电容测量方法中的一种方法来实现，其中包括包含一个或多个固定的基准电容器的差分电容测量。市面上售有多种针对这种差分电容测量而设计的集成电路（IC），一个例子是模拟器件AD7754。一些这样的专用集成电路可输出指示所测量的电容量的数字数据。选择性地，为电容测试而设计的IC或多个分立的模拟/数字部件组合可输出模拟测量信号，并随后可通过模数转换器转换为数字数据，供处理器使用。随后，处理器可以接收表示电容量的数字数据，并且根据这两个量之间的已知关系确定盒内的液体压力，或者根据说明电容量与液体压力响应的非线性关系的公式或者查找表。公式和查找表还可说明泵室182内的液体压力与腔179内的液体压力之间的预先设定的直流压力偏差。该结果是准确的并且可重复的盒（例如，泵室182）内的正的和负的液体压力的非接触测量，而不需预先装载感测装置及相关的偏置零压点。

尽管上面集中讨论了电容量作为感测测量变量，但是本领域内的技术人员应当理解的是，通过参考本公开，可在不脱离本公开的范围的情况下应用若干可替换的实施例。例如，图6为根据某些实施例的一个典型的光学型非接触式压力感测系统600的剖视图，该系统基于光强度作为感测测量变量。图6所示的光学型非接触式压力感测系统600共有图1所示的电容型非接触式压力感测系统100的多个结构组件，对于这些共有的组件，不再进行重复描述。取而代之，下面的描述致力于两种压力感测系统的比较和对比。

在图6所示的例子中，光学型非接触式压力感测系统600利用光源103B和光探测器104B作为感测装置，并利用光衰减器109B作为感测测量变化元件。光源103B可以是激光或非激光光源，如LED。光探测器104B可包括一个或多个光敏元件，如光电二极管或光敏电阻器，例如，它们能够以电流或电阻变化的形式提供对光强度的指示。在所示的例子中，光探测器104B包括一个光敏元件垂直阵列610，其目的是对所收到的光强度提供整体上的噪音平均。但是，在一些选择性的实施例中，光探测器104B只包括一个光敏元件，而噪音平均是通过反复测量完成的。如同电容型非接触式压力感测系统100中的导电层109A，光衰减器109B连接（例如，附着、粘合、固定、集成）到活动组件172，从而盒102B内的液体压力变化时，光衰减器109B与活动组件172一致地移动。光衰减器109B可包含吸光度值相对较高的光吸收材料（例如，可通过添加着色剂做成不透明的结构塑料，如聚碳酸酯、isoplast、丙烯酸塑料等等）。

在操作中，光衰减器109B接收由光源103B射出的入射光束602并使衰减光束604通过。根据感测装置和光衰减器109B的相对位置，在一定压力下，入射光束602的上部分甚至可能无法通过光衰减器109B。光感测元件垂直阵列610接收衰减光束604（或者可能是入射光束602的未衰减部分）并提供测量信号。测量电路105B接收来自各个光敏元件的测量信号，并将这些测量信号在模拟领域或数字领域中汇总。选择性地，测量信号（例如，光电流）的汇总过程在光探测器104B中物理执行以提供汇总的测量信号，从而测量电路105B接收并处理汇总的测量信号。不管机械装置的选择，来自多个光敏元件610的测量信号的汇总都为所收到的光强度提供了一个整体上的噪音平均，其中每个接收到的光强度都存在与固有热噪声和外部因素（如光衰减器109B的震动）相关噪声相关的过量噪声分量，从而提高了液体压力测量的精确性和可重复性。

在图6所示的例子中，在光传导方向上的光衰减器109B的厚度（例如，X轴方向的厚度）随着活动组件172的移动方向（例如，Z轴方向）而变化。相应地，活动组件向+Z轴方向移动越多（相当于盒内的液体压力增大），经光衰减器109B的入射光束602的净衰减量越多，从而光探测器104B所接收到的光强度越小。相反地，活动组件向+Z轴方向移动越少（相当于盒内的液体压力降低），经光衰减器109B的入射光束602的净衰减量越少，从而光探测器104B所接收到的光强度越大。相应地，在所示出的特定装置中，感测测量变量-所接收到的光强度与盒102B内的液体压力具有负相关或逆相关的关系。但是，本领域内的技术人员鉴于本公开应当理解的是，所提供的特定装置及由其产生的相反关系只是作为参考目的提供的，而其它装置或其它关系可能并不违背本公开的范围。例如，光衰减器109B可以是较短边附在活动组件172上的反向的梯形，在这种情况下，所接收到的光强度与盒102B内的液体压力将会具有直接线性或正线性的关系。

在所示的例子中，通过光衰减器109B产生的沿着Z轴方向的衰减量变化，是通过提供一个自始至终具有均匀吸光度值的光衰减器来完成的，该光衰减器中X轴方向厚度沿Z轴方向变化。选择性地，衰减量变化可通过提供一个具有均匀的X轴方向厚度的光衰减器来完成的，该光衰减器中吸光度值沿Z轴方向变化。这可通过例如改变Z轴方向的材料的成分、杂质、涂层来完成，从而使得光衰减器产生从一端透明到另一端不透明的变化。

本领域内的技术人员鉴于本公开应当进一步理解的是，所使用的特定感测装置，即光源103B和光探测器104B沿着X轴方向排列以射出和接收通过光衰减器109B的光，是多种光学测量活动组件172相对移动的方法之一，可在不违背本公开范围的情况下使用其它装置。例如，在一个可选择的光学型非接触式压力感测系统中，压力感测是基于从与活动组件172相连的反射面所反射出的光量。在这种系统中，光源可以一个射入角（例如，-30°）射出入射光束，而光探测器接收以一个反射角（例如，+30°）行进的反射光束。光探测器接收到的光量根据光探测器与反射面的相对位置而变化（例如，在感测系统的最大范围处光量最大）。该变化可与盒内的液体压力存在对应关系。在各种光学实施例中，光控元件（例如，光衰减器或反射面）与活动组件相连接，该活动组件为一次性盒的一部分。

图7为根据某些实施例的一个典型的磁力型非接触式压力感测系统700的截面图，该系统是基于磁场作为感测测量变量。如同图6中的光学型非接触式压力感测系统600，所示的磁力型非接触式压力感测系统700共有图1所示的电容型非接触式压力感测系统100的许多结构组件，对于这些共有组件不再重复进行描述。

图7中所示的例子中，磁力型非接触式压力感测系统700使用磁场传感器104C作为感测装置，并使用磁体109C作为感测测量变化元件。磁场传感器104C可以是任何能够提供磁场示值的设备，其非限制性的例子包括霍尔效应传感器、磁阻（MR）传感器（例如，巨磁阻传感器）、磁通门磁力计。磁体109C可以是包括任何可磁化材料的任何永磁体，可磁化材料包括（但不局限于）铁、镍、钴、一些稀土金属，以及这些材料的一些合金（例如，铝镍钴合金）。磁场传感器104C（例如，霍尔效应传感器）置于PC基底140上，位于磁体109C的正上方，以主要测量磁体109C所产生的Z轴磁场分量。

在操作中，磁场702由磁体109C产声并填充周围区域，如图7中所示。磁场传感器104C感测到局部磁场704并提供一个指示局部磁场704的测量信号。测量信号通过测量电路105C测量并处理，测量电路105C同样设置在PC基底140上。在某些实施例中，磁场传感器104C的磁感功能和测量电路105C的测量/处理功能被组合到一个集成磁传感器/测量IC中。

沿着轴的条形磁铁的磁场702的Z轴分量强度与到磁体的距离的平方呈反比。相应地，磁场传感器104C所感测到的局部磁场704的Z轴分量根据活动组件172的移动而变化。活动组件172向+Z轴方向移动越多（对应于盒内的液体压力的增加），磁体109C与磁场传感器104C之间的距离越小，因此磁场传感器104C所感测到的局部磁场704的Z轴分量强度越大。相反地，活动组件172向+Z轴方向移动越少（对应于盒内的液体压力的减小），磁体109C与磁场传感器104C之间的距离越大，因此磁场传感器104C所感测到的局部磁场704的Z轴分量强度越小。相应地，对于所示出的特定装置，感测测量变量—局部磁场704的强度相对于盒102B内的液体压力具有直接正相关的关系。但是，应当理解的是，对于本领域内的技术人员，通过参考本公开，在不脱离本公开的范围的情况下可存在一些其它的装置和关系。例如，在一些选择性的实施例中，条形磁体109C可水平地置于（例如，使其轴沿着X轴方向）活动组件172上，而不是所示的垂直放置。在这样的可选择的实施例中，磁场传感器104C可用于测量局部磁场704的X轴分量强度。

图8根据某些实施例，示出了一个典型的对盒内的液体压力进行非接触式测量的过程的流程图。过程800开始于状态810，其中提供了一个或多个与泵连接的感测装置。上面讨论的一个或多个感测装置的例子包括第一极板103A和第二极板104A（图1）、光源103B和光探测器104B(图6)、磁场传感器104C（图7）。这些感测装置都安装在框架组件130内部并在泵的运转过程中保持与传感器底座101A、101B、101C、泵体110静止。泵可以是任何用于接受盒的液体供给泵，包括用于为患者输入液体药物及营养素的静脉泵。

过程800进入状态820，其中提供了一个与盒连接的活动组件。盒可以是永久性的、半永久性的、一次性的。在某些实施例中，盒为一次性静脉盒。活动组件用于根据液体压力增加或减小，朝向或远离感测装置移动（例如，向+/-Z轴方向移动-参见图1、6、7）。活动组件还配置为从其零压静态点向远离感测装置的方向移动。在某些实施例中，活动组件为不可弯曲的盘，其在受到非零压液体压力时不会弯曲或变形。该盘可以是隔膜结构的一部分，该隔膜结构还包括一个在其周边与所述盘连接的可变形部分。这种隔膜结构的一个例子为上面关于图5所进行的详细描述。感测器测量变化元件被连接为响应于盒内的液体压力变化而与活动组件一起移动。感测器测量变化元件的具体选择取决于感测测量变量的选择。感测器测量变化元件的例子包括（圆括号中为感测测量变量）导电层109A（电容）、光衰减器109B（透射光强度）、反光层（反射光强度）、磁体109C（局部磁场强度）。

过程800进入状态830，其中通过一个或多个感测装置生成表示感测测量变量的测量信号，并通过与一个或多个感测装置电连接的测量电路对其进行接收和处理。过程800进入状态840，其中根据测量信号确定盒内的液体压力。在某些实施例中，液体压力的确定是通过配置（编程）为接收表示感测测量变量（例如，电容、光强度、局部磁场强度）的数字数据的处理器或计算机来实现的，数字数据直接来自一个或多个感测装置或测量电路，或者来自接收模拟相连信号的模数转换器。通过使用能够说明感测测量变量与液体压力响应的非线性关系的公式或查找表，处理器可确定盒内的液体压力。公式或查找表格还可说明泵室中的液体压力与腔中的液体压力之间的任何直流偏差。

根据某些实施例，这里所描述的盒内液体压力的测量的某些方面是通过计算机系统900响应于处理器904执行包含在存储器906中的一个或多个指令的一个或多个序列来完成的。例如，通过执行涉及能够说明感测测量变量与液体压力响应的非线性关系的公式或查找表的指令，处理器904可根据表示感测测量变量的数字数据确定盒内的液体压力。处理器904可以是能够执行计算机指令的微处理器、微控制器、数字信号处理器（DSP）。这些指令可由另一机器可读介质（如数据存储设备910）读入存储器906。执行包含在主存储器906中的指令序列将会导致处理器904执行这里所描述的处理步骤。还可以利用多处理布置中的一个或多个处理器来执行包含在存储器906中的指令序列。在一些可选的实施例中，可使用硬件电路代替或结合软件指令来实施各实施例。因此，各实施例并不局限于任何硬件电路与软件的特定组配。

这里使用的术语“机器可读介质”是指任何参与为处理器904提供指令以执行或存储计算（例如，用于根据感测测量变量确定盒内液体压力）结果或参数（例如，变量或常量）的介质。这样的介质可采用多种形式，包括（但不局限于）非易失性介质、易失性介质、传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘（如数据存储设备910）。易失性介质包括动态存储器（如存储器906）。传输介质包括同轴电缆、铜线、和光纤，其中包括构成总线902的线缆。传输介质还可采用如射频和红外线数据通信过程中所产生的声波或光波的形式。通常的机器可读介质的形式包括如软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其它磁介质、CD-ROM、DVD、任何其它光介质、穿孔卡片、纸带、任何其它具有穿孔图案的物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH EPROM、任何其它存储芯片或盒式磁带存储器、载波、任何其它计算机可读取的介质。

在一些实施例中，处理器904通过程序确定盒内液体压力后，压力值可存储在机器可读介质（未展示）中，或传送给另一个由同一处理器或不同处理器执行的程序或子程序进行进一步处理。例如，另一个程序或子程序可利用盒内的液体压力来控制静脉泵内的药物的流速，或用来探测阻塞或空的供给容器。

提供了上面的描述来使得本领域内的技术人员能够实践本文所描述的各实施例。尽管上面的实施例具体参照了各附图和实施例进行了描述，但是应当理解的是，这些仅是作为示例的目的，而不应被理解为限定本发明的范围。

在不脱离本公开范围的情况下，可能有很多其它方式来实施本发明。例如，本文所描述的某些实施例可实施为“差分”测量系统，该系统中具有只“查看”一次性容器的固定部分的移动的第二检测通道或元件。这种差分测量系统允许将可能由泵装置引起的一次性容器的移动从目标对象的压力相关的移动中减去。上面针对图6所描述的光学压力感测装置可使用线性封装的光敏传感器阵列。一些光敏传感器可布置为检测一次性容器“框架”的移动。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，这里所描述的各种功能和元件的划分可与所展示的（功能和元件）不同。对这些实施例的各种修改对于本领域内的技术人员是显而易见的，因此本文限定的一般原理也适用于其他实施例。因此，本领域内的技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行许多变化和修改。

除非特别指出，以单数形式对元件的引用并不是想要表达“一个且仅仅一个”的意思，而是“一个或多个”。术语“一些”是指一个或多个。加了下划线和/或斜体字的标题和副标题只是用于方便起见，并不限制本发明，与本发明的说明书的描述无关。贯穿本公开所描述的本发明的各种实施例的要素的对于所属领域的技术人员而言已知的或者将要已知的结构上和功能上的所有等价物都通过引用明确地并入本文，并意在包含在本发明内。此外，无论是否在上述描述中明确地列举，本文的任何公开都不是意在献给公众。

优选地包括本文所描述的任何元件、部件、和步骤。应当理解的是，这些元件、部件、步骤中的任何一个都可用其它元件、部件、和步骤代替或者全部删除，这对所属领域内的技术人员是显而易见的。

大体上，本文公开了测量连接到供液泵的一次性静脉注射器装置中的液体压力的系统和方法。提供了至少一个与供液泵相连的感测装置。提供了一个具有活动组件的腔，活动组件配置为响应于一次性静脉注射器装置内的液体压力的变化而移动，从而在不接触感测装置的情况下引起与感测装置相关的感测测量变量的变化。生成表示感测测量变量的测量信号。根据测量信号确定一次性静脉注射器中装置内的液体压力。

本文至少公开了下面的构思。

构思1.一种使用包含于隔离的液体路径内部并与供液泵连接的腔室来测量隔离的液体路径内的正或负液体压力的非接触式压力感测系统，该系统包括：

感测器底座，其与泵相连并且具有至少一个相对于感测器底座保持静止的感测装置，该感测装置用于生成表示感测测量变量的测量信号；

与感测装置电连接的测量电路，用于接收测量信号；

腔室或壳体，构造为附接至感测器底座上，该腔室具有：

液体入口和液体出口，及

活动组件，用于随着腔室内的液体压力变化而移动，从而在不接触感测装置的情况下引起感测测量变量的变化，活动组件的移动量与液体压力变化量相关联。

构思2.构思1所述的系统，其中的活动组件受到非零液体压力时不弯曲。

构思3.构思1所述的系统，其中的供液泵为静脉（IV）泵。

构思4.构思1所述的系统，其中的腔室为用于接收静脉液和用于测量静脉液压力的壳体。

构思5.构思1所述的系统，其中的腔室为用于容纳将要为患者分配的静脉液的盒。

构思6.构思5所述的系统，其中的盒为一次性静脉液盒。

构思7.构思1所述的系统，其中的活动组件在液体压力增加时向接近感测装置移动，而当液体压力降低时向远离感测装置移动。

构思8.构思1所述的系统，其中的活动组件用于响应盒内的未进行预载的正和负的液体压力。

构思9.构思5所述的系统，其中的感测器底座通过至少一个弹簧与泵相连，从而使得当盒与底座联接时，感测器底座会向盒施加压力。

构思10.构思1所述的系统，还包括与活动组件相连的感测测量变化元件，用于引起感测测量变量的变化。

构思11.构思10所述的系统，其中：

感测装置包括与感测器底座相连的第一极板和第二极板；

感测测量变化元件包括导电层；并且

感测测量变量包括第一和第二极板之间的电容量。

构思12.构思8所述的系统，还包括印制电路基底，其中第一和第二极板及测量电路置于印制电路基底上。

构思13.构思10所述的系统，其中：

感测装置包括与感测器底座相连的光源和光探测器；

感测测量变化元件包括光衰减器；并且

感测测量变量包括光探测器所接收到的光的强度。

构思14.构思13所述的系统，其中的光衰减器在光传导方向上具有厚度，其中该厚度随着光衰减器的移动方向而变化。

构思15.构思10所述的系统，其中：

感测装置包括与感测器底座相连的磁场感测器；

感测测量变化元件包括磁体；并且

感测测量变量包括磁场感测器上的磁场强度。

构思16.构思15所述的系统，其中的磁场感测器为霍尔效应传感器、磁阻传感器、磁通门磁力计。

构思17.用于附接至供液泵上的盒，该盒包括：

具有液体入口和液体出口的泵室，用于通过液体入口接收来自液体存储单元的液体，及

与泵室相连的隔膜结构，该隔膜结构包括活动组件，用于随着泵室内的液体压力的变化而移动，从而在不接触感测装置的情况下引起感测测量变量的变化，该感测测量变量的变化是通过至少一个与供液泵相连的感测装置感测到的，活动组件的移动量与液体压力变化量相关联。

构思18.构思17所述的盒，其中的隔膜结构包括与活动组件周围相连的可变形组件，其构造为响应于泵室内的液体压力的变化而发生变形。

构思19.构思18所述的盒，其中的可变形组件具有S形横截面。

构思20.构思18所述的盒，其中的活动组件在受到非零液体压力是不发生变形。

构思21.构思18所述的盒，其中的活动组件和可变形组件包括相同的材料并形成于同一模具中。

构思22.构思21所述的盒，其中的“相同的材料”包括聚碳酸酯。

构思23.构思18所述的盒，其中的活动组件和可变形组件包括不同的材料并共同注塑而成。

构思24.构思23所述的盒，其中的可变形组件包括热塑弹性体。

构思25.构思18所述的盒，其中的隔膜结构包括置于泵室和活动组件之间的腔，该腔与泵室内的液体保持流体连通。

构思26.构思17所述的盒，还包括与活动组件相连的感测器测量变化元件，其中的感测器测量变化元件包括导电层，感测测量变量包括两个极板之间的电容量。

构思27.构思17所述的盒，还包括与活动组件相连的感测器测量变化元件，其中的感测器测量变化元件包括光衰减器，感测测量变量包括通过光探测器测量的光强度。

构思28.构思17所述的盒，还包括与活动组件相连的感测器测量变化元件，其中的感测器测量变化元件包括磁体，感测测量变量包括通过磁场感测器测量的磁场强度。

构思29.一种测量连接到供液泵的一次性静脉注射器装置中的液体压力的方法，该方法包括：

提供至少一个与供液泵相连的感测装置；

提供一个具有活动组件的腔室，该腔室响应一次性静脉注射器装置内的液体压力的变化而随活动组件一起移动，从而在不接触感测装置的情况下引起与感测装置相关的感测测量变量的变化；

生成表示感测测量变量的测量信号；并且

根据测量信号确定一次性静脉注射器装置内的液体压力。

构思30.构思29所述的方法，还包括测量一次性静脉注射器装置内的负压，而不需要对感测装置正偏置。

构思31.构思29所述的方法，还包括提供一个与活动组件相连的感测器测量变化元件。

构思32.构思31所述的方法，其中：

感测装置包括第一极板和第二极板；

感测测量变化元件包括导电层；并且

感测测量变量包括第一和第二极板之间的电容量。

构思33.构思31所述的方法，其中：

感测装置包括光源和光探测器；

感测测量变化元件包括光衰减器；并且

感测测量变量包括光探测器所接收到的光强度。

构思34.构思31所述的方法，其中：

感测装置包括磁场感测器；

感测测量变化元件包括磁体；并且

感测测量变量包括磁场感测器上的磁场强度。

Claims (31)

1.一种使用包含于隔离的液体路径内部并与供液泵连接的腔室来测量隔离的液体路径内的正或负液体压力的非接触式压力感测系统，该系统包括：

感测器底座，其与泵相连并且具有至少一个相对于感测器底座保持静止的感测装置，该感测装置构造为生成表示感测测量变量的测量信号；

与感测装置电连接的测量电路，用于接收测量信号；

腔室或壳体，构造为附接至感测器底座上，该腔室具有：

液体入口和液体出口；

活动组件；以及

可变形组件，构造为响应于腔室内的液体压力的变化而发生变形以引起活动组件移动，从而在不接触感测装置的情况下引起感测测量变量的变化，活动组件的移动量与液体压力变化量相关联；

其中：

活动组件受到非零液体压力时不弯曲；以及

可变形组件连接在活动组件的周围和腔室的壁之间。

2.权利要求1所述的系统，其中，供液泵为静脉(IV)泵。

3.权利要求1或2所述的系统，其中，所述腔室是构造为接收静脉液以测量静脉液压力的壳体。

4.权利要求1所述的系统，其中，所述腔室是构造为容纳将要为患者分配的静脉液的盒。

5.权利要求4所述的系统，其中，所述盒为一次性静脉盒。

6.权利要求1所述的系统，其中，活动组件在液体压力增加时向接近感测装置移动，而当液体压力降低时向远离感测装置移动。

7.权利要求1所述的系统，其中，活动组件构造为不进行预载而响应腔室内的正和负的液体压力。

8.权利要求4所述的系统，其中，感测器底座通过至少一个弹簧与泵相连，从而使得当盒与底座联接时，感测器底座会向盒施加压力。

9.权利要求1所述的系统，还包括与活动组件相连并且构造为引起感测测量变量的变化的感测测量变化元件。

10.权利要求9所述的系统，其中：

感测装置包括与感测器底座相连的第一极板和第二极板；

感测测量变化元件包括导电层；并且

感测测量变量包括第一和第二极板之间的电容量。

11.权利要求10所述的系统，还包括印制电路基底，其中第一和第二极板及测量电路置于印制电路基底上。

12.权利要求9所述的系统，其中：

感测装置包括与感测器底座相连的光源和光探测器；

感测测量变化元件包括光衰减器；并且

感测测量变量包括光探测器所接收到的光的强度。

13.权利要求12所述的系统，其中，光衰减器在光传导方向上具有厚度，其中该厚度随着光衰减器的移动方向而变化。

14.权利要求9所述的系统，其中：

感测装置包括与感测器底座相连的磁场感测器；

感测测量变化元件包括磁体；并且

感测测量变量包括磁场感测器上的磁场强度。

15.权利要求14所述的系统，其中，磁场感测器为霍尔效应传感器、磁阻传感器、或磁通门磁力计。

16.构造为附接至供液泵上的盒，该盒包括：

具有液体入口和液体出口的泵室，其构造为通过液体入口接收来自液体存储单元的液体，以及

与泵室相连的隔膜结构，该隔膜结构包括活动组件和可变形组件，该可变形组件构造为响应于泵室内的液体压力的变化而发生变形以引起活动组件移动，从而在不接触与供液泵相连的至少一个感测装置的情况下引起所述感测装置感测到的感测测量变量的变化，活动组件的移动量与液体压力变化量相关联，

其中：

活动组件受到非零液体压力时不弯曲；以及

可变形组件连接在活动组件的周围和腔室的壁之间。

17.权利要求16所述的盒，其中，可变形组件具有S形横截面。

18.权利要求16所述的盒，其中，活动组件和可变形组件包括相同的材料并形成于同一模具中。

19.权利要求18所述的盒，其中所述相同的材料包括聚碳酸酯。

20.权利要求16所述的盒，其中，活动组件和可变形组件包括不同的材料并共同注塑而成。

21.权利要求20所述的盒，其中，可变形组件包括热塑弹性体。

22.权利要求16所述的盒，其中，隔膜结构包括置于泵室和活动组件之间的腔，该腔与泵室内的液体保持流体连通。

23.权利要求16所述的盒，还包括与活动组件相连的感测器测量变化元件，其中的感测器测量变化元件包括导电层，感测测量变量包括两个极板之间的电容量。

24.权利要求16所述的盒，还包括与活动组件相连的感测器测量变化元件，其中的感测器测量变化元件包括光衰减器，感测测量变量包括通过光探测器测量的光强度。

25.权利要求16所述的盒，还包括感测器测量变化元件，其中的感测器测量变化元件包括磁体，感测测量变量包括通过磁场感测器测量的磁场强度。

26.一种测量连接到供液泵的一次性静脉注射器装置中的液体压力的方法，该方法包括：

提供至少一个与供液泵相连的感测装置；

提供一个具有活动组件和可变形组件的腔室，该可变形组件构造为响应于一次性静脉注射器装置内的液体压力的变化而发生变形以引起活动组件移动，从而在不接触感测装置的情况下引起与感测装置相关的感测测量变量的变化；

生成表示感测测量变量的测量信号；并且

根据测量信号确定一次性静脉注射器装置内的液体压力；

其中：

活动组件受到非零液体压力时不弯曲；以及

可变形组件连接在活动组件的周围和腔室的壁之间。

27.权利要求26所述的方法，还包括测量一次性静脉注射器装置内的负压，而不需要对感测装置施加正偏压。

28.权利要求26或27所述的方法，还包括提供一个与活动组件相连的感测器测量变化元件。

29.权利要求28所述的方法，其中：

感测装置包括第一极板和第二极板；

感测测量变化元件包括导电层；并且

感测测量变量包括第一和第二极板之间的电容量。

30.权利要求28所述的方法，其中：

感测装置包括光源和光探测器；

感测测量变化元件包括光衰减器；并且

感测测量变量包括光探测器所接收到的光强度。

31.权利要求28所述的方法，其中：

感测装置包括磁场感测器；

感测测量变化元件包括磁体；并且

感测测量变量包括磁场感测器上的磁场强度。