CN103037914A - 用于测定排泄或分泌的体液的流速的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于测定和监控身体排泄的或分泌的流体的流速和体积的设备和方法。本发明通过提供一种设备而实现上述目的，其中所述设备包括：测量单元，其包括由具有低导热性的材料制造且支撑至少两个热敏电阻的导管；用作补偿热敏电阻的上游热敏电阻和定位得尽可能远离所述上游热敏电阻的下游的下游热敏电阻，所述下游热敏电阻被预先加热且保持在比待计量的流体温度温暖的预定温度；和用于向热敏电阻施加小电压以便能够产生电信号的装置；和被可操作地连接至测量单元的控制及显示单元。

Description

用于测定排泄或分泌的体液的流速的方法和设备

技术领域

本发明涉及健康护理产品和方法，和更具体地，涉及用于测定和监控身体排泄或分泌的流体的流速和体积的设备和方法。

背景技术

体液是人类和动物身体内的液体。它们包含身体排泄或分泌的流体以及正常地保持在身体内的体内水分。排泄是排除代谢废品和其他多余物质的过程。它是所有生命形式中的重要过程。与之相反的是分泌，其中在离开细胞或器官之后，流体可具有特殊的任务。

可在泌尿液系统中发现排泄的实例，其中，膀胱是排泄器官并且尿液是排泄的流体。可在泌乳中发现分泌的实例，其中乳腺是分泌器官且流体是非常适于婴儿的乳汁。

可通过测量流体的流速来诊断和研究执行流体的分泌和排泄的器官的机能。当前用于测量例如，尿液和乳汁的流速的装置和方法基于对限定时间单位（1分钟，24小时，等等）内聚集的流体进行称量。通过尿流计测量尿液流速以及通过对婴儿测试称重而测量泌乳。

这些当前的程序需要相当灵敏且因此昂贵的标准。它们也需要临床中受试者的存在，例如，对于24小时的周期，在母乳哺乳期之前和在哺乳期期间以及紧接哺乳期之后，通过称量受试者（婴儿）而完成测试称重。

市场上存在许多流体流量计，但是没有一种能够用于满足由泌乳引起的特殊挑战。第一个困难在于，来自女性乳房的流体直接哺育给婴儿的嘴巴的这种直接传送，没有留下用于仪器的空间。第二个困难是流动的间歇性本质。第三，实际的流速极少被关注，需要的数据通常是在特殊的照顾下的婴儿吸取的乳汁的体积。

对美国专利和专利申请的研究产生了Palmer的专利5,571,226和Ryan的专利6,358,226，其公开了关于用于泌乳的电操作装置，乳汁被接收在容器中。可通过将从这些装置中提取的乳汁注入广泛地使用的有刻度的乳瓶中而实现测量婴儿的消耗量，这允许方便地监控婴儿的流体摄取。

这些装置需要相当大的电能，对于在移动使用中来说设备的体积是笨重的，并且乳汁从第一个容器到第二个容器的转移不如从女性到婴儿的直接流体通道卫生。

本发明的目标

因此，本发明的目标是解决上述讨论的难题并提供测量身体分泌或排泄的流体（特别是婴儿从乳房吸收的乳汁）的速率和量的便宜的装置和方法。

本发明的进一步的目标是提供能够无需专门医生帮助的情况下，在私人住宅中由非医务人员操作的装置。

发明内容

本发明通过提供用于测定选定的分泌或排泄的体液的流速和量的设备而实现上述的目标，所述设备包括：

a）测量单元，其包括用具有低导热性的材料制成且支撑至少两个热敏电阻（thermistor）的导管；用作补偿热敏电阻的上游热敏电阻和位于尽可能远离所述上游热敏电阻的下游的下游热敏电阻，且所述下游热敏电阻被预先加热且保持在比待测量的流体温度温暖的预定的温度下；

b）用于向所述热敏电阻施加低电压的装置，以便能够产生电信号，流经所述上游热敏电阻的所述电压足够低，以防止所述热敏电阻的较大加热；和

c）可操作地连接至所述测量单元的控制及显示单元，所述控制单元包含计算装置，用于计算所述上游热敏电阻和所述下游热敏电阻的电阻之间的差异，然后，基于随体液流速而变的电阻差异计算流速，然后，基于所述流体在其中流动的所述导管的内部横截面计算所积聚的流体的量；并且包括显示器，其用于显示流速（可选地）和用于显示待计量的体液的积聚体积。

在本发明的优选实施例中，提供了一种设备，其进一步包括热耦接至所述下游热敏电阻且远离所述上游补偿热敏电阻的加热元件，所述加热元件加热所述下游热敏电阻且将所述下游热敏电阻维持在预定的温度范围中。

装置的替换实施例，进一步包括热耦接至所述下游热敏电阻且远离所述上游补偿热敏电阻的加热元件，所述热敏电阻和加热元件被供以固定地恒定调节的电力水平。

在本发明的进一步优选实施例中，提供了一种设备，其中所述加热元件具有低的电阻且通过低电压电源供电，其结合足以将所述下游热敏电阻维持在所述不变的预定温度下。

在本发明的另一个优选的实施例中，提供了一种设备，其中所述加热元件通过导热材料热耦接至所述下游热敏电阻。

在本发明的另一个优选实施例中，提供了一种设备，其中用于使所述控制及显示单元与所述测量单元互相连接的所述连接器装置包括选自包括电子电路、数据和电力通信电缆、以及电磁式传送器/接收器的组中的连接。

在本发明的又一优选实施例中，提供了用于测定从女性的乳房流到婴儿的乳汁的流速和量的设备，其包括

a）具有短导管的测量单元，其中所述短导管容纳至少两个热敏电阻；

b）布置成适于且保持与乳房的乳头区域接触的适配器，所述适配器被附接至所述短导管的上游末端；

c）连接在所述导管的下游末端处的婴儿奶嘴；和

d）可操作地连接至所述测量单元的如图1中看到的控制及显示单元。

在本发明的另一个优选实施例中，提供了用于测定分泌的或排泄的体液的流速和量的方法，其包括下列步骤：

步骤a）提供一种设备，在图2中看到其细节；

步骤b）在所述下游热敏电阻上施加约为15-50伏特的电压，以便用作总热源，所述下游热敏电阻的温度在大约39-45摄氏度保持不变；

步骤c）在所述上游热敏电阻上施加约为2-6伏特的低电压，以便产生随流体流而变化的电测量，其中所述下游热敏电阻与所述流体流直接热接触；

步骤d）预热所述设备；

步骤e）将待监控的体液引入到所述导管的上游末端中；和

步骤g）每秒几次地测量流过所述两个热敏电阻的电流，并计算所述电流之间的差异，计算随热敏电阻而变的流体流速，同时利用存储部件，以对任何具体的单元进行所需要的校正，以及整合（integrate，积分）随着时间过去的一系列值，以便得到流过所述导管的增加的流体体积，以及显示所述体积的值。

在本发明的最优选的实施例中，提供了用于测定分泌的或排泄的体液的流速和量的方法，除了（except that）在步骤c）中，施加在所述下游热敏电阻上的所述电压小于15伏特，并且通过与所述下游热敏电阻以及与所述体液紧密热接触的电阻元件实现所述下游热敏电阻的加热。

热敏电阻的使用确保通过大的电阻改变的高的灵敏性（负改变-对于NTC热敏电阻，或正改变-对于PTC热敏电阻），和关于它们的温度中小的改变相对应的大的电压信号，其中所述小的改变是由于流体处于非流动的情况下或在不变的或变化的流速期间引起的。因此，热敏电阻的应用是优选的，但是也可使用随温度而呈现电阻改变的其他电阻元件。

因此，应该认识到，本发明的新颖装置用于提供设备和方法，其用于测定分泌的或排泄的体液的流速和量。所述设备包括测量单元和控制及显示单元。取决于所需要的设备构造，连接器电缆、电子电路、数据通信电缆、或电磁式传送器/接收器，可用于将测量单元连接至控制及显示单元。

测量单元可包括一组两个或三个电部件-以直接接触流体的方式安装在导管内壁的两个热敏电阻（NTC或PTC）或电阻器和两个热敏电阻（NTC或PTC），其中所述导管限定流体流过的出口。

显示工具可包括液晶显示器或类似的显示器，和/或可适于打印从测量单元收到的数据的图示。

显示工具还可包括许多键，其用于输入数据（例如，受试者的名字、年龄，等等）或用于选择性地显示每个测量时期流体的流速或量、几个测量时期中流体的积聚量、和先前测量的流体流速或积聚量。因此，根据本发明的设备实时地给受试者提供从身体排泄或分泌的流体的体积的指示。因此，将不再必须伴随上文中提及的笨重的称量过程。

现在将进一步参考附图描述本发明，所述附图示出本发明的优选实施例。附图只显示了对其基础理解所必需的结构细节。描述的实例连同附图一起，将使得本领域的那些技术人员明白本发明的进一步的形式。

附图说明

附图中：

图1是根据本发明的设备的优选实施例的简图；

图2是具有辅助加热元件的设备的部分的放大截面图；

图3是其中测量单元通过无线电通信或红外线路连接至控制及显示单元的实施例的示意图；

图4是布置成用于监控泌乳的设备的截面图；

图5是在没有任何辅助加热器的情况下操作的方法的图表；和

图6是利用低电压下的辅助加热器操作的方法的图表。

具体实施方式

在图1中看到，用于测定流经导管12的选择性的分泌的或排泄的体液的流速和量的设备10。

设备10包括测量单元14、控制及显示单元16、使这些单元互相连接的数据和电力线路18、和电源26，其可以与控制及显示单元16整体形成。

测量单元14包括导管12，其用具有低导热性的材料制造并支撑两个热敏电阻20、22。导管12用适于传输所测量的流体的等级材料制成，例如，用于泌乳测量的食品级材料制裁。导管材料的低导热性允许降低从加热的热敏电阻22到环境的热量损失，因此允许从电部件20、22直接到所测量流体的有效热传递。

上游热敏电阻20用作补偿热敏电阻。电加热的下游热敏电阻22并联地（平行地）用线电连接于上游热敏电阻。热敏电阻20、22彼此尽可能远离地定位。下游热敏电阻22被流过导管12的体液冷却，并且被保持在比待测量的体液的温度大约温暖2-8摄氏度的预定温度上。优选地，这两个热敏电阻20、22都是安装在柔性印刷电路板24上的表面安装器件，如图2看到的。这两个热敏电阻20、22都被安装成与体液从中流过的导管12内的流体直接接触。

关于将电压施加于热敏电阻20、22以便能够产生电信号，在本实施例中，可通过多-电压变压器/整流器26或相似的电源供应所需要的电能，所述多-电压变压器/整流器布置成向下游热敏电阻提供超过15伏特的电压。安排精确的电压，以便足以将热敏电阻加热得高于被测量的体液的温度2和8摄氏度之间。因此，不需要辅助的加热器。

在本实施例中通过柔性电缆18将控制及显示单元16可操作地连接至测量单元14。

控制及显示单元16包含计算装置，其用于计算来自上游热敏电阻20与下游热敏电阻22的电信号之间的差异，然后基于这些值计算流体流速。这两个值之间的差异随体液流速而变。然后，通过基于流体在其中流动的导管12的内部横截面的积分函数（integration function），控制单元16计算已流过导管的流体的积聚量。

上游补偿热敏电阻20的电信号将与流体的温度有关。该数值从下游测量热敏电阻22记录的电信号值中推断出来。由下游测量热敏电阻记录的补偿电信号值是不受流体的温度改变影响的独立信号。提供了能够供使用者输入数据如婴儿的姓名、数据和时间等等的键盘34。容易地通过设置于控制及显示单元16中的微处理器30进行这些计算。每秒多次地取得和处理读数。微处理器30利用这些读数和测量单元的存储部件中的校准数据，将信号转变成流量数据。然后，随着时间的过去，整合流量数据，以便基于其横截面面积给出已经经过导管的流体的积聚量。然后，在LCD显示器32上示出这个值。可选地，显示器32也示出流速。

在当前较高电压的设备中，通过向热敏电阻22直接施加电压而引发温度升高。利用高导热的化合物38封装热敏电阻32，如图2中看到的，用于在直接与其接触时，使热敏电阻与流体电绝缘。

关于其余的图，相似的附图标记已经被用于表示相似的部分。

现在参考图2，其中示出了设备38进一步包括加热元件36，其热耦接至下游热敏电阻22并远离图1中看到的上游补偿热敏电阻20。利用用于加热目的的独立电阻器36，允许使用高电阻热敏电阻40用于流量测量。单独加热电阻器的使用也消除了热敏电阻40的自加热效应，并允许低电流电路用于从热敏电阻40产生电信号。

加热元件36使下游热敏电阻40的温度升高，并将下游热敏电阻保持在预定的温度范围中。安排精确的电压以足以将热敏电阻加热得高于被测量的体液的温度2和8摄氏度之间。

可替换地，下游热敏电阻40具有有可控量的电能，并从热敏电阻40的温度损失中计算流体流。

如将在图4中看到的，关于向图1中所示的热敏电阻20以及热敏电阻40施加小电压以便能够产生电信号，在本实施例中，可通过电池42供应所需要的电能，所述电池足够小以容纳在控制及显示单元44中。应注意，由热敏电阻20产生的电信号需要足够低，以便防止它的较大加热，同时将下游热敏电阻维持在不变的预定温度。

优选地，加热元件36通过导热材料（例如，铜）热耦接至下游热敏电阻40。

当存在体液流动时，从上游补偿热敏电阻20接收的电信号值将记录与体液的温度相对应的值，而从下游测量热敏电阻40获得的电信号将随着流速而改变，流速越高改变越大。加热元件36向该热敏电阻40提供热量，以便在流动停止之后，使其返回到与它的初始值。

当在使用中时热敏电阻20、40的电信号值又代表热敏电阻温度，并且下游热敏电阻40上的温度减少表示用作冷却剂的体液的流速。

图3示出了设备46，其中用于使控制及显示单元48与测量单元50互相连接的装置包括电磁式传送器/接收器52、54。

优选地通过测量单元50中的电池供应电力，而电池或变压器/整流器电源26被容纳在控制及显示单元48中。

图4中看到的是适于测定从女性的乳房60流到婴儿（没有示出）的乳汁的流速和量的特殊用途的设备58。

测量单元62具有短的导管64，其容纳有如参考图1描述的两个热敏电阻20、22。通过内衣、乳罩或布置成用于支撑测量单元62的特殊的带子66将这个单元62固定在适当的位置中。

柔性适配器68布置成适合和保持与乳房60的乳头区域接触，适配器68被附接至短导管64的上游末端70。

在导管64的下游末端74处附接有弹性体婴儿奶嘴72。

可将适配器68和奶嘴72模制成整体的单元。

通过电缆18将如参考图1描述的控制及显示单元16可操作地连接至测量单元62。

现在参考图5，其中图示了用于测定分泌的或排泄的体液的流速和量的方法，其包括下列步骤：

步骤a）提供如图1中看到的设备76。

由于在测量单元的生产过程期间发生的微小变化，并且由于测量单元中每一个电部件本质上的不同，需要对这个单元的校准。存储部件（例如，EPROM）可用于存储校准数据。校准数据应代表测量单元中的部件的真实的电阻-温度数据。

步骤b）在下游热敏电阻上施加大约为15-50伏特的电压82，以便用作总热源82，下游热敏电阻的温度被恒定地保持在大约39-45摄氏度，或给热敏电阻供以精确恒定调节的功率水平。

利用存储在测量单元的存储部件中的可用校准数据，然后可校正热敏电阻上产生的电信号并用其计算流速。通过控制及显示单元内部的存储有预定表格（或等式）的微处理器（或微控制器）完成这种计算，所述预定表格（或等式）表示与特定流速相对应的特定电信号。

步骤c）在上游热敏电阻上施加大约2-6伏特的电压82，以便产生随流体流（下游热敏电阻与所述流体流直接热接触）而变化的电信号；

步骤d）设备的预热78；

所述预热主要是用于消除流动开始时热敏电阻的电阻改变的瞬变现象，且允许流动的开始后立即开始测量。因此，所述设备可从开始基于与预定温度相对应的来自热敏电阻的基线电阻的小改变而连续地测量流体流量（通常为不稳定的，或震荡的流量）。这些小改变与流体流量相对应，且允许测量单元的快速响应。

应该基于要测量的流体（例如，保留流体的原始特征，维持流体的总体的原始温度，等等），和基于热敏电阻的热行为，例如，相对温度范围下的电阻-温度行为，部件上的最大容许功率，等等，测定电阻器或热敏电阻的正确预热。例如基于母乳在皮肤表面为35-37摄氏度时离开身体这个事实，和基于将流体的总体温度维持在人类相关温度中的需要，可将泌乳测量设备中的热敏电阻的初始温度预定在39-45摄氏度之间。

步骤e）将要监控的体液86引入到导管的上游88末端；和

步骤g）每秒10-200次测量90这两个热敏电阻上的电压，并计算电压之间的差异，并计算84随下游的热敏电阻的补偿电压变化的流体流速，同时利用存储部件，实现任何特定单元的修正，以及整合随着时间的过去的一系列值，以便得到已经经过导管的增加的流体体积，并显示体积的值。

图6示出了用于测定分泌的或排泄的体液的流速和量的第二个方法。除了通过电阻元件加热94下游热敏电阻之外，第二个方法78-96类似于参考图5描述的方法。这种安排的优势是消除了向下游热敏电阻供应更高电压的需要。

因此，在步骤c）中，在下游热敏电阻上施加96的电压小于15伏特且通过与下游热敏电阻以及与体液紧密地热接触的所述电阻元件实现下游热敏电阻的加热。

优选地，在测量开始点之前，应该通过将加热元件（电阻器或热敏电阻本身）加热到比流体的期望温度高几度而升高热敏电阻的温度。或者是，通过基于与其温度相对应的热敏电阻的电阻值开始和停止对加热元件的供电而将下游热敏电阻保持在这个预定不变的温度上，或对这个热敏电阻供以精确不变的电力水平。

利用存储在测量单元的存储元件中的可用校准数据，然后校正在热敏电阻上产生的电信号，和使用所述电信号计算流速。通过控制及显示单元内部的存储的预定表格（或等式）的微处理器（或微控制器）完成这种计算，所述存储的预定表格（或等式）代表与特定流速相对应的特定电信号。

所述的本发明的保护范围旨在包含落在所附权利要求范围内的所有实施例。前述实例示出了本发明的有用的形式，但是不能被认为是对保护范围的限制，如本领域的那些技术人员将明白的，在不脱离所附权利要求的意图的情况下，可容易地对本发明作出附加的改变和改进。

Claims (10)

1.一种用于测定所选择的分泌或排泄的体液的流速和量的设备，包括：

a）测量单元，其包括由具有低导热性的材料制造并支撑至少两个热敏电阻的导管；用作补偿热敏电阻的上游热敏电阻和定位成尽可能远离所述上述热敏电阻位于下游的下游热敏电阻，所述下游热敏电阻被预先加热到比待计量的流体温度更温暖的温度；

b）用于向所述热敏电阻施加恒定的小电压以便能够产生电信号的装置，所述信号足够低地流过所述上游热敏电阻以防止所述热敏电阻的实质加热；和

c）可操作地连接至所述测量单元的控制及显示单元，所述控制单元包括计算装置，其用于计算所述上游热敏电阻和所述下游热敏电阻的电阻之间的差异，然后，基于随体液流速而变的电信号差异计算流速，然后，基于所述流体在其中流动的所述导管的内部横截面计算流体的积聚量；并且包括用于显示所计量的体液的流速（可选地）并用于显示所计量的体液的积聚体积的显示器。

2.根据权利要求1所述的设备，进一步包括热耦接至所述下游热敏电阻且远离所述上游补偿热敏电阻的加热元件，所述加热元件加热所述下游热敏电阻并将所述下游热敏电阻保持在预定的温度范围中。

3.根据权利要求1所述的设备，进一步包括热耦接至所述下游热敏电阻且远离所述上游补偿热敏电阻的加热元件，所述热敏电阻和加热元件被供以固定地恒定调节的电力水平。

4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述加热元件具有低电阻，并通过低电压电源被供电，其组合足以将所述下游热敏电阻保持在所述恒定的预定温度。

5.根据权利要求2所述的设备，其中，所述加热元件通过导热材料热耦接至所述下游热敏电阻。

6.根据权利要求1所述的设备，其中用于使所述控制及显示单元与所述测量单元互相连接的所述连接器装置包括选自包括电子电路、数据和电力通信电缆、和电磁式传送器/接收器的组中的连接。

7.一种用于测定从女性的乳房流到婴儿的乳汁的流速和量的设备，包括

a）具有短导管的测量单元，所述短导管容纳至少两个如权利要求1所述的热敏电阻；

b）适配器，布置成适于并保持与所述乳房的乳头区域接触，所述适配器被附接至所述短导管的上游末端；

c）婴儿奶嘴，附接至所述导管的下游末端；和

d）如权利要求1所述的控制及显示单元，可操作地连接至所述测量单元。

8.一种用于测定基本如说明书描述且参考附图的分泌或排泄的体液的流速和量的设备。

9.一种用于测定分泌或排泄的体液的流速和量的方法，其包括下列步骤：

步骤a）提供一种设备，其细节如图2中所示；

步骤b）在所述下游热敏电阻上施加大约为15-50伏特的电压以便用作整体热源，所述下游热敏电阻的温度被恒定保持在大约39-45摄氏度；

步骤c）在所述上游热敏电阻上施加大约为2-6伏特的电压，以便产生随流体流而变化的电信号，所述下游热敏电阻与所述流体流直接热接触；

步骤d）对所述设备预加热；

步骤e）将待监控的体液引入到所述导管的上游末端；和

步骤g）每秒10-200次地测量这两个所述热敏电阻上的电压，并计算这些电信号之间的差异，且计算随补偿的电信号变化的流体流速，同时利用存储元件，以对任何具体单元进行所需要的校正，且可选地，整合随着时间的过去的一系列值，以便得出已经经过所述导管的增加的流体体积并显示所述体积的值。

10.根据权利要求9所述的用于测定分泌或排泄的体液的流速和量的方法，除了在步骤b）中，施加在所述下游热敏电阻上的所述电压小于15伏特并且通过与所述下游热敏电阻以及与所述体液紧密热接触的电阻元件实现所述下游热敏电阻的加热。

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