CN104721915B - 通过超声波脉冲回波原理对利用注射法的药品施用进行精密准确测量 - Google Patents

通过超声波脉冲回波原理对利用注射法的药品施用进行精密准确测量 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种剂量控制系统，其包括注射器和剂量控制模块。所述注射器包括筒和活塞。所述活塞包括位于筒内的活塞密封件，所述筒包括被配置为与针连接的端部。所述剂量控制模块测量所述活塞密封件与所述筒的端部之间的第一距离，测量所述活塞密封件与所述筒的端部之间的至少一个第二距离，所述剂量控制模块基于所述第一距离与所述至少一个第二距离之间的差来确定是否已经从所述注射器施用了预定量的药物，并且如果已经从所述注射器施用了预定量的药物，则所述剂量控制模块选择性地激活视觉指示和音频指示的至少其中之一。

Description

通过超声波脉冲回波原理对利用注射法的药品施用进行精密 准确测量
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年12月20日提交的美国临时申请No.61/918,998的优先权的权益。通过引用将以上提到的美国临时申请的全部公开内容并入本文中。
技术领域
本公开内容涉及用于对经由注射的药物施用进行自动控制的系统和方法。
背景技术
此处提供的背景说明是用于总体上呈现本公开内容的背景环境的目的。在该背景部分中所描述的程度上，目前所说的发明人的工作以及在提交时本来不能作为现有技术的说明的方面，既不明确地、也不隐含地被接纳为本公开内容的现有技术。
可以利用注射器向个体施用药物。例如，可以使用注射器将药物直接注射到个体中(例如，经由皮下注射)和/或将药物注射到静脉(IV)药物供应线中。注射器包括针、筒和活塞。将处方量的药物抽入到注射器的筒中(例如，通过将针插入到药物源中并且缩回活塞)。通过压下活塞以迫使筒中的药物通过针进入注射部位中来注射药物。施用的药物量对应于为将药物抽入筒中而将活塞缩回的距离和为将药物从筒中排出而将活塞压下的距离。
发明内容
剂量控制系统包括注射器和剂量控制模块。注射器包括筒和活塞。活塞包括位于筒内的活塞密封件，并且筒包括被配置为与针连接的端部。剂量控制模块测量活塞密封件与筒的端部之间的第一距离，测量活塞密封件与筒的端部之间的至少一个第二距离，剂量控制模块基于第一距离与至少一个第二距离之间的差来确定是否已经从注射器施用了预定量的药物，并且如果已经从注射器施用了预定量的药物，则剂量控制模块选择性地激活视觉指示和音频指示的至少其中之一。
剂量控制方法包括：向布置在注射器上的压电换能器发送第一多个电压脉冲；基于第一多个电压脉冲从注射器接收第二多个电压脉冲；确定第一电压脉冲与第二多个电压脉冲中的至少一个第二电压脉冲之间的时间量；以及基于时间量来确定从药物输送装置施用的药物量和药物输送装置中是否存在气泡的至少其中之一。方法还包括基于所述确定来选择性地激活视觉指示和音频指示的至少其中之一。
本公开内容适用的其它领域从具体实施方式、权利要求和附图中将变得显而易见。具体实施方式和特定示例仅用于说明的目的，并且并不是要限制本公开内容的范围。
附图说明
根据具体实施方式和附图，本公开内容将得到更充分的理解，附图中：
图1示出了根据本公开内容的示例性剂量控制系统；
图2示出了根据本公开内容的另一个示例性剂量控制系统；
图3示出了根据本公开内容的另一个示例性剂量控制系统；
图4示出了根据本公开内容的示例性剂量控制模块；
图5是示出根据本公开内容的示例性剂量控制方法的流程图；
图6示出了根据本公开内容的另一个示例性剂量控制系统；
图7示出了根据本公开内容的另一个示例性剂量控制系统；
图8示出了根据本公开内容的另一个示例性剂量控制系统；以及
图9示出了根据本公开内容的示例性气泡检测系统。
在附图中，附图标记可以重复用于标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
根据本公开内容的原理的剂量控制系统利用注射器或其它药物输送装置准确地施用正确剂量的药物。例如，剂量控制系统可以测量活塞在注射器的筒内移动的量。活塞从筒中缩回的距离指示抽入到注射器中的药物量。相反，将活塞按压到筒中的距离指示施用到个体的药物量。因此，剂量控制系统基于活塞从筒中缩回的距离和/或将活塞按压到筒中的距离来确定被抽入到注射器和/或施用到个体的药物量。仅仅作为示例，剂量控制系统实施脉冲-回波声波飞行时间计算来确定活塞在注射器的筒内行进的距离。
现在参考图1，根据本公开内容的原理的剂量控制系统100包括注射器104和剂量控制模块108。注射器包括筒112、活塞116和针120。在活塞116从筒112中撤回时，药物通过针120抽入到筒112中。相反，在将活塞116按压到筒112中时，通过针施用药物。例如，活塞116包括活塞密封件124，在按压活塞112时，活塞密封件124迫使药物从筒112中出来并且通过针120。筒112可以包括刻度128，其提供从筒112中撤回活塞116的量的视觉指示(并且因此提供被抽入到筒112中和/或通过针120施用的药物量的视觉指示)。
活塞密封件124包括反射表面132。仅仅作为示例，反射表面132可以包括金属箔(例如，铝)、不锈钢、超声波反射体、或能够反射声波脉冲的任何其它适合的材料。压电换能器136设置于筒112的与反射表面132相对的端部140。仅作为示例，换能器136可以附接到端部140的内表面、端部140的外表面和/或嵌入端部140的材料内(即，嵌入筒112的端部140的塑料或其它材料内)。尽管针120通常位于筒112的端部140的中心，但是可以如图所示地设置针(例如，相对于筒112的中心轴升高/降低)以容纳换能器136。
剂量控制模块108基于筒112的端部140与反射表面132之间的距离(和/或距离的变化)来确定被抽入到筒112中的药物量和通过针120施用的药物量。例如，剂量控制模块108测量端部140与反射表面132之间的距离，其指示筒112内的容积(例如，筒112的截面面积乘以端部140与反射表面132之间的距离等于筒112内的容积)。
在从筒112撤回活塞116时，容积(和药物量)增大。相反，在将活塞116按压到筒112中时，容积(和药物量)减小。因此，剂量控制模块108计算在撤回活塞116时抽入到筒112中的药物的容积，并且然后计算在将活塞116按压到筒112中时向个体施用的药物的容积。换言之，剂量控制模块108测量端部140与反射表面132之间的距离变化以计算药物剂量。
例如，剂量控制模块108基于脉冲-回波时间来测量距离变化。剂量控制模块108向换能器136发送脉冲串(仅作为示例，3V峰峰值电压脉冲，50％占空比，1MHz)，使得换能器136发射正弦超声波脉冲(例如，以1MHz)。脉冲行进通过筒112(即，通过筒112内包含的介质)，从反射表面132反射，并且返回换能器136。剂量控制模块108在换能器136处接收指示返回的脉冲的回波脉冲。脉冲从换能器136发送、被反射表面132反射以及返回换能器136之间的时间指示端部140与反射表面132之间的距离。例如，换能器136将回波脉冲转换成被发送回剂量控制模块108的电压脉冲。因此，剂量控制模块108可以动态计算活塞116在筒112内移动的距离。
基于端部140与反射表面132之间的距离的所测量的变化，注射器104和/或剂量控制模块108可以在已经经由针120向筒112中抽入和/或施用了适当(即，预定)剂量的量时，提供视觉和/或音频指示。例如，指示可以包括剂量控制模块上的显示和/或被激活的一个或多个LED(例如，在撤回并且按压活塞116时激活绿色LED，并且在距离表示已经施用了适当量的药物时激活红色LED和/或激活蜂鸣)。在一些实施方式中，剂量控制模块108可以包括用户接口144，其包括显示器、音频输出装置(例如，扬声器)和/或输入机制(例如，按钮、触摸屏等)，或者剂量控制模块108可以连接到另一个电子装置，其提供用于与剂量控制模块108通信的用户接口144(例如，膝上型电脑、移动装置等)。
用户可以利用用户接口144来查看和输入信息。例如，用户可以输入药物类型、剂量的量、患者信息、关于注射器的信息(尺寸、类型、容积等)和/或任何其它适合的信息。例如，可以基于药物类型来校准剂量控制模块108。由于药物的类型可以影响介质(即，超声波脉冲在筒112内行进通过的介质)，所以可能影响每个脉冲在端部140与反射表面132之间行进的持续时间。因此，剂量控制模块108可以基于药物类型来自动调整计算。此外或替代地，剂量控制模块108可以在药物在注射器104中时自动进行自校准。例如，如果活塞116在筒112包含药物时位于已知位置(例如，完全撤回)，则剂量控制模块108可以发送一系列校准脉冲，以确定脉冲在介质内行进通过已知距离的持续时间，并且然后相应地对计算进行校准。
剂量控制模块108可以存储关于药物、剂量、患者等的信息，并且根据存储的信息和注射器104的操作来提供视觉和/或音频指示(例如，经由用户接口144和/或LED，如上所述)，并且可以根据实际施用了多少药物、被施用药物的个体、施用药物的时间等来更新信息。在一些实施方式中，信息被存储于、发送到远程位置(例如，远程服务器、云或网络基础设施等)和/或从远程位置取回。例如，处方医生可以在远程位置(例如，在医院内的另一个位置，经由移动装置/智能手机、或另一个适合的装置)输入与药物、剂量的量、患者等相对应的数据。数据可以电存储于可由剂量控制模块108访问(例如，无线访问)的位置或被自动发送到剂量控制模块108。通过这种方式，可以利用关于要施用给特定患者的一种或多种药物的适当剂量的准确信息来自动更新(例如，周期性地)剂量控制模块108，并且剂量控制模块108可以相应地向施用药物的个体提供指示。
在一些实施方式中，基于给定药物的所测量的量，控制模块108可以向施用药物的个体和/或其它个体(处方医生、护士站等)提供警报。例如，如果施用的所测量的剂量低于和/或超过处方量，则剂量控制模块108可以提供警报。
现在参考图2和3，其示出了其它示例性剂量控制系统100。在图2中，针120位于筒112的端部140的中心，并且换能器136环绕针120。在图3中，反射表面132位于活塞116的顶部148的内表面上，并且换能器136位于注射器的顶部152上。
现在参考图4，示例性剂量控制模块200包括控制模块204、时间数字(T/D)变换器模块208、脉冲发送器212、模拟接收器模块216、存储器220和用户接口224。剂量控制模块200可以包括诸如无线或有线通信接口之类的其它部件(未示出)。
脉冲发送器212发送电压脉冲，如图1中所描述的。模拟接收器模块216接收由换能器136响应于回波脉冲而发送的电压脉冲。T/D变换器模块208计算由模拟接收器模块216接收的电压脉冲之间的时间。仅作为示例，控制模块200包括特殊用途处理器和/或微控制器，控制模块200基于由T/D变换器模块计算的脉冲之间的时间来计算反射表面132与筒112的端部140之间的距离的变化，控制模块200通过脉冲发送器212控制电压脉冲的传输，并且执行与剂量控制模块的操作相关联的其它控制功能。存储器220存储与剂量控制模块200相关联的信息，如图1中所描述的。用户可以利用用户接口224与剂量控制模块交互。
现在参考图5，示例性剂量控制方法300从304开始。在308处，方法300对计算进行校准。例如，方法300确定传输介质(对于已经设置于装载的注射器内的药物)和/或通过发送校准脉冲来进行自校准。在312处，方法300基于筒端部与设置于活塞密封件上的反射表面之间的第一距离来确定将活塞撤回筒中的量。在316处，方法300基于筒端部与反射表面之间的第二距离来确定已经按压活塞的量。在320处，方法300确定第一距离与第二距离之间的差是否与等于或大于药物的处方剂量的容积相对应。如果是，则方法300继续到324。如果不是，则方法300继续到316。在324处，方法300产生已经施用了处方剂量的药物的视觉和/或音频指示。方法300结束于328。
现在参考图6，其示出了另一个示例性剂量控制系统100。在图6中，在注射器104内的筒112的端部140处提供了单独的发送传感器332和接收传感器336(例如，替代单个换能器)。剂量控制模块108经由发送脉冲的发送传感器332来运送脉冲串。脉冲被反射表面132反射并且由接收传感器336接收。响应于接收到反射的脉冲，接收传感器336向剂量控制模块108提供回波脉冲。
现在参考图7，其示出了另一个示例性剂量控制系统100。注射器104可以被配置为接受筒112内的一次性药剂管340。例如，在施用管340中的药剂之后，可以去除管340并且替换为另一个管。因此，注射器104可以重复使用。换能器136可以位于活塞116中或位于活塞116上，例如，仅作为示例，位于活塞密封件124中。反射表面132位于筒112的端部140处。
尽管本文中描述的一些实施例在注射器内实施本公开内容的原理，但是可以将剂量控制系统100用于其它药物输送机构或装置(例如，笔式注射器、输液泵、雾化器等)内。例如，现在参考图8，可以将剂量控制系统100用于静脉(IV)滴注系统344内。在IV滴注系统344中，流体(即，要施用的药剂)348包含在滴注室352内。重力使流体348经由IV导管356而被缓慢施用。随着流体348被施用，流体348的上层部分360下降。
换能器136位于滴注室352的下端，并且响应于从剂量控制模块108接收的脉冲而穿过流体348向上发送脉冲，并且向剂量控制模块108提供回波脉冲，如以上在其它实施例中所描述的。因此，随着流体348的上层部分360下降，回波脉冲之间的时间量也下降，由此指示滴注室352中剩余的流体348的量(以及施用的流体348的量)。
现在参考图9，还可以在气泡检测系统400中实施本公开内容的原理。气泡检测系统400包括气泡检测模块404。气泡检测模块404可以包括与图1-8中所描述的剂量控制模块108相似的部件和功能，或者剂量控制模块108可以被配置为采用与如下描述的气泡检测模块404相似的方式进行操作。然而，替代(或除了)测量回波脉冲之间的时间以确定施用的药剂的量，气泡检测模块404(和/或剂量控制模块108)测量回波脉冲之间的时间以检测药剂中的气泡。
例如，气泡检测模块404与设置于IV滴注系统344的IV导管356或其它部分上的换能器136通信。尽管显示气泡检测系统400利用IV滴注系统344来实施，但是可以将气泡检测系统400用于其它药物输送机制内。
换能器136发送脉冲穿过IV导管356和其中包含的介质。布置于IV导管356的与换能器136相对的侧上的反射表面132(例如，超声波反射体)反射回波脉冲到换能器136，换能器向气泡检测模块404提供回波脉冲。
气泡检测模块404基于回波脉冲来确定介质内是否存在气泡。例如，脉冲以与穿过空气(即，气泡)时不同的速率穿过流体。因此，存在气泡时的回波脉冲之间的时间将与不存在气泡时的回波脉冲之间的时间不同。通过这种方式，气泡检测模块404基于回波脉冲之间的时间的变化来检测IV导管356内的气泡。响应于检测到气泡，仅作为示例，气泡检测模块404可以警告用户或患者已经检测到气泡、中止向患者输送流体、和/或执行其它适合的功能。
前面的描述本质上仅是说明性的，并且绝不是要对本公开内容、其应用或用途进行限制。可以通过多种形式实施本公开内容的宽泛教导。因此，尽管本公开内容包括特定示例，但的本公开内容的真实范围不应该被限制于此，因为在研究了附图、说明书和以下权利要求之后，其它修改将变得显而易见。如本文中所使用的，术语“A、B和C的至少其中之一”应该被解释为利用非排他性逻辑OR表示逻辑(A OR B OR C)，并且不应该被解释为表示“A的至少其中之一、B的至少其中之一和C的至少其中之一”。应该理解，在不改变本公开内容的原理的情况下，可以按照不同顺序(或同时)执行方法内的一个或多个步骤。
在本申请中，包括以下定义，可以利用术语“电路”替换术语“模块”或术语“控制器”。术语“模块”可以指代以下电路的一部分或包括以下电路：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用或组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享，专用或组)；提供所描述的功能的其它适合的硬件部件；或者例如在片上系统中的以上电路中的一些或全部的组合。
模块可以包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以包括连接到局域网(LAN)、因特网、广域网(WAN)或它们的组合的有线或无线接口。本公开内容的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块中。例如，多个模块可以允许负载平衡。在其它示例中，服务器(也被称为远程或云)模块可以代表客户模块实现一些功能。
如以上所使用的，术语“代码”可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指代程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语“共享处理器电路”包含执行来自多个模块的一些或全部代码的单个处理器电路。术语“组处理器电路”包含与附加处理器电路进行组合来执行来自一个或多个模块的一些或全部代码的处理器电路。对“多个处理器电路”的引用包含分立管芯上的多个处理器电路、单个管芯上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多个线程、或以上电路的组合。术语“共享存储器电路”包含存储来自多个模块的一些或全部代码的单个存储器电路。术语“组存储器电路”包含与附加存储器进行组合来存储来自一个或多个模块的一些或全部代码的存储器电路。
术语“存储器电路”是术语“计算机可读介质”的子集。如本文中所使用的，术语“计算机可读介质”不包含在介质中(例如，在载波上)传播的暂态电或电磁信号；因此可以将术语“计算机可读介质”视为有形的并且非暂态的。非暂态有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器电路(例如闪存存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路、或掩码只读存储器电路)、易失性存储器电路(例如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(例如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)以及光存储介质(例如CD、DVD或蓝光光盘)。
可以由通过对通用计算机进行配置以执行计算机程序中实现的一个或多个特定功能而创建的特殊用途计算机来部分地或完整地实施本申请中所描述的设备和方法。以上描述的功能框和流程图要素用作软件说明书，其可以通过熟练技术人员或程序员的常规工作而被转换成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂态有形计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以包含与特殊用途计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与特殊用途计算机的特定装置交互的装置驱动程序、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。
计算机程序可以包括：(i)要进行解析的描述性文本，例如HTML(超文本标记语言)或XML(可扩展标记语言)，(ii)汇编代码，(iii)通过编译器由源代码产生的目标代码，(iv)由解释器来执行的源代码，(v)由即时编译器来编译并执行的源代码，等等。仅作为示例，可以利用来自以下语言的语法来编写源代码，所述语言包括：C、C++、C#、Objective C、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、HTML5、Ada、ASP(动态服务器网页)、PHP、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、VisualLua和
权利要求中所列举的任何要素都不是要在35U.S.C.§112(f)的意义内成为模块加功能的要素，除非利用术语“用于……的模块”明确列举要素或在使用术语“用于……的操作”或“用于……的步骤”的方法权利要求的情况下。

Claims (9)

1.一种剂量控制系统，包括：
注射器，其包括筒和活塞，其中，所述活塞包括位于所述筒内的活塞密封件，并且其中，所述筒包括被配置为与针连接的端部，其中
所述活塞密封件包括反射表面，其中，所述反射表面与被配置为与所述针连接的所述端部相对地位于所述筒内，并且所述反射表面面对所述筒的被配置为与所述针连接的所述端部，并且
所述筒的被配置为与所述针连接的所述端部包括压电换能器，所述压电换能器被布置为将多个声脉冲从所述筒的被配置为与所述针连接的所述端部通过包含在所述筒内的药物并且朝着所述活塞密封件发送，其中所述压电换能器附接到所述筒的被配置为与所述针连接的所述端部的内表面；以及
剂量控制模块，所述剂量控制模块确定包含在所述注射器的所述筒内的所述药物的类型，并且基于(i)所确定的包含在所述注射器的所述筒内的所述药物的类型以及(ii)通过所述药物发送的所述声脉冲，所述剂量控制模块测量所述活塞密封件与所述筒的被配置为与所述针连接的所述端部之间的第一距离，测量所述活塞密封件与所述筒的被配置为与所述针连接的所述端部之间的至少一个第二距离，所述剂量控制模块基于所述第一距离与所述至少一个第二距离之间的差来确定是否已经从所述注射器施用了预定量的药物，并且如果已经从所述注射器施用了所述预定量的药物，则所述剂量控制模块选择性地激活视觉指示和音频指示的至少其中之一。
2.根据权利要求1所述的剂量控制系统，其中，所述剂量控制模块基于所述多个声脉冲在所述筒的被配置为与所述针连接的所述端部与所述活塞密封件之间行进的时间量来测量所述第一距离和所述至少一个第二距离。
3.根据权利要求2所述的剂量控制系统，其中，所述剂量控制模块向所述压电换能器发送多个电压脉冲，所述压电换能器将所述多个电压脉冲转换成所述多个声脉冲，并且所述多个声脉冲从所述反射表面被反射回到所述压电换能器。
4.根据权利要求2所述的剂量控制系统，其中，所述剂量控制模块包括计算所述时间量的时间数字变换器。
5.根据权利要求1所述的剂量控制系统，其中，所述剂量控制模块使用经由用户界面输入的信息来确定包含在所述注射器的所述筒内的所述药物的类型。
6.根据权利要求1所述的剂量控制系统，其中，所述剂量控制模块：
在所述活塞处于已知位置的情况下发送一系列校准脉冲，以确定所述校准脉冲行进通过所述药物的持续时间；以及
基于所确定的在所述活塞处于已知位置的情况下所述校准脉冲行进通过所述药物的持续时间，测量所述活塞密封件与所述筒的被配置为与所述针连接的所述端部之间的所述第一距离，并测量所述活塞密封件与所述筒的被配置为与所述针连接的所述端部之间的所述至少一个第二距离。
7.根据权利要求6所述的剂量控制系统，其中，所述已知位置是所述活塞的完全撤回的位置。
8.根据权利要求1所述的剂量控制系统，其中，(i)所述第一距离对应于为将所述药物吸入所述筒中而将所述活塞撤回的量，并且(ii)所述第二距离对应于为从所述筒施用所述药物而按压所述活塞的量。
9.根据权利要求1所述的剂量控制系统，进一步包括：气泡检测模块，所述气泡检测模块基于通过所述药物发送的所述声脉冲来判断所述药物内是否存在气泡。
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