CN105407941B - 基于感测电机控制和功率输入感测注入器的状态 - Google Patents
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Abstract
电池供电的注入器的状态可通过测量控制的输入参数来检测。测量可用于确定输入参数和控制的参数的大小。例如,输入至电机的功率可通过脉冲密度调制控制。电流随时间的积分可充当电流大小和脉冲密度的测量。积分的结果可用于确定注射器的状态。状态可包括例如开始泵送的正常功能和/或诸如阻塞或传动分离的故障。
Description
技术领域
本发明在其一些实施例中涉及一种监控至患者的药物注入的系统和方法,更具体地但不唯一地,涉及一种通过监控驱动机构的功率输入和/或控制来监控便携式电池供电(battery operated)的注入器的状态的系统和方法。
背景技术
美国专利第6,830,558号公开了一种用于将流体输送至患者的装置,其包括适用于连接至经皮患者进入工具的出口组件、从出口组件延伸的流动路径以及流动状况传感器组件。传感器组件包括具有设置抵靠流动路径的第一表面的弹性隔板、将传感器腔室限定邻近隔板的第二表面的腔室壁以及至少一个传感器,其设置为当隔板的第二表面响应于发生在流动路径中的至少一种预定的流体流动状况而膨胀至腔室中时提供阈值信号。传感器包括固定在隔板上的第一电极、相对于第一电极设置在固定位置的第二电极以及连接在电极之间的阻抗计。
美国专利第7,828,528号公开了一种用于注入泵系统的阻塞传感器系统,其连通控制电路以检测阻塞的存在。在一些实施例中,阻塞传感器系统包括位于一次性且不可重复使用的泵装置内的第一组件和位于可重复使用的控制器装置内的第二组件,第二组件与第一组件可操作的连通以确定流体是否从泵装置流动。
美国专利第7122982号公开了一种基于叠加在DC电机的端子之间的电压波形或DC电机的电流波形上的浪涌分量波形来检测DC电机的旋转信息的旋转信息检测装置。设置电路,其在电机开始制动操作时至其停止时的时间段内将在电机向前旋转期间的电流值Ipwm45%或在电机向后旋转期间的电流值Ipwm 55%的电流供给至电机。
美国专利第7692399号公开了一种控制DC电机的方法。在确定动作中,热功耗由电极输入和电极速度确定。在另一个确定动作中,电机温度基于利用热功耗的热模型来确定。在调整动作中,考虑到电机温度,电机的使用被调整。
国际专利申请第PCT/US 12/66036号公开了一种可调节从电源供给至集成电路和/或惯性装置的电压的系统。最小电压可通过暂时地切断至惯性装置的电流保持在集成电路中以将浪涌电压供给至控制器。可选地,电压可例如通过增加电容限制器和/或电流限制器在所属浪涌之间平滑。
发明内容
根据本发明的一些实施例的一方面,提供一种确定电池供电的药物注入装置的状态的方法,其包括:基于装置的性能控制装置;测量装置的输入参数;确定装置依赖于输入参数的大小和控制的状态。
根据发明的一些实施例,装置的性能包括装置的累积运动,控制包括限制输入至装置的电流的时间,测量包括测量输入至装置的电流随时间的大小,确定包括将输入至装置的电流的大小和时间结合以确定结合的测量,其中确定是基于结合的测量的值。
根据发明的一些实施例,累积运动包括在时间段期间的一些转数。
根据发明的一些实施例,限制包括限制在时间段中输入的电流的脉冲密度。
根据发明的一些实施例,结合的测量包括电流大小与时间的乘积。
根据发明的一些实施例,控制影响输入参数。
根据发明的一些实施例,测量的结果充当用于控制的参数的代替(proxy)。
根据发明的一些实施例,测量的输入参数的时间依赖性充当用于控制的参数的代替。
根据发明的一些实施例,确定包括确定输入参数大小随时间的结合的测量。
根据发明的一些实施例,结合的测量包括输入参数大小与时间的乘积。
根据发明的一些实施例,控制包括脉冲密度调制,确定依赖于脉冲密度。
根据发明的一些实施例,控制包括反馈回路。
根据发明的一些实施例,控制包括负反馈回路。
根据发明的一些实施例,状态包括选自由堵塞、分离、更换活动的机械部件、排放药物和不排放药物组成的组中的至少一个要素。
根据发明的一些实施例,输入参数是电流的大小,控制包括:计数旋转的数量,其中旋转的数量与装置的累积排放成比例,当数量达到阈值时,切断电流。
根据发明的一些实施例,计数速率小于测量的采样速率的四倍。
根据发明的一些实施例,输入参数是未经调节的。
根据发明的一些实施例,控制包括暂时切断输入参数。
根据本发明的一些实施例的一方面,提供一种药物注入装置,其包括:DC电源;致动器;性能传感器,其可操作地联接至致动器的输出;控制器,其根据性能传感器的输出调节致动器的功率输入;输入传感器,其可操作地联接至功率输入;处理器,其确定装置依赖于基于传感器的输出的调节的状态。
根据发明的一些实施例,性能传感器包括旋转计数器。
根据发明的一些实施例,致动器包括DC电机。
根据发明的一些实施例,药物注入装置进一步包括:脉冲密度电路,其中调节是通过脉冲密度调制。
根据发明的一些实施例,传感器是电流传感器,功率输入包括电流。
根据发明的一些实施例,处理器计算电流的大小与时间的乘积,其中确定依赖于乘积。
除非另有限定,否则此处所使用的所有技术术语和/或科学术语具有与本发明所属领域技术人员通常理解的含义相同的含义。虽然与此处描述的方法和材料相似或等同的方法和材料可用于实施或测试本发明的实施例,但是下面描述示例性方法和/或材料。在冲突的情况下,包括限定的专利说明书会控制。此外,材料、方法和示例仅仅是说明性的且不旨在限制性。
本发明的实施例的方法和/或系统的实施可涉及手动地、自动地或其组合地执行或完成所选的任务。此外,根据本发明的方法和/或系统的实施例的实际仪器和设备,一些所选的任务可通过使用操作系统的硬件、软件或固件或其组合来实施。
例如,用于执行根据本发明的实施例的所选任务的硬件可实施为芯片或电路。作为软件,根据本发明的实施例的所选任务可实施为通过利用任何合适的操作系统的计算机执行的多个软件指令。在本发明的示例性实施例中,根据如此处描述的方法和/或系统的示例性实施例的一个或多个任务通过诸如用于执行多个指令的计算平台的数据处理器来执行。可选地,数据处理器包括用于存储指令和/或数据的易失性存储器和/或例如磁性硬盘和/或可删除介质用于存储指令和/或数据的非易失性存储器。可选地,网络连接也被设置。显示器和/或诸如键盘或鼠标的用户输入装置也被可选地设置。
附图说明
此处参照附图仅以示例的方式描述本发明的一些实施例。现在详细地具体参照附图,其强调的是,示出的细节是以示例的方式且为了说明性地讨论本发明的实施例的目的。在这点上,结合附图的描述使得如何实施本发明的实施例对本领域技术人员来说是明显的。
在附图中:
图1是根据本发明的示例性实施例的补片注射器(patch injector)的状态的状态图;
图2是根据本发明的示例性实施例用于直接驱动的补片注射器的电流对时间的示意图;
图3是根据本发明的示例性实施例说明确定补片注射器的状态的流程图;
图4是根据本发明的示例性实施例的补片注射器的示意电路图;
图5是根据本发明的示例性实施例说明控制补片注射器的流程图;
图6是根据本发明的示例性实施例的补片注射器的实验电流对时间的曲线图;
图7A、7B和7C是根据本发明的示例性实施例的补片注射器的放大的实验电流对时间的曲线图;
图8是根据本发明的示例性实施例说明确定注入器的状态的方法的流程图。
具体实施方式
本发明在其一些实施例中涉及一种监控至患者的药物注入的系统和方法,更具体地但不唯一地,涉及一种通过监控驱动机构的功率输入和/或控制来监控便携式电池供电的注入器的状态的系统和方法。
综述
解决
本发明的一些实施例的一方面包括从电机功率输入和/或控制模式中的多个因素确定医疗注入器的状态。可选地,简单的代替测量值可被使用代替电机性能的测量。例如,电机的输入电流对时间积分可被用于确定可依赖于性能参数(例如电机转速)的输入参数(例如,输入电流)和/或制模式(例如脉冲密度)
在一些实施例中,测量可根据电机的控制参数调节(例如,测量可与至电机的功率脉冲同步)和/或测量值可基于电机的已知的控制参数推导(例如,当到电机的功率被切断时,测量可被跳过,但测量值可基于已知的控制参数推导出(在缺少输入功率的情况下))。输入电平可与固定的阈值比较,动态阈值比较和/或微分测量可被计算。变化可基于包括期望的状态变化和/或状态之间的期望的时间和/或值的期望的可变性而可选地分析。
在混杂因素存在的情况下来自电机性能参数的注入器状态
本发明的一些实施例的一方面涉及一种用于在混杂因素存在的情况下确定便携式注入器的状态的系统和方法。例如,注入器的电机控制可包括负反馈回路。例如,负反馈回路可基于输入参数的测量大小使确定电机状态复杂化。在一些实施例中,电机控制模式的知识可与输入参数的简单测量值结合以确定复杂系统的状态。控制模式可选地可基于电机输入和/或性能参数来确定。例如,控制模式可由控制的输入参数的时间依赖性来确定。
在一些实施例中,可使用本发明的方法来确定电机的载荷状态。例如,电机输出可通过脉冲密度调制,可选地采用负反馈回路以在条件变化期间保持性能来控制。脉冲密度的变化可利用传统的监控技术(例如基于至电机的输入电流)使检测载荷变化复杂化。可选地,通过将测量的参数(例如输入电流电平的时间依赖性)与控制模式(例如脉冲宽度)结合,载荷可在复杂控制条件下确定。可选地,控制模式(例如脉冲宽度)可从所测量输入电流推导。可选地,输入电流测量可同步至电机输入脉冲。在一些实施例中,电机性能和/或注入器状态可被推导,而无需物理结果(例如,压力、力、扭矩、速度等)的直接测量。
适当的电机控制和状态检测能可选地增加装置的使用寿命,允许使用更廉价和/或更小的组件、增加方便性、减少监督的需求和/或提高可靠性。
注入器状态
本发明的一些实施例的一方面涉及根据本发明的示例性实施例确定注入器的状态。例如,便携式注入器可包括补片注射器和/或家庭治疗装置和/或电池供电的装置。例如,注入器可包括由西部制药服务公司(West Pharmaceutical Services,Inc)的子公司Medimop药物项目有限公司(Medical Projects Ltd.)开发的电子补片注射器系统。
例如,可被检测的状态可包括下列的一个或多个:正常操作阶段,例如,克服运输锁定、启动系统(例如穿刺隔膜和/或分离同时克服初步间隔)、开始药物排放、更换驱动元件和/或筒部(cartridge)的端部和/或到达延伸机构的端部;导致分离的故障,例如,打开通道门、螺纹分离、齿轮分离和/或导致阻力增加的故障,例如,阻塞、卡住;和/或组件故障,例如,电池故障、电机故障和/或电机驱动部故障。
被接合
分离(门打开/间隔)
接合程度
门
药物
药物、粘度
更换螺丝
被阻塞
确定因素
在一些实施例中,状态确定可基于包括例如转速、转数、电机输入电流、电机输入电压、脉冲密度、能量输入和/或上述的时间依赖性的性能的一个或多个因素推导。
测量
本发明的一些实施例的一方面涉及确定注入器的状态和/或性能因素,而不需直接测量。例如,温度和/或流速和/或压力和/或速度可由替代的测量推导。可选地,替代的测量可包括电流、电压和/或随时间的变化。
在一些实施例中,注入器的性能被控制。可选地,控制可包括反馈回路。控制可基于性能的评估过程。例如,注入器的排放可基于粗略旋转计数器控制。注入器的状态可来自所控制的输入参数(例如随着时间的输入电流)的测量。确定状态可基于所测量的输入和注入器的控制方案之间的关系说明性能因素。在一些实施例中,注射速度通过打开或关闭电机控制。可选地,电机速度可不调节和/或测量(和/或可仅例如基于在时间段内的所计数的转数不精确地获得)。电机速度可以是载荷和/或电压输入和/或运动特性(其可不是已知的和/或不是精确测量的)的未调节的结果。
I
V
RPM
混杂因素
在一些实施例中,注入器状态的计算可说明各种混杂因素,其包括例如获得注射体积的反馈回路、将电压输入保存至CPU的调节方案、组件性能(例如电池性能和/或电机性能)的可变性、组件(例如,皮下注射针和/或管子)的流动阻力的变化、摩擦的变化(例如延长杆和/或活塞)、温度变化、粘度变化。
例如,补片注射器可泵送范围例如在2cp至15cp之间的动态粘度的药物。注入器组件(例如,电池和/或药物)的温度的范围可在-5℃至45℃之间。电机的性能可随额定值(例如输出功率、扭矩和/或速度)不同而变化多达30%,甚至多达40%。注射器可用于注射例如1ml至5ml之间剂量的药物。注射可持续例如5分钟至24小时之间的一段时间。可选地,功率可通过电池,例如标准氧化银(Ag2O)电池和/或锂电池提供。
在一些实施例中,药物可通过反复小脉冲管理。例如,控制器可在300msec剂量时间驱动电机,测量转数,计算注射量,确定下一剂量的等待周期以便满足所储存的注射速度,然后等待,之后再次注射300msec。对于一些给药速度,剂量之间的等待时间的范围可例如在500毫秒至5秒之间。对于较低的给药速度,等待时间的范围可在3秒和5分钟之间。在一些实施例中,在脉冲周期中的转数可以是固定的,脉冲时间可例如在100毫秒和900毫秒之间变化。在等待周期中,注射器可处于休眠模式。例如,在休眠模式,控制器可保持活动、测量直到下一剂量的时间并记住输送参数,但是电机和/或传感器可以是不活动的。在一些实施例中,脉冲密度调制电机控制可具有2%至20%之间的范围内的占空比(duty cycle)。在一些实施例中,注入器的组件可超过额定容量驱动。例如,组件可在其额定容量的150%至3000%或可选地从30000%至5000%之间驱动。例如,额定在5mA的电池可在100mA至200mA之间驱动。在这种情况下,电池性能可随着时间降低和/或依赖于脉冲宽度调制占空比。电池性能的变化可例如导致输入电压和/或输入电流的变化。这种变化可进一步例如基于电流测量使得注入器模式的检测复杂化。
RPM/性能反馈回路
I依赖于电池状态/功率输入
可变性
电池
电机
I对时间的积分
微分的测量
跟踪状态/可能性
示例性详细的实施例
在详细地解释本发明的至少一个实施例前,应该理解的是,本发明在其申请中不必限于构造的细节和在下述说明书中阐述的和/或在附图和/或示例中说明的组件和/或方法的布置。本发明可以是以各种方式实施或进行的其他实施例。
注入器的示例性状态
现在参照附图,图1说明了医疗注入器中区别的各种状态中的一些状态。逻辑装置可被提供以基于有限的输入数据确定注射器的当前状态。逻辑装置可跟踪注射器的状态,考虑状态的可能变化并考虑电机输入和/或电机性能和/或其变化的可替代解释。可选地,所检测的状态可包括注射的正常阶段(实施例可包括下述状态中的一个、一些或全部),例如,运输锁定102、启动104、泵送药物109、被接合106和/或改变驱动元件108。可选地,所检测的状态可包括例如卡住、阻塞、旋转打滑、通道门打开等故障。
在一些实施例中,控制器可具有包括例如状态指标的内部状态机。可选地,所测量的参数的解释可依赖于状态机的当前状态。例如,在药物排放开始之前阻力急剧减少可解释为正常的启动状态。例如,在药物排放期间的阻力急剧减少可解释为分离故障。例如,在药物排放期间的阻力急剧增加可解释为因阻塞导致的故障。例如,在药物排放结束时阻力急剧增加可解释为活塞到达筒部的端部。控制器可被程序化以发出故障警告并基于所检测的状态采取正确的行动(例如,等待、恢复和/或改变排放模式[例如较高或较低的脉冲密度和/或排放速率])。
例如,当注入器被激活101时,其可处于运输锁定102状态。在运输锁定102状态中,可选地,可存在因运输锁导致的对电机运动的中等阻力以防止注入器驱动链在运输和使用前的处理期间的单向移动。在一些实施例中,注入器可在驱动链的小移动后离开运输锁定状态。可替代地或另外地,注入器可不具有运输锁定和/或驱动链可在激活注入器前已经分离运输锁定102状态。例如,注入器可立即开始启动1041状态和/或被接合106状态。
在一些实施例中,在启动104状态中,可存在对驱动链的运动的最小阻力。可选地,注入器仅对于驱动链的小范围的运动将保持处于启动104状态。例如,小的空白空间可存在于药筒部驱动链和支撑部和/或致动器之间,启动104可发生同时驱动链覆盖该空间。可替代地或另外地,启动104步骤可包括,例如,穿刺隔膜。可替代地或另外地,在一些实施例中,启动104阶段可缺失。例如,注入器可从运输锁定102状态一直到达接合106状态和/或可始于接合106状态。
一旦经过可选的初始状态(例如运输锁定102和/或启动106),注入器可开始泵送109药物。在泵送109期间,驱动链可被接合106至致动器(例如,针筒活塞)。例如,驱动链的运动可驱动致动器以将药物泵送109到患者体内。
在一些实施例中,驱动链可包括多个驱动元件。例如,驱动链可包括推动活塞的伸缩式构件。伸缩式构件可包括作为驱动元件的一个或多个螺纹杆。在泵送期间,驱动链可在活动杆之间切换。杆的螺纹可被调节使得排放和旋转之间的关系对于一个以上的杆保持不变和/或不同驱动杆可具有不同的旋转-排放关系。可替代地或另外地,驱动链可包括诸如齿轮和/或活塞的其它元件。
在一些实施例中,在泵送109期间,驱动链可切换108驱动元件。切换能可选地与短暂和/或连续变化相关联。例如,具有更高的排放旋转比的杆可产生较大的移动阻力。可替代地或另外地,即使当两个杆具有相同的旋转-排放比时,可存在不同的驱动阻力。例如,较大直径的杆由于摩擦阻力可需要更多的扭矩来运动和/或不同材料和/或几何形状的杆可具有不同的阻力。
检测的状态可包括故障110。故障可包括例如达到其运动终点的阻塞部和/或被卡部和/或活塞,其有时会导致运动阻力的增加112。可替代地或另外地,故障可包括驱动链的分离和/或驱动链故障(例如,由于打开的门和/或未插入筒部和/或旋转滑动),其会导致运动阻力的减小114。例如,当注入器的门是打开的和/或未插入筒部和/或螺钉变得分离时,驱动链可移动,而无需接合致动器,和/或当存在活塞和/或筒部的转动打滑,然后螺钉可旋转,而不会造成药物的泵送,例如在公开号为2009/0093792的美国专利引用,其在此引入以作参考。在一些情况下,故障可包括诸如电池和/或电机和/或电机驱动部等其它组件116的故障。例如当预定量的药物已经排放时,融合可完成111。
简单注入器的输入电流的示例性变化
在一些实施例中,可存在输入电流和注入器状态之间的简单关系。例如,对于具有可选的稳压电源和可选的直接连接电机驱动部的系统,驱动链的阻力可与至电机的输入电流直接相关。图2说明了对于示例性简单注入器系统的电流和时间(和改变注入器状态)之间的示意性关系。
例如,当存在小的运动阻力时,例如同时克服运输锁定102时,至电机的输入电流会很低202。
当驱动链的运动阻力非常低时,例如当注入器处于启动104状态时,输入电流会例如非常低204。
当驱动链的运动阻力大时,例如,当注入器被接合106和/或正在泵送109药物时,输入电流会很大206。
当驱动链的运动阻力增大时,例如,当驱动链切换108至增加的摩擦驱动元件时,电流会例如变得更大208。
特定输入电流能可选地与故障状态110关联。从电流电平解释注入器状态可取决于注入器的当前状态。例如,非常高212的电流会是堵塞或卡住的标志。被限定为非常高212的电流电平可取决于先前电流电平。例如,非常高212的电流可根据来自先前基线的相对变化来限定。例如非常低214的电流可以是驱动机构分离的标志。可选地,非常低214的电流电平的解释可取决于注入器的状态。例如,在启动104周期期间,电流电平的短期下降可被解释为启动104的正常部分。例如,在泵送109周期期间,电压下降可被解释为故障110。在启动104后的持续高209的输入电流可表明在药物泵送109期间的注入器的正常运行。
在一些实施例中,电流电平的限定会例如由于组件的可变性而调节。例如,电池的电压和/或内电阻和/或电机性能的可变性会改变基线行为。可选地,非常高、高、正常、低和/或非常低的电流电平的解释可被调节以解释基线值。这些值可在操作期间变化(例如,电池电压和/或内电阻可随着注入时间变化)。
确定注入器的状态的方法
现在参照附图,图3说明了一种从电机输入和电机性能确定注入器的状态的方法。方法可参照图2的具有是至电机的功率的指标的输入电流的简单情况理解。在此处以下描述的更复杂的情况下,至电机的功率能可选地包括用于解释输入电流随时间的变化和/或电机性能的更复杂的功能。
在一些实施例中,在注入器被启动320时,输入能量电平可选地与最大和/或最小阈值比较324。输入能量电平可包括例如在三个样品中在100毫秒(ms)-500毫秒(ms)之间测量的平均输入电流。如果输入能量高于最大阈值,则注入器可被确定处于故障模式(例如,最大功率电平可以是非常高212的输入电流电平)。可选地,可发出警报334,警报可能的阻塞312状态。如果能量输入低于最小阈值(例如,非常低214的输入电流电平),则系统可测试334低能量状态持续多久。如果非常低的能量状态只持续很短的一段时间(例如100毫秒至60秒之间的范围),则系统可假定系统正在启动204且不存在故障。如果低输入能量电平持续很长一段时间,则故障(例如,系统非正常分离314)可被确定和/或发出332警报,例如警报驱动链的可能分离。
在一些实施例中,如果输入能量高于最小阈值且低于最大阈值,则其可被确定为OK且被确立325为基线功率电平。如果故障未出现,则系统能可选地继续监控328输入能量。如果高稳定的能量状态出现,则泵被确定为接合306。新的基线输入能量能可选地设定325'。从接合状态开始,系统可对电机的转数进行计数。所施加的药物剂量可在接合后由电机的转数确定。例如,电机的每一转可表示5×10-4ml至5×10-5ml的注射体积。总的排放量的范围可例如在0.5ml至5ml之间和/或注射时间的范围可例如在5分钟至5小时之间或在一些情况下,在5小时至24小时之间。例如,电机可在注射期间旋转103转数至5×104转数(在建立接合之后和/或排放开始直到注射结束)。
当在接合状态期间,输入能量下降或上升过多330时,系统可检测注射中的故障并发出332、334用于分离314和/或阻塞312的警报。
电机控制的更复杂方法
图4和图5是说明更复杂的一次性便携式医疗注入泵的控制方法的示例性实施例电路图和流程图。示例性注入系统可被设计成廉价的、一次性的、小的和/或可靠的。可选地,系统可包括致动器,例如DC电机438。DC电机能可选地消耗相对大的电流。DC电机438能可选地驱动泵。
在一些实施例中,系统可包括包含处理器443的控制器432。在一些实施例中,控制器可能需要稳定的输入电压。在一些实施例中,廉价的、小的和/或一次性的电源436(例如三个Ag2O电池)可供给562限流的功率。例如,电池也许不能直接供给电机的功率需求和CPU的电压需求。可选地,注入器可包括电传感器(例如电流传感器454和/或电压传感器441)和/或电机性能传感器(例如旋转计数器452)以检测电机438和/或控制器432的输入能量和/或输出性能的变化。控制器432可包括例如实时时钟(RTC)455。RTC 455可用于例如跟踪用于电机脉冲的时间周期。
在一些实施例中,能量储存器439可提供用于控制器432。可选地,储存器可甚至在电机438消耗的高电流导致电源436的输出电压下降时将可靠的电压供给至控制器。
在图4的示例中,可选地,电机438驱动泵注射药物。注射速度可选地通过控制器432控制。用于注入泵的控制系统的示例性实施例可在2012年1月31日提交的序列号为61/592,978的共同未决的美国临时申请中找到。要求美国临时申请的优先权的PCT申请PCT/US12/50696在2012年8月14日提交。这两个申请在此引入以作参考。
在一些实施例中,注射长度和剂量数可设置,功率的可调脉冲可在多个时间段的每一个中施加至电机以注射所确定的剂量。例如,每秒可存在连续驱动568电机438的脉冲。脉冲可持续直到电机已经旋转预定数量的转数。
在一些实施例中,控制器432可包括用于驱动非易失性存储器447中的电机的参数。控制器432能可选地控制电机驱动部442在预定时间段内将功率脉冲施加到电机。例如,在给定时间段中,控制器432可确定566电机438是否已经完成预定数量的转数。当需要的转数已经完成时,至电机438的功率可被切断562。当至电机438的功率被切断时,能量储存器438可被充电564。可选地,电流脉冲可以是未调节的。可选地,电机的精确旋转速度可以不测量。
在一些实施例中,电机可连接至泵使得电机的每一转注射固定数量(例如10-5ml)的药物。例如,可期望在10分钟内注入3.5ml。在示例中,所需的注射速率能可选地通过在一秒的时间段内驱动568电机438旋转10至100转来实现。对于持续5小时的注射,电机的时间段可大于一秒(例如,在10秒和5分钟之间和/或在时间段中的转数的范围可在3至30之间)。对于24小时的注射,时间段的长度的范围可在1分钟至1小时之间。
可选地,状态指标和/或输送参数可存储在易失性存储器449中。在一些实施例中,可能重要的是,控制器不复位。例如,复位会导致存储在易失性存储器中的参数丢失。例如,控制器的复位会表明注射器的故障或导致在跟踪注射中的故障,在一些情况下,这种故障会将患者送往医院或甚至危及患者的生命。
在一些实施例中,在剂量周期期间,电机432消耗的高电流会导致电池426的电压输出下降至控制器432的复位阈值以下。可选地,一旦检测567压降,控制器432的复位可通过在短期(例如小于脉冲时间段和/或小于电机432的惯性周期)内切断570至电机432的功率避免,在短期内时间能量储存器438可再充电564'。
可选地,注入器可包括通信模块448。通信模块448可包括例如通信支架。通信模块448可选地用于对药物的输送速率编程和/或在已经输送药物后重新得到剂量和/或输送条件的数据。可选地,通信模块448还可用于调节诸如剂量周期的长度、电流分布速率的控制参数。通信模块448可例如通过无线网络用于例如警告患者存在故障(通过警告灯和/或蜂鸣器)和/或警告照看者(例如,医生和/或应急总机)出现故障。
在一些实施例中,注入器可包括操作参数的动态调整。例如,注入器可能够自我调节以适应不能先验得知的条件或性能部分。例如,当注入器被存储很长一段时间时,电池根据说明书不能执行。例如,当注入器在寒冷条件使用时,药物的粘度可增加且电池的性能可能会很差。在这种情况下,在剂量周期期间,电机438会消耗得比预期电流更高。在这种情况下,在剂量周期期间,电池的输出压降会超过预期。动态地调节操作参数可包括例如缩短脉冲期间和/或缩短电流分布的脉冲长度。
在一些实施例中,注入器的性能特征可被调节用于次要原因。例如脉冲速率可被调节以实现期望变化(装置工作时当患者听到安心的低吟声他们可感觉更舒服)。
在一些实施例中,电压分布切断周期可具有例如在2至50msec之间的长度。在一些实施例中,至电机438的电压分布脉冲可具有例如在2至150msec之间的长度。在一些实施例中,功率分布(脉冲和切断)的占空比的范围可在50%至95%之间。在一些实施例中,脉冲密度调制电机控制可具有50msec和500msec之间范围的电机接通时间。在一些实施例中,脉冲密度调制电机控制可具有500msec和5000msec之间范围的电机关闭时间。在一些实施例中,脉冲密度调制电机控制可具有2%至20%之间的范围的占空比。
在一些实施例中,处理器443可使用来自旋转计数器452和/或电流传感器454和/或电压传感器441的输出以确定注入器的状态。在一些实施例中,旋转计数器452可具有粗分辨率。例如,计数器452的分辨率可包括完整转和/或二分之一转和/或四分之一转。例如,计数器452的分辨率可很粗糙以允许确定电机速度在采样电机输入测量的时标(例如,电流传感器454和电压传感器441的采样时标)上的变化。
用于更复杂的注入器的示例性电流对时间
图6说明了用于示例性注入器的实验电流对时间的曲线图670,其中注射速率正通过脉冲宽度调制(PWM)控制。在示例性曲线图670中,正常的接合泵送行为通过从0到45秒的时间说明。125mA的基线电流电平672由水平线说明。在45秒时,电阻被放置抵靠驱动器以模拟阻塞。在阻塞时间45秒处开始,在曲线图670中的电流值上升朝向280毫安。
曲线图670的复杂形状可能难以可靠地确定基线电流值和/或来自其的偏差。例如,在正常操作(例如,从0至45秒)期间,每一个能量脉冲在能量脉冲的开始处跳至高电流,然后下降朝向基线值。采样时间相对于脉冲计时的微小变化会使电流即使当注入器状态没有变化时也看似正在变化。这种行为可能会在增加短期脉冲切断(例如如上所述以维持控制器电压)时进一步复杂化。
集成脉冲宽度和电流变化的示例性指标
图7A、7B、7C根据本发明的示例性实施例说明了实验电流对时间数据的近视图。更具体地说,在图7A中,曲线图770说明了在分离周期(曲线图670上的12秒至17秒)期间示例性注入器的电流对时间行为。在图7B中,曲线图770'说明了在正常工作同时泵送药物期间示例性注入器的电流对时间行为。在图7C中,曲线图770”说明了带有阻塞(曲线图670上的72秒至77秒)的示例性注入器的电流对时间行为。
在图7A中,瞬态电流是强烈地可变的且取决于采样时间。峰值电流可上升到和/或高于280mA的阻塞值。
比较曲线图770和770”,可看出,伴随着导致更高电流的阻塞也产生随着时间的更长的能量脉冲。包括例如脉冲宽度和电流大小的测量可对注射器状态的变化更敏感和/或比仅将电流值用作指标更可靠。例如,在脉冲期间电流对时间的积分可用于解释控制参数(脉冲宽度)和所测的输入(电流大小)的变化。
例如,在分离(最小载荷)的条件下,脉冲宽度约为0.1秒,大部分脉冲接近于125mA的较低电压基准值。因此,对于每一个脉冲,在分离曲线图770中的曲线下面积约为13秒×毫安。例如,在正常泵送(接合)条件下(例如,如曲线图770'示出),脉冲宽度约为0.25秒,大部分脉冲约为180mA。因此,对于每一个脉冲,在正常工作曲线图770'中,曲线下面积约为45秒×毫安。例如,在阻塞行为(例如,在图770”中的经过75秒)期间,示例性脉冲宽度约为0.7秒,电流约为280 mA,给出的曲线下面积约为200秒×毫安。
对于包括短期功率切断以保持控制器电压(例如,在此如上所述)的注入器,当电流高时,可切断至电机的功率。当存在阻塞时,这会导致瞬变和/或电流的整体减少。不可靠地阻塞指示器会使电流变化。短期功率切断可使电机变慢。这会导致更高地脉冲宽度(例如,当控制器将脉冲扩展以实现相同的旋转计数时)。在这种情况下,电流对时间的积分,阻塞的指标将保持可靠(例如,因短期功率切断导致的减小的电流可通过增加的脉冲长度补偿,在阻塞期间脉冲下的积分将保持较高)。
确定注入器的状态的方法
图8是说明确定注入器的状态的方法的流程图。
在一些实施例中,注入器的性能可被评估885。可选地,评估885可包括性能参数的粗略测量。例如,旋转计数器数器可对电机的转动计数。在一些实施例中,电机能在范围可例如在0.05秒至0.7秒的功率脉冲周期期间例如转动5至50次之间。例如,转动频率的范围可在1/100msec至1/1msec之间。
在一些实施例中,输入到注入器的功率能可选地被控制882。例如,控制是通过负反馈回路。例如,当在一段时间内的排放达到所期望的目标时注入器的泵送速率可通过切断至致动器的功率来控制。例如,输入功率可在当在指定的时间段期间达到目标排放量(其可例如从电机的转数估算出来)时减小。例如,当在时间段结束之前注入器到达目标排放量时,至驱动泵的电机的功率脉冲可被切断。可替代地或另外地,负反馈回路可调节输入至控制器的电压。当输入至控制器的电压下降时,至控制器的功率脉冲可从电机转移。
在一些实施例中,注入器的状态可通过电机功率输入对电机控制参数信息进行积分来确定886。例如,所测量的电流大小(所测量的参数)可对脉冲时间(控制参数)积分。
在一些实施例中,输入到致动器的功率可被测量884。例如,至电机的输入电流可被测量。例如,可对采样频率进行测量884。例如,采样频率的范围可在1/1msec和1/100msec之间。
在一些实施例中,测量884的功率输入和/或确定的参数(例如电流对时间的积分结果)可利用统计方法例如移动平均数或数据平滑来调节888。
在一些实施例中,状态的检测灵敏度可利用890差分措施来增加。例如,由于电池状态和/或质量的可变性和/或温度和/或药物的粘度和/或组件的内电阻的可变性,绝对的测量可能并不是稳定的。然而,基线测量可被计算,变化可被解释以确定注入器的状态。一旦泵送状态已经达到且基线已经确定,电流对脉冲时间的积分的大量降低可表明驱动机构的分离。例如,一旦泵送状态已经达到且基线已经确定,则电流对脉冲时间的积分的大量增加可表明阻塞。
可预料,在从本申请成熟的专利的有效期期间,许多相关技术将被开发,先验地,此处所使用的术语的范围旨在包括所有这种新技术。
如此处所用的术语“约”是指±5%。
术语“包括”、“包括有”、“包含”、“包含有”、“具有”及其变化是指“包括但不限于”。
术语“由……组成”是指“包括并限于”。
术语“基本由……组成”是指组合物、方法或结构可仅当另外的成分、步骤和/或部件实质上不改变所要求保护的组合物、方法或结构的基本和新颖特征时包括另外的成分、步骤和/或部件。
如本文所使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数,除非上下文另有明确说明。例如,术语“化合物”或“至少一种化合物”可包括含有其混合物的多种化合物。
在整篇申请中,本发明的各种实施例可以范围的形式呈现。但是应当理解的是,范围形式的描述仅仅是为了方便和简洁,不应该被解释为对本发明的范围的硬性限制。因此,范围的描述应当被认为已经具体公开了所有可能的子范围以及在该范围内的单个数值。例如,描述诸如从1到6的范围应当被认为已经具体公开了诸如从1到3、从1到4、从1到5、从2到4、从2到6、从3到6等子范围以及在该范围内的例如1、2、3、4、5和6的单个数值。这无需考虑范围的宽度。
每当在此指出数值范围时,其是指包括在所指示的范围之内的任何引用数字(分数或整数)。短语在第一指示数字和第二指示数字“之间的范围”和“从”第一指示数字“至”第二指示数字的“范围”在此处可互换地使用且意味着包括第一指示数字和第二指示数字和在第一指示数字和第二指示数字之间的所有分数和整数。
可以理解的是,为清楚起见,在单独的实施例的上下文中描述的本发明的某些特征还可结合单个实施例提供。相反地,为简明起见,在单独的实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可单独或以任何适当的子组合或作为适于在本发明的任何其他描述的实施例提供。在各种实施例的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施例的必要特征,除非如果没有那些元件则本实施例不工作。
尽管本发明已结合其具体实施例进行描述,但是明显的是,多种替代、改变和变型对于本领域技术人员来说将是明显的。因此,意图包括落入所附权利要求的精神和较宽范围内的所有的这些替代、改变和变型。
本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请在此全部引入在本说明书中以作参考,就如同每一个单独的出版物、专利或专利申请以相同的程度具体地和单独地指出以在此引入以作参考。此外,在本申请中的任何标号的引用或标识不应被解释为可用于现有技术的这种标号对于本发明的许可。从使用小节标题的意义上说,他们不应该被解释为必要的限制。
Claims (20)
1.一种确定电池供电的药物注入装置的状态的方法,所述药物注入装置具有致动器,所述方法包括:
测量初始输入能量电平;
确定初始输入能量电平是否低于最小阈值、高于最大阈值、或表示最小阈值与最大阈值之间稳定的输入能量状态,
当所述初始输入能量电平高于最大阈值时,触发警报;
当所述初始输入能量电平低于最小阈值时,确定所述初始输入能量电平是否保持低于最小阈值预定时间段,如果是,则触发警报;
当所述初始输入能量电平被确定为处于稳定的输入能量状态时:
将稳定的输入能量状态确定为基线输入能量;并且
基于由下述确定的致动器的性能控制所述致动器:
(1)测量所述致动器的输入参数,所述输入参数为至所述致动器的电流输入的大小,
(2)通过所述电流输入的大小对与至致动器的所述电流输入对应的时间积分并且将电流输入对时间的积分与基线输入能量比较来确定所述装置的状态。
2.根据权利要求1所述的方法,其中
所述致动器的性能包括所述致动器的累积运动,
其中,所述控制包括限制至所述致动器的所述电流输入的时间。
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述累积运动包括在时间段期间所述致动器的一些转动。
4.根据权利要求3所述的方法,其中所述限制包括限制在所述时间段中输入的所述电流输入的脉冲密度。
5.根据权利要求2所述的方法,其中所述控制影响所述输入参数。
6.根据权利要求5所述的方法,其中测量所述致动器的输入参数的结果充当用于所述控制的参数的代替。
7.根据权利要求6所述的方法,其中测量的输入参数的时间依赖性充当用于所述控制的所述参数的所述代替。
8.根据权利要求1所述的方法,其中所述控制包括使用脉冲密度调制,确定所述装置的状态依赖于所述脉冲密度。
9.根据权利要求1所述的方法,其中所述控制包括使用反馈回路。
10.根据权利要求1所述的方法,其中所述控制包括使用负反馈回路。
11.根据权利要求1所述的方法,其中所述装置的状态包括选自由堵塞、分离、更换活动的机械部件、排放药剂和不排放药剂组成的组中的至少一个要素。
12.根据权利要求1所述的方法,其中所述控制包括:
计数所述致动器旋转的数量,其中旋转的数量与来自所述装置药剂的累积排放成比例;
当所述数量达到预定阈值时,切断所述电流输入。
13.根据权利要求12所述的方法,其中所述计数速率小于测量所述致动器的输入参数的采样速率的四倍。
14.根据权利要求1所述的方法,其中所述输入参数是未经调节的。
15.根据权利要求1所述的方法,其中所述控制包括暂时切断所述输入参数。
16.一种药物注入装置,其包括:
DC电源;
致动器;
性能传感器,其可操作地联接至所述致动器的输出;
控制器,其根据所述性能传感器的输出调节所述致动器的功率输入;
电流传感器,其可操作地联接至包括电流的所述功率输入;
处理器,其基于所述电流传感器的输出、依赖于所述致动器的所述功率输入的所述调节确定所述装置的状态,所述处理器被构造成使所述电流的大小对与输入至致动器的电流对应的时间积分并且将对电流对时间的积分与基线输入能量比较。
17.根据权利要求16所述的药物注入装置,其中所述致动器包括DC电机。
18.根据权利要求17所述的药物注入装置,其进一步包括:
脉冲密度电路,其中所述调节是通过脉冲密度调制。
19.根据权利要求16所述的药物注入装置,其中所述性能传感器包括旋转计数器。
20.根据权利要求16所述的药物注入装置,其中通过所述处理器的所述确定依赖于所述电流的大小与时间的乘积。
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