CN106413773B - 用于检测输液泵盒的基于吸收的光学传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有光学盒检测系统(50)的输液泵(10)，所述光学盒检测系统用于确定给药管路装置的盒(14)是否正确地装入所述泵中。可依据所述盒检测系统确定的结果允许或禁止所述泵工作。所述盒检测系统包括光发射器(52)和对应的光敏检测器(54)、以及由所述盒携带的窗口(55)，其中所述光发射器和所述光敏检测器沿着光轴对准。当所述盒正确地装入所述泵中时，来自所述发射器的光束进入所述窗口，其中所述光束的一部分被吸收，而所述光束的另一部分被透射，从而被所述检测器接收。利用信号评估电子器件评估所述检测器信号，以确定所述盒是否已被装载。所述确定可基于所述光束的预期衰减，所述预期衰减对应于所述窗口的预定光吸收性能。

Description

用于检测输液泵盒的基于吸收的光学传感器

技术领域

本发明整体涉及用于将液体食物和药物受控递送给患者的输液泵。更具体地讲，本发明涉及输液泵中用于检测盒(给药管路装置经由该盒操作性地连接到输液泵)存在与否的传感器系统。

背景技术

可编程输液泵用于实现肠饲的液体食物以及为各种目的(例如疼痛管理)的药物的受控递送。在通常的布置中，输液泵接收一次性给药装置，该一次性给药装置包括由泵可移除地接收的盒、以及连接到盒以用于提供穿过泵的流体递送路径的柔性管路。

盒本身可旨在与一种或多种特定型号的输液泵以及/或者具有预定特性的管路一起使用。就这一点而言，盒可包括按多种规范设计制造的安全特征结构，其中规范至少部分地由预期的输液泵型号和/或给药装置管路确定。盒的安全特征结构可与相匹配的泵上的对应特征结构配合，而且可依据与管路直径和柔韧性有关的尺寸公差制造。例如，盒可具有用于保护患者免受不受控的流体递送的防自由流动机构。防自由流动机构可采取外部压紧夹限流器的形式，其在盒正确地装入泵中并且泵门关闭时启动。或者，防自由流动机构可采取内部“在线限流器”的形式，其位于管路的流动通道内，其中流动通道仅在盒正确地装入泵中并且泵门关闭时才开启。

盒不仅提供自由流动保护，还可提供附加的安全特征结构。例如，盒可与泵匹配，一方面保持所期望的泵体积准确度，另一方面确保用于触发安全警报的堵塞传感器和在线空气传感器发挥正确功能。

考虑到盒在安全方面的重要性，希望提供装置来检测匹配的盒是否正确地装入泵中，以此作为允许泵工作的先决条件。

发明内容

根据本发明，将给药装置可移除地接收于其中的输液泵设置有光学检测系统，用于确定给药装置的盒是否正确地装入泵中。在本发明的一个实施例中，如果盒没有正确地装入泵中，则禁止泵工作。

光学盒检测系统包括安装在泵上的光学发射器和安装在泵上的光敏检测器，所述光学发射器被布置成发出沿着光轴定向的光束，所述光敏检测器被布置成接收沿着光轴的该光束。盒检测系统还包括由盒携带的窗口。窗口被布置成当盒正确地装入泵中时，在光学发射器和光敏检测器之间的位置处与光轴相交。窗口吸收光束的一部分，并透射光束的另一部分。光束中被透射的那部分被光敏检测器接收。光敏检测器生成表示其接收的光强度的检测器信号。

利用信号评估电子器件评估检测器信号，以确定检测器信号电平是否在预期范围之内，若在预期范围内，则表明盒存在。信号评估电子器件可与泵控制器通信，其中泵控制器被编程为除非光学盒检测系统确定有盒存在，否则禁止泵工作。

窗口可被制成对于该光束的波长带具有预定的吸光率。在本说明书的上下文中，并且如光学系统领域的技术人员所理解，“吸光率”是指吸收的辐射通量或光通量与入射的辐射通量或光通量的比率。举例说明，吸光率为60％的窗口将吸收60％的光束能量，透射剩余的40％的光束能量。如果窗口具有已知的预定吸光率，则信号评估电子器件可检查预期的衰减，这种衰减由装载盒之前到装载盒之后检测器信号电平的降低指示。

在本发明的一个实施例中，窗口包括光入射表面和平行于该光入射表面的光出射表面，窗口与盒一体地形成为一体式模制件，该一体式模制件由透明塑料或半透明塑料制成。窗口从光入射表面到光出射表面的厚度可受到控制，并且塑料中可掺杂有组分，以获得预定吸光率。

附图说明

本发明的实质和操作模式现在将结合附图在本发明的以下具体实施方式中更全面地描述，其中：

图1为根据本发明一实施例的输液泵和组装了盒检测系统的盒的透视图；

图2为图1所示盒的透视图；

图3A为示出根据本发明一实施例形成的盒检测系统的示意性剖视图，其中示出了还没有插入到泵的突起接收狭槽中的盒突起；

图3B为与图3A对应的放大视图，不同的是示出了盒突起被插入到泵狭槽中；

图4为流程图，示出了由根据本发明一实施例的盒检测系统执行的决策逻辑。

具体实施方式

图1示出输液泵10，给药装置12被可移除地接收在输液泵10中。给药装置12包括盒14，该盒在图2中单独示出。盒14可包括输入连接器16、与输入连接器16流动连通的上游循环连接器18、下游循环连接器20、以及与下游循环连接器20流动连通的输出连接器22。给药装置12还可包括流入管路24和流出管路26，所述流入管路的一端配合到输入连接器16，另一端(未示出)连接到流体源，所述流出管路的一端连接到输出连接器22，另一端(未示出)连接到患者。最后，给药装置14还可包括管路泵送段28，该管路泵送段的一端配合到上游循环连接器18，另一端配合到下游循环连接器20。

在图示实施例中，泵10为具有转子30的旋转蠕动泵，其中泵送段28卷绕在转子30上并且在转子旋转以提供蠕动泵送动作时由转子30上按角度隔开的辊接合，从而迫使液体穿过给药装置12的管路。参考图1可以理解，当转子30沿逆时针方向旋转时，液体从流入管路24穿过输入连接器16和上游循环连接器18移动到泵送段28，然后从泵送段28穿过下游循环连接器20和输出连接器22移动到流出管路26。虽然本发明在旋转蠕动泵的情形下进行描述，但本发明并不限于该类型的输液泵。本发明可用接收具有盒的给药装置的任何类型的输液泵来实施。

盒14可包括在线限流器32，该在线限流器可组装到下游循环连接器20中。在线限流器32在泵门34打开时阻止流动。泵门34下侧上的致动器36以以下方式接合泵送段28：在门34关闭时打开围绕限流器32的流动路径。

现在参考图3A和图3B。盒14包括突起38，该突起从盒中有棱纹的拇指部分40向下垂挂。在本实施例中，突起38为大致平坦的突起，其尺寸被设定用于接收在泵10中对应的狭槽42内。狭槽42可设置在泵10上介于泵送段28的上游部分和下游部分之间的某处位置，突起38可设置在拇指部分40下侧。例如，狭槽42可位于泵送段28的上游部分和下游部分之间的正中处，并且可在与转子30的旋转轴对准的方向上伸长；突起38可位于盒14具有输入连接器16和上游循环连接器18的一侧与盒14具有下游循环连接器20和输出连接器22的另一侧之间的正中处。采用这种对称布置时，盒14很容易在安装给药装置12期间相对于转子30居于泵10中央。在本发明的一个实施例中，狭槽42的宽度为2.6mm，突起38的宽度为1.7mm。

泵10包括光学盒检测系统50，该光学盒检测系统可操作以在狭槽42内存在盒突起38的情况下检测盒14是否正确地装入泵10中。盒检测系统50包括光学发射器52和光敏检测器54，所述光学发射器可安装到泵10中狭槽42的一侧，所述光敏检测器可安装到泵10中狭槽42的另一侧。在图示实施例中，检测器54沿着穿过狭槽42的光轴58与发射器52对准。检测器54生成信号(例如电流信号或电压信号)，该信号的电平对应于检测器接收的光强度。盒检测系统50还包括由盒14携带的窗口55。根据本发明，窗口55被布置在盒14上，当盒14正确地装入泵10时，该窗口在介于光学发射器52和光敏检测器54之间的某处位置与光轴58相交。在本文所示的实施例中，发射器52和光敏检测器54各自安装在泵10中与狭槽42相邻，窗口55为突起38的一部分，但也可采用其他构造和布置。

盒检测系统50还可包括连接到光敏检测器54的信号处理电子器件56，用于接收由检测器54生成的电子信号并评估所述信号。信号处理电子器件56可与泵控制器60通信，由此可依据对检测器信号的评估结果来控制泵10工作。

在图3B中可最清楚地看到，窗口55可包括垂直于光轴58的光入射表面62和也垂直于光轴58的光出射表面64。窗口55可与突起38或盒14一体地形成为整体，其中表面62和表面64形成为模制件的外表面特征结构。例如，盒14可由掺杂有组分或以其他方式获得所需吸收率(每单位长度的内吸光率)的透明或半透明光学级塑料模制而成。可用的掺杂组分包括但不限于HT 555、PE IR吸收剂00535(PE IRAbsorber 00535)和Polytechs IR 67。可结合窗口材料的吸收率来指定窗口55从入射表面62到出射表面64的厚度，以获得窗口55整体所需的吸光率值。

在盒14未装入泵10的情况下，由于没有窗口55，来自发射器52的光束直接到达检测器54，其中的光束衰减可忽略。因此，当没有装载盒14时，检测器54生成相对高的信号电平，该信号电平在本文中称为“基准信号”。当盒14正确地装入泵10中时，窗口55吸收来自发射器52的光束的一部分，并透射该光束的另一部分。应当理解，光束中被透射的那部分由光敏检测器54接收。因此，当盒14装入泵10中，检测器54生成的信号电平会相对于基准信号有所降低。

窗口55对于该光束的波长带可具有大于0％(没有吸收)且小于100％(完全吸收)的预定吸光率。通过将盒14正确地装入输液泵10中将使基准检测器信号按照预定比率降低，其中所述预定比率大于0％且小于100％。预定比率可以下述两种方式之一与窗口55的预定吸光率对应。第一，如果通过系统校正从检测器信号消除暗电流和暗噪声，使得整个检测器信号随所接收光强度的变化成比例地变化，那么降低比率将与窗口55的吸光率直接对应。例如，如果窗口55的吸光率是75％，则预期检测器信号电平相对于基准信号电平降低75％。第二，如果没有从检测器信号消除暗电流和暗噪声，使得检测器信号既具有不随所接收光强度的变化成比例地变化的固定分量，又具有随所接收光强度的变化成比例地变化的可变分量，那么引入窗口55只会降低检测器信号的可变分量。在后一种情况下，降低比率将按以下关系与窗口55的吸光率间接对应：

降低比率＝吸光率×((基准–暗)/基准)

例如，如果检测器信号在暗条件下具有20个单位的固定电平和100个单位的基准电平，并且窗口55的吸光率为75％，则装载盒将导致预期的信号电平从100个单位下降到40个单位。在该示例中，将固定的信号暗分量考虑在内，总降低比率为60％并与窗口吸光率间接对应。在这两种情况中的任一种情况下，检测器信号可预测的降低与盒14的正确装载相关。

信号处理电子器件56评估来自检测器54的信号，以确定盒14是否正确地装入泵10中。信号处理和评估可完全是模拟的，或者也可把检测器信号电平转变成数字值，再在数字比较器电路中与阈值比较。如图4所示，可依据信号处理电子器件56确定的结果允许或禁止泵10工作。

在框100中，在泵启动时执行例行程序，从而在未装载盒且发射器52为关(OFF)(所谓固定检测器信号电平的“暗”)时读取并存储检测器54的信号电平，在未装载盒且发射器52为开(ON)时读取并存储检测器54的基准信号电平。如框102所指示，检测器信号的校准可作为启动例行程序的一部分来执行，以消除固定的信号暗分量的影响。启动后，在框104中读取检测器信号电平，以确定盒是否已装载。在框106中，根据预定基准信号电平与窗口55的吸光率，可评估信号电平来确定其是否在可接受的范围之内。例如，如果基准信号为100个单位并且预期的降低比率直接对应于75％的窗口吸光率，则可接受的范围可为包括25个单位加上或减去波动公差(例如，加上或减去5个单位)的范围。在该示例中，可接受的信号电平范围将为20个单位至30个单位。如果测量的信号电平落在可接受的范围内，则表明盒已正确装载，于是流程分支到框108，其中泵控制器60允许泵工作。然而，如果信号电平在可接受的范围之外，则流程分支到框110，泵控制器60禁止泵工作。

发射器52可为发光二极管(LED)或其他光源，光敏检测器54可为光电二极管或其他能够响应入射光而生成电信号的光敏元件。发射器52和检测器54可被选择为在预定波长带内工作。例如，在窗口55被制成用于吸收红外波长带中的光时，发射器52可被选择为发出该红外波段中的光，并且检测器54的光谱响应度可大致局限于该红外波段。或者，发射器52可为窄带发射器，例如激光二极管。同样地，检测器54可在包括发射波长带的较宽波长带上具有光谱响应度。发射器52和检测器54可通过可见光谱之外的光(例如红外光或紫外光)光学耦合。尽管未示出，但发射器52和检测器54都可具有透镜、光纤或其他与此相关的光学元件，用于校准、引导光束和/或使光束聚焦。

盒14上的突起38提供的结构可用于携带窗口55以及将该窗口定位于光学盒检测系统50中。当然，可采用各式各样的突起布置和光学检测系统配置。在盒14下侧居中布置薄突起38并且在泵10中使用细狭槽42，是为了在安装盒14的过程中利用所述突起和狭槽引导该盒14并将其置于泵的中央。此外，盒检测系统50隐藏在泵内，不会引起使用者注意。发射器52和检测器54可从狭槽42表面略微凹陷，位于相应的透明屏障(未示出)后方，该透明屏障用于使灰尘和流体远离发射器和检测器。

虽然已结合示例性实施例描述了本发明，但具体实施方式并不旨在将本发明的范围限制于所述的特定形式。本发明旨在涵盖可包括在本发明的精神和范围内的所述实施例的此类替代形式、修改形式和等同形式。

Claims (9)

1.一种输液泵，包括：

光学发射器，所述光学发射器被布置成发出沿着光轴定向的光束；

光敏检测器，所述光敏检测器被布置成接收沿着所述光轴的所述光束，其中所述光敏检测器被构造成生成表示其所接收的光强度的检测器信号，

其中，当盒正确地装入所述输液泵中时，由于所述盒的窗口吸收所述光束的一部分，生成的所述检测器信号为预定比率的基准检测器信号，其中所述预定比率大于0％且小于100％；和

信号处理电子器件，所述信号处理电子器件用于评估所述检测器信号，以确定所述盒是否正确地装入所述泵中，其中

所述信号处理电子器件被编程为将所述检测器信号与所述基准检测器信号进行比较，所述基准检测器信号对应于所述盒未装入所述泵的情况，

所述信号处理电子器件被编程为，在所述检测器信号表示与所述预定比率相对应的所述基准检测器信号的降低时，确定所述盒正确地装入所述泵中。

2.根据权利要求1所述的输液泵，其中所述泵包括狭槽，所述狭槽被构造成当所述盒正确地装入所述泵中时接收突起。

3.根据权利要求2所述的输液泵，其中所述光学发射器和所述光敏检测器位于所述狭槽的相对两侧上。

4.一种将被装入输液泵中以用于将给药装置操作性地连接至所述泵的盒，所述盒包括：

输入管路连接器；

上游循环连接器，与所述输入管路连接器流动连通，以限定通过所述盒的第一流动路径；

下游循环连接器；

输出管路连接器，与所述下游循环连接器流动连通，以限定通过所述盒的第二流动路径；和

突起，位于所述第一流动路径和所述第二流动路径之间，所述突起包括窗口，其中所述窗口对于已知的光波长带具有大于0％且小于100％的预定吸光率；

其中所述窗口具有光入射表面和光出射表面，其中所述光入射表面和所述光出射表面位于所述突起的相对侧上，所述光入射表面和所述光出射表面为所述盒的外表面特征结构，和所述第一流动路径和所述第二流动路径不设置在所述光入射表面和所述光出射表面之间。

5.根据权利要求4所述的盒，其中所述光入射表面平行于所述光出射表面。

6.根据权利要求4所述的盒，其中所述窗口的预定吸收率由所述窗口的所述入射表面到所述出射表面的厚度和所述窗口的吸收率限定。

7.根据权利要求4所述的盒，其中所述盒为一体式模制件。

8.根据权利要求7所述的盒，其中所述盒由半透明塑料模制而成。

9.根据权利要求8所述的盒，其中所述半透明塑料掺杂有组分。