CN108430530B - 吸乳泵、方法和计算机程序 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从女性乳房吸取乳汁的吸乳泵(1)，其包括挤出套件(2)、连接到挤出套件(2)的容器(5)以及连接到挤出套件(2)的真空单元(6)，其中挤出套件(2)、容器(5)、真空单元(6)及其连接件的组合体积限定系统空气体积，以及真空压力传感器，用于确定系统空气体积响应于真空压力的变化的体积变化。

Description

吸乳泵、方法和计算机程序

技术领域

本发明涉及一种吸乳泵，其具有允许通过真空压力传感器在挤出过程监测从女性乳房挤出的乳汁的功能。本发明还涉及一种确定乳汁体积的方法和一种计算相应的乳汁体积的计算机程序。

背景技术

WO2010/095133A1涉及一种用于测量母乳喂养过程期间所吮吸的母乳量的设备和方法，该设备包括用于确定母乳喂养过程期间(母乳喂养之前和母乳喂养之后)乳房体积变化的机构、以及计算单元，用于由此计算在母乳喂养过程期间所吮吸的母乳的量。

US2015/0112298A1公开了一种具有微处理器的母乳喂养设备，所述微处理器具有嵌入其中的存储器，所述存储器可以预编程为具有穿插周期性停顿的多个不同的抽吸周期。这些不同的周期和暂停允许对女性母乳喂养婴儿的准确建模。此外，该系统和过程还可以产生预编程的母乳喂养泵，该母乳喂养泵创建用于初始化的预设时间和用于在一段时间内(例如超过24小时或30小时的时间段)的母乳喂养的一系列事件的预设计划，以便用户可以自动使用吸乳泵，而无需使用设备键盘上的任何按键。在至少一个实施例中，包括可以在其上编程的任何软件的设备被配置为模仿或将自身模式设置为婴儿吸吮的模式。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种改进的吸乳泵，其允许容易地监测由吸乳泵挤出的乳汁的体积，从而确保恒定的乳汁体积并避免乳汁体积的过早下降。

在本发明的第一方面，提出了一种用于从女性乳房吸取乳汁的吸乳泵，其包括挤出套件、连接到挤出套件的容器以及连接到挤出套件的真空单元，其中，挤出套件、容器、真空单元及其连接件的组合体积限定了系统空气体积，用于接收真空压力传感器的传感器信号的控制单元以及用于基于传感器信号计算相应的乳汁体积的处理器，以及真空压力传感器，被配置为响应于真空压力的变化来确定系统空气体积中的体积变化。

在本发明的另一方面中，提出了一种用于确定由吸乳泵从女性乳房挤出的乳汁量的方法，包括响应于真空压力的变化来确定系统空气体积中的体积变化的步骤。

在本发明的又一方面中，提供了一种计算机程序，其包括程序代码装置，用于当所述计算机程序在计算机上执行时使计算机执行前述方法的步骤。

使用传感器测量在挤出期间的真空压力的增加是确定从女性乳房挤出乳汁体积的非常精确的方法。使用本发明的吸乳泵的哺乳妇女不需费力自己监测乳汁体积、记住上一次过程、分析过程或者进行计算。乳汁体积的监测由吸乳泵来执行。用户被告知关于成功挤出并且可以放松的信息，从而使挤出更有效。使用控制单元允许基于完全自动的过程来有效地监测乳汁体积，而无需用户进行复杂的操作。

本发明的优选实施例在从属权利要求中限定。应该理解的是，所要求保护的方法具有与如要求保护的装置和如从属权利要求中所限定的相似和/或相同的优选实施例。

优选地，真空压力传感器被布置在系统空气体积中或者与系统空气体积空气导通地连接。通过这种布置，确保了测量的准确性。

根据本发明的优选实施例，在挤出套件和真空单元之间布置有卫生屏障，特别是具有多孔薄膜的隔膜。通过这种方式，可以在没有乳汁进入泵单元的情况下对吸乳泵进行卫生操作。因此，吸乳泵的清洁工作仅限于漏斗和卫生屏障。泵单元不与乳汁接触，并且因此不需拆卸和清洁。

空气体积的变化优选由下式限定，

其中p₁是从真空压力传感器接收的传感器信号，并且其中参数p_min、p₀和Q₀是已知的。这使得真空压力成为必须由传感器确定的唯一变量。其他任何参数是已知的。因此测量非常精确，并且仅取决于一个潜在的误差来源。

根据本发明的实施例，吸乳泵可以进一步包括真空释放阀。该释放阀有助于操作具有在挤出套件和泵单元之间的卫生屏障的吸乳泵。

在本发明的特别优选的实施例中，吸乳泵还包括流量传感器，用于测量从挤出套件到容器的乳汁流量。这种组合可以提高测量值的精度，从而提高计算出的乳汁体积的精度。

在本发明的有利的实施例中，在壳体和容器之间布置有孔。通过该孔，实现容器排空的延迟和与预期目标压力的偏差，因此使得真空单元的功率需求降低。

根据可选的优选实施例，在壳体和容器之间布置有阀，特别是单向阀，如鸭嘴阀或瓣阀。该阀允许降低真空单元的功耗的另一种可能性。

有利的是，该阀被配置为在壳体和容器之间的预定压力差下闭合。因此，真空源的功率需求降低并且还可以基于除了挤出期间中的真空压力的变化之外的不同参数来计算挤出的乳汁体积。

优选地，吸乳泵包括用户接口，该用户接口包括显示器、扬声器、振动元件、致动元件中的一个或多个。接口可以将信息传递给吸乳泵的用户，从而通过报告成功的过程来使用户平静。传递信息的各种可能性可以包括在显示器上显示参数，或者当超过期望的乳汁体积时发出振动或音频信号。致动元件可以轻松操纵吸乳泵，例如打开或关闭设备。

有利的是，真空压力传感器可以被配置为在真空单元的真空释放行程期间或在单行程方式中来确定真空单元在真空行程期间的压力变化。

附图说明

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得显而易见并得以阐明。在以下附图中

图1示出了根据本发明的吸乳泵的示意图，

图2A和图2B示出了根据本发明的吸乳泵的可选实施例和对应的真空分布的示意图，以及

图3A和图3B示出了根据本发明的吸乳泵的又一个实施例和对应的压力图的示意图。

具体实施方式

图1仅示意性地图示出了适用于本发明的吸乳泵1的实施例。哺乳妇女需要定期挤出乳汁来保持良好的乳汁供应。如果没有定期挤出乳汁，乳汁供应容易下降。为了从女性乳房挤出乳汁，通常使用电动吸乳泵1。吸乳泵1的实施例包括具有漏斗3的挤出套件2，漏斗3被设计为在其中接纳女性乳房。漏斗3联接到壳体4、以及容纳从女性乳房挤出的乳汁的容器5。

真空单元6通过管7连接到挤出套件2。真空单元6对乳房施加吸力，从而通过向乳头施加真空来从乳房吮吸乳汁。这个过程类似于哺乳期间婴儿的吸吮行为。

电动吸乳泵1可以分成两组。一组已知的吸乳泵1在真空单元6和乳房之间配备有卫生护罩，而另一组没有这种特征。后者包括可置放在壳体4中的单向阀，以避免母乳流回到漏斗3。备选地，壳体4可包含隔膜或薄膜，以在漏斗3和容器5之间建立真空或气密性的接口，来防止乳汁进入真空系统。大多数吸乳泵1在真空单元6和乳房之间配备有硅胶薄膜。由真空单元6产生的真空使薄膜向上移动，从而使乳房所在的漏斗3中的空气膨胀。这种膨胀在乳房处创造了用于从乳房挤出乳汁所需的真空。当真空被释放时，薄膜将再次移动到其静止位置。因此，真空单元6处的真空会间接引起乳房处的真空。

当从乳房挤出乳汁时，乳汁通过壳体4经由漏斗3而流到容器5。在容器5被填充的同时，由于可用体积被挤出的乳汁填充，空气需要逸出。该空气将经由容器5和漏斗3之间的泄漏特征而泄漏出容器5。

通过电动吸乳泵1挤出乳汁的一般问题是用户不得不花精力来对从乳房挤出的乳汁进行计数。本发明涉及一种确定挤出乳汁体积的新方法，而不依赖于或者不要求用户自己输入挤出的乳汁量。

目前，哺乳专家需要来自电动吸乳泵1的用户的输入来记录挤出的成功率。用户忘记监控乳汁量的风险相当高。此外，记录所需的精力也大。由于缺少正确的乳汁体积数据，用户具有乳汁供应量下降的风险，而哺乳专家无法及时纠正挤出计划。除此之外，哺乳妇女可能对她的乳汁供应十分不确定。这种不确定感可以通过吸乳泵或其外围设备向女性提供反馈来缓解。

下面将描述使用户能够摆脱记录电动吸乳泵的挤出体积的管理任务的发明构思。

为了能够记录在一个过程期间内挤出的乳汁体积，需要一个传感器，该传感器布置在吸乳泵1的空气体积中。吸乳泵1的空气体积被定义为壳体4、容器5、真空单元6和连接管7的空气体积之和。从现有技术已知的传感器可以例如是真空路径中的气流传感器或真空单元6的电动机上的电流测量传感器。本发明涉及真空路径中的压力传感器。在下面的描述中，描述了真空压力传感器，该真空压力传感器优选布置在壳体4中或真空单元6中，然而无论如何布置在真空空气体积中或空气导通地与真空空气体积连接。

计算背后的基本测量原理是以下观察：在封闭的空气体积中，当进入系统的流体排开空气时，压力会升高。当来自女性乳房的乳汁填充容器5时，系统中的空气将被压缩，从而导致更高的压力。压力的增加是进入系统的乳汁体积的一种度量。为了计算乳汁体积，真空单元6的性能应该是已知的。一般地，真空单元的流量—压力曲线通常是真空单元6的规格的一部分，并且因此是已知的，但曲线也可以在生产期间被确定。特别是后一种方法会产生非常精确的曲线，并且因此可以在以后进行非常精确的测量。

本发明可以用于具有以薄膜或隔膜形式的卫生屏障的吸乳泵以及用于在乳汁和真空单元之间没有卫生屏障的吸乳泵。但是，由于吸乳泵1内部的封闭空气体积，使用带有卫生隔膜的封闭系统将更容易处理。当真空已经建立并且系统通过将乳房气密地放置在漏斗3中而相对于环境封闭时，也可以处理开放的系统。然后可以使用由真空压力传感器测量的值来确定系统中的空气体积，其转而取决于从女性乳房挤出并且收集在容器5中的乳汁体积。

这样确定的乳汁量可以存储在连接到真空单元6的控制单元8中。为了改善挤出的有效性，可以将值传递给吸乳泵1的使用者，例如，通过用户接口10或经由到单独的设备(未示出)的连接，例如，经由到云端或到移动电话等智能设备的无线连接。看到成功的挤出过程会让用户平静下来，并通过产生关于成功的轻松的感觉和安全感，有助于使过程更加有效。用户接口10可以例如包括显示在过程期间挤出的乳汁量的显示器13，用于语音反馈的扬声器14，用于振动信号的振动单元15，例如通知特定乳汁体积已经被挤出，以及一个或多个致动元件16，如启动/停止按钮。

在根据图1的优选实施例中，示例性地描述了漏斗3和容器5之间的真空/气密接口。单向阀不是必需的。相反地，该系统将包含真空释放阀9，该真空释放阀例如可以集成在壳体4中。吸乳泵1包括作为卫生屏障的多孔薄膜来防止母乳进入真空泵。薄膜也可以被置放在如上所述的壳体中。真空压力传感器被布置在多孔薄膜和真空单元6之间。例如，真空压力传感器可以被布置在壳体4中、泵单元6中或连接管7中。

在挤出过程开始时，真空单元6在刺激阶段以较短的真空循环操作。这对于刺激乳汁流动是生理上必需的。真空压力传感器将测量真空压力的变化，真空压力在此阶段会增加。该值可以直接用于计算真空系统的空气体积或初始体积。

在刺激阶段之后，乳汁开始流动并填充容器5。由此，由于吸乳泵1中包含的闭塞空气体积减少，真空的增加的速度将升高。虽然真空的增加速度是闭塞体积的度量，但初始体积和当前体积之间的差异是挤出的乳汁量的度量。

所涉及的数学运算并不十分复杂，但需要具有数学运算能力的微控制器形式的处理器11来进行日志计算。处理器11优选布置在控制单元8中。处理器11可以与吸乳泵1中的真空压力传感器以及优选也置放在控制单元8中的存储单元12通信。

作为数学运算的起点，吸乳泵1可以被理解为清空未知体积V的泵单元6。泵单元6的参数是已知的并且被理想化为由其最大流率Q₀(单位为m³/s)和p_min(单位为Pa)限定的线性Q-H曲线。这导出可以重写为常微分方程(ODE)的以下方程：

应该注意的是，由于是流出的流量，Q(p)为负值。由此得出：

ODE可以被求解，并得出：

在ODE中，存在以下值：m＝质量，ρ＝密度，V＝体积，Q＝流率，p＝压力，t＝时间。p_min与Q₀一样，由泵单元6的特性给出。p₀表示开始时的压力并假定已知。

如果存在真空压力传感器，则现在可以测量开始在容器5中确实没有乳汁时至某个所需的真空度p₁的时间t₁。使用该测量，可以如下计算空体积V₁：

在挤出期间，随着乳汁进入容器5，空气体积将减小。现在可以测量达到相同的所需真空水平(其将更快)所需的时间t₂并计算新的体积。然而也可以直接计算体积差异dV：

用于确定乳汁体积的控制回路可以通过测量多个真空分布/周期来实现。这会提高精度，因为误差被平均。这样做的缺点是预计的真空分布将更多地偏离产生的分布(校正需要多个周期)。

除此之外，控制回路可以在一个真空循环内实施。控制回路将比较预定的真空分布与预期真空与实际真空之间测量的误差。这种控制原理的优点是用户不需了解正在进行的测量，而真空分布是预期的。

真空压力传感器与流量传感器的结合可以提高测量精度，而泵的性能变化(流量-压力曲线)和多孔薄膜上压降的变化可以从方程中消除。

其中一个误差因素是乳房/乳头。乳头会有点弹性和粘弹性，但效果相对较小。示例性初始体积可以大约是175ml，其中50ml是闭塞体积并且在空容器5中是125ml。乳头的弹性特性将导致2ml的体积误差，其可以被部分地补偿，而它是非常标准的。粘弹性特性将导致额外的2ml的体积误差，也可以估计并部分地补偿。预计乳汁体积在75ml左右。这会导致1-5％的误差。

虽然测量真空行程是优选的，但测量也可以在真空释放行程中执行。对于多行程泵单元6来说，该行程通常非常短，并且因此精度可能更低。不过，可以测量真空释放压力-时间曲线。空气体积以及因此乳汁体积信息也是传感器信号的一部分。真空的释放通常经由已知的空气限制来实现。对应于小乳汁体积的大空气体积将导致真空释放缓慢，而对应于大乳汁体积的小空气体积将导致快速真空释放。为了提高这种测量的分辨率，可以将限制暂时做得很小，从而产生更高的分辨率。

图2A、图2B、图3A和图3B示出了基于真空压力变化的测量原理的本发明的两个备选实施例。两个实施例都使用具有卫生屏障21的吸乳泵1以防止母乳进入真空系统。如前面参考图1所述，吸乳泵1各自包括漏斗3、壳体4和容器5。吸乳泵1还经由连接管7连接到真空单元6。在连接管7中存在释放阀9和压力传感器17以及流量传感器18。备选地，释放阀可以被布置在真空单元6中。

与其中容器5必须被抽空到与漏斗3中的乳房23处的腔室22相同的真空度的图1相反，根据图2A和图3A的实施例提供了允许容器5处的真空较小的解决方案，其使得真空源处的功率需求降低。

在图2A中，在容器5的入口处设置小入口孔19。小入口孔19引起容器5的真空延迟。该延迟将导致与期望的目标真空值的偏差。该偏差继而是容器5中乳汁量的度量。

图2B示出了在腔室22中的乳房23处测量的压力的相应图，其由图2B的两条曲线中的较低者表示。上面的曲线表示容器5中的压力。后者没有到达图2B中表示预期目标压力的基线。因此，每个周期的功率需求不像根据图1的吸乳泵1那样高。

在图3A中，示出了另一备选实施例，其特征在于具有鸭嘴阀20而不是图2B的小入口孔19。鸭嘴阀20被配置为在例如大约10毫巴的压力差的情况下闭合。在真空源6抽空漏斗3和容器5中的腔室22期间，测量乳汁体积。由于鸭嘴阀20也包含孔，在腔室22和容器5之间将产生压力差，这将导致鸭嘴阀20闭合。因此，在阀20闭合之后，只有乳房腔室22必须被抽空。一旦真空被释放，鸭嘴阀20就再次打开。将吸乳泵1的真空系统复原为大气压力所需的时间是容器5中的乳汁体积的度量。

图3B的真空图示出了鸭嘴阀20闭合时的压力差。产生的真空度明显低于没有闭合阀20的预期真空度。由此产生的真空单元6的功率需求减少，因此导致较少的磨损、较少的噪音和较少的功耗。备选地，也可以使用瓣阀。

作为这些优选实施例的备选，本发明还可以与不使用释放阀的单行程原理一起使用。这将需要较大的行程体积来补偿容器5中的闭塞体积。此外，吸乳泵1可以在没有如上所述的硅胶卫生屏障的情况下操作。硅胶卫生屏障将需要相当大的行程来补偿容器5为空时的大的闭塞体积。通过硅胶卫生屏障，泵单元6侧的管7中的乳汁体积和压力经由硅胶卫生屏障的刚度而与漏斗3中的压力直接相关。

虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述被认为是说明性的或者示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项目的功能。在相互不同的从属权利要求中记载了某些措施这一事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，诸如与其他硬件一起或作为其他硬件的一部分提供的光存储介质或固态介质，但也可以以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线电信系统。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (16)

1.一种用于从女性乳房吸取乳汁的吸乳泵(1)，包括：

-挤出套件(2)，

-连接到所述挤出套件(2)的容器(5)，以及

-连接到所述挤出套件(2)的真空单元(6)，

其中所述挤出套件(2)、所述容器(5)、所述真空单元(6)及其连接件的组合体积限定系统空气体积，

-真空压力传感器，以及

-控制单元(8)，用于接收所述真空压力传感器的传感器信号，并且包括处理器(11)，用于基于所述传感器信号来计算相应的乳汁体积，

其中所述处理器(11)被配置为响应于真空压力的变化来确定所述系统空气体积的体积变化。

2.根据权利要求1所述的吸乳泵(1)，其中所述真空压力传感器被布置在所述系统空气体积中、或者与所述系统空气体积空气导通地连接。

3.根据权利要求1或2所述的吸乳泵(1)，其中在所述挤出套件(2)和所述真空单元(6)之间布置卫生屏障。

4.根据权利要求3所述的吸乳泵(1)，其中所述卫生屏障包括具有多孔薄膜的隔膜。

5.根据权利要求1、2和4中任一项所述的吸乳泵(1)，其中所述系统空气体积的所述变化被限定为：

其中p1是从所述真空压力传感器接收的所述传感器信号，并且其中所述参数pmin、p0和Q0是已知的，并且Q0表示所述真空单元的最大流率，p0表示开始时所述系统空气体积的压力，pmin表示由所述真空单元实现的最小压力。

6.根据权利要求1、2和4中任一项所述的吸乳泵(1)，还包括真空释放阀(9)。

7.根据权利要求1、2和4中任一项所述的吸乳泵(1)，还包括用于测量从所述挤出套件(2)到所述容器(5)的乳汁流量的流量传感器。

8.根据权利要求1、2和4中任一项所述的吸乳泵(1)，其中在所述吸乳泵的壳体(4)和所述容器(5)之间布置孔(19)。

9.根据权利要求1、2和4中任一项所述的吸乳泵(1)，其中在所述吸乳泵的壳体(4)和所述容器(5)之间布置阀(20)。

10.根据权利要求9所述的吸乳泵(1)，其中所述阀(20)包括单向阀。

11.根据权利要求9所述的吸乳泵(1)，其中所述阀(20)包括鸭嘴阀或者瓣阀。

12.根据权利要求9所述的吸乳泵，其中所述阀(20)被配置为在所述壳体(4)和所述容器(5)之间的预定压力差下闭合。

13.根据权利要求1、2、4和10-12中任一项所述的吸乳泵(1)，还包括用户接口(10)，所述用户接口(10)包括显示器(13)、扬声器(14)、振动元件(15)、致动元件(16)中的一个或多个。

14.根据权利要求1、2、4和10-12中任一项所述的吸乳泵(1)，其中所述真空压力传感器被配置为在所述真空单元(6)的真空释放行程期间或在单行程方式中，确定所述真空单元(6)在真空行程期间的压力变化。

15.一种用于确定通过根据前述权利要求中任一项所述的吸乳泵(1)从女性乳房挤出的乳汁量的方法，包括响应于真空压力的变化来确定系统空气体积的体积变化的步骤。

16.一种计算机可读介质，包括存储在其上的计算机程序，并且所述计算机程序包括程序代码装置，用于当所述计算机程序在计算机上执行时使计算机执行根据权利要求15所述的方法的步骤。

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