CN109789266B - 用于预测输液系统中电机磨损的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于医学设备(10)的旋转驱动器包括旋转电机(14)，所述旋转电机包括转子(26)。旋转运动编码器(34)被连接到所述转子。所述旋转运动编码器被配置为生成测量转子旋转距离的编码器步的数量。至少一个电子处理器(18)被编程为基于编码器步的实际计数与编码器步的预期计数的比较来确定在电机操作期间测量的所述旋转电机的滑动值和在停止电机操作之后测量的所述旋转电机的滑行值中的至少一个。
Description
技术领域
以下总体涉及放射学领域、医学输液领域、输液泵领域和相关领域。
背景技术
目前，在医院和家庭中使用的输液泵使用电机系统来加压液体以输送给患者。这些电机系统易受磨损。这些类型的泵在启动时执行驱动系统的健康检查，并允许或禁止临床医师使用泵。没有针对该决策的预测元素。
医院中一般使用的输液泵不能安全地在MRI环境中使用，因为它们给临床医师和患者带来严重的安全风险。己经专门针对MR使用开发了专用泵，但这些泵具有它们自己的风险，因为这些泵与临床医师熟悉的泵不同，并且在紧急情况下在临床医师努力执行不熟悉的动作时可能会损失紧要的秒数。
本文公开的改进解决了现有输液泵系统、方法等的前述和其他缺点。
发明内容
根据一个说明性示例，一种用于医学设备的旋转驱动器包括具有转子的旋转电机。连接到转子的旋转运动编码器被配置为生成测量转子的旋转距离的编码器步的数量。至少一个电子处理器被编程为基于编码器步的实际计数与编码器步的预期计数的比较来确定在电机操作期间测量的所述旋转电机的滑动值和在停止电机操作之后测量的所述旋转电机的滑行值中的至少一个。
根据另一个说明性示例，提供了一种在磁共振环境中使用医学设备的方法。所述方法包括：利用旋转运动编码器，生成测量旋转电机的转子的旋转距离的多个编码器步；并且利用至少一个处理器来基于编码器步的实际计数与编码器步的预期计数的比较来确定在电机操作期间测量的所述旋转电机的滑动值和在停止电机操作之后测量的所述旋转电机的滑行值中的至少一个。
根据另一个说明性示例，用于医用泵的旋转驱动器包括具有转子的非磁性旋转电机。旋转运动编码器被连接到转子。旋转运动编码器被配置为生成测量转子旋转距离的编码器步的数量。至少一个电子处理器被编程为基于编码器步的实际计数与编码器步的预期计数的计算的差异来确定在电机操作期间测量的所述旋转电机的滑动值和在停止电机操作之后测量的所述旋转电机的滑行值中的每个。
一个优点在于减少由MR环境中的医学设备生成的MR干扰。
另一个优点在于检测医学设备中的电机的过度电机磨损。
另一个优点在于使用指示电机磨损的电机特性的测量来检测过度的电机磨损。
另一个优点在于，当医学设备的电机由于过度磨损而不可靠时，防止医学设备开启。
本领域普通技术人员在阅读和理解以下详细描述的基础上将认识到本公开的其他优点。应当理解，给定实施例可以不提供这些优点，提供这些优点中的一个、两个或更多个。
附图说明
本公开可以采取各种部件和部件的布置以及各个步骤和步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，且不应被解释为限制本发明。
图1图解地图示了根据一个方面的医学设备的俯视图。
图2图解地图示了图1的医学设备的第一操作状态。
图3图解地图示了使用图1的医学设备适当地执行的医学设备阐明方法。
具体实施方式
以下涉及监测MR兼容的注射泵或采用非磁电机的其他MR兼容的设备的电机磨损。在这样的医学设备中，使用非磁性旋转电机来提供动力驱动，例如驱动推动注射器柱塞的活塞以输送流体药物，或者驱动体积输液泵的流体泵的泵膜，等等。在输液泵的情况下，对于特定类型的药物，例如导致血管收缩以升高血压的血管加压药，甚至几秒钟的药物输送的中断可能对患者的健康产生不利影响。在采用普通磁电机的注射泵中，已知监测电机的操作以检测故障。然而，这种监测不能预测电机故障，并且因此可能导致关键药物的中断。
以下公开了一种监视非磁性旋转电机的响应以评估电机磨损的系统和方法。在示例性超声电机中，施加的电正弦波在定子元件中引起振动，所述定子元件继而驱动所述转子。旋转运动编码器被使用来以编码器步为单位监测旋转。电正弦波的给定数量的周期预期引起以编码器步测量的特定旋转“距离”。然而，如果电机开始磨损，则可能发生滑动，使得针对给定数量的电周期测量的编码器步数减少。通常，预期磨损是由于提供转子耦合的摩擦材料的劣化。
本文公开的另一种有效的电机磨损量度是在驱动电正弦波停止后发生的滑行量。特别是，当摩擦材料磨损时，已发现转子在正弦波关闭后滑行一段时间。该滑行可以被测量为电正弦波关闭后发生的编码器步数——更多滑行编码器步意味着更大的电机磨损。
所公开的电机磨损传感器可以使用经验寿命测试来校准，即测量作为电机使用时间的函数的滑动和滑行。在预期的实施例中，为提供关于电机何时具有足以损害可靠性的过度磨损的及时引导，当滑动和/或滑行超过某个第一阈值时，提供警告以更换或维修电机。如果超过第二阈值，则可以防止输液泵启动直到执行维修。
现在参考图1，示出了医学设备10的俯视图的示意图。说明性医学设备10是输液泵，其包括包围流体泵14的壳体12，电源(或功率转换器，例如将110Vac转换为设备驱动功率)16，以及至少一个电子处理器18。如图1中所示，壳体12的“顶部”部分被移除，使得设置在其中的内部部件是可见的。流体泵14被配置为将来自血管内(IV)流体袋的IV流体泵送到管路中，所述管路馈送到套管或以其他方式耦合到患者静脉(用于静脉内输注)或动脉(用于动脉注射)以将药物输送到患者。在替代的注射泵实施例中，流体泵14包括装载到注射泵中的注射器和用于控制注射器的柱塞的操作的电机/活塞装置，以便以编程的流速输送IV流体流。流体泵14的电机由电源16(例如，电池)供电。至少一个处理器18被编程为控制输液泵10的操作，如下面更详细描述的。
医学设备10任选地还包括被配置为显示医学设备10的操作细节的显示器20，和/或小键盘22或其他用户输入设备，例如设置在显示器20附近。说明性键盘22包括多个键24，但是预期其他输入设备，例如旋钮、拨号盘等。
现在参考图2，并且继续参考图1，图解地图示了说明性超声电机，其可以用作输液泵10的流体泵14的电机。超声电机包括转子26和定子28。转子26通过摩擦材料30耦合到定子28。图2图解地图示了电机部件26、28、30；如本领域中已知的，存在可以通过向定子28施加正弦波或其他动力电信号来引起转子26的旋转运动的各种配置。电流源32被配置为将电正弦波输入到定子28，这使得定子驱动转子26(并且因此使电机14运转)。例如，可以通过图1的电源16为电流源32供电。
旋转运动编码器34与转子26可操作地连接。旋转运动编码器34被配置为生成测量转子26的旋转距离的多个编码器步。例如，当转子完成一次回转时，旋转运动编码器34被配置为将回转计数为一个编码器步。然而，应当理解，转子26的任何旋转距离(例如，半转、2转、10转等)都可以被认为是编码器步。旋转编码器34可以使用任何合适的MR兼容技术，例如光学编码，导电编码等。如果医学设备用于允许使用磁性或磁化材料的环境中，则可以替代地使用磁编码。
在一些实施例中，至少一个电子处理器被编程为基于编码器步的实际计数与编码器步的预期计数的比较(即，计算的差异)来确定在电机操作期间测量的旋转电机的滑动值和/或在停止电机操作之后测量的旋转电机的滑行值。例如，如果电机14开始磨损，则可能发生滑动，使得针对给定数量的电周期测量的编码器步数减少。通常，预期磨损是由于提供转子26与定子28之间的耦合的摩擦材料30的劣化，但是预期其他磨损机制，例如，组成材料的塑性变形。
在一些示例中，确定电机14的滑动值。为此，至少一个处理器18被编程为从旋转运动编码器34接收多个编码器步，并将接收到的编码器步的计数与编程到至少一个处理器中的编码器步的预期计数进行比较。当实际计数低于预期计数时，确定电机14的较大的磨损状态。应当理解，电机14的磨损状态构成摩擦材料30的磨损状态。较大的磨损状态指示摩擦材料30磨损，并且因此确定较高的滑动值。当摩擦材料30磨损太多时，例如当测量的编码器步的数量超过第一阈值时，至少一个处理器18被编程为生成或发出更换电机14的警告。该警告可以显示在显示器20上。
在其他示例中，针对电机14确定滑行值(即，在从电流源32到定子28的驱动电正弦波停止之后发生的滑行量)。为此，至少一个处理器18被编程为从旋转运动编码器34接收多个编码器步，并将接收到的编码器步的计数与编程到至少一个处理器中的编码器步的预期计数进行比较。当实际计数高于预期计数时，这意味着滑行(即，由于磨损引起的摩擦减小而引起的转子的额外旋转)，并且确定了电机14的较大的磨损状态。通常，电机14的磨损状态构成摩擦材料30的磨损状态。较大的磨损状态指示摩擦材料30磨损，并且因此确定较高的滑行值。当摩擦材料30磨损太多时，例如当在电驱动功率停止之后执行的滑行测量期间测量的编码器步的数量超过第二阈值时，至少一个处理器18被编程为防止电机14被开启(即，通过禁用电源16)。在通过监测电机操作期间的滑动来评估磨损状态的实施例中可以采用类似的磨损状态响应。
应当理解，说明性医学设备10(即，说明性输液泵10)被配置用于MR环境以避免产生MR干扰。为了防止产生MR干扰，输液泵10的部件，特别是旋转电机14，优选地由非磁性材料制成。
现在参考图3，示出了在MR环境中使用医学设备10的方法100。在步骤102，利用旋转运动编码器36生成测量旋转电机14的转子26的旋转距离的编码器步的数量。在步骤104，基于编码器步的实际计数与编码器步的预期计数的比较来确定在电机操作期间测量的旋转电机14的滑动值。在步骤106，当测量的滑动值超过第一阈值时，生成更换电机14的警告。在步骤108，基于编码器步的实际计数和编码器步的预期计数的比较来确定在停止电机操作之后测量的旋转电机的滑行值。在步骤110，当测量的滑行值超过第二阈值时，防止旋转电机14接通。应当理解的是，一个给定的实施例可以监测滑动(步骤104、106)或者滑行(步骤108、110)，或者可以执行两者监控操作(所有的步骤104、106、108、110)。
滑动(或滑行)的编码器步的预期数量可以通过对基准测试电机进行经验测试来确定，测试电机安装在测试医学设备中或者安装提供驱动功率和等效于注射器柱塞活塞、流体泵膜或由服务-电机操作的其他负载的电机负载的磨损测试夹具中。任选地，可以使用加速老化测试技术来加速测试，例如，与正常操作相比，采用升高的温度来以已知的加速引起磨损。提供补救建议或联锁的阈值(例如，建议更换电机或整个医学设备，或联锁以防止可靠性受到过度电机磨损影响的设备进行操作)也可以使用这些经验测试来设置，通过将电机运行到故障并在阈值中提供合适的缓冲。
应当理解，医学设备10的说明性数据处理或数据接口部件可以实现为存储有可由电子处理器(例如，至少一个电子处理器18)执行以执行所公开的操作的指令的非-瞬态存储介质。非瞬态存储介质可以例如包括硬盘驱动器、RAID或其他磁存储介质；固态驱动器、闪存驱动器、电子可擦除只读存储器(EEROM)或其他电子存储器；光盘或其他光学存储介质；它们的各种组合；等等。
己经参考优选实施例描述了本公开。本领域技术人员通过阅读和理解前述的详细描述，可以进行各种修改和变型。旨在将本发明解释为包括所有这样的修改和替代，只要它们落入权利要求书及其等价方案的范围之内。
Claims (11)
1.一种用于医学设备(10)的旋转驱动器，所述旋转驱动器包括：
旋转电机(14)，其包括转子(26)，所述转子通过摩擦材料(30)耦合到定子(28)；
旋转运动编码器(34)，其被连接到所述转子，所述旋转运动编码器被配置为生成测量所述转子的旋转距离的编码器步的数量；以及
至少一个电子处理器(18)，其被编程为：
基于编码器步的实际计数与编码器步的预期计数的比较来确定在电机操作期间测量的所述旋转电机的滑动值和在停止电机操作之后测量的所述旋转电机的滑行值中的至少一个，其中，对于所确定的滑动值，与所述预期计数相比更低的实际计数指示更大的磨损状态，并且，对于所确定的滑行值，与所述预期计数相比更高的实际计数指示更大的磨损状态；
基于所确定的滑动值和所确定的滑行值中的至少一个来确定所述旋转电机的磨损状态，所述旋转电机的磨损状态构成所述摩擦材料的磨损状态；并且
当所述摩擦材料磨损太多时，生成更换所述电机的警告。
2.根据权利要求1所述的旋转驱动器，其中，所述至少一个电子处理器(18)被编程为基于编码器步的实际计数与编码器步的预期计数的比较来确定在电机操作期间测量的所述旋转电机(14)的滑动值和在停止电机操作之后测量的所述旋转电机的滑行值中的每个。
3.根据权利要求1或2中的任一项所述的旋转驱动器，其中，所述至少一个电子处理器(18)被编程为基于编码器步的实际计数与编码器步的预期计数的计算的差异来确定在电机操作期间测量的所述旋转电机(14)的滑动值和在停止电机操作之后测量的所述旋转电机的滑行值中的每个。
4.根据权利要求1所述的旋转驱动器，其中，所述至少一个电子处理器(18)还被编程为：
当测量的滑动值和测量的滑行值中的至少一个超过第一阈值时，生成更换所述电机(14)的所述警告；并且
当测量的滑动值和测量的滑行值中的至少一个超过第二阈值时，防止所述旋转电机(14)接通。
5.根据权利要求1-2中的任一项所述的旋转驱动器，其中，所述旋转电机(14)是非磁性的，其中，所述非磁性旋转电机还包括：
电流源(32)，其被配置为将电正弦波输入到所述定子(28)以驱动所述转子。
6.一种包括根据权利要求1所述的旋转驱动器的医用泵，其中，所述旋转电机(14)是非磁性的。
7.一种在磁共振环境中使用医学设备(10)的方法，所述方法包括：
利用旋转运动编码器(34)，生成测量旋转电机(14)的转子(26)的旋转距离的编码器步的数量，所述转子(26)通过摩擦材料(30)耦合到定子(28)；并且
利用至少一个处理器(18)，基于编码器步的实际计数与编码器步的预期计数的比较来确定在电机操作期间测量的所述旋转电机的滑动值和在停止电机操作之后测量的所述旋转电机的滑行值中的至少一个，其中，对于所确定的滑动值，与所述预期计数相比更低的实际计数指示更大的磨损状态，并且，对于所确定的滑行值，与所述预期计数相比更高的实际计数指示更大的磨损状态；
利用所述至少一个处理器，基于所确定的滑动值和所确定的滑行值中的至少一个来确定所述旋转电机的磨损状态，所述旋转电机的磨损状态构成所述摩擦材料的磨损状态；并且
当所述摩擦材料磨损太多时，生成更换所述电机的警告。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
利用所述至少一个电子处理器(18)，基于编码器步的实际计数与编码器步的预期计数的比较来确定在电机操作期间测量的所述旋转电机(14)的滑动值和在停止电机操作之后测量的所述旋转电机的滑行值中的每个。
9.根据权利要求7和8中的任一项所述的方法，还包括：
利用所述至少一个电子处理器(18)，基于编码器步的实际计数与编码器步的预期计数的计算的差异来确定在电机操作期间测量的所述旋转电机(14)的滑动值和在停止电机操作之后测量的所述旋转电机的滑行值中的每个。
10.根据权利要求7所述的方法，还包括：利用所述至少一个电子处理器(18)：
当测量的滑动值和测量的滑行值中的至少一个超过第一阈值时，生成更换所述电机(14)的所述警告；并且
当测量的滑动值和测量的滑行值中的至少一个超过第二阈值时，防止所述旋转电机(14)接通。
11.根据权利要求7-8中的任一项所述的方法，其中，所述旋转电机(14)是非磁性的，并且所述方法还包括：
利用所述非磁性旋转电机(14)的电流源(32)，将电正弦波输入所述定子(28)以驱动所述转子。
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