CN1262314C - 静脉输液器液流体积计算方法 - Google Patents

Abstract

一种用于对重力静脉输液器(12)中所输液滴进行体积测量的设备和方法。首选为红外线的辐射(26)从输液器滴斗(14)的外部射入，由位于滴斗另一外侧的接收器(32)进行检测和量化。没有液滴经过射线路径时通过滴斗的辐射作为背景辐射水平。当液滴经过滴斗时，通过滴斗到达接收器的辐射出现损失。借助于查询表可将该相对损失转换为体积。

Description

静脉输液器液流体积计算方法

技术领域

本发明涉及输到病人血液中的液流，特别涉及用于对任意标准重力静脉输液器中的流体进行体积测量的系统和方法。

将流体通过静脉输到病人的血液中是一种常用的医疗手段。通过静脉输入的典型流体包括葡萄糖及盐溶液、药物和血液。静脉输液(IV)系统一般包括储液器、滴斗、输液管和静脉输液针。储液器又叫静脉输液袋，用于盛放一些将被输注的流体。液瓶和滴斗通过输液管连接。进而，滴斗通过输液管与中空的静脉输液针连接，静脉输液针插入病人的血管。液瓶中的流体通过静脉输液针滴入病人的血液中，液滴的速度由滴斗控制。

过去，可采用两种主要的方法来控制静脉输液的速度。第一种方法是采用传统的滴斗，通过手工控制滴斗来调节通过滴斗的液滴速度，直到液滴以预定速度滴落。该方法的优点是简单，只需要重力来保持通过滴斗的液流。

然而，手工控制滴斗的方法不是在所有的场合都能达到满意的效果，这是因为由这种滴斗控制的液流速度总是不精确地高于或低于所要求的液流速度。这种不精确是由这样的事实造成的，即通过滴斗的各个液滴的大小随着输液器的不同而改变，而且还会受到液流通过滴斗的速度、流体压力和振动对滴斗的影响等因素的影响。此外，除非滴斗经过精心设计具有严格的公差，否则液滴体积会随着滴斗的不同而变化，并会随着滴斗类型的不同而会有更明显的变化。这就意味着，适合于采用第一个滴斗的预选液流速度的液滴速度不一定适合于第二个滴斗。此外，由于结合传统夹钳使用的管材的冷塑变形，传统的手工控制滴斗的方法在开始时会以期望的液滴速度工作，但随着时间的推移液滴速度会发生变化。

为了提供更高的输液速度精度，容积式输液泵(positivedisplacement infusion pump)已经得到了广泛的应用。这种泵的优点是能够精确控制输液速度，在很大程度上与所输流体的压力和粘性无关。然而，这种输液泵有其自身的缺陷。由于其通常在高达60psi的压力下工作，所以总是存在过压输液的危险。此外，输液泵的价格相对较高，重量较大且使用不便。在很大程度上，输液泵的重量与停电情况下为其供电所需的后备电池的大小有关。由于泵需要经常性地运转电机，所以输液泵的后备电池需要很高的容量。

首先获得所输流体的精确的体积测量是进行控制的最基本的部分。

属于Slavik等人的美国专利No.4,525,163讲述了一种液流控制设备，该设备包括用于测量液滴大小的传感器。在一定数量的经过光学检测的液滴落入滴管之后，通过计算平均值得出液滴的大小。这不是一种体积测量，其另外一个缺点是所输的流体必须要经过该设备，这是一种侵入式设备。

属于Steuer等人的美国专利No.4,504,263描述了一种侵入式监测仪，其中液流经过该检测仪。该侵入式设备的缺点是在每次使用之后都需要进行消毒，由于额外需要进行消毒的多台设备，所以会加重医院的职责并带来相应的麻烦。在Steuer的上述设备中，通过红外传感器来测量各个液滴。Steuer的发明中的侵入式设备的另一个缺点是，他假设液滴为球状，而液滴并不总是球状的。

还有描述用于对液滴进行计数的非侵入式设备的现有技术，例如在属于Molko的美国专利No.6,083,206中讲述了一种设备，该设备能够通过检测穿过滴斗的红外线以高精度来对液滴进行计数，但没有考虑每个液滴的体积测量，并且必须专门指定液滴的大小。

对于每小时只能接受低于两毫升静脉滴注流体的婴幼儿来说，体积的精度是至关重要的。

由于输液泵和重力静脉输液器具有上述缺点，所以非常需要提供一种能够避免上述缺陷的简易的重力静脉输液器。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于计算通过带有滴斗的静脉输液器输送的体积的方法，该滴斗被构造为使流体基本上沿着滴斗的轴线流动。该方法包括以下步骤：使辐射从滴斗的外部沿着垂直于滴斗轴线的路径穿过滴斗，到达位于滴斗外部相对位置的传感器，检测并量化穿过滴斗的背景辐射值，检测并量化穿过滴落通过滴斗的液滴的辐射值，以获得表示由于液滴穿过辐射路径而导致的辐射损失的数据；和使用查询表得出液滴的体积测量，而查询表是通过收集经验数据而形成的。

根据本发明的下述优选实施例中的其他特征，辐射被配置为以脉冲模式工作。

根据所述优选实施例中的其他特征，辐射被配置为以连续模式工作。

根据本发明的下述优选实施例中的其他特征，辐射为光辐射。

根据所述优选实施例中更进一步的特征，辐射为红外辐射。

根据所述优选实施例中的其他特征，计算出的体积用于控制重力输液器中的液流。

根据所述优选实施例中的另外其他特征，借助于查询表将辐射的相对损失转换为体积。通过收集经过各种输液器的液滴的经验数据，确定在液滴穿过辐射期间辐射的相对损失，然后称出液滴的重量，并确定各个液滴的与其比重成正比的体积，从而创建查询表。这种方法和设备适合于用在任何静脉输液器中，而且是非侵入性的。

通过提供测量液滴体积的设备和方法，本发明成功地克服了目前所知结构的缺点，该设备和方法可被用于确定重力输液器中所输流体的体积。

附图说明

在此参考附图以示例的方式对本发明进行说明。现将详细参考附图，需要强调的是，所示的细节仅仅是示例，只用于说明性地讨论本发明的优选实施例，相信所提供的细节是对本发明的原理和概念方面的最有用和最容易理解的描述。关于这一点，不试图比基本理解本发明所必须的详细程度更详细地显示本发明的结构性细节，说明书和附图一起使本领域中的技术人员更清楚如何在实践中以多种形式实现本发明。

在附图中：

图1是用于对重力输液器中所输流体进行体积测量的设备；

图2是穿过滴斗之前与之后以及液滴通过滴斗之前及通过期间的辐射脉冲的图解；和

图3是计算液滴体积的方法的流程图。

具体实施方式

本发明是关于用于测量液滴的体积的设备和方法，该设备和方法可被用于确定重力输液器中所输流体的体积。

具体来说，本发明可被用于确定重力输液器中所输的每个液滴的体积，便于获得所输总体积的最精确信息，该总体积可用于对液流的控制。

参考附图和所附描述，可更好地理解根据本发明的用于测量液滴体积的设备和方法的原理和操作。

在详细解释本发明的至少一个实施例之前，必须理解的是，本发明的应用不限于以下说明中所描述的或附图中所示的结构和部件布置的详情。本发明还能实施为其它的实施例或者以各种形式实现或执行。此外，还应理解的是在此所用的措词和术语只用于描述，不应该认为是限制。

现参考附图，图1显示的是装置10，该设备用于对包括滴斗的重力输液器12中所输流体进行体积测量。为了更好地理解本发明所包含的部件及这些部件如何组合形成重力输液器，图中的一些部件没有按照比例显示。重力输液器12一般包括液瓶16、滴斗14、输液管18和静脉输液针20。

装置10包括壳体22，其构造为在滴斗14的柱面24周围以可拆卸的方式布置。壳体22装在滴斗14之外并固定在包括连接滴斗14的输液管在内的一些位置中任何一个位置上或另选地固定到滴斗14的顶部或者固定到支撑输液器12的支架上。壳体22包括发射源26。发射源26被构造为在基本上垂直于柱面24的轴线30的路径上发射穿过滴斗14的辐射28。用于检测辐射量的光学接收器32布置在紧挨着柱面24上与发射源26基本上相对的部位。

从发射源26发出的辐射首选为红外线。也可使用作为替代的或其它类型的辐射。发射源26包括能够产生红外线的红外发光二极管阵列。根据本发明，红外线的发射模式为连续模式或另选地为脉冲模式。

考虑到背景辐射水平和节能等方面，脉冲模式的优点之一是可增强控制。首选的脉冲速度是每秒几千脉冲的速度，首选为每秒大约100,000个脉冲。在防止干扰背景辐射测量方面，脉冲模式是有用的，例如当像太阳光这样的外部光源照射滴斗时。

发射源26中的脉冲发生器周期性地激活发光二极管，产生一系列激活和非激活状态。

图2显示了在辐射路径上没有液滴(图2a)和辐射路径上有液滴40(图2b)两种情况下，辐射穿过滴斗14之后光学接收器32检测并量化的辐射脉冲之间的差别。

图2a显示了数字化表示的辐射脉冲40。采用模数转换器将辐射脉冲转换为数字编码、可测量的电压或其它一些可测量的对模拟信号的电反应。测量当辐射路径上没有液滴时经过滴斗14的脉冲40，光学接收器32测量到的通过滴斗14的脉冲之间在高度上没有明显的变化。当然，进入滴斗14的辐射和由位于滴斗14另一侧上的光学接收器32检测到的辐射之间会有不同。这就是背景或基准辐射水平。在每个液滴通过滴斗14之前和之后装置10最好对自身进行校准，将内部或外部环境的任何变数均考虑在内。例如在滴斗14外侧形成的雾滴或溅到滴斗14内侧表面上的小液滴就是需要考虑的变数。当装置10适用于任意重力静脉输液器12时，不同的滴斗之间存在固有的差别，例如滴斗壁的厚度或构造。处理器34根据在滴斗14的另一侧检测到的辐射来控制红外线发光二极管的激活，针对每个输液器调节辐射，并在每个液滴之间对自身连续进行多次校准。

图2b显示了液滴42经过滴斗14以及所导致的穿过滴斗14的辐射中的损失。显示了传感器32检测的辐射的波谷44，其中波谷44中的最小信号46对应于经过滴斗14的每个液滴42的最厚部分的直径。图2b显示了首选具有每秒上万个脉冲的意义，它意味着会有几百个脉冲穿过经过滴斗14的液滴42。装置10在液滴的体积测量方面的精度随着穿过液滴的脉冲数量的增加而提高。每个脉冲表示一段液滴，因此穿过液滴的脉冲越多，得出的作为液滴体积的最终结果就越精确。装置10计算液滴的体积，不考虑液滴的形状或静脉输液器的类型。液滴可能被拉长，也可能是相对较宽和较平的液滴。有许多因素会影响到液滴的形状，包括压力、进入滴斗的入口宽度、流体的粘性和进入滴斗的入口是否十分圆滑。

处理器34用于计算经过滴斗14的每个液滴42的体积，该体积是在液滴42通过期间由接收器32检测的辐射量相对于辐射的背景或基准水平的相对损失的函数。

为了能够计算每个液滴的体积，首先要通过收集经验数据来形成一个查询表，通过在多个输液器上使用装置10来得到经验数据，每个输液器有其自身的液滴类型。每个液滴在辐射穿过时具有其自己的波谷。然后在分析天平上对每个液滴进行称重，得出精确的重量。考虑到每种类型流体的比重，可很容易地计算出每个液滴的体积。以水为例，1千克水的体积为1升。不同比重的流体具有与水稍有不同的相应体积。多次重复这一步骤，比较理想的是重复上千次，这样就可以将重量、从而将体积与波谷或与波谷相关的整数值关联起来。

以连续模式发射的红外线比以脉冲模式发射的红外线更加精确，这是因为脉冲之间会产生信息丢失，通过使壳体22不透射来自外部的光线，使其更像一个黑箱，可以克服太阳光或其它光线干扰红外线的缺点。一个明显的缺点是对为连续的辐射流供电要求很高。在许多情况下装置10的首选电源为蓄电池，使得可以较容易地从一个病人移到另一个病人，但连续模式的辐射源会很快地将电池耗尽。另选地，在本发明的另一个实施例中，装置10由交流电供电，较为理想的是，在连续模式为首选模式的情况下，应该配备电池作为备用电源。对于位置永久固定的装置10或当需要更高的精度时，这将特别有利。

现参考图3，图3是方法60的流程图，方法60用于计算通过带有滴斗的静脉输液器输送的体积，而滴斗被构造为使流体基本上沿着滴斗的轴线流动。方法60包括使辐射从滴斗的外部沿着垂直于滴斗轴线的路径穿过滴斗到达位于滴斗外部相对位置上的传感器的步骤62，和检测并量化穿过滴斗的背景辐射值的步骤64。如果背景辐射值过低或过高，步骤65，那么就调节穿过滴斗14的辐射量使其增加或降低，并重复步骤62。重复这一阶段，直到达到预定的辐射水平。这将取决于多种因素，比如输液器的类型和滴斗上结霜。只有达到预定的辐射水平，才有可能计算液滴的体积。下一步骤68是液滴经过滴斗。步骤70是首选为红外线形式的辐射穿过滴落经过滴斗的液滴。步骤72为传感器检测并量化辐射，以获得表示由于液滴穿过辐射路径而导致的辐射损失的数据。然后计算液滴的体积，该体积是液滴穿过期间检测到的辐射相对于背景辐射值的相对损失的函数。算出的液滴体积用于控制所输的流体，实现更精确的控制。

尽管在此结合具体的实施例对本发明进行了描述，但很显然，对于本领域中的技术人员来说，可以进行许多替代、更改和变化。因此，本发明旨在涵盖所有这样落入所附权利要求的宗旨和广泛范围之内的替代、更改和变化。

Claims (7)

1.一种用于计算通过带有滴斗的静脉输液器输送的体积的方法，所述滴斗被构造为使流体基本上沿着滴斗的轴线流动，该方法包括以下步骤：

(a)使辐射从滴斗的外部沿着垂直于滴斗轴线的路径穿过滴斗，到达位于滴斗外部的相对位置上的传感器；

(b)检测并量化穿过滴斗的背景辐射值；

(c)检测并量化穿过滴落通过滴斗的液滴的辐射值，以获得表示由于所述液滴穿过所述辐射路径而导致的辐射损失的数据；和

(d)使用查询表得出所述液滴的体积测量值，所述查询表是通过收集经验数据形成的。

2.根据权利要求1的方法，其中所述辐射被配置为以脉冲模式工作。

3.根据权利要求1的方法，其中所述辐射被配置为以连续模式工作。

4.根据权利要求1的方法，其中所述辐射为光辐射。

5.根据权利要求1的方法，其中所述辐射为红外辐射。

6.根据权利要求1的方法，还包括利用计算出的液滴体积来控制重力输液器中所输液流的步骤。

7.根据权利要求1的方法，其中通过称出穿过所述辐射路径的多个液滴的重量，并确定每个液滴的与其比重成正比的体积来收集所述经验数据。

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