CN1394145A - 用于流动药物输液泵的空气在线传感器 - Google Patents

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Abstract

一种检测导管12中流动的治疗溶液中的空气气泡的空气在线传感器10，使用的是单一类型的传感器，所述传感器包括具有容纳导管12的通道16。通道16包括导管安装部分18。信号发射元件20位于导管12的一侧，信号接收元件22位于导管12的相对一侧。第一空气阻板24位于信号发射元件20和信号接收元件22之间。

Description

用于流动药物输液泵的空气在线传感器
技术领域
本发明涉及医疗设备中使用的空气在线传感器，更具体地，涉及检测导管中流动的治疗溶液中的空气气泡的空气在线传感器。
技术背景
将药物或其它液体给药到病人的输液系统常常包括工作时能将液体以可调节的速率或剂量给药的输液设备。在先技术的输液设备包括使用超声波或光学传感器的空气检测器，用于检测在导管中流动的液体中的空气气泡。空气检测器装在导管的一部分中。
有两种类型的空气检测器是公知的。更具体地说，在图1所示的分离型空气检测器中，检测器的信号发射元件1和信号接收元件2在这样的结构中是分离的组件。信号发射元件装在泵站的静止部分3上，而信号接收元件2装在可移动部分4例如门上。当门4关闭时，在静止部分3的信号发射元件1的上表面与可移动部分4的信号接收元件2的下表面之间形成一个通道5，通道中装有导管6。因此，当可移动部分4关闭而导管6装入形成于静止部分3的信号发射元件1中的上凹槽7时，导管6在通道5中变形成扁平状，以提供与信号发射元件1和信号接收元件2接触的增大表面积。信号发射元件1和信号接收元件2分别嵌在凹槽8相对的壁中。单一型空气检测器主要用于检测相对短的空气气泡，因此容纳导管的凹槽8的长度较短，在槽与导管接触时产生小的阻力。因此，可以用手指将导管压入凹槽8中。
在上述分离型空气检测器中，在信号发射和接收元件之间难以保持一个恒定的、特定的距离以稳定检测器的性能，因为分离型传感器系统比单一型系统的误差大。当引入较大误差时，信号发射和接收元件之间的距离更加难以控制。
当导管中没有空气时激活泵的警报，产生讨厌的警报声。结果，在泵的结构中，空气传感器常常处于非激活状态。因此，泵不能检测到导管中空气的存在。并且，很多现有技术的输液设备不能检测到导管内实际存在的空气，因为超声波信号不能完全穿过导管。例如，实际上当空气在导管中时，超声波信号可以从通道底部周围通过，并使抽送机构确信液体在导管中。这种不检测或“短路”是不希望出现的。
一些单一型空气传感器在通道下在有一个凹坑用于阻挡超声波信号，从而防止超声波信号绕过正确的途径穿过导管。但是，这些凹坑能积累脏物和清洗液，使传感器不能正常工作。如果凹坑内充满液体，即使导管中存在空气，超声波信号也能穿过通道。
并且，一些单一型空气传感器系统不能保持导管与通道间的最佳接触。例如，如果使用平面封闭型元件表面将导管压入V形的通道上部，导管通过旋转或滚动位移可以从通道中移出。另外，导管可能不按比例地变平或塌陷，引起导管与通道之间接触不良。
由本发明的受让人持有的美国专利5,102,392公开了一种在输液泵中使用的空气检测器(参见图2和3)。该空气检测器使用单一型传感器，用于检测导管中的空气气泡。在导管固定部分的长度方向上，槽的上部的第一侧壁从导管的固定位置逐渐向上和向外倾斜，第二侧壁垂直于槽的底部。当导管装入槽后关闭门时，导管邻接元件将导管压向第二侧壁并压入最终位置。
提供本发明是为了解决这些和其它的问题。
发明内容
本发明提供一种检测导管中流动的治疗溶液中的空气气泡的空气在线传感器。
根据本发明的一个特征，这种传感器包括容纳导管的通道，通道具有导管安装部分。传感器还具有位于导管一侧的信号发射元件及位于导管相对一侧的信号接收元件。在信号发射元件和信号接收元件之间装有第一空气阻板。
根据本发明的另一特征，传感器包括由通道第一侧壁的上部形成的第一导入部分。第一导入部分从第一侧壁的中部向上并向外逐渐倾斜到第一侧壁的上部。
根据本发明的又一特征，传感器包括与第一导入部分相对设置的第二导入部分。第二导入部分由通道第二侧壁的上部形成，第二导入部分从第二侧壁的中部向上并向外逐渐倾斜到第二侧壁的上部。
根据本发明的又一特征，传感器包括位于信号发射和信号接收元件之间的第二空气阻板。
根据本发明的再一特征，提供了一种检测导管中流动的治疗溶液中的空气气泡的空气在线传感器。传感器包括容纳导管的通道，通道具有导管安装部分。优选地通道包括第一导入部分。导管安装器包括静止部分和运动部分，运动部分铰接在静止部分上。运动部分包括叶片，叶片具有曲率半径，用于将导管定位在导管安装部分中。优选地信号发射元件位于导管的一侧，信号接收元件位于导管的相对的一侧。
根据本发明的又一特征，公开了一种空气在线传感器系统，此空气在线传感器系统用于检测装于抽送机构中的导管中流动的治疗溶液中的空气气泡。导管从治疗溶液供应袋通过这种系统延伸到病人。这种系统包括容纳导管的通道，通道具有第一导入部分和导管安装部分。信号发射元件位于导管的一侧，信号接收元件位于导管的相对的一侧。第一空气阻板位于信号发射元件和信号接收元件之间。并且，导管安装器包括静止部分和运动部分，运动部分铰接在静止部分上。运动部分包括叶片，叶片具有曲率半径，用于将导管定位在导管安装部分中。
根据本发明的再一特征，公开了一种将导管装入医用泵的通道中的方法。优选地该通道包括第一导入部分和导管安装部分。该通道还包括位于导管一侧的信号发射元件以及位于导管相对的一侧的信号接收元件。导管安装器包括静止部分和运动部分。运动部分包括叶片，叶片具有曲率半径。导管紧邻通道设置。将叶片与导管接触放置，接着移动叶片，直到将导管定位在导管安装部分中。
结合以下附图，从下面的说明中本发明的其它特征和优点能更清楚。
附图说明
为了理解本发明，现在以实施例的方式并参照下面附图说明本发明。其中：
图1是现有技术的分离型空气在线传感器的示意性正视图；
图2是现有技术的单一型空气在线传感器的示意性正视图；
图3是图2中现有技术的空气在线传感器的剖面图，表示导管安装过程；
图4是根据本发明优选特征的导管安装器的透视图；
图5是根据本发明优选特征的空气在线传感器的示意性正视图；
图6是图5中空气在线传感器的剖面图，表示导管安装过程；
图7是图5中空气在线传感器的另一剖面图，表示导管安装过程。
具体实施例说明
本发明可以以多种不同形式的实施例出现，而在附图中表示的以及在这里所详细描述的本发明优选实施例仅用于理解本发明，本发明的说明书是对本发明原理的解释，而无意将本发明广泛的特征限制在图示的实施例中。
下面详细参看附图，图5-7表示检测治疗溶液中的空气气泡的空气在线传感器10，其中治疗溶液从抽送机构14(图14)的导管12中流过。导管12从治疗溶液的供应袋经过传感器10延伸到病人。传感器10具有用于容纳导管12的通道16和导管安装部分18。传感器10还具有位于导管12一侧的信号发射元件20和位于导管12相对一侧的信号接收元件22。并且，传感器10在信号发射元件20和信号接收元件22之间具有第一空气阻板24。
优选地，抽送机构14可以是蠕动泵、滚子泵、排除式泵、指状泵或活塞式盒泵。抽送机构14具有静止部分26和运动部分28，运动部分28铰接在静止部分26上。如图5所示，运动部分28绕其轴线沿箭头所示方向转动，以关闭和打开静止部分26。
运动部分28具有叶片32，叶片32具有曲率半径34，用于将导管12定位在抽送机构14中。叶片32将导管12压入通道16中的恰当位置。在本发明的优选特征中，通道16是U形的，并且具有基本为方形的、仅有很小半径的拐角，底部36在拐角处分别与第一和第二侧壁38和40相接。如图6所示，通道16的宽度42小于导管12的外径44。这使得导管12分别与第一和第二侧壁38和40之间有大的接触面积。
通道16具有第一导入部分46和第二导入部分48，以使导管12容易地装入抽送机构14。第一和第二导入部分46和48分别包括用于成型目的的V半径和通道斜度。通道16具有第一导入部分46，它形成通道16第一侧壁38的上部，第一导入部分46从第一侧壁38的中部50逐渐向上和向外逐渐倾斜到第一侧壁38的上部52。
在本发明的优选的特征中，通道16具有第二导入部分48，位于第一导入部分46的相对一侧。第二导入部分48形成通道16第二侧壁40的上部。与第一导入部分46相似，第二导入部分48从第二侧壁40的中部54逐渐向上和向外逐渐倾斜到第一侧壁40的上部56。
如图6和7所示，叶片32的曲率半径基本与导管12的曲率半径相同，以使导管12与通道16的第一和第二侧壁38和40的接触最大化。具有曲率半径的叶片也使导管12被压入通道16，以最大的力作用到第一和第二侧壁38和40，而不使导管12畸形。作用在导管12上的压力引起导管12的侧壁水平方向膨胀并分别压向第一和第二侧壁38和40。这样，导管12从圆形变形为椭圆形。
导管12的侧壁分别作用在第一和第二侧壁38和40上的力越大，导管12与第一和第二侧壁38和40的接触面积越大，导管12与通道16的接合越多，因而，通过导管12的超声波传输越强。较大的接合力提高了空气传感器10的性能。
信号发射元件20在电路的驱动下发射出穿过通道16、导管12和导管中流过的物质的超声波能量。信号接收元件22是接收器。当导管12中有液体时，穿过导管12的超声波信号强度最大。相反，当导管12中为空气时穿过导管12的超声波信号强度最小。电路对比检测的信号强度并判断导管12中是否存在空气或液体，是否发出空气在线警报。当空气通过导管12时，继而穿过传输通道，就阻断或降低了超声波的能量。因此，如果导管12中为液体，则电路输出5伏电压；而如果导管12中为空气，则电路输出0伏电压。
在本发明一个优选特征中，传感器10具有第二空气阻板58，位于信号发射元件20和信号接收元件22之间。第二空气阻板58位于与第一空气阻板24相对的位置，能防止超声波信号绕过导管12行进。第一空气阻板24能减弱绕过导管12的超声波强度，从而当导管12与第一和第二侧壁38和40及底部36之间接触力较大时，防止“短路”。
如图7所示，当导管12插入通道16时，信号发射元件20和信号接收元件22的中心与导管12的中心位于同一直线上并平行于通道16。当将导管12压入通道16时，通道16的尺寸使各个中心对齐并减少加工误差。中心正确的对齐能提高穿过导管12的信号强度。
通道16的宽度要结合导管12的尺寸进行选择，以优化空气传感器10的性能。优选地，通道16由工程树脂制成，例如ABS塑料，其底部宽度为约0.075英寸。优选地，导管12的外径约0.083英寸，内径约0.03英寸。U形通道在导管12分别与信号发射元件20和信号接收元件22之间的厚度是关键的，优选为0.027英寸。U形通道壁的加工也经过优化，以增大导管与塑料通道壁之间的接触。优选地，U形通道壁由连接的塑料制成，其中不含空隙、玻璃和填料。
在本发明的另一特征中，提供一种空气在线传感器10，用于检测导管12中流过的治疗溶液中的空气气泡。传感器10包括发射超声波信号穿过导管12的装置。优选地，发射装置是转换器，例如信号发射元件20。传感器10还包括检测穿过导管12发射的超声波的装置。优选地，检测装置是转换器，例如信号接收元件22。
传感器10还包括防止超声波信号绕过导管12行进的装置。优选地，防止装置使用了两个空气阻板，例如第一空气阻板24和第二空气阻板58。空气阻板24和58位于信号发射元件20和信号接收元件22之间。
传感器10还包括测量穿过导管12发射的超声波信号强度的装置。优选地，该测量装置是电路。并且，传感器10还包括将超声波信号强度与预设电压值对比的装置。优选地，该对比装置是电压比较器。
传感器10还包括输出装置，如果导管12中为液体，则输出装置输出预设最大值，而如果导管12中为空气，则输出装置输出预设最小值。优选地，如果导管12中为液体则电路输出5伏电压，而如果导管12中为空气则电路输出0伏电压。例如，电压比较器设为2.5伏。超过2.5伏的信号使比较器输出5伏电压，从而表示导管12中为液体。相反，低于2.5伏的信号使比较器输出0伏电压，从而表示导管12中为空气。如果导管12中为空气，传感器10发出空气在线警报。
本发明还公开了一种将导管12装入通道16的方法。优选地，通道16包括第一导入部分46和导管安装部分18。信号发射元件20位于导管12的一侧，而信号接收元件22位于导管12的相对另一侧。抽送机构14包括静止部分26和运动部分28。运动部分28包括具有曲率半径34的叶片32。导管12位于通道16中，叶片32与导管12相接触。当运动部分28关闭时，叶片32将导管12压入导管安装部分18。
虽然示出和描述了具体的实施例，但还存在很多不明显偏离本发明精神的修改，本发明保护的范围仅受所附权利要求限制。

Claims (45)

1.一种检测导管中流动的治疗溶液中的空气气泡的空气在线传感器，所述传感器包括：
容纳导管的通道，所述通道具有导管安装部分；
位于导管一侧的信号发射元件及位于导管的相对一侧的信号接收元件；和
位于信号发射元件和信号接收元件之间的第一空气阻板。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括第一导入部分。
3.如权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述第一导入部分包括通道第一侧壁的上部，第一导入部分从第一侧壁的中部向上并向外逐渐倾斜到第一侧壁的上部。
4.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一空气阻板防止超声波信号传播时绕过导管。
5.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括第二空气阻板。
6.如权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述第二空气阻板位于信号发射和信号接收元件之间。
7.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述第二空气阻板防止超声波信号传播时绕过导管。
8.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括与第一导入部分相对设置的第二导入部分。
9.如权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述第二导入部分包括通道第二侧壁的上部，第二导入部分从第二侧壁的中部向上并向外逐渐倾斜到第二侧壁的上部。
10.一种检测导管中流动的治疗溶液中的空气气泡的空气在线传感器，所述传感器包括：
容纳导管的通道，所述通道具有第一导入部分和导管安装部分；
位于导管一侧的信号发射元件及位于导管的相对一侧的信号接收元件；和
位于信号发射元件和信号接收元件之间的第一空气阻板。
11.如权利要求10所述的传感器，其特征在于，所述第一导入部分包括通道第一侧壁的上部，第一导入部分从第一侧壁的中部向上并向外逐渐倾斜到第一侧壁的上部。
12.如权利要求10所述的传感器，其特征在于，所述第一空气阻板防止超声波信号传播时绕过导管。
13.如权利要求10所述的传感器，其特征在于，还包括第二空气阻板。
14.如权利要求13所述的传感器，其特征在于，所述第二空气阻板位于信号发射和信号接收元件之间。
15.如权利要求14所述的传感器，其特征在于，所述第二空气阻板防止超声波信号传播时绕过导管。
16.如权利要求10所述的传感器，其特征在于，还包括与第一导入部分相对设置的第二导入部分。
17.如权利要求16所述的传感器，其特征在于，所述第二导入部分包括通道第二侧壁的上部，第二导入部分从第二侧壁的中部向上并向外逐渐倾斜到第二侧壁的上部。
18.一种检测导管中流动的治疗溶液中的空气气泡的空气在线传感器，所述传感器包括：
容纳导管的通道，所述通道具有导管安装部分；和
导管安装器包括静止部分和运动部分，运动部分铰接在静止部分上。运动部分包括叶片，叶片具有曲率半径，用于将导管定位在导管安装部分中。
19.如权利要求18所述的传感器，其特征在于，还包括位于导管一侧的信号发射元件及位于导管的相反一侧的信号接收元件。
20.如权利要求18所述的传感器，其特征在于，还包括第一导入部分。
21.如权利要求20所述的传感器，其特征在于，所述第一导入部分包括通道第一侧壁的上部，第一导入部分从第一侧壁的中部向上并向外逐渐倾斜到第一侧壁的上部。
22.如权利要求20所述的传感器，其特征在于，还包括与第一导入部分相对设置的第二导入部分。
23.如权利要求22所述的传感器，其特征在于，所述第二导入部分包括通道第二侧壁的上部，第二导入部分从第二侧壁的中部向上并向外逐渐倾斜到第二侧壁的上部。
24.一种检测导管中流动的治疗溶液中的空气气泡的空气在线传感器，所述传感器包括：
容纳导管的通道，所述通道具有第一导入部分和导管安装部分；
导管安装器，包括静止部分和运动部分，运动部分铰接在静止部分上，运动部分包括具有曲率半径的叶片，用于将导管定位在导管安装部分中。
25.如权利要求24所述的传感器，其特征在于，还包括位于导管一侧的信号发射元件及位于导管的相反一侧的信号接收元件。
26.如权利要求24所述的传感器，其特征在于，所述第一导入部分包括通道第一侧壁的上部，第一导入部分从第一侧壁的中部向上并向外逐渐倾斜到第一侧壁的上部。
27.如权利要求24所述的传感器，其特征在于，还包括与第一导入部分相对设置的第二导入部分。
28.如权利要求27所述的传感器，其特征在于，所述第二导入部分包括通道第二侧壁的上部，第二导入部分从第二侧壁的中部向上并向外逐渐倾斜到第二侧壁的上部。
29.一种装于抽送机构中的空气在线传感器系统，此空气在线传感器系统用于检测导管中流动的治疗溶液中的空气气泡，导管从治疗溶液供应袋通过系统延伸到病人，所述系统包括：
容纳导管的通道，所述通道具有第一导入部分和导管安装部分；
位于导管一侧的信号发射元件及位于导管的相对一侧的信号接收元件；
位于信号发射元件和信号接收元件之间的第一空气阻板；
导管安装器，包括静止部分和运动部分，运动部分铰接在静止部分上。运动部分包括具有曲率半径的叶片，用于将导管定位在导管安装部分中。
30.如权利要求29所述的系统，其特征在于，抽送机构从包括蠕动泵、滚子泵、排除式泵、指状泵和活塞式盒泵中所择所述抽送机构。
31.如权利要求29所述的系统，其特征在于，所述第一导入部分包括通道第一侧壁的上部，第一导入部分从第一侧壁的中部向上并向外逐渐倾斜到第一侧壁的上部。
32.如权利要求29所述的系统，其特征在于，所述第一空气阻板防止超声波信号传播时绕过导管。
33.如权利要求29所述的系统，其特征在于，还包括第二空气阻板。
34.如权利要求33所述的系统，其特征在于，所述第二空气阻板位于信号发射和信号接收元件之间。
35.如权利要求34所述的系统，其特征在于，所述第二空气阻板防止超声波信号传播时绕过导管。
36.如权利要求29所述的系统，其特征在于，还包括与第一导入部分相对设置的第二导入部分。
37.如权利要求36所述的系统，其特征在于，所述第二导入部分包括通道第二侧壁的上部，第二导入部分从第二侧壁的中部向上并向外逐渐倾斜到第二侧壁的上部。
38.一种检测导管中流动的治疗溶液中的空气气泡的空气在线传感器，所述传感器包括：
发射装置，用于发射穿过导管的超声波信号；
防止装置，用于防止超声波信号传播时绕过导管；
检测装置，用于检测穿过导管发射的超声波信号；
测量装置，用于测量穿过导管发射的超声波信号的强度；
对比装置，用于将超声波信号强度与预设电压值对比；
输出装置，用于输出预设值、液体对应的最大值以及空气对应的预设最小值；和
确定装置，用于确定是否发出空气在线警报。
39.如权利要求38所述的传感器，其特征在于，所述发射装置是转换器。
40.如权利要求38所述的传感器，其特征在于，所述防止装置包括位于信号发射元件和信号接收元件之间的两块空气阻板。
41.如权利要求38所述的传感器，其特征在于，所述检测装置是转换器。
42.如权利要求38所述的传感器，其特征在于，所述测量装置是电路。
43.如权利要求38所述的传感器，其特征在于，所述对比装置是电压比较器。
44.一种将导管装入医用泵通道的方法，包括以下步骤：
提供导管安装器，导管安装器包括静止部分和运动部分，运动部分具有叶片，叶片具有曲率半径；
将导管邻接通道放置；
将叶片与导管接触；和
移动叶片，直到将导管定位在导管安装部分中。
45.如权利要求44所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：提供一种具有通道的空气传感器，所述通道包括第一导入部分和导管安装部分，以及位于导管一侧的信号发射元件及位于导管的相对一侧的信号接收元件。
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