CZ37490U1 - Bezkontaktní senzor a měřící systém pro indikaci přítomnosti krve a infuzních kapalin a jejich identifikaci - Google Patents
Bezkontaktní senzor a měřící systém pro indikaci přítomnosti krve a infuzních kapalin a jejich identifikaci Download PDFInfo
- Publication number
- CZ37490U1 CZ37490U1 CZ2023-41300U CZ202341300U CZ37490U1 CZ 37490 U1 CZ37490 U1 CZ 37490U1 CZ 202341300 U CZ202341300 U CZ 202341300U CZ 37490 U1 CZ37490 U1 CZ 37490U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- blood
- sensor
- electrodes
- tube
- identification
- Prior art date
Links
- 239000008280 blood Substances 0.000 title claims description 39
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 title claims description 39
- 239000003978 infusion fluid Substances 0.000 title claims description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 31
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 11
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000004087 circulation Effects 0.000 claims description 2
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 claims description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 38
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 10
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 4
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- 239000008156 Ringer's lactate solution Substances 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 2
- 239000003633 blood substitute Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 241001516739 Platonia insignis Species 0.000 description 1
- 239000002473 artificial blood Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000000560 biocompatible material Substances 0.000 description 1
- 210000000080 chela (arthropods) Anatomy 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000002477 conductometry Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000000502 dialysis Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 230000036512 infertility Effects 0.000 description 1
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- SLCVBVWXLSEKPL-UHFFFAOYSA-N neopentyl glycol Chemical compound OCC(C)(C)CO SLCVBVWXLSEKPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
- G01N27/07—Construction of measuring vessels; Electrodes therefor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M1/00—Suction or pumping devices for medical purposes; Devices for carrying-off, for treatment of, or for carrying-over, body-liquids; Drainage systems
- A61M1/36—Other treatment of blood in a by-pass of the natural circulatory system, e.g. temperature adaptation, irradiation ; Extra-corporeal blood circuits
- A61M1/3621—Extra-corporeal blood circuits
- A61M1/3669—Electrical impedance measurement of body fluids; transducers specially adapted therefor
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M1/00—Suction or pumping devices for medical purposes; Devices for carrying-off, for treatment of, or for carrying-over, body-liquids; Drainage systems
- A61M1/36—Other treatment of blood in a by-pass of the natural circulatory system, e.g. temperature adaptation, irradiation ; Extra-corporeal blood circuits
- A61M1/3621—Extra-corporeal blood circuits
- A61M1/367—Circuit parts not covered by the preceding subgroups of group A61M1/3621
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
- G01N27/08—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid which is flowing continuously
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/33—Controlling, regulating or measuring
- A61M2205/3317—Electromagnetic, inductive or dielectric measuring means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/22—Measuring resistance of fluids
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Anesthesiology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- External Artificial Organs (AREA)
Description
Bezkontaktní senzor a měřící systém pro indikaci přítomnosti krve a infuzních kapalin a jejich identifikaci
Oblast techniky
Předkládané technické řešení se obecně týká oblasti humánní a veterinární medicíny a farmacie. Konkrétně se týká zařízení, které umožňuje detekci přítomnosti kapalin a identifikaci druhu kapalin, protékajících v systémech využívaných ve zdravotnictví, jako jsou např. systémy mimotělního oběhu krve nebo dialýzy.
Dosavadní stav techniky
V oboru jsou známá zařízení pro měření průtoku kapalin, založená na elektromagnetickém, optickém nebo kolorimetrickém principu, jako např. senzory Keyence FS-N11N (Keyence, Itasca, USA), Sensirion AG SLF3S-1300F (Sensirion, Staefa, Switzerland). Tato zařízení však nedetekují přítomnost kapaliny jako takové a ani neidentifikují druh kapaliny. Dále jsou známá zařízení, která detekují přítomnost kapaliny (např. od firmy NEOL IT Solutions, Bischheim, Francie), pracující na optickém principu. Tato zařízení detekují přítomnost kapaliny, ale nedetekují druh kapaliny. Patent US 5 418 465 popsal kapacitní senzor pro měření směsných poměrů v kapalině. Mezinárodní patentová přihláška WO 2018/210402 popsala kapacitní senzor pro monitorování vlastností kapalin. Ani jeden z uvedených senzorů však není vhodný pro lékařské použití, neboť elektrody jsou v kontaktu s měřenou kapalinou.
V okruhu pro extrakorporální oběh (EC) se obvykle nepohybuje pouze krev, ale také krevní náhražka, naředěná krev, plazma nebo jiné infuzní kapaliny, např. fyziologický roztok (event. Ringerův roztok, Hartmanův roztok), výjimečně sterilní destilovaná voda či roztok glukózy, přičemž mnohé z těchto kapalin jsou opticky navzájem nerozeznatelné.
Jedním z problémů je odlišení krve od fyziologického roztoku při zahájení nebo ukončení napojení subjektu na EC. Trubice EC jsou nejdříve naplněny fyziologickým roztokem, který je po napojení subjektu postupně vytlačován krví. Při odpojování subjektu je naopak krev ze systému EC vytlačována fyziologickým roztokem. Při těchto akcích pochopitelně dochází k ředění krve fyziologickým roztokem, přičemž jen podle vzhledu/barvy roztoku v trubicích/hadicích EC (které jsou průhledné) nelze rozpoznat, zda proudí naředěná či plná krev. Pro zajištění maximálního návratu krve subjektu do jeho vlastního krevního oběhu a s tím spojená minimalizace zbytečného zředění krve je důležité mít exaktní informaci o míře naředění krve, která se pohybuje aktuálně systémem EC.
Dalším problémem je značná složitost okruhu EC, který zejména v nerutinním, experimentálním uspořádání, obsahuje řadu komponent, např. jedno nebo více čerpadel, tepelných výměníků, přípojek a odboček. Roztoky se do hadic (trubic) okruhu aplikují z infuzních lahví či vaků (často z několika současně) přes přípojky, které lze otevírat a uzavírat. Navíc se roztoky aplikují nejen před a po provozu EC (např. proplachování kvůli čištění a sterilizaci), ale i během provozu EC tak, že se přes uzavírací kohoutky mísí s krví. Tento systém není často dobře přehledný, během používání EC dochází velmi často k nepředvídaným situacím, kdy je obsluha EC zaměstnaná tak, že nemusí mít dobrý přehled o tom, jaká kapalina vlastně aktuálně hadicí proudí. Bylo by proto užitečné mít informaci o tom, zda je v okruhu EC či nějaké jeho větvi přítomna nějaká kapalina a současně o jakou kapalinu se jedná.
- 1 CZ 37490 U1
Podstata technického řešení
Výše uvedené problémy řeší bezkontaktní senzor podle předkládaného technického řešení. Tento senzor může být využit pro detekci míry naředění krve v EC systému a dále také k identifikaci infuzních kapalin užívaných v rámci EC systému. Hlavní výhodou senzoru podle předkládaného technického řešení je bezkontaktnost, takže kovové součásti senzoru nejsou v kontaktu s měřenou/detekovanou kapalinou, neboť je umístěn vně hadice, kterou protéká příslušná kapalina. Senzor je schopen identifikovat, zda systémem proudí fyziologický roztok nebo krev, popřípadě do jaké míry je krev fyziologickým roztokem naředěna. Kromě toho je senzor schopen identifikovat, jaký typ (z obvykle používaných) roztoků v EC systému proudí.
Senzor podle předloženého technického řešení je založený na principu bezkontaktního měření iontové vodivosti krve a infuzních kapalin používaných při terapeutických výkonech v intervenční medicíně. Termín krev, jak je používán v této přihlášce, zahrnuje také naředěnou krev. Termín infuzní kapalina, jak je používán v této přihlášce, zahrnuje všechny kapaliny, používané v EC systému, zejména plazmu, umělou krev (krevní náhradu), fyziologický roztok (0,9% roztok NaCl), Hartmannův roztok, Ringerův roztok, sterilní destilovanou vodu a roztoky glukózy). Základní funkční součástí senzoru je dvojice elektrod zprostředkující kapacitní vazbu s roztokem, jehož vodivost se měří. Kapacitní vazba byla použita proto, že nelze umístit kovovou elektrodu přímo do měřených roztoků jako v klasické konduktometrii (zachování sterility, ovlivnění chemických vlastností roztoků, možné interakce či nebezpečí kontaminace). Důsledkem je nezbytnost použít pro měření vodivosti vysokofrekvenční proud.
Z elektrického hlediska se senzor jeví jako sériová kombinace dvou kondenzátorů/kapacit propojených vodivým roztokem. Senzor je realizován jako sestava dvou elektrod, výhodně elektrod ve tvaru prstence/objímky, které jsou uspořádány na trubici, kterou prochází měřená kapalina, tak, že střed každé elektrody leží na podélné ose trubice a elektrody jsou v těsném kontaktu se stěnou trubice, přičemž v podélném směru (rovnoběžném s podélnou osou trubice) je mezi elektrodami mezera. Šířka mezery, tedy vzdálenost mezi přilehlými okraji elektrod je určující pro velikost měřeného sloupce kapaliny. Elektrody jsou opatřeny kontakty pro elektrické připojení do budicího a měřicího obvodu. Optimální vzdálenost mezi okraji elektrod je dána poněkud protichůdnými požadavky na maximální citlivost detektoru na změny iontové vodivosti a na ještě přijatelný útlum řetězce vstupní vazební kapacita - měřený sloupec kapaliny - výstupní vazební kapacita. Se vzrůstajícím sloupcem kapaliny vzrůstá jeho impedance a její změny v závislosti na změnách měrné vodivosti, zároveň ale klesá výstupní napětí a zhoršují se tak podmínky pro přesnost a stabilitu měření. Vzdálenost je optimalizovaná s ohledem na co nejvyšší citlivost a zároveň stabilitu měření. Optimální vzdálenost mezery mezi okraji elektrod může být v rozmezí několika milimetrů až několika desítek centimetrů, výhodně několika centimetrů. Ve výhodném provedení je vzdálenost přibližně 20 až 60 mm, výhodněji přibližně 40 mm.
Trubice je z elektricky nevodivého materiálu, výhodně z biokompatibilního materiálu. Trubice je vyrobena z plastu, výhodně z PVC certifikovaného pro lékařské použití.
Elektrody jsou vyrobeny z kovu, výhodně z hliníku nebo mědi.
Termínem prstenec zde označujeme i neúplný, částečný prstenec, obecně elektrody mohou „objímat“ jen část obvodu trubice, např. čtvrtinu, polovinu nebo tři čtvrtiny obvodu trubice, ale prstencové elektrody se jeví jako nejvhodnější.
Sestava elektrod je uzavřena do pouzdra opatřeného elektricky stínicím krytem, tvořeným vnějším obalem a přepážkou, oddělující elektrody tak, aby byl minimalizován parazitní přenos vysokofrekvenčního (vf) signálu mimo měřený roztok. Prostor mezi elektrodami a stíněním je vyplněna nevodivým izolačním materiálem (plast, vzduch apod.). Elektrody jsou opatřeny kontakty pro elektrické propojení do budicího a měřicího obvodu.
- 2 CZ 37490 U1
Výhodně je senzor realizován jako pevný modul obsahující trubici s dvěma prstencovými elektrodami a elektrickými vodiči, vše „zatavené“ v bloku plastu, který je opatřen vstupem a výstupem kapaliny (např. konektory typu LUER, určenými k propojování hadic zdravotnických prostředků) pro připojení do systému EC a elektrickými kontakty pro připojení detekční elektroniky - budicího a měřicího obvodu. Celý modul je také opatřen stínícím pouzdrem, které také zasahuje do prostoru mezi elektrodami.
V jiném provedení může být senzor v podobě děleného senzoru, který se skládá ze dvou identických částí, z nichž každá obsahuje pouze jednu prstencovou elektrodu, která se stěnou trubice a kapalinou uvnitř trubice vytváří jeden kondenzátor. Každou z částí lze po trubici posunovat. Dělený senzor byl užit k ověřování optimální vzdálenosti elektrod, ukázalo se ale, že optimální vzdálenost je velmi malá (odpvídající vzdálenosti v neděleném senzoru). V určitých aplikacích však může být výhodné použití děleného senzoru.
V alternativním provedení by mohl být senzor uspořádán v podobě „kleští“ či „svorky“, jejíž čelisti při zaklapnutí na trubici vytvoří elektrodu v kontaktu s trubicí, buďto prstencovou, nebo částečně prstencovou elektrodu.
Senzor podle předloženého technického řešení je pasivním obvodovým prvkem, který je pro měření nutno připojit k budicímu a detekčnímu obvodu, tedy doplnit generátorem vf napětí o nízké výstupní impedanci a na výstupní straně senzoru zatěžovacím odporem a vhodným detektorem vf napětí. Detektory měřícího napětí jsou dostupné z komerční produkce řady firem (např. Boonton 9240 RF Voltmeter, Boonton, Parsippany, NJ, USA), případně použít některý z dostupných detekčních integrovaných obvodů, např AD8318 firmy Analog Devices.
Pro maximální dosaženou citlivost je vhodné, aby detektor vf napětí vykazoval vstupní impedanci srovnatelnou s impedancí senzoru použitého pro daný pracovní kmitočet.
Měřící systém podle předloženého technického řešení obsahuje výše popsaný senzor a dále obsahuje zdroj budicího vysokofrekvenčního střídavého napětí, zatěžovací odpor, ke kterému je paralelně připojen detektor a měřič úrovně kapalinou procházejícího střídavého proudu a spojovací prostředky. Všechny komponenty měřicího systému kromě senzoru mohou být uspořádány v elektronickém modulu, který je umístěn v samostatném pouzdru mimo pouzdro senzoru, přičemž jsou pak pouzdra senzoru a modulu spojena spojovacími prostředky (vodičem, nebo bezdrátovými, např. IR nebo Bluetooth prostředky). Kromě toho je elektronický modul opatřen spojovacími prostředky pro komunikaci s vnějším elektronickým zařízením (např. počítačem, tabletem, telefonem či periferií připojenou na monitor vitálních funkcí). Elektronický modul může obsahovat dvě části, kdy první část obsahuje elektronický okruh zajišťující napájení měřicího systému střídavým napětím s požadovanou amplitudou a frekvencí, a druhá část obsahuje měřicí elektronický okruh, který zajišťuje měření střídavého napětí na zatěžovacím rezistoru senzoru. Další elektronické komponenty mohou sloužit k digitalizaci a indikaci výsledné hodnoty (např. napětí, poměru výstupního a vstupního napětí), a dále ke komunikaci s vnějším elektronickým zařízením.
V jednom výhodném provedení je měřený signál digitalizován prostřednictvím A/D převodníku a může být indikován či dále zpracováván jakýmkoliv vhodným počítačovým zařízením. V jiném výhodném provedení je výstupní signál ze senzoru indikován soustavou alespoň dvou světelných diod, výhodně odlišných barev, umístěných např. na pouzdru senzoru a/nebo pouzdru elektronického modulu, kdy aktivace jedné diody (např. modré či zelené) odpovídá signálu, charakteristickému pro danou „správnou“ kapalinu (tj. takovou, která má v daném uspořádání EC v dané hadici v daném okamžiku být) a aktivace druhé diody (např. oranžové nebo červené) odpovídá signálu mimo požadovanou hodnotu, tedy signálu pro jinou, v daném místě a v daném okamžiku „nesprávnou“ kapalinu. Takto uspořádaný měřicí systém jednoduše a přehledně indikuje, zda je v určité části EC systému (v určité hadici) v určitém okamžiku ta kapalina, která tam má být.
- 3 CZ 37490 U1
Vytvoření vhodných elektronických okruhů a případně vhodné softwaru k obsluze těchto okruhů, a tedy měřicího systému, který obsahuje senzor podle předloženého technického řešení, je plně v kompetenci rutinní činnosti odborníka v oblasti elektrotechnického a softwarového inženýrství a předložená přihláška se jím proto detailně nezabývá.
Předmětem předloženého technického řešení je tedy senzor pro detekci a identifikaci krve a infuzních kapalin definovaný v připojených nárocích 1 až 7 a dále měřicí systém pro detekci a identifikaci krve a infuzních kapalin definovaný v připojených nárocích 8 a 9.
Objasnění výkresů obr. 1: Schématické znázornění provedení senzoru, který obsahuje dvě prstencové elektrody, trubicový vstup a výstup pro připojení do systému EC, vodiče a kontakty pro připojení napájecí a měřicí elektroniky, stínění, přičemž vše je uloženo v pouzdru.
obr. 2: Elektrické schéma senzoru připojeného ke zdroji vysokofrekvenčního střídavého napětí a k přídavnému odporu, na kterém je měřeno výstupní napětí.
obr. 3: Zobrazuje schematické srovnání dvou variant provedení senzoru. A. Kompaktní senzor se dvěma prstencovými elektrodami, kde celá soustava je uzavřena do pouzdra s elektricky stínicím krytem. B. Dělený senzor, který se skládá ze dvou identických částí, z nichž každá obsahuje pouze jednu prstencovou elektrodu.
obr. 4 znázorňuje zapojení senzoru pro měření. Znázorněný senzor je dělený senzor z obr. 3B, zapojení neděleného senzoru z obr. 3A by bylo analogické.
Příklady uskutečnění technického řešení
Příklad 1
Princip měření a konstrukce senzoru
Z elektrického hlediska se senzor znázorněný na obr. 1 jeví jako sériová kombinace dvou kapacit propojených vodivým roztokem - viz elektrický model na obr 2.
Senzor 1 se dvěma prstencovými elektrodami 2 a 3, které se stěnou trubice 4 vytvářejí dva kondenzátory s kapacitami C1 a C2. Elektrický model na obr. 2 znázorňuje senzor 1 uspořádaný v uzavřeném obvodu, kde jsou v sérii zapojeny kapacity C1 a C2 společně se zdrojem budicího střídavého napětí Uvs (o frekvenci f) a zatěžovacím odporem Rz, ke kterému je paralelně připojen detekční obvod úrovně vf napětí Uvýstpo průchodu vf signálu měřenou kapalinou reprezentovanou odporem Rr. Z elektrického hlediska se jedná o dvojbran, přičemž jeho průchozí útlum charakterizuje druh měřené kapaliny.
- 4 CZ 37490 UI
Pro schéma na obr. 2 platí rovnice (1) :
Rz uvýst =Rz h y wC Uvst ^čy + ^Rz + č^čy + (Rz + Rt^2 (i) kde ω= 2πξ C = Ci*C2/(Ci + C2); Rr =l/2nfC
Pro použitý kmitočet a velikost konstrukční kapacity elektrod (Ci = C2 = cca 35pF) je zřejmé, že impedance sloupce nej vodivějších roztoků (např. 0,9% NaCl) je téměř 300 krát větší a lze ji tudíž v rovnici (1) zanedbat. Pro použitý kmitočet nevykazuje vodivost sloupce měřené kapaliny prakticky žádnou reaktanční složku ani měřitelnou nelineární závislost a lze ji tudíž reprezentovat čistě ohmickým odporem.
V praktické realizaci je třeba, aby celá soustava dvou elektrod 2, 3 byla uzavřena do pouzdra 8 opatřeného elektricky stínícím krytem 9, aby tak byl minimalizován parazitní přenos vf signálu mimo měřený roztok.
Kapacity Ci a C2 jsou určeny geometrií transportních trubic používaných v klinické praxi, je tudíž jediným měnitelným parametrem je délka elektrod 2 a 3.
Příklad 2
Provedení senzoru
Senzor 1 na obr. 1 obsahuje dvě prstencové elektrody 2, 3, které jsou uspořádány na střední části trubice 4 tak, že středy elektrod 2, 3 leží na podélné ose trubice 4 a elektrody 2, 3 jsou v těsném kontaktu se stěnou trubice 4. Elektrody 2, 3 jsou vyrobeny z mědi, jsou shodné a mají rozměry: délka 25 mm (délkou se míní rozměr v ose rovnoběžné s podélnou osou trubice 4), vnitřní průměr 9,4 mm, vnější průměr 11,7 mm. Trubice 4 je vyrobena z plastu (PVC certifikované pro zdravotnické užití), má vnější průměr 9,3 mm a vnitřní průměr 6,4 mm a je opatřena vstupní částí 5 a výstupní částí 6, aby senzor 1 mohl být zapojen do systému hadic/trubic v EC. Délka trubice 4 je uzpůsobena umístění dvou elektrod 2, 3 tak, že mezi sousedními kraji elektrod 2, 3 je vzdálenost 40 mm. Elektrody 2, 3 jsou elektrickými vodiči připojeny ke kontaktům 7, které jsou exponovány na vnějším povrchu válcovitého pouzdra 8, které uzavírá celý senzor a obsahuje elektricky stínící kryt 9, v podobě válce z Cu plechu tloušťky 0,1 mm, který je v tomto konkrétním provedení vzdálen 20 mm od středu trubice 4. Kontakty 7 jsou vytvořeny tak, že umožňují připojení standardizované zástrčky (např.: PSS 254/03G).
V běžném provozu se používají hadice o vnitřních průměrech obvykle: 3,2 mm (1/8 palce), 4,8 mm (3/16 palce), 6,4 mm (1/4 palce). Výše popsaný senzor lze snadno realizovat v alternativních provedeních uzpůsobených těmto hadicím nebo jakýmkoliv jiným hadicím.
Příklad 3
Ověření funkčnosti senzoru
Pro účely ověření funkčnosti senzoru byl sestaven měřicí obvod znázorněný na obr. 5, který v podstatě odpovídá elektrickému modelu na obr. 2.
- 5 CZ 37490 U1
V tomto příkladu byl použit senzor popsaný výše a vysokofrekvenční spektrální analyzátor - přístroj SIGLENT SSA 3021X (Batronix GmbH, Preetz, Německo). Tento přístroj má dvě části, z nichž jedna generuje dle nastavených parametrů proměnlivý vf signál (tracking generátor), druhá pak slouží jako citlivý a selektivní vf voltmetr. Pomocí analyzátoru lze proměřovat vysokofrekvenční charakteristiky obvodů závislých na kmitočtu a zobrazovat je graficky.
Krev, naředěná krev nebo medicinální roztoky byly vedeny hadičkou z PVC o vnitřním průměru 9,4 mm a vnějším průměru 11,7 mm a proudily rychlostí 100 - 500 ml/min.
Výstupní impedance trasovacího generátoru použitého spektrálního analyzátoru byla 50 Ω, přičemž referenční úroveň je 0 dBm (pro 50 Ω 1mW, tj. napětí 223 mV), o frekvenci 5 MHz.
Dosažené výsledky shrnuté do tabulky (vyneseny jsou relativní hodnoty dBm ve vztahu k referenční hodnotě výstupu trasovacího generátoru a procentuální hodnoty ve vztahu k hodnotě sterilní destilované vody - aqua pro inj., průměrné hodnoty z 5 opakování):
| Obsah trubice | dBm | Rel. hodnota (%) 100 %=voda |
| Krev 100 % | -68 | 80,0* |
| Krev 80 %+20 % 0,9% NaCl | -66 | 77,6 |
| Krev 60 %+40 % 0,9% NaCl | -65 | 76,4 |
| Krev 40 %+60 % 0,9% NaCl | -64 | 75,3 |
| Krev 20 %+80 % NaCl | -63 | 74,1 |
| 0,9% NaCl/Ringer/Hartmann | -62 | 72,9* |
| Aqua pro in jectione/ 10% glukóza | -85 | 100* |
| Vzduch | -92 | 108,2* |
Experimentální ověření funkce analyzátoru ukázalo, že 1. Optimum pro funkci senzoru dle předloženého technického řešení představují frekvence v okolí 5 MHz. 2. Pomocí senzoru bylo možné od sebe jednoznačně (statisticky průkazně) odlišit prázdnou trubici a trubici obsahující fyziologický roztok, čistou vodu a trubici s obsahem plné krve. 3. Při splnění přísnějších nároků na stabilitu detekčních a diskriminačních elektronických obvodů lze detekovat i míru ředění krve fyziologickým roztokem.
Claims (9)
- NÁROKY NA OCHRANU1. Bezkontaktní senzor (1) pro detekci a identifikaci krve a infuzních kapalin, vyznačující se tím, že obsahuje sestavu dvou kovových prstencových elektrod (2) a (3), které jsou uspořádány na trubici (4) pro vedení měřené kapaliny tak, že střed prstencové elektrody (2) a (3) leží na podélné ose trubice a že prstencové elektrody (2) a (3) jsou v těsném kontaktu se stěnou trubice (4), přičemž mezi přilehlými okraji elektrod (2) a (3) je vymezena mezera, trubice (4) je z elektricky nevodivého materiálu a elektrody (2) a (3) jsou opatřeny kontakty (7) pro elektrické zapojení do budicího a měřicího obvodu.
- 2. Bezkontaktní senzor (1) pro detekci a identifikaci krve a infuzních kapalin podle nároku 1, vyznačující se tím, že vzdálenost mezi přilehlými okraji elektrod (2) a (3) je 20 až 60 mm, výhodněji 40 mm.
- 3. Bezkontaktní senzor (1) pro detekci a identifikaci krve a infuzních kapalin podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že sestava elektrod (2) a (3) na trubici (4) je uzavřena do pouzdra (8) opatřeného elektricky stínícím krytem (9).
- 4. Bezkontaktní senzor (1) pro detekci a identifikaci krve a infuzních kapalin podle nároku 3, vyznačující se tím, že součástí elektricky stínicího krytu (9) je příčná přepážka pro odstínění vzájemného vlivu elektrod (2) a (3).
- 5. Bezkontaktní senzor (1) pro detekci a identifikaci krve a infuzních kapalin podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že trubice (4) je vyrobena z plastu, výhodně z PVC certifikovaného pro lékařské použití.
- 6. Bezkontaktní senzor (1) pro detekci a identifikaci krve a infuzních kapalin podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že elektrody (2) a (3) jsou vyrobeny z hliníku nebo mědi.
- 7. Bezkontaktní senzor (1) pro detekci a identifikaci krve a infuzních kapalin podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že trubice (4) je opatřena vstupní částí (5) a výstupní částí (6) uzpůsobenou pro spojení se standardizovanými konektory obvodů mimotělního oběhu nebo zdravotnických prostředků.
- 8. Měřicí systém pro bezkontaktní detekci a identifikaci krve a infuzních kapalin, vyznačující se tím, že obsahuje senzor (1) podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 7 a elektronický modul, kde elektronický modul obsahuje zdroj budicího vysokofrekvenčního střídavého napětí, zátěžový odpor a měřič vybuzeného střídavého napětí, přičemž senzor, zdroj budicího vysokofrekvenčního střídavého napětí a zátěžový odpor jsou zapojeny v sérii a měřič vybuzeného střídavého napětí je paralelně připojen k zátěžovému odporu.
- 9. Měřicí systém pro bezkontaktní detekci a identifikaci krve a infuzních kapalin podle nároku 8, vyznačující se tím, že senzor (1) a elektronický modul jsou uspořádány jako samostatné jednotky v samostatných pouzdrech a jsou elektricky propojeny.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/CZ2021/050040 WO2022207020A1 (en) | 2021-04-01 | 2021-04-01 | Non-contact sensor and measuring system for indicating presence of blood and infusion fluids and their identification |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ37490U1 true CZ37490U1 (cs) | 2023-11-20 |
Family
ID=75919164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2023-41300U CZ37490U1 (cs) | 2021-04-01 | 2021-04-01 | Bezkontaktní senzor a měřící systém pro indikaci přítomnosti krve a infuzních kapalin a jejich identifikaci |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ37490U1 (cs) |
| WO (1) | WO2022207020A1 (cs) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE502004004304D1 (de) * | 2003-05-02 | 2007-08-23 | Lmb Lab Med Blutbank Technolog | Verfahren und vorrichtung zur schnellen bestimmung einer bakteriellen belastung in blut und blutprodukten |
| US8525533B2 (en) * | 2010-09-16 | 2013-09-03 | Fresenius Medical Care Holdings, Inc. | Conductivity detector for fluids |
| CN105353223B (zh) * | 2015-12-02 | 2018-04-27 | 浙江大学 | 一种使用电容耦合式非接触电导测量装置的测量方法 |
-
2021
- 2021-04-01 WO PCT/CZ2021/050040 patent/WO2022207020A1/en active Application Filing
- 2021-04-01 CZ CZ2023-41300U patent/CZ37490U1/cs active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022207020A1 (en) | 2022-10-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104841030B (zh) | 用于检测血管内接入装置的断开的装置和方法 | |
| US9308332B2 (en) | Device for detecting moisture, for use with an arrangement for monitoring an access to a patient | |
| CN108348675A (zh) | 用于医疗器械的漏液检测装置 | |
| US10675402B2 (en) | Method for reliable intermodule connection in an infusion system | |
| CN107220492A (zh) | 带有通信功能的为病人输液的系统和方法 | |
| US8700133B2 (en) | Apparatus and method for monitoring catheter insertion | |
| US20070004996A1 (en) | Needle disengagement sensing mechanism | |
| US20070293817A1 (en) | Portable IV infusion mornitoring system | |
| US20100100026A1 (en) | Wetness sensor utilizing passive resonant circuits | |
| US20150268656A1 (en) | Drug Dispensing Device | |
| US20070220956A1 (en) | Apparatus and methods for leak detection in bioprocessing bags | |
| ES2899219T3 (es) | Sistema para determinar la movilidad de burbujas de aire dentro de un conducto de un dispositivo médico | |
| US4751476A (en) | Detector device and method for distinguishing between fluids having different dielectric properties | |
| WO1989001311A1 (en) | Tubular pressure transducer | |
| CN104812295B (zh) | 用于检测套管位移的设备 | |
| US20210093757A1 (en) | Sensing cannula systems | |
| KR20010052738A (ko) | 밀봉 포장물의 검사방법 | |
| Polaschegg | Venous needle dislodgement: the pitfalls of venous pressure measurement and possible alternatives, a review | |
| JP2015198742A (ja) | 検知装置、検知システム、検知方法およびプログラム | |
| US20220001105A1 (en) | Detachable sensor devices | |
| CZ37490U1 (cs) | Bezkontaktní senzor a měřící systém pro indikaci přítomnosti krve a infuzních kapalin a jejich identifikaci | |
| KR20010103031A (ko) | 밀봉포장물의 검사방법 | |
| US10799123B2 (en) | On-site device for detecting presence of a liquid | |
| US8104328B2 (en) | Apparatus and methods for leak detection in bioprocessing bags | |
| CN107715233A (zh) | 一种光电双传感一次性输液针头及其监控系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20231120 |