JP2011525244A - 気体体積インライン・センシング方法および装置 - Google Patents
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Abstract
流体ライン内の流体を監視する方法および装置が開示される。この装置は第1のコンデンサおよび第1のコンデンサと通信するプロセッサを含んでいる。第1のコンデンサは第1のコンデンサにおける流体ラインの静電容量を感知するように構成される。プロセッサは第1のコンデンサにおける感知された静電容量を基準静電容量と比較して、第1のコンデンサにおける流体ライン内の流体の組成を決定するように構成される。いくつかの実施例では、この装置は第2のコンデンサも含んでいる。第2のコンデンサは第2のコンデンサにおける流体ラインの静電容量を感知するように構成される。プロセッサは第2のコンデンサにおける感知された静電容量を基準静電容量と比較して、第2のコンデンサにおける流体ライン内の流体の組成を決定するように構成される。
Description
(分野)
本開示は、一般的に、流体に直接接触することなくライン内の流体を監視することに関するものであり、より詳細には、空気その他の気体の存在を含めて、流体特性の変化の非侵襲的監視に関するものである。
本開示は、一般的に、流体に直接接触することなくライン内の流体を監視することに関するものであり、より詳細には、空気その他の気体の存在を含めて、流体特性の変化の非侵襲的監視に関するものである。
(背景)
多数の医療応用および産業応用において、プロセスの一貫性を保証するあるいは安全性を保証するために、流体の連続的なインライン監視がしばしば必要となる。たとえば、ライン内の流体の圧力はプロセスにとって重大なものとなることがある。さらに、流体内の空気その他の気体の存在または流体内の汚染物質の存在を監視することが必要なこともある。
多数の医療応用および産業応用において、プロセスの一貫性を保証するあるいは安全性を保証するために、流体の連続的なインライン監視がしばしば必要となる。たとえば、ライン内の流体の圧力はプロセスにとって重大なものとなることがある。さらに、流体内の空気その他の気体の存在または流体内の汚染物質の存在を監視することが必要なこともある。
医療分野では、患者の血流中への気体の不慮の注入を防止するために気体インライン検出システムが使用される。小さな気泡は患者に対して副作用を及ぼすことはないが、大きな気泡は空気塞栓症の原因となって痛みや死をもたらすことがある。気体のインライン検出方法は、典型的に、被監視流体ライン中に超音波または光を透過させることを伴う。流体および気体中の音や光の異なる透過特性を利用して流体ライン内の液体内に気泡が存在するしるしを形成することができる。このようなセンサからの信号の単純で認識可能な摂動を利用して警報の誘因および/または注入停止を行うことができる。このようなシステムでは、流体および関連する導管は伝達されるエネルギに対して実質的に透明でなければならない。
1つの典型的な実施例では、メガヘルツ(MHz)領域の超音波エネルギがテスト中の導管の一方側で結合され、反対側に受信機が置かれる。導管内に気泡が存在すれば、エネルギは伝達側から受信側へ減衰される。導管内に流体が存在すれば、受信機により受信されるエネルギは大幅に増加する。したがって、このエネルギあるいは信号強度は導管内に気体が存在するかどうかを決定する指標として使用することができる。さらに、流量がわかっていれば、気泡サイズを決定することができ、気泡が予め設定された限界を超えていることを示す閾値を設定して、警報を誘因することができる。
しかしながら、非常に頻繁に気泡は流体と同じ速度では移動しないことがあり、そのため気泡は実際よりも大きいものと解釈されて、虚報または不快な警報を発生する。これは導管の側面にくっつく「テイラー」型泡または「シャンペン」泡により生じることがあり、警報を生じるのに十分な減衰を生じる。さらに、超音波または光学気体インライン検出器は、典型的に、気泡の正確なサイズを決定することができず、予め定められたサイズよりも大きな気泡の存在を単に示すように構成される。
流体内の気体等の不純物を検出できる他の装置は光学システムを含んでいる。しかしながら、このような光学システムと共に使用される画像処理はこのオプションを酷く高価なものとする。
(概要)
センサとの直接の流体の接触を伴わずに、空気その他の気体の存在を含む、流体組成の変動に高い感度を示し、かつ気泡サイズの表示を提供することができるインライン流体監視システムおよび方法が必要とされている。医療システムにおいて、ライン内の気体または他の不純物の存在を確実かつ正確に検出し定量化するが、同時に、比較的低廉でありかつ低廉な使い捨て流体ラインと機能することができる装置および方法が必要とされている。
センサとの直接の流体の接触を伴わずに、空気その他の気体の存在を含む、流体組成の変動に高い感度を示し、かつ気泡サイズの表示を提供することができるインライン流体監視システムおよび方法が必要とされている。医療システムにおいて、ライン内の気体または他の不純物の存在を確実かつ正確に検出し定量化するが、同時に、比較的低廉でありかつ低廉な使い捨て流体ラインと機能することができる装置および方法が必要とされている。
開示した実施例は、下記の詳細な説明を添付図と一緒に参照すれば容易に明らかとなる追加的な特徴を提供するだけでなく、前記した従来技術に存在する1つ以上の問題を解決することに向けられている。
1つ以上の好ましい実施例は直接流体に接触しないインライン流体監視方法に向けられている。空気または他の気体の存在および流体の組成変化の表示を含む、流体特性の検出方法を提供する。この方法は流体ライン中に流体を通す工程をであって、前記流体ラインは第1のコンデンサにより少なくとも部分的に取り囲まれ、前記第1のコンデンサにおける前記流体ラインの静電容量を感知する工程を含んでいる。この方法は、さらに、前記第1のコンデンサにおける前記感知された静電容量を基準静電容量と比較し、前記第1のコンデンサにおける前記感知された静電容量と前記基準静電容量との比較に基づいて前記流体ライン内に気体が存在するかどうかを決定する工程を含んでいる。
1つ以上の好ましい実施例は流体ライン内の流体を監視する装置を含むことができる。この装置は第1のコンデンサと、第1のコンデンサと通信するプロセッサとを含んでいる。前記第1のコンデンサは第1のプレートと第2のプレートとにより構成され、前記第1および第2のプレートは前記流体ラインにより離間されかつ前記流体ライン中を移動する流体が前記第1および第2のプレート間を通過するように前記流体ラインの相対する側面の位置に置かれる。第1のコンデンサは前記流体ラインの静電容量を感知するように構成される。前記プロセッサは前記第1のコンデンサにおける前記感知された静電容量を基準静電容量と比較して前記流体ライン内の流体の組成を決定するように構成される。
1つ以上の好ましい実施例は流体ライン内の気泡流量を決定する方法を提供する。この方法は流体ライン中に流体を通す工程であって、前記流体ラインは第1のコンデンサと第2のコンデンサとにより少なくとも部分的に取り囲まれており、前記第1のコンデンサにおける静電容量が第1の閾値未満となる第1の時間を決定し、かつ前記第2のコンデンサにおける静電容量が前記第1の閾値未満となる第2の時間を決定する工程を含んでいる。前記第1および第2のコンデンサは前記流体ラインに沿って互いに離間されて静電容量監視距離を規定する。この方法は、さらに、前記決定された第1の時間を前記決定された第2の時間から減算して気泡移動時間を得る工程と、前記気泡移動時間と前記静電容量監視距離とに基づいて気泡流量を決定する工程とを含んでいる。
1つ以上の好ましい実施例は流体ライン内の気泡サイズを決定する方法を提供する。この方法は流体ラインを少なくとも部分的に取り囲みその中の流体の流れに対する内腔直径を有する第1のコンデンサを提供する工程と、静電容量が閾値未満となる時の前記第1のコンデンサにおける前記静電容量を測定して前記流体ライン内の気泡の存在を検出する工程とを含んでいる。この方法は、さらに、前記第1のコンデンサにおける前記測定された静電容量を前記流体ライン内腔直径に一部基づいて気体体積と相関させる工程とを含んでいる。
下記の説明および図面から明らかなように、ライン内の気泡サイズおよび/または気泡流量を正確に決定することにより、虚報や不快な警報の発生数を最小限に抑えることができる。さらに、問題のある気泡サイズや気泡流量により警報が発生される時は、流体ラインを一掃して患者が潜在的に危険な流体を受け入れないよう保証することができる。
もちろん、本発明は前記した実施例に限定はされず、以下の図面の簡単な説明、詳細な説明、および特許請求の範囲を再検討すれば実施例の他の特徴が明らかとなり、あるいは本発明の実施により学ぶことができる。
(詳細な説明)
ここに記述される実施例の前記した側面は添付図と共に下記の詳細な説明を参照することで一層容易に明らかとなる。次に、開示された実施例を詳細に参照し、その例は添付図に例示されており、全体を通して同じ参照番号は同じ要素に関係している。ここで使用されるように、誘電率はその材料中の電界の形成に抵抗する材料の能力の尺度に関係している。さらに、誘電率および比誘電率はここで開示された実施例を記述する時に交換可能に使用される。
ここに記述される実施例の前記した側面は添付図と共に下記の詳細な説明を参照することで一層容易に明らかとなる。次に、開示された実施例を詳細に参照し、その例は添付図に例示されており、全体を通して同じ参照番号は同じ要素に関係している。ここで使用されるように、誘電率はその材料中の電界の形成に抵抗する材料の能力の尺度に関係している。さらに、誘電率および比誘電率はここで開示された実施例を記述する時に交換可能に使用される。
図1は複数のコンデンサ10から構成されるコンデンサ・アセンブリ50の一例の概略図を示す。しかしながら、開示された実施例はコンデンサ・アセンブリ50内の特定数のコンデンサに限定されることはない。
各コンデンサ10は、同じ平面内に配置される、2枚のアクティブ・プレート10aと10bとにより構成される。各コンデンサに対する静電容量は次式により決定され、
C=Q/V (方程式1)
ここに、Cは静電容量、Qは各プレート上に蓄積された電荷量、Vはプレート間に現れる電位差または電圧である。静電容量はファラド(F)の単位で与えられる。
C=Q/V (方程式1)
ここに、Cは静電容量、Qは各プレート上に蓄積された電荷量、Vはプレート間に現れる電位差または電圧である。静電容量はファラド(F)の単位で与えられる。
この静電容量方程式は、一般的に、互いに平行な2枚のプレートに対して使用されるが、この静電容量方程式は同じ平面内の2枚のプレートに対する大まかな近似法として使用することができる。図1のコンデンサ10の静電容量を決定するための近似法として他の静電容量方程式を使用することもできる。たとえば、
ここに、Cは静電容量、εは2枚の平行プレート間の材料の誘電率、Aは各プレートの面積、dは2枚のプレート間の距離である。
ここに、Cは静電容量、εは2枚の平行プレート間の材料の誘電率、Aは各プレートの面積、dは2枚のプレート間の距離である。
やはり図1を見ると、高誘電率の物体15がプレート10a、10b間および/またはプレート10a、10b上に擾乱を形成すると、コンデンサ10の静電容量が増加する。図1に示すように、物体15は流体径路40を構成する流体とすることができる。高誘電率は、ここでは、室温において50以上であると定義される。
図1の概念をインライン流体監視システムに適用すると、流体径路40はプレート10a、10b近くに置かれる。流体径路40は流体ライン20内に包含され、好ましくは、流体ライン20はプレート10a、10bに直接接触する。流体等の物体15が流体ライン20を満たしているまたはその中を流れている時は、電気回路25により決定されるかなり安定した静電容量がコンデンサ・アセンブリ50により感知される。この安定した静電容量は基準静電容量と呼ばれる。一実施例では、電気回路25は有線または無線接続等の手段を介してプレート10a、10bと通信する35。
流体等の物体15が流体ライン中を流れていない時は、静電容量の減少がコンデンサ・アセンブリ50により感知される。同様に、流体ライン内の感知場所に気泡が存在する時は、その結果生じる静電容量の減少がコンデンサ・アセンブリ50により感知される。
次に、図7について、この例では第1のコンデンサ110が流体監視システム700を構成する。第1のコンデンサ110は第1のプレート130と第2のプレート140とを含んでいる。第1のプレート130は長さL1(図示せず)および高さH1(図示せず)を有する。第2のプレート140は長さL2(図示せず)および高さH2(図示せず)を有する。いくつかの実施例では、第2のプレート140の長さL2は第1のプレート130の長さL1よりも短い。
図7に示すように、コンデンサ110は流体ライン160を取り囲んでおり、流体は流体ライン160中を移動する時にコンデンサ110を通り過ぎる。言い換えると、流体はプレート130と140との間を通過する。一般的に、流体ライン160は導管162を含み、導管162内に直径Bの内腔を有して、流体がその中を流れる。好ましくは、導管162はポリマまたはポリマ・ブレンド等の可撓性材料から作られる。導管162に適切な材料として、限定はしないが、シリコン、ナイロン、ポリエチレン、塩化ポリビニール(PVC)、ポリウレタン、および他の既知の外科用チューブ材料が含まれる。代表的な実施例では、導管162はPVCから作られる。
いくつかの実施例では、コンデンサ110はプロセッサ170とメモリ175(図8参照)とを含む電気回路132と通信する152。電気回路132はタイムスタンプ用のクロック195も含むことができる。コンデンサ110と電気回路132との間の通信152は、たとえば、有線または無線接続を含む任意適切な手段により達成することができる。
図8を手短に参照すると、電気回路132が示されている。電気回路132内で、プロセッサ170は比較器180と、減算器185と、除算器190と、等を含んでいる。一実施例では、プロセッサ170は算術論理演算装置(ALU)内で典型的に用いられるものと一致する部品を含んでいる。後述するように、いくつかの実施例では、電気回路132は流体監視システム700に対する全ての計算を行う。さらに、いくつかの実施例では、電気回路132は警報器800と通信する810。他の実施例では、警報器800は電気回路132に不可欠である。
容易にわかるように、静電容量方程式(1)および(2)はコンデンサ110に適用される。しかしながら、方程式(2)に対する誘電率εの計算はコンデンサ110のプレート130と140との間の複数の物体の存在により幾分複雑化する。すなわち、これらの物体は導管162の第1の壁と、導管162内を流れる流体と、導管162の第2の壁とを含んでいる。
前記したように、誘電率および比誘電率は本実施例を記述する時に交換可能に使用される。知られているように、空気はほぼ1の誘電率を有する。PVCはほぼ3の誘電率を有する。水は感温性であり室温においてほぼ80の誘電率を有する。
コンデンサ110のプレート間に複数の物体があるため、各物体による正確な静電容量を計算するのに、各物体はシステムにより個別のサブ・コンデンサを構成するものと見なされる。サブ・コンデンサおよびサブ静電容量という用語は、ここでは、単一物体からの静電容量を、コンデンサ110により測定される、複数の物体からの結合静電容量と区別するのに使用される。したがって、導管162の第1の壁は第1のサブ・コンデンサC1に対応し、導管162内を流れる流体は第2のサブ・コンデンサC2に対応し、導管162の第2の壁は第3のサブ・コンデンサC3に対応する。
やはり図7を参照して、プレート130と140との間の複数の物体は互いに直列であると見なされる。したがって、サブ・コンデンサC1、C2、C3は互いに直列であると見なされる。知られているように、直列コンデンサに対する静電容量は次式に従って計算され、
1/C=1/C1+1/C2...+1/Cn (方程式3)
ここに、Cは総静電容量、Cnは個々のコンデンサに対する静電容量、nはコンデンサの総数である。
1/C=1/C1+1/C2...+1/Cn (方程式3)
ここに、Cは総静電容量、Cnは個々のコンデンサに対する静電容量、nはコンデンサの総数である。
エラスタンスに対する方程式も有用であり、それは静電容量の逆数でありダラフ(Daraf(F−1))の単位で与えられ、
C−1=C−1 1+C−1 2...+C−1 n (方程式4)
したがって、
C−1=d1/Aε1+d2/Aε2+d3/Aε3 (方程式5)
C−1=C−1 1+C−1 2...+C−1 n (方程式4)
したがって、
C−1=d1/Aε1+d2/Aε2+d3/Aε3 (方程式5)
計算の目的で、導管162の寸法は次のようなものと仮定する。外径4mm、内径2.76mm、壁厚およそ0.62mmで、2つの壁を考慮する。さらに、使用される誘電率はPVCに対するものである。
コンデンサ110の面積を典型的な計算をする目的で使用し各サブ・コンデンサC1、C2、C3に対する静電容量は決定される。典型的な実施例では、プレート140に対する寸法は次のようなものと仮定する。H2は2mmでありL2は8.5mmである。したがって、プレート140は17×10−6m2の面積を有する。単純化の目的で、プレート130もプレート140と同じ面積を有するものと仮定する。コンデンサの静電容量は流体ラインを取り囲むプレート130とプレート140との共有長さに依存する点において、この単純化は正当化できる。したがって、プレート130およびプレート140のエッジ効果は無視される。
導管内の水に対する80×8.85×10−12F/mのε2を含め、表1からの値を方程式5で使用すると、360×10−15Fすなわち360fFの総静電容量Cとなる。さらに、導管内の空気に対する1×8.85×10−12F/mのε2*を含め、表1からの値を方程式5で使用すると、47.4×10−15Fすなわち47.4fFの総静電容量Cとなる。流体ライン160内を流体が流れている時の流体監視システム100の総静電容量を、流体ライン160内を空気等の気体が流れている時の総静電容量と比較すると7よりも大きい比率となる。したがって、コンデンサ・プレート130と140との間の流体ライン160内を流体または気体が流れているかどうかを決定するのにおよそ300fFの差が測定されなければならない。その結果、流体ライン160中を流れる流体が基準静電容量として使用される時は、静電容量のいかなる減少も流体内を流れる気泡に起因するものとすることができる。このように、基準静電容量は流体ライン160内に気体が存在するかどうかを決定するための閾値として使用することができる。あるいは、システムが警報器800に接続される場合、閾値に対して高過ぎる値によって警報器800が誘因されないように誤差の範囲を設けるという願望を含む、さまざまな要因に基づいて閾値を選択することができる。
表1に載っている値は典型的な実施例に対するものであるため、他の値を使用して所望する結果を達成することができる。たとえば、より大きいプレート130と140とを使用するとより大きな面積Aとなり、より高い静電容量Cが得られる。測定される静電容量値はこのように小規模であり、また外部の根源からの残留静電容量が測定に影響を及ぼすことがあるため、静電容量信号を正確に実現するにはより高い静電容量値が好ましい。
次に、図4を参照すると、基準静電容量が計算される。最初に、ステップ270において、流体ライン160中に流体が通される。ステップ280において、流体の静電容量が感知される。次に、ステップ290において、感知された静電容量は基準静電容量として記録される。図1において流体ライン160中を通過した流体は初期化流体であることに注意すべきであり、ライン中に流体を通す前に流体から全ての気体が除去されている、あるいは許容最大含量の気体を含有していることを意味する。この基準静電容量値は後で比較ステップにおいて使用されるように保存される。たとえば、基準静電容量値はメモリ175内に格納することができる。
次に、図5を参照すると、ステップ300において、流体ライン160中に流体が通される。ステップ310において、流体の静電容量が第1のコンデンサ110により感知される。ステップ320において、第1のコンデンサ110により感知された前記静電容量は図4のステップ290において決定された前記基準静電容量値と比較される。前記感知された静電容量がステップ330において決定された前記基準静電容量値に等しければ、その時気体は検出されない。しかしながら、前記感知された静電容量が前記基準静電容量値に等しくなければ、ステップ340に示すようにその時気体が検出される。前記感知された静電容量がステップ350において決定された閾値未満であれば、ステップ360において警報器800または他の行動を誘因することができる。気体が検出されても、前記感知された静電容量が前記閾値より大きければ、警報器800は誘因されない。
前記感知された静電容量がステップ350において閾値未満であればとられることがあるもう1つの行動の例は、流体の流れを停止して患者への気体の通過を防止することである。もう1つの行動はライン内の気体を介護士に知らせることである。このような通知は遠隔実施することができる。さらに、これらの典型的な行動の組合せを実施することができる。
前例において測定された総静電容量は単一のコンデンサ110に対して実施されたことに注意しなければならない。複数のコンデンサを使用すると複数の総静電容量を測定することとなる。例として、図2を参照されたい。任意特定の理論により制限されたくはないが、前記複数の静電容量の測定は静電容量信号の完全性を保持するのを助けると考えられる。
次に、図2を参照すると、この例では第1のコンデンサ110と第2のコンデンサ120とが流体監視システム100を構成している。第1のコンデンサ110は第1のプレート130と第2のプレート140とを含んでいる。第1のプレート130は長さL1(図示せず)および高さH1(図示せず)を有する。第2のプレート140は長さL2(図示せず)および高さH2(図示せず)を有する。第2のプレート140の長さL2は第1のプレート130の長さL1よりも短い。
第2のコンデンサ120は第1のプレート130と第3のプレート150とにより構成される。第3のプレート150は長さL3(図示せず)および高さH3(図示せず)を有する。第3のプレート150の長さL3は第1のプレート130の長さL1よりも短い。したがって、第1のプレート130は前記第1と前記第2のコンデンサ110、120に共通である。
図2に示すように、コンデンサ110と120とは流体ライン160を取り囲み、流体は流体ライン160中を移動する時に前記2つのコンデンサ間を通過する。一般的に、流体ライン160は導管162を含み、導管162内に直径Bの内腔を有して、流体がその中を流れる。
流体監視システム100と700との利点は静電容量測定を実現するのに標準的な静電容量/デジタル・コンバータ145を使用できることである。たとえば、Analog Devices(登録商標)社製 AD7746は10−18F(aF)を分解することができ±4x10−15F(fF)の絶対誤差を有するこのような静電容量/デジタル・コンバータである。参考としてここに組み入れられた、http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/AD7745_7746.pdfで入手可能な、AD7746 24−ビット、2チャネル静電容量/デジタル・コンバータのデータシートはこのような装置を示す。
やはり、図2を参照すると、静電容量/デジタル・コンバータ145は電気回路132と通信し142、さらに、コンデンサ110および120と通信する148ように示されている。静電容量/デジタル・コンバータ145と電気回路132との間の通信142および静電容量/デジタル・コンバータ145とコンデンサ110および120との間の通信148は、たとえば、有線または無線接続を含む任意適切な手段により達成することができる。一実施例では、静電容量/デジタル・コンバータ145は電気回路132に不可欠である。
2つのコンデンサ110と120とを有するこのようなシステムでは、静電容量差を決定することもできる。前記静電容量差は第1のコンデンサ110における静電容量を測定し、第2のコンデンサ120における静電容量を測定し、一方の静電容量を他方の静電容量から減算して決定することができる。一実施例では、減算器185が前記減算を行う。さらに、前記静電容量差は前記流体ライン内腔直径に一部基づいて気体体積値に相関させることができる。このような気体体積値は、たとえば、ルックアップ・テーブル内のメモリ175に格納することができる。
次に、図3を参照すると、この例では第1のコンデンサ110と、第2のコンデンサ120と、第3のコンデンサ210と、第4のコンデンサ220とが流体監視システム200のもう1つの実施例を構成する。第1および第2のコンデンサ110、120は図2に関して記述したのと同様に作動する。この例では、第3のコンデンサ210は第1のコンデンサ110と同様に作動し、第4のコンデンサ220は第2のコンデンサ120と同様に作動する。したがって、第3のコンデンサ210は第1のプレート230と第2のプレート240とを含み、第4のコンデンサ220は第1のプレート230と第3のプレート250とを含む。
図2と同様に、コンデンサ210および220は、それぞれ、静電容量/デジタル・コンバータ145および245に接続される。いくつかの実施例では、静電容量/デジタル・コンバータ145、245は共有する電気回路132と通信する。他の実施例では、静電容量/デジタル・コンバータ145、245は別々の電気回路と通信する。
4つのコンデンサ110、120、210、220を有する図3に示すシステムでは、複数の静電容量差を決定することができる。たとえば、コンデンサ110と120との間の第1の静電容量差を決定することができ、また、コンデンサ210と220との間の第2の静電容量差を決定することができる。前記したように、複数の静電容量の測定は静電容量信号の完全性を保持するのを助ける。さらに、複数の静電容量差の測定は流体ライン160内の流体の内容物の決定、特に、このような内容物の流れを決定する際に役立つ。
特定の実施例において、前記静電容量差は気泡サイズおよび気泡が流体ライン160の長さに沿って移動しているかどうかを決定するのに有用である。たとえば、静電容量がコンデンサ110において検出され、それが前記基準静電容量に等しくなく、したがって、コンデンサ110において前記流体ライン内に気体があることを示し、さらに、同様な静電容量がしばらく経過した後にコンデンサ120において検出される場合、気泡は流体ライン160中を移動していると推測することができる。しかしながら、しばらく経過の後にコンデンサ120において同様の静電容量が検出されない場合、気泡は前記流体と一緒に流体ライン160中を移動しておらず、前記流体が流れ続ける時も流体ライン160内で比較的静止していると推測することができる。
さらに、コンデンサ110および120において同時に一つの静電容量が検出され、それが前記基準静電容量に等しくなく、また、かなり迅速に変化しなければ、前記流体と一緒に流体ライン160中を移動していない大きな泡が検出されているか、あるいは、大量の気体が流体ライン160中を移動していると推測することができる。したがって、コンデンサ110および120が占有するスペースおよびそれら間の距離は静電容量監視距離を規定し、それは特定サイズの気泡を検出できたりできなかったりするため、コンデンサ110および120の相対的配置が重要であることが判る。したがって、コンデンサ110および120は所望の気泡サイズを検出するために予め定められた距離(静電容量監視距離)だけ離間しなければならない。典型的な実施例では、コンデンサ110および120は8mm以上の距離で離されている。典型的な実施例では、図3に示すシステムは、4つ全部のコンデンサ110、120、210、220とそれら間のスペースを含めて、50mmの全長を有することができる。
次に、図3および図6を参照すると、流体ライン内の気泡流量を決定する方法が示されている。ステップ400において、流体は流体ライン160内を流れることを許される。ステップ410において、第1のコンデンサ110における静電容量が閾値未満となる第1の時間が決定される。ステップ420において、第2のコンデンサ120の静電容量が閾値未満となる第2の時間が決定される。静電容量が閾値未満となる時間はコンデンサにおいて静電容量を感知し、前記コンデンサにおける前記感知された静電容量を基準静電容量と比較し、前記コンデンサにおける前記感知された静電容量が前記基準静電容量未満であれば、前記感知された静電容量値を記録して発生時間に関連付けることにより決定される。一実施例では、比較器180が静電容量の比較を行う。一実施例では、前記感知された静電容量値はメモリ175内に格納される。一実施例では、前記発生時間はクロック195により提供される。
ステップ430において、前記第2の時間が前記第1の時間から減算され、あるいは、前記第1の時間が前記第2の時間から減算されて気泡移動時間が得られる。ステップ440において、前記気泡移動時間は前記静電容量監視距離により除算されて気泡流量を得る。気泡移動時間による静電容量監視距離の除算は除算器190により実施することができる。この気泡流量は気体がライン内の流体と同じ速度で流れているかどうかに関する情報を提供する。前記したように、この情報は泡体積の正確な表示を決定することができ、したがって、虚報または不快な警報の発生数が最小限に抑えられるため有用である。
さらに、泡サイズが検出されて問題があると見なされると、すなわち、所望の泡サイズを超えていると、流体ライン160を一掃することができる。あるいは、泡流量が望ましくない、すなわち、小さ過ぎるか大き過ぎる場合、流体ライン160を一掃することができる。この一掃すなわち流体ライン160の内容物の駆逐により患者は危険な泡が閉じ込められた流体を受け入れないことが保証される。
開示された実施例の前記説明は当業者ならば誰でも本発明を作れるまたは使用できるように提供される。当業者ならばこれらの実施例のさまざまな修正は自明であり、ここに規定された一般的原理は本発明の真意または範囲を逸脱することなく他の実施例にも応用できる。たとえば、いかなる適切な比較器をも前記感知されたインライン静電容量を基準静電容量と比較するのに使用することができる。同様に、いかなる適切な比較器をも前記静電容量差を決定するのに使用することができる。したがって、本発明はここに示す実施例に限定されるものではなく、ここに開示されている原理および新しい特徴と矛盾しない最も広い範囲を与えられるものである。
Claims (25)
- 流体ライン内の流体を監視する装置であって、
第1のプレートおよび第2のプレートにより構成される第1のコンデンサであって、前記流体ライン中を移動する流体が前記第1および第2のプレート間を通過するように前記第1および第2のプレートが前記流体ラインにより離間され前記流体ラインの相対する側面の位置に置かれている前記第1のコンデンサと、
前記第1のコンデンサと通信するプロセッサと、を備え、
前記第1のコンデンサは前記流体ラインの静電容量を感知するように構成されており、前記プロセッサは前記第1のコンデンサにおける前記感知された静電容量を基準静電容量と比較して前記流体ライン内の前記流体の組成を決定するように構成される装置。 - 請求項1記載の装置であって、前記基準静電容量はおよそ300fFよりも大きい静電容量である装置。
- 請求項2記載の装置であって、前記基準静電容量はおよそ350fFよりも大きい静電容量である装置。
- 請求項1記載の装置であって、さらに、
前記第1のコンデンサと通信する静電容量/デジタル・コンバータを備える装置。 - 請求項4記載の装置であって、前記静電容量/デジタル・コンバータは10−18ファラド規模の静電容量を検出するように構成される装置。
- 請求項1記載の装置であって、前記プロセッサは、さらに、前記第1のコンデンサにおける前記感知された静電容量が閾値未満となる時にその前記静電容量を、気泡サイズを決定するために、前記流体ライン内腔直径に一部基づいて気体体積と相関させるように構成される装置。
- 請求項1記載の装置であって、さらに、
前記第1のプレートと第3のプレートとにより構成される第2のコンデンサであって、前記流体ライン中を移動する流体が前記第1および第3のプレート間を通過するように前記第1および第3のプレートが前記流体ラインにより離間され前記流体ラインの相対する側面の位置に置かれている前記第2のコンデンサを備え、
前記第2のコンデンサは前記流体ラインの前記静電容量を感知するように構成され、前記プロセッサは前記第2のコンデンサにおける前記感知された静電容量を基準静電容量と比較して前記流体ライン内の前記流体の前記組成を決定するように構成される装置。 - 請求項7記載の装置であって、前記プロセッサは、さらに、前記一方のコンデンサにおいて感知された前記静電容量を前記他方のコンデンサにおいて感知された前記静電容量から減算して静電容量差を得る装置。
- 請求項7記載の装置であって、さらに、
前記第1のコンデンサおよび前記第2のコンデンサと通信する静電容量/デジタル・コンバータを備える装置。 - 請求項7記載の装置であって、前記第2および第3のプレートが互いに8mmよりも大きい距離で離されている装置。
- 請求項7記載の装置であって、
さらに前記プロセッサは、前記第1のコンデンサにおける前記感知された静電容量が第1の閾値未満となる時に、その前記静電容量を第1の時間と相関させるように構成され、
さらに前記プロセッサは前記第2のコンデンサにおける前記感知された静電容量が前記第1の閾値未満となる時に、その前記静電容量を第2の時間と相関させるように構成され、
さらに前記プロセッサは前記流体ライン内腔直径と前記第1の時間において前記第1のコンデンサが前記第1の閾値未満となり前記第2の時間において前記第2のコンデンサが前記第1の閾値未満となる間の時間差とに一部基づいて気泡サイズを決定するように構成される
装置。 - 流体ライン内に気体が存在するかどうかを決定する方法であって、
流体ライン中に流体を通す工程であって、前記流体ラインは第1のコンデンサにより少なくとも部分的に取り囲まれる工程と、
前記第1のコンデンサにおける前記流体ラインの静電容量を感知する工程と、
前記第1のコンデンサにおける前記感知された静電容量を基準静電容量と比較する工程と、
前記第1のコンデンサにおける前記感知された静電容量と前記基準静電容量との前記比較に基づいて前記流体ライン内に気体が存在するかどうかを決定する工程と、
を含む方法。 - 請求項12記載の方法であって、さらに、
前記感知された静電容量が閾値未満であれば警報を誘因する工程を含む方法。 - 請求項12記載の方法であって、前記流体ラインは第2のコンデンサにより少なくとも部分的に取り囲まれている方法。
- 請求項14記載の方法であって、さらに、
前記第2のコンデンサにおける前記流体ラインの前記静電容量を感知する工程と、
前記第2のコンデンサにおける前記感知された静電容量を基準静電容量と比較する工程と、
前記第2のコンデンサにおける前記感知された静電容量と前記基準静電容量との前記比較に基づいて、前記流体ライン内に気体が存在するかどうかを決定する工程と、
を含む方法。 - 請求項15記載の方法であって、さらに、
前記コンデンサの一方において感知された前記静電容量を前記コンデンサの他方において感知された前記静電容量から減算して静電容量差を得る工程を含む方法。 - 流体ライン内の気泡流量を決定する方法であって、
流体ライン中に流体を通す工程であって、前記流体ラインは第1のコンデンサと第2のコンデンサとにより少なくとも部分的に取り囲まれており、前記第1および第2のコンデンサは前記流体ラインに沿って互いに離間されて静電容量監視距離を規定する工程と、
前記第1のコンデンサにおける静電容量が第1の閾値未満となる第1の時間を決定する工程と、
前記第2のコンデンサにおける静電容量が前記第1の閾値未満となる第2の時間を決定する工程と、
前記決定された第1の時間を前記決定された第2の時間から減算して気泡移動時間を得る工程と、
前記気泡移動時間と前記静電容量監視距離とに一部基づいて気泡流量を決定する工程と、
を含む方法。 - 請求項17記載の方法であって、前記気泡流量を決定する前記工程は、
前記気泡移動時間を前記静電容量監視距離により除算して気泡流量を得る工程を含む方法。 - 請求項18記載の方法であって、前記第1の閾値は基準静電容量である方法。
- 請求項19記載の方法であって、前記第1のコンデンサにおける前記静電容量が前記第1の閾値未満となる前記第1の時間を決定する前記工程は、
前記第1のコンデンサにおける前記流体ラインの前記静電容量を感知する工程と、
前記第1のコンデンサにおける前記感知された静電容量を前記基準静電容量と比較する工程と、を含み、
前記第1のコンデンサにおける前記感知された静電容量が前記基準静電容量未満であれば、前記感知された静電容量が感知される前記時間が記録される方法。 - 請求項20記載の方法であって、前記第2のコンデンサにおける前記静電容量が前記第1の閾値未満となる前記第2の時間を決定する前記工程は、
前記第2のコンデンサにおける前記流体ラインの前記静電容量を感知する工程と、
前記第2のコンデンサにおける前記感知された静電容量を前記基準静電容量と比較する工程と、を含み、
前記第2のコンデンサにおける前記感知された静電容量が前記基準静電容量未満であれば、前記感知された静電容量が感知される前記時間が記録される方法。 - 流体ライン内の気泡サイズを決定する方法であって、
流体ラインを少なくとも部分的に取り囲みかつその中の流体の流れに対する内腔直径を有する第1のコンデンサを提供する工程と、
静電容量が閾値未満となる時の前記第1のコンデンサにおける前記静電容量を測定して、前記流体ライン内の気泡の存在を検出する工程と、
前記第1のコンデンサにおける前記測定された静電容量を前記流体ライン内腔直径に一部基づいて気体体積と相関させる工程と、
を含む方法。 - 請求項22記載の方法であって、さらに、
前記流体ラインを少なくとも部分的に取り囲む第2のコンデンサを提供する工程であって、前記第1および第2のコンデンサは前記流体ラインに沿って互いに離間されて静電容量監視距離を規定する工程と、
静電容量が閾値未満となる時に前記第2のコンデンサにおける前記静電容量を測定することにより前記流体ライン内の前記気泡の前記継続的な存在を検出する工程と、
を含む方法。 - 請求項23記載の方法であって、さらに、
前記第2のコンデンサにおける前記測定された静電容量を前記第1のコンデンサにおける前記測定された静電容量から減算して静電容量差を得る工程と、
前記流体ライン内腔直径に一部基づいて前記静電容量差を気体体積と相関させる工程と、
を含む方法。 - 請求項24記載の方法であって、前記気泡は前記静電容量監視距離よりも小さい長さを有する方法。
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