JP5285025B2 - 低流量用小滴カウンタ - Google Patents

Description

本発明は液体の測定に関する。とりわけ、本発明は、静脈への点滴、血流の制御や尿排出量の測定などを含む研究所や医療における用途に特に有用であり、非常に低い流出量を計量することができる装置を提供する。

液体用流量計は、医療用途、調査、産業的な仕事及び農業の仕事において情報を提供するなどの多くの重要な用途を有している。公知のタイプの流量計には、下向きのディスク、突出部の付いた羽根車、オリフィス流れの閉塞、テーパ状のロータメータ、タービン及び磁気タイプが含まれている。流量計の展開の技術水準は、最近のサワダ氏他の米国特許第５５７１９６４号及び同第５５８１０２６号、カーマイケル(Carmichael)氏の米国特許第５６９８７９３号に表されている。従来のタイプの流量計は、不連続な低い流量や非常に低い流量には信頼性がなくなり、得られる結果は全く意味がない。例えば、いくつかの過酷な病院患者の尿排出量を測定するためなどの用途においてこのような測定が必要である。

多くの病院において、看護婦や係員が患者のベッドの下にある透明な目盛り付き収集バッグを検査することによって平均尿流量が単位時間ごとに決定されるということが普通である。集中治療部では、このような人々は、より緊急な仕事に悩まされ、このような測定をなおざりにしがちである。この方法は高価で、信頼できず、柔軟な収集バッグにより不正確である。

多くの特別な装置が提案されてきた。これらの特許では、降雨量の測定用装置や、尿流量の測定に又はこのような目的に適合することができるように意図されたメータが開示されている。

ダイ(Dye)氏他の米国特許において、壁を有する容器と、カップ形状のパンと、パンの下の室とを有する、液体の排出量の測定が開示されている。液体は区画室に蓄積され、液体の高さが測定される。

ウースター(Wurster)氏は、米国特許第４０５１４３１号において、静電容量タイプの尿の流量の測定を提案している。電気伝導体及び誘電体として尿を使用することによって、現在の尿の体積を得るために静電容量が使用される。

ナーバス(Nehrbass)氏は、米国特許第４０９９４１２号において、尿の排出の瞬間的な流量を測定するためにロータメータを使用することを提案している。

ロッテンバーグ(Rottenberg)氏他は、米国特許第４４８４５８２号において、一対の電極が筒状のフローセルと面一である、電解流体の流量を測定するシステムを開示している。このシステムでは、流量に逆比例するセルのインピーダンスに作用する単極のパルスの列が電極両端にかけられている。

ジェスパーソン(Jespersen)氏は、米国特許第４３４３３１６号において、下弁及び上弁を操作する光学センサ手段を記載している。断続的な放出の測定体積が、尿の流量を示すために使用されている。

パリッシュ(Parrish)氏は、米国特許第４４４８２０７号において、測定システムにおいて超音波トランシーバーを開示している。このトランシーバーは、尿のコラムの高さレベルを定期的に測定するように配置されている。

レビーン(LeVeen)氏は、米国特許第４５３２９３６号において、光学センサに基づいたメータを開示している。蠕動性ポンプは、公知の速度で測定コラムを空にするために使用されている。

カーター(Carter)氏他は、米国特許第４５５４６８７号において、漏斗形状の装置において圧力センサを記載している。圧力変換器は、尿の蓄積の結果として生じる気圧に応答して電気信号をつくる。彼は、シールされた垂直空気コラムを使用することによる第二の振動について、米国特許第４６８３７４８号において、さらに詳細に記載している。

プレステレ(Prestele)氏は、小さな液体の体積の流量測定が意図された装置を開示している。彼は、小さな直径の管を通して液体を流している。その管には気泡も送られる。この気泡の前進を測定することによって、流体の流量を推測することができる。

ウェストファル(Westphal)氏他は、米国特許第５７６９０８７号に記載されている装置において、収集された尿の重量を計る力変換器を提案している。

ネルソン(Nelson)氏は、米国特許第４５２０６６７号及び同第４８２７７６６号において、電子的な小滴の計数による降雨量測定装置を提案している。同第４８２７７６６号の特許において、液体で部分的に浸されている通気管が開示されている。

いくつかの関連したパラメータを測定して流量を推測する流量測定システムがほとんどである。しかしながら、測定されたパラメータと流量との間の関係が一定でない時には誤差がでてきてしまう。このような関係は温度変化や流体の密度変化や流体の粘性の変化によって影響を及ぼされることがある。従来技術のシステムは、単位時間当りに数滴の小滴程度の流量などの極端に低い流雨量を測定することがほとんどできない。

それゆえ、本発明の目的の一つは、従来技術の流量計の不利な点をなくし、かつ単位時間当りに数滴の小滴程度の流量を記録することができる装置を提供することである。

本発明のさらなる目的は、カテーテルを通された患者の尿の排出量を計量する要件、及び注入速度を測定する要件を満たす流量計を提供することである。

本発明は、０．０５ｍｌ／ｈを超える液体の体積流量を測定する低流量測定装置において、
ａ）入口と、第二室と流体的に連通した出口とを有する第一室を備え、前記第一室は、層流を形成する流量制限要素を有し、第一室の出口には、第二室に通じかつ一連の小滴を解放するように寸法決めされた小滴生成器が設けられ、小滴の各々は、流量制限要素によって送られた小滴生成器のオリフィス中の液体から自重で形成しかつ剥離する、第一室と、
ｂ）二つの室の気圧を均等にするために第一室の上側領域と第二室の下側領域の間で延びている溢流導管と、
ｃ）小滴生成器から出る各小滴の通過を数えるために小滴生成器の下に第二室内に位置決めされている電子手段と、
ｄ）情報を受け取りかつ記録するため、かつ連続した小滴の間の時間間隔を計測し、かつ連続した小滴の間の時間間隔の関数としての小滴寸法の変化を処理しつつ液体の流量及び全体積を計算するために、電子手段に接続されている情報処理ユニットとをさらに備えた低流量測定装置を提供することによって、前述の目的を実現する。

本発明の好適な実施例において、電子手段が、小滴生成器のオリフィスの下に重畳した離間関係で位置決めされた一対の電極を備えている低流量測定装置が提供されている。

本発明の最も好適な実施例において、層流を形成する要素が成形プラスチックの迷路である、低流量測定装置が提供されている。

本発明のさらなる実施例が以下に記載されている。

米国特許第４８２７７６６号において、小滴生成器が非常に小さな直径のフィルタを備えている雨量計が記載かつ特許請求されている。明らかに、このようなフィルタが遮断されるようになって装置が不能になる前の短い時間のみ機能する。

これとは対照的に、本発明は、いくつかの実施例において、寸法が制限されていないフィルタ装置を使用し、別の実施例において、流量が迷路によって制限されている。小さな粒子が通過することができるほど十分大きな流路を提供する一方で流量制限用迷路を使用する技術は、農業の細流灌漑管の分野で広く立証されている。

さらに、米国特許第４８２７７６６号とは対照的に、本発明では、上室中の液体の大部分は、小滴生成器を直接利用でき、必要ならば、速い小滴生成が可能である。

本発明の新規な装置は小滴検出用の電極を使用することに限らないということが理解される。光電セルにおいて使用することができるビームを指向する光源などの光学センサは、例えば血などのように測定される液体が色がついている場合に特に適している。透明な液体の場合、光ビームは光電セルから偏向される。あるいは、各小滴を検出し、容量式近接センサによって計量することができる。最近、光学センサや他のセンサの物理的寸法を低減し、かつ小さな器具で使用することができる点で多くの進歩がなされてきた。近年、圧電素子は改良されてきて、コストが低減されてきており、このような素子は、落下する小滴の衝撃を吸収するために使用することができる。この素子の利点は、流出した小滴の電荷の高周波応答である。

本発明の新規な装置は、流体の供給が不連続的である時ですら流量を測定する機能があるということが理解される。一つの小滴が電極又は光学手段によって計量される場合ですら、ある小滴と次の小滴の間の時間には実際には制限がなく、非常に低流量も確実に測定することができる。この用途には、注入、尿の排出、雨量の測定、患者の血の投入及び排出、患者に液体を送ること、農業における樹上灌漑の結果を決定することが含まれる。

本発明は、連続した小滴の間の時間間隔を測定する手段を提供し、この時間間隔から流量を計算する。小滴の寸法はこの時間間隔に関連して変化するということが理解されている。図２ａ及び図２ｂを参照して理解されるように、小滴寸法の変化を処理する手段が設けられている。

さらに、図７を参照すると、本発明の実施例は、溢れるほど非常に速い流入量を認識でき、このような条件を報告でき、収集バッグが充満していることを報告することができ、必要ならば、アラームを作動することができる。

本発明は、以下の例示的な図面を参照して特定の好適な実施例と関連して記載され、より完全に理解される。

図面を詳細に特に参照することによって、詳細事項が、例示的に、本発明の好適な実施例を例示的に説明するためだけに示され、最も有用であると考えられていることを提供するために示され、本発明の原理及び概念の態様の記載が容易に理解されるということが強調される。この点に関しては、本発明の基本的な理解に必要な説明よりも本発明の構造的な説明を詳細に示すことが意図されておらず、図面を用いた記載は、本発明のいくつかの形態が実際に実施される方法が、当業者に明らかである。

本発明による測定装置の好適な実施例の概略図である。 その一部分が使い捨てである実施例の略図である。 小滴の寸法と小滴間の時間との関係を示す図である。 流量調整弁と迷路小滴生成器とを有する実施例の一部分の略図である。 供給貯蔵器を有する実施例の一部分の略図である。 収集バッグを有する実施例の一部分の略図である。 中央モニターを有するシステムのブロック線図である。 さらなる好適な実施例の立断面図である。 図７に示されている小滴生成器の詳細図である。

図１には低流量測定装置１０が示されている。一般に、検出できる流量の範囲は、およそ一つの滴の量である１時間当たり約０．０５ｍｌから１時間当たり約６ｌまでである。

第一室１２は、入口１４と、第二室１７と流体的に連通した出口１６とを有する。好ましくは、出口オリフィス１６の直径は、入口１４の直径よりも小さい。有利的には、出口オリフィス１６の直径は約３〜６ｍｍであり、この直径の寸法は水と粘性が類似している液体２０が出口オリフィス１６を通過する時に小滴１８を形成するのに適した寸法である。しかしながら、油等のより粘性の高い流体を処理する際には出口１６はより大きい。

第一室１２は層流を形成する要素を有し、本実施例では、この要素はスクリーン要素２２によって支持されている多孔性物質２４を備えている。適切には、多孔性物質２４は繊維状マットである。例えば砂である粒子２６は、単独で、又は示されているマット２４と組み合わせて使用することができる。

第一室１２の出口１６は、下側の第二室１７に通じている小滴生成器として機能する。出口１６は、一連の小滴１８を解放するように寸法が決められており、各小滴１８は、小滴生成オリフィス１９中の液体から自重作用で形成しかつ剥離する。

溢流導管２１は、第一室１２の上側領域と第二室１７の下側領域の間に延びている。この導管２１の機能の一つは、二つの室１２、１７の間の気圧を均等にすることである。

さらに、導管２１は、意外に早く流入する場合において、上側領域が充満するのを防ぐ。

電極２８は、出口オリフィス１６の下で重畳して離間した関係で第二室１７内に位置決めされている。この配置により、垂直軸からわずかに離れて取り付けられた場合でも、装置１０を操作することが可能である。電極２８は、電極２８を通過して接触する各小滴１８を数え、各電極１８が通過する時間を計る。本実施例では、電極２８の間に電圧がかけられ、発生した電流が記録される。電流は、電極２８間に小滴が存在しない時にはほとんどゼロであり、小滴１８が電極２８と接触して電極２８を橋渡す時に流れる。

もし流体の導電率が重要であるならば、電流の値が記録される。もし電流の値が要求されないならば、電流は単にパルスとして記録される。このパルスは電子的に数えられる。小滴の計数は、情報を受け取りかつ記録するために電極２８へ電子的に接続されている情報処理ユニット３０によってなされる。

ディスプレイ３２上で示される情報は、単位時間当りの流出量３４を含んでいる。さらに、ディスプレイは、全流出量３６、開始時間３８及び経過時間４０を示している。

本実施例において、電極間の導電率４２も示されている。導電率は、医局員には関心がある例えば尿を含む液体２０中にある物質の指標である。

図面の残りを参照すると、同様な参照番号は、同様な部分を識別するために使用されている。

図２ａをここで参照すると、医療目的に特に有用である低流量測定装置４４が示されている。

上室４２、下室４６及び電極４８は、独立した使い捨てユニット５０の一部である。ソケット５２及びプラグ５４などの電気接続手段は、情報処理ユニット５６に接続する。殺菌や再使用に関連したコストや危険が高く、殺菌手順は、主に高コストの金属製の物のために使用されるので、現在の病院の習慣は、使い捨ての物をますます幅広く使用することである。

本実施例４４において、測定の精度は、小滴寸法補正機構５８を足すことによって高められる。小滴の寸法は、以前の小滴と分離した後、時間の非線形関数のように変化する。この関係は図２ｂに示されている。この関係は、小滴寸法補正機構５８の中に含まれている電子照合テーブルに記憶されている。情報処理ユニット５６は、小滴を解放した時期に関する情報を受け取る。また、情報処理ユニット５６は、報告された流出量６０と体積６２を補正後に電子的に調節する、この関係に基づいた補正機構を有する。

図３は、図１に示されているのと同様な低流量測定装置６４の一部分を示している。

本実施例において、層流を形成する要素は、成形プラスチック製の迷路であり、この迷路は液体の流れを遅くし、その一方で、迷路の通路の寸法以下の固体状粒子では詰まらない。

図１に示されているのとほぼ類似した低流量測定装置６８が図４に示されている。

貯蔵バッグ７０は、液体源７２と小滴生成器１６、２４、２６との間に位置決めされている。貯蔵バッグ７０は、断続的に速く流入する源７２と、遅く連続的に放出する流出オリフィス１６との間のバッファとして機能する。尿を監視するためには、４００ｍｌのバッグが通常は適している。

図５をここで参照すると、電極２８間の通過後に小滴１８を受容するように位置決めされている較正されている収集バッグ７６をさらに備えた、低流量測定装置７４の一部分が示されている。収集バッグ７６は目盛り７８を有し、図１に示されているディスプレイ３２によって電子的に記録されている情報について有用に検査する。本実施例において、収集バッグ７６は、１．５ｌの容積と、透明な正面８０と、バッグ７６の中に収集された液体２０を観察する便宜上白く不透明な背面８２とを有する。

図６は、処理ユニット８６から中央モニター８８へ情報を伝達する手段をさらに備えている低流量測定装置８４を示している。処理ユニット８６は、時計と演算論理ユニットを備えているマイクロプロセッサであり、図２ａ及び２ｂを参照して記載されている小滴寸法補正機構５８を有する。電極２８は電源９０から電圧を受ける。電極２８から電流測定が行なわれ、インターフェイス９２においてデジタルフォームへ変換される。本実施例に示されているように、ケーブル９４又は赤外線信号によって、情報が送られる。中央モニター８８は、看護婦が複数の患者を監視しなければならない集中治療室において特に貴重である。中央モニター８８は、看護スタッフによる中間動作の必要なデータの読取りで開始されるアラーム９６に接続されている。さらに、マイクロプロセッサ８６に接続されているアラーム９７は、流量が測定される場所に設けられている。

図７は、三つの流路を有する低流量測定装置１００の実施例を示している。

第一流路はフィルタ要素１０８の上面において開始し、このフィルタ要素は入口１０２からの超低流量を受け入れる。フィルタ要素１０８は、多孔性外壁１１０を有する。この外壁の目的は、第二流路の記載から明らかになる。第三流路は設計範囲以上の流れに関連している。第一流路は第一要素の下面１１２に通じ、かつフィルタ支持カップ１１４に通じている。この流路は、カップ１１４の基部において下側穴１１７を通って続いている。次いで、この通路に追従する小滴は垂直管１１６の外面に落下し、この外面から小滴生成器１０４に入る。小滴の下降を促進するように、管の外面には有利的には溝１１８が設けられている。

垂直管１１６はさらなる三つの目的に合っている。
ａ）垂直管１１６は、室の上部１２０と下部１２２の気圧を均等にし、それにより矛盾のない読取りを行なうのに有用である。
ｂ）垂直管１１６はフィルタカップ１１４を支持する。
ｃ）垂直管１１６は、装置は意図していない速い流れを装置が受ける場合において、溢流管として機能することによって上室１２０が充満するのを防ぐ。

第二流路は、上面１０６からフィルタ要素１０８へ、フィルタ要素の一部分を通して、フィルタ要素の多孔性壁１１０を通り出る。フィルタ要素１０８が意図的に通過流の容積が制限されているので、壁１１０を通して放出される。第二流路は、上室１２０と小滴生成器１０４とに続いている。

第三流路は過剰状態に関連している。もし上室１２０がほとんど満杯であるほど流入が速いならば、過剰分が管１１６に排出される。しかしながら、過剰な流体が電極２８に対して向けられ、この電極２８は異常に長い液体の接触を検出し、液体が過剰であることを報告し、及び／又は、アラームを鳴らす。

図５に示すように、出口１４０は収集バッグ７６に接続されることができる。もし係員が満杯のバッグを空のバッグと交換しないことで、収集バッグ７６が満杯であるならば、室１２２の下部の一部分は満杯になる。電極２８は、流体が連続的に供給されていることを記録し、図６に示されているアラーム９６を作動する。しかしながら、ハウジング出口１４０に入る流体と小滴生成器１０４の間で空気が捕えられるので、小滴生成器１０４が溢れることが防がれる。その結果、収集バッグ７６が空のバッグと交換され、大きなエラーが生じることなく流量測定がすぐに行なわれる。

室の上部１２０には空気口１２３が設けられている。

三つの積層した構成要素１２２、１２４及び１２６を備えた小滴生成器１０４が図８に詳細に示されている。

上注入漏斗１２７は、図７に記載されている流路のいずれか又は両方から流体を受け入れ、液体を中間部１２８へ、迷路入口１２４の中へ向ける。迷路１３０により、低流量が通常通過でき、別個の小滴へ直接的に変換するには速すぎる流れを遅くする。迷路出口１３２は、下部１２６へ流体を通過させるように配置されている。落下方向のピン状要素１３４は、出口オリフィス１３６の中央から下方に延びている。寸法及び重量が流体の表面張力を超えるのに十分である時にピン１３４上で形成している小滴は落下する。小滴１３８が落下して電極２８と接触し、室の出口１４０を通して放出される。

好ましくは、出口オリフィス１３６の下部１２６の外壁１４２は、フッ化エチレンプロピレンなどの疎水性材料でつくられている。これにより、小滴１３８が外壁１４２に後退して上がるのを防ぐ。

しかしながら、出口オリフィス１３６の下部１２６の内張り１４４と、迷路の内側部分は、好ましくは、例えば、ポリエーテルサルホンなどの疎水性材料でつくられている。それにより、流体の流れが容易になり、伴出された気泡が解放され、ピン１３４が規則的に流体を受け入れる。

示されていないが、本発明による複数の小滴生成器が同時に高い流量を監視するように配置することもできる。

図には示されていないが、必要に応じて、通気手段は、室の中の一つ以上に設けることができる。

本発明は以前の例示的な実施例の詳細に限定されず、本発明はその精神又は本質的な属性から逸脱することなく他の特定の形態で実施することができるということは当業者に明らかである。それゆえ、本実施例は、全ての点で例示的であり制限的でないと考えられ、本発明の範囲は、以前の記載でなく添付した請求の範囲によって示されており、それゆえ、請求の範囲の意味や均等の範囲内にある全ての変形は請求の範囲に包含されることが意図されている。

Claims (2)

1. ０．０５ｍｌ／ｈを超える液体の体積流量を測定する低流量測定装置において、
   ａ）内部に液体を導入するための入口を有する第一室を備え、前記第一室は、上部貯蔵器室と、下部の出口とに分かれ、前記下部の出口は、小滴を生成するために一連の小滴を放出するように寸法決めされたオリフィスを有し、前記貯蔵器室と前記下部の出口とは、層流を形成する中間流量制限要素により相互に接続され、前記小滴の各々は、前記下部の出口のオリフィスを介して液体から自重で形成しかつ剥離し、
   ｂ）前記第一室の下部の出口と流体的に連通する第二室と、
   ｃ）前記下部の出口から出る各小滴の通過を数えるために前記下部の出口の下方の前記第二室内に位置決めされている電子手段と、
   ｄ）情報を受け取りかつ記録するため、かつ連続した小滴の間の時間間隔を計測し、かつ前記連続した小滴の間の前記時間間隔の関数としての小滴寸法の変化を処理しつつ液体の流量及び全体積を計算するために、前記電子手段に接続されている情報処理ユニットと
   をさらに備えた低流量測定装置。
2. 前記オリフィスの直径が前記入口の直径よりも小さくなっている請求項１に記載の低流量測定装置。

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