KR100344380B1 - 에어검출기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액체가 흐르는 튜브에서 과도한 에어(air)를 검출하는 장치를 제공한다. 장치는 초음파 신호를 전송하는 초음파 전송기와 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신기를 포함한다. 초음파 전송기와 초음파 수신기는 IV 튜브에 의해 분리된다. 장치는 또한 초음파 전송기를 동작시키도록 적어도 2개의 전송 신호를 발생하는 회로 수단과 수신된 신호를 검출하는 회로 수단을 포함한다. 수신된 신호가 IV 튜브내에서 에어를 나타내는지 또는 액체를 나타내는지 여부를 결정하는 수단이 제공된다. 장치는 또한 에어 삽입을 예측해서 더 큰 안전 계수를 제공하도록 선형 검출 보다는 액체에서의 에어의 대수 검출에 의존한다.

Description

에어 검출기{AIR DETECTOR}
정맥 주사 치료액을 환자에게 투입하는 것은 종래 기술에서 이미 공지되어 있다. 전형적으로, 유리컵이나 탄력적인 용기에 포함되는 식염수, 포도당, 또는 전해질과 같은 용액은 카테테르(catheter)에 의해 환자로 액세스되는 폴리염화 비닐(PVC) 정맥 주사(IV) 튜브와 같은 도관을 통해 환자의 정맥 시스템으로 공급된다. 여러 차례, 액체(fluid)가 중력하에서 주입되고, 흐름 비율은 원하는 흐름 비율이 구해질 때까지 IV 튜브의 흐름 루멘(lumen)을 제한하도록 조정하는 롤러 클램프(roller clamp)에 의해 제어된다.
용기에서 환자로의 흐름은 또한 롤러 클램프 이외의 수단에 의해 조절되는 것으로 공지되어 있다. 전자적으로 제어되는 주입 펌프를 사용하는 것은 점점 더 보편화되고 있다. 이러한 펌프는 예를 들면, 연동형 펌프와 벨브형 펌프를 포함한다. 연동형 펌프는 전형적으로 압력 핑거(pressure finger)에 연결된 캠 추종기(cam follower)를 구동시키고 각을 이루어 서로 분리되어 있는 캠의 어레이를 포함한다. 이들 소자는 압력 핑거상에 선형파 운동(linear wave motion)을 첨가하는 것을 협조한다. 이 선형파 운동은 IV 튜브에 힘을 인가하여, IV 튜브내의 액체에 운동을 첨가하고 그에 의해 액체가 추진되도록 하는데 사용된다. 다른 종류의 연동 펌프는 IV 튜브내의 액체에 운동을 첨가하도록 IV 튜브에 걸쳐 회전되는 다수의 롤러 멤버를 사용한다. 주입 펌프는 또한 액체에 순차적으로 추진력을 첨가하도록 상류 및 하류 벨브를 갖는 펌핑 챔버(pumping chamber)를 사용한다. 이러한 벨브형 펌프는 전형적으로 환자와 액체원 사이의 전용 IV 튜브상에 포함되는 특정화된 펌핑 카셋트 챔버의 사용을 요구한다
환자에게 치료액을 주입하는데 있어서 특정한 관심사는 정맥 시스템으로 주입될 수 있는 에어가 IV 튜브로 들어오는 것이다. 종래 기술의 펌프는 IV 튜브내에서 에어의 존재를 검출하도록 설계된 에어 검출기를 사용한다. 그러나, 이러한 에어 검출기는 테스트에 대해 비교적 작은 동적 범위를 가지므로, 이러한 테스트는 사용되는 IV 튜브의 종류 및 펌프 환경의 온도에 민감해지게 된다.
필요한 것은 테스트에 대해 큰 동적 범위를 가지므로 알맞은 온도 극단치와 IV 튜브의 폭넓은 범위하에서 긍정적인 묘사가 가능하게 되는 의료 주입 펌프용 에어 센서(air sensor)이다. 이러한 센서는 IV 튜브내의 에어를 감지할 뿐만 아니라 빈 IV 튜브와 IV 튜브가 없음을 구별하는 이점이 있다. 또한, 이러한 에어 센서는 펌프 하우징(housing)에 최소로 크기 및 무게를 부가하면서 사용될 수 있도록 소형 크기를 갖는 이점이 있다. 또한, 이러한 에어 센서는 저전력 소모를 사용하므로, 펌프가 보조 배터리 전력에서 동작할 때 배터리 수명을 연장시키는 이점을 갖는다.
<발명의 요약>
본 발명은 에어의 존재 유무 테스트에 대해 큰 동적 범위를 가지므로, 알맞은 온도 극단치와 모든 IV 튜브하에서 긍정적인 묘사가 가능한 의료 펌프용 에어 센서를 제공한다. 본 발명은 빈 IV 튜브와 IV 튜브가 없음을 구별할 수 있다. 본 발명은 펌프 하우징(housing)에 최소로 크기 및 무게를 부가하면서 사용될 수 있도록 소형 크기를 갖는 에어 센서를 제공한다. 본 발명은 저전력 소모를 사용하므로, 펌프가 보조 배터리 전력에서 동작할 때 배터리 수명을 연장시키는 에어 센서를 제공한다.
본 발명은 액체가 통과하는 튜브에서 과도한 에어를 검출하는 장치를 제공한다. 장치는 초음파 신호를 전송하는 초음파 전송기 및 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신기를 포함한다. 초음파 전송기와 초음파 수신기는 IV 튜브에 의해 분리된다. 장치는 또한 초음파 전송기를 작동시키도록 적어도 2개의 전송 신호를 발생하는 회로 수단 및 수신된 신호를 검출하는 회로 수단을 포함한다. 수신된 신호가 IV 튜브 또는 IV 튜브가 없는 경우에서 에어 또는 액체를 나타내는가 여부를 결정하는 수단이 제공된다.
장치는 또한 에어 삽입의 예측에서 보다 큰 안전 계수를 제공하도록 선형 검출 보다는 액체내의 에어에 대해 대수 검출에 의존한다. 장치는 또한 주위 간섭에 구별되는 예민한 필터 응답을 포함한다. 장치는 또한 종래 기술의 에어 센서 보다 더 나은 에어와 액체간의 묘사를 검출하는 개선된 음향 기기를 제공한다. 장치는 또한 제1 주파수에서 "두께 모드(thickness mode)"가 튜브내의 에어를 검출하는데 사용되고 제2 주파수에서 "방사 모드(radial mode)"가 튜브의 존재 유무를 검출하고 튜브에서의 최소 적하량을 검출할수 있도록 사용되는 초음파 크리스탈의 "이중 모드" 특성을 사용한다.
본 발명은 의료 주입 펌프 에어 검출기(medical infusion pump air detector)에 관한 것이다.
도 1은 주입 펌프의 사시도.
도 2는 다른 방법의 주입 펌프의 사시도.
도 3은 펌프면을 상세히 도시하는, 도 1의 주입 펌프의 정면도.
도 4는 도 1 및 도 2의 주입 펌프의 디스플레이 영역을 상세히 도시한 도면.
도 5는 도 1의 주입 펌프 후면의 정면도.
도 6 내지 도 13은 도 1 및 도 2의 주입 펌프와 사용자의 상호작용을 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 원리에 따라 구성된 에어 센서를 상세히 도시한 도면.
도 15는 본 발명의 원리에 따라 구성된 에어 검출기 회로의 블록도.
도 16은 본 발명의 원리에 따라 구성된 에어 검출기 회로의 구성도.
도 17은 본 발명의 원리에 따라 구성된 에어 검출기 회로에 대한 다른 방법의 실시예의 블록도.
도 18은 본 발명의 원리에 따라 구성된 에어 검출기 회로에 대한 다른 방법의 실시예의 구성도.
도 1을 참고로, 정맥 주사액 주입 펌프는 일반적으로 (10)이라 칭하여진다. 펌프(10)는 표준 IV 폴(pole)(12)상에 클램프 처리된다. 펌프(10)는 주본체부(14)와 적어도 하나의 펌프 모듈부(16)를 포함한다. 여기서 도시되고 설명되는 실시예에서는 2개의 펌프 모듈부(16)가 제공된다. 그러나, 임의의 수의 펌핑 모듈을 사용하는 것은 펌프 사용자의 요구에 따라 고려된다. 예를 들면, 도 2는 4개의 펌핑 모듈(16)을 갖는 주입 펌프를 도시한다.
운반 핸들(20)은 주 본체부(14)의 상단 주변에 형성된다. 주 본체(14)는 또한 이후 보다 상세히 기술될 바와 같이, 펌프에 대한 다양한 정보를 사용자에게 운반하는데 사용되고 펌프와의 사용자 인터페이스를 제공하는 액정 디스플레이(LCD) 영역(23)을 포함한다. 주 본체(14)는 데이터-입력키(25)를 포함한다. 펌프 모듈(16)은 튜브-로딩(loading) 채널(27)과 마이크로프로세서를 갖춘 디스플레이 영역(29)을 포함한다. 바람직한 실시예에서는 이 마이크로프로세서가 모토롤라사(Motorola, Schaumburg, Illinois)로부터 이용가능한 68HC11이다. 주 본체부(14)는 마스터 마이크로프로세서에 종속되는 슬래이브(slave) 마이크로프로세서를 포함한다. 슬래이브 마이크로프로세서는 또한 아날로그 대 디지탈 변환기(A/D 변환기)를 포함한다. 바람직한 실시예에서는 마이크로프로세서가 인텔사(Intel Corporation, Santa Clara, California)로부터 이용가능한 80C186EB이고, 슬래이브 마이크로프로세서는 필립스 반도체사(Phillips Semiconductors, Sunnyvale, California)로부터 이용가능한 80C552이다. 슬래이브 마이크로프로세서는 이후 기술될 모니터 기능을 구동시키는 판독 전용 메모리(ROM)내의 소프트웨어를 포함한다.
도 3을 참고로, 주입 펌프(10)면을 상세히 도시한 정면도가 주어진다. 디스플레이 영역(23)의 측면을 따라 스크롤-업(scroll-up) 화살표 키(31)와 스크롤-다운(scroll-down) 화살표 키(33)가 포함된다. 이들 키는 디스플레이 영역내에서 프로그래밍 분야나 작용을 선택하는데 사용된다. 디스플레이 영역(23) 아래에는 디스플레이 영역(23)에서 다른 방법의 선택과 상호작용하는데 사용되는 다수의 화살표 키(36)가 포함된다. 이들 화살표 키(36)는 디스플레이 영역(23)에 디스플레이되는 특정한 기능과 연관되어 사용되기 때문에, 이들 화살표 키(36)는 "소프트키(soft key)"라 칭하여진다.
도 4를 참고로, 디스플레이 영역(23)은 4개의 디스플레이부를 포함한다. 디스플레이 영역의 윗부분에는 상태 디스플레이(38)가 위치한다. 상태 디스플레이(38)는 펌프 주입 상태를 제공한다. 상태 디스플레이(38)는 또한 경고, 알람, 및 실패 조건을 식별한다. 디스플레이 영역의 하단 부분에는 프롬프트(prompt) 디스플레이가 포함된다. 프롬프트 디스플레이는 사용자에게 프롬프트나 지시를 제공하는 프롬프트선(41)을 포함한다. 디스플레이 영역(23) 아래에 위치하는 다수의 소프트키(36)에 대한 라벨을 포함하는 소프트키 영역(40)이 또한 포함된다. 그래서, 프롬프트를 따라서 소프트키(36)에 적용된 라벨로 선택을 함으로서, 사용자는 디스플레이 영역(23)과 인터페이스할 수 있다. 마지막으로, 디스플레이 영역(23)의 중간 부분(42)은 주입 선택, 프로그래밍, 및 펌프 주입의 동작 또는 운행 상황을 디스플레이하는데 사용된다.
다시 도 3을 참고로, 주 본체(14)는 또한 다수의 기능키(44)를 포함한다. 기능키(44)는 숫자 키 패드(50) 뿐만 아니라 사용자 인터페이스 키를 포함하는 전용키(46)를 포함한다. 숫자 키 패드(50)에는 숫자 0 내지 9 및 소수점 키가 포함된다. 이들 숫자와 소수점 키는 도 4에 도시된 예와 같이, 디스플레이 영역(23)에서 강조된 분야에 프로그래밍 값을 입력시키는데 사용된다. 숫자 키 패드(50)는 또한 강조된 분야에서의 값을 클리어(clear)시키는데 사용되는 클리어키(53)를 포함한다. 강조된 분야에서의 값을 부주의하게 클리어시키는 것에 대한 안전 특성으로, 강조된 분야가 클리어된 후에 클리어키(53)를 다시 누르면, 그 분야의 내용은 마스터 마이크로프로세서의 메모리에 저장된 최종값으로 재저장된다.
전용 기능키(46)는 메인-디스플레이 기능키(55)를 포함한다. 메인-디스플레이 기능키(55)는 사용자 상호작용 중의 임의의 지점으로부터 초기 또는 메인 디스플레이로 디스플레이 영역(23)을 복귀시키는데 사용된다. 부피-내력(volume-history) 기능키(57)는 부피 내력 화면을 디스플레이하는데 사용된다. 정적(silence) 기능키(59)는 바람직한 실시예에서는 2분인 소정의 주기 동안에 펌프 알람과 펌프 경고의 소리를 없앤다. 배경 조명(back-light) 기능키(61)는 펌프가 전기 코드 구멍에 꽂힐 때 한가지 목적을 이루고, 펌프가 보조 배터리 전력상에 있을 때에는, 관련되지만 다른 두 번째 목적을 이룬다. 전기 코드 구멍에 꽂힐 때, 배경 조명 기능키(61)는 디스플레이 배경 조명을 on 및 off 시킨다. 보조 배터리 전력상에 있을 때는 배경 조명 기능키(61)가 디스플레이 배경 조명을 밝히지만, 전력을 보존하기 위해 배경 조명이 바람직한 시간 주기 이후에는 유지되지는 않는다.
작용키에는 on/off 충전키(63)가 포함된다. on/off 충전키(63)는 주입펌프(10)의 전력을 on 및 off 시킨다. 펌프(10)가 주입하고 있을 때, on/off 충전키(63)를 누르면 주입을 중단시키도록 시스템에 오버라이드가 제공된다. 작용키는 또한 시작키(65)를 포함한다. 요구되는 프로그래밍 값이 프로그래밍 모드 동안에 입력되면, 시작키(65)는 주입을 초기화한다. 알람 통보에 이어서, 일단 알람 상황이 해결되면, 시작키(65)는 알람 통보를 소거시키고 주입을 다시 시작한다. 작용키는 또한 비율값을 선택하는데 사용되는 비율(rate)키(68)와, 주입 펌프(10)가 주입을 위해 프로그램될 때 부피 매개변수를 선택하는데 사용되는 부피(volume) 키(70)를 포함한다.
2개의 부가적인 아이콘(icon)은 펌프 상황(pump condition)의 표시자로 사용된다. 전기-플러그 아이콘(72)은 주입 펌프(10)가 전기 코드 구멍에 꽂히는 때를 나타낸다. 전기-플러그 아이콘(72)은 또한 보조 배터리가 전기 코드 구멍으로부터 제공되는 전력으로 충전되고 있음을 나타낸다. 또한, 펌프(10)가 보조 배터리 전력으로 동작하고 있을 때 켜지는 배터리 아이콘(74)이 제공된다.
펌프(10)의 주 본체(14)하에는 적어도 하나의 펌프 모듈(16)이 위치한다. 펌프 모듈(16)은 표준 IV 튜브가 펌프(10)로 로드되는 튜브-로딩(tube-loading) 채널(27)을 포함한다. 펌프 모듈(16)은 자동적인 튜브-로딩 특성을 포함한다. 튜브-로딩 채널(27)내에는 IV 튜브(76)상에 포함되는 슬라이드 클램프(slide clamp)를 수신하도록 적용되는 마개가 있는 슬롯(keyed slot)(78)이 포함된다. 펌프 모듈(16)은 자유-흐름 방지 특성을 포함한다.
IV 튜브가 적절한 방향으로 펌프 모듈(16)에 로드되는 것으로 가정하기 위해, 펌프 모듈(16)은 몇 가지 안전 특성을 포함한다. 먼저, 슬라이드 클램프(80)는 적절한 방향으로 마개가 있는 슬롯(78)에만 고정되도록 맞추어진다. 부가적으로, 튜브-로딩 채널(27)하에는 IV 튜브내에서 액체 흐름의 적절한 방향에 대해 사용자에게 지시하도록 액체 흐름 화살표(81)가 제공된다. 또한, 펌프 모듈(16)의 좌측에는 정맥 주사액 주머니 아이콘(83)이 제공된다. 이는 용액 주머니에 연결된 IV 튜브의 끝부분이 튜브-로딩 채널(27)의 좌측으로 전해져야 함을 사용자에게 상기시킨다. 또한, 펌프 모듈(16)의 우측에는 환자 아이콘(85)이 있다. 이 아이콘(85)은 환자에 연결된 IV 튜브의 끝부분이 튜브-로딩 채널(27)의 우측으로 전해져야 함을 사용자에게 상기시키는데 사용된다.
펌프 모듈 디스플레이 영역(29)은 또한 문자 디스플레이 영역을 포함한다. 여기서 설명되는 바람직한 실시예에서는 8개-문자 디스플레이 영역이 제공된다. 그 디스플레이 영역은 특정한 펌프 상호작용 동작 동안에 사용자에게 지시하거나 프롬프트가 전해지는데 사용된다. 디스플레이는 또한 특정한 상황을 식별하도록 알람 또는 경고 상황 동안에 사용된다. 마지막으로, 디스플레이는 주입 상태의 표시를 제공하도록 주입 동안에 사용된다.
문자 디스플레이 영역하에는 3개의 발광 다이오드(LED) 상태 표시기가 포함된다. 첫 번째 것은 펌프가 주입하고 있는 때를 나타내는 녹색 LED(87)이다. 두 번째 것은 펌프가 경고 상황에 있는 때를 나타내는 노란색 LED(89)이다. 활성화된 알람이 없으면, 노란색 LED(89)는 경고 상황 동안에 계속하여 켜진 상태를 유지한다. 세 번째 것은 펌프가 알람 상황에 있는 때를 나타내는 적색 LED(91)이다. 적색 LED(91)는 알람 상황 동안에 on 및 off로 깜빡거리고, 실패 상황 동안에는 연속적으로 켜진 상태를 유지한다. 주입 펌프(10)가 보조 배터리 전력으로 운행되고 있으면, 배터리 전력을 보존하기 위해 경고 또는 알람 디스플레이가 on 및 off로 깜빡거린다.
펌프 모듈(16)은 또한 개방 작용키(open action key)(94)와 중단-작용키(stop action key)를 포함한다. 개방 작용키(94)는 IV 튜브가 튜브 로딩 채널(27)로 로드될 수 있도록 로딩 기계를 개방시킨다. IV 튜브가 펌프 모듈(16)에 포함될 때, 개방 작용키(94)는 IV 튜브의 제거를 허용하도록 로딩 기계를 개방시킨다. 중단-작용키(96)는 활성화된 주입을 중단시키도록 시스템 오버라이드(override)를 제공한다.
도 5을 참고로, 주입 펌프(10)의 후면(97)이 도시된다. 주입 펌프(10)는 주입 펌프(10)에 전력을 가하고 보조 배터리를 재충전하기 위해 표준 교류(AC)를 제공하도록 펌프(10)를 벽면의 코드 구멍에 꽂는 접지된 전력 코드(98)를 포함한다. 장치는 또한 펌프(10)를 IV 폴(pole)상에 설치하는데 사용되는 설치 클램프(100)를 포함한다. 오디오 스피커에 걸쳐 경고 및 알람 상황의 오디오 음을 발생하는데 사용되는 오디오 스피커 그릴(audio speaker grill)(102)이 제공된다. 펌프(10)가 컴퓨터와 연결되어 통신하는 것을 허용하도록 통신 포트(104)가 제공된다. 통신 포트(104)는 또한 간호사실에 위치하는 컴퓨터에 간호사 호출 신호를 통신하는데 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서는 RS232 호환 인터페이스가 외부 통신을 위해 제공된다.
직류(DC) 소켓(107)이 또한 제공된다. DC 소켓(107)은 예를 들면, 펌프(10)가 응급 환자에게 사용되는 것을 가능하게 하도록 대부분의 U.S. 차량에 제공되는 12 volts 전원과 같은 외부 DC 전원에 펌프(10)가 연결되는 것을 가능하게 한다. 주입 펌프(10)의 후면(97)은 또한 종래 기술에서 공지된 바와 같은 전기 휴즈를 포함하는 휴즈칸(109), 오디오 스피커 볼륨 제어(11), 및 메인 디스플레이를 위한 LED 대비 조정(113)을 포함한다. 또한, 패널(panel) 고정 버튼(116)이 제공된다. 패널 고정 버튼(116)을 인에이블시키면, 부주의한 재프로그래밍 뿐만 아니라 펌프(10)와의 고의적인 간섭을 방지하도록 많은 전방 패널 키가 디스에이블된다.
각 펌프 모듈(16)의 측면에는 수동-튜브 배출 노브(knob)(118)가 포함된다. 이 노브(118)는 펌프 모듈(16)에서 자동 튜브-로딩 및 언로딩 특성의 수동적인 오버라이드를 제공한다. 이는 사용자가 펌프(10)로부터 튜브 연결을 수동적으로 배출하는 것을 허용한다. 또한, 각 펌프 모듈상에는 드롭-센서 포트(drop-sensor port)(120)가 제공된다. 이 포트(120)는 표준 드립 챔버(drip chamber)와 연관되어 펌프(10)를 선택적인 드롭 센서에 연결하는 것을 허용한다.
이제는 도 6 내지 도 13을 참고로, 주입 펌프(10)와의 사용자 상호작용이 설명된다. 앞서 논의된 바와 같이, 사용자 상호작용은 원래 디스플레이 영역(23)하에 디스플레이되는 소프트 키(36)와 측면상에 포함되는 스크롤-업 및 스크롤-다운 화살표키 (31), (33)를 포함하여, 메인 디스플레이 영역(23)을 통해 행해진다.
on/off 충전키(63)를 누름으로서 펌프(10)의 전력이 상승되면, 펌프 자체 진단 테스트가 시작된다. 펌프 모듈 디스플레이(29)가 각 문자 위치를 비추는 동안에 메인 디스플레이 영역(23)은 초기에 밝아지고, 이어서 어두어진다. 다음에는 백업 호출기의 소리에 이어서, LED가 밝아지고 가청 스피커가 활성화된다. 이러한 절차는 화면이 밝아질 때 사용자가 디스플레이상의 어두운 점이나 선을 점검하고, 화면이 어두울 때 디스플레이상의 밝은 점이나 선을 점검하고, 펌프 모듈 디스플레이 문자가 적절하게 밝아짐을 확인하고, 모든 LED가 작업 순서에 있음을 확인하고, 또한 가청 스피커와 백업 호출기가 활성화된 소리를 듣는 것을 가능하게 한다.
일단 디스플레이 영역, LED, 및 스피커 테스트가 완료되면, 화면은 도 6a에 도시된 펌프 식별 화면을 디스플레이한다. 이 화면은 배터리 아이콘(122)을 포함한다. 배터리 아이콘(122)은 재충전가능한 보조 배터리에 남아있는 amp 시간량을 그래프로 설명하는 표준 눈금(124)을 포함한다. 이러한 초기 화면에서, 프롬프트선(41)은 펌프 자체 진단 테스트가 진행중임을 식별하고, 자체 진단 테스트가 끝날 때까지 사용자에게 대기할 것을 지시한다.
이제는 도 6b를 참고로, 자체 진단 테스트가 완료된 이후에, 프롬프트선(41)은 사용자에게 펌프(10)가 프로그래밍 모드로 계속될 준비가 되어있음을 알린다. 부가적으로, 사용자에 의해 선택된 구성 옵션에 따라 수 개의 소프트 키가 이용가능해진다. 예를 들면, 도 6b에 도시된 실시예에서는 사용자가 이전에 선택된 구성 매개변수의 세트를 변화시키는 프로그래밍 모드로 들어가는 것을 가능하게 하는 "change Personality"TM이라 칭하여지는 소프트 키가 주어진다. 부가적으로, 이전 프로그램으로부터의 정보가 메모리에 계속 보유됨을 나타내는 "new patient"라 칭하여지는 소프트 키가 주어진다. "new patient" 소프트 키를 누르면, 프로그래밍 메모리와 이전의 환자로부터의 부피 내력이 클리어된다. 프롬프트선(41)에서 지시되는 바와 같이, 메인 디스플레이키(55)를 누르면, 디스플레이 영역이 메인 디스플레이 화면으로 진행된다.
주입 펌프(10)를 프로그램하기 전에, 사용자는 IV 튜브를 펌프 모듈(16)에 로드시킬 것을 지시받는다. 도 7을 참고로, IV 튜브를 펌프 모듈(16)내에서 자동화된 튜브-로딩 슬롯으로 로드시키는 것이 설명된다. 먼저, 개방키(94)가 눌려져 자동 튜브-로딩 기계가 열려지게 된다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 사용자는 on/off 슬라이드 클램프(80)를 마개가 있는 슬롯(78)에 놓고, 적절한 IV 튜브의 방향을 확실히 하도록 돕는다. 도 7b에 도시된 바와 같이, IV 튜브를 팽팽하게 당겨서, 사용자는 IV 튜브를 튜브-로딩 채널(27)로 그에 따라 밀어넣는다. 일단 펌프(10)가 IV 튜브의 존재를 검출하면, 펌프(10)는 IV 튜브를 펌프 구동 기계내의 적절한 위치로 자동 로드시킨다. 개방키(94)가 눌려진 이후에 소정의 시간 주기 동안에 IV 튜브가 로드되지 않으면, 부적절한 IV 튜브의 부주위한 로딩이 발생되지 않도록 확실하게 보장하기 위해 자동 튜브-로딩 기계가 닫힌다. 부가적으로, off 상태로 될 때, 개방키를 누르는 것은 IV 튜브가 장치로 로드될 수 있도록 주입 펌프(10)에 전력을 가한다.
메인 디스플레이 화면은 펌프(10)가 주입되지 않음을 나타내는 중단 아이콘(126)을 포함한다. 소프트 키(36)는 "option" 키, "primary" 키, 및 "piggyback" 키를 포함한다. "primary" 소프트 키 위에 포함되는 중단아이콘(128)은 불이행(default) 주입을 나타낸다. 디스플레이 화면 프롬프트는 두가지 주입에 대한 프로그래밍 모드를 관찰하도록 사용자에게 "primary" 소프트 키 또는 "piggyback" 소프트 키를 누를 것을 지시한다.
주입 펌프(10)의 프로그래밍을 시작하기 위해서는 도 6d에 도시된 바와 같이, 비율 키(68)를 눌러 비율 분야가 강조된 비율-부피 프로그래밍 화면으로 디스플레이를 변화시킨다. "primary" 소프트 키나 "piggyback" 소프트 키가 눌려지지 않으면, 프로그래밍 모드는 불이행 주입이 프로그램되는 것으로 가정된다. 비율-부피 프로그래밍 화면 프롬프트선은 소프트 키 옵션이 "change mode" 키 및 "piggyback" 키를 포함할 때 사용자에게 비율을 입력하거나 변화 모드를 누를 것을 지시한다. 일단 원하는 흐름 비율이 숫자키 패드(50)로 사용자에 의해 입력되면, 부피나 화살표 키는 부피 분야를 강조하는데 사용될 수 있다. 주입될 부피는 숫자키 패드를 이용해 사용자에 의해 입력될 수 있다. 표준 1차 주입에서는 이것이 프로그래밍 단계를 완료시킨다.
프로그래밍하는 동안에, 사용자에 의해 틀린 값이 입력되면, 숫자키 패드(50)를 사용해 정확한 값이 프로그램될 수 있도록 클리어 키(53)를 눌러 틀린 값을 클리어시킨다. 주입을 시작하기 위해서는 시작키(65)를 누른다. 프로그램된 값이 사용자에 의해 선택된 구성 매개변수의 특정한 세트를 근거로 마스터 마이크로프로세서에 프로그램된 허용가능한 범위를 넘으면, 시작키(65)를 눌렀을 때 범위를 벗어났음을 알리는 알람이 활성화된다.
주입할 때, 디스플레이 영역은 펌프가 작동하고 있음을 나타내도록 활기 띤물방울 모양의 물방울 아이콘을 도시한다. 프로그램된 전송 비율, 전송될 나머지 액체의 부피, 및/또는 남은 부피를 전송할 나머지 시간이 디스플레이된다. 완료되기 전에 주입을 중단하려면, 중단키(96)를 누른다. 물방울 아이콘은 메인 디스플레이상에서 중단 아이콘으로 대치되고, 펌프 LED는 더 이상 켜지지 않는다. 주입을 다시 시작하려면, 시작키(65)를 누른다.
소정의 시간 주기내에서 펌프(10)가 다시 시작되지 않으면, 채널 중단 경고가 울리게 된다. 펌프(10)는 또한 알람 상황이 발생되거나 운행하는 동안에 on/off 충전키(63)가 눌려지면 중단될 수 있다. 추가 주입은 2차 주입 IV 튜브상의 슬라이드 클램프(80)를 닫고 중단키(96)를 누름으로서 중단된다. 1차 주입을 계속하려면, 펌프(10)의 동작 모드를 변화시키기 위해 "primary" 소프트 키를 누르고, 1차 주입을 시작하도록 시작키(65)를 누르는 것으로 이어진다.
일단 주입될 나머지 부피가 주입의 완료를 나타내는 0에 이르게 되면, 펌프(10)는 자동적으로 KVO(keep-vein-open) 경고 모드로 들어간다. 이 경고 모드 동안에 펌프(10)는 프로그램된 KVO 비율보다 더 작은 비율로, 또는 프로그램된 비율로 계속 주입된다. KVO 경고 모드에서 빠져나오려면, 중단키(96)를 누른다. 이때, 펌프(10)는 다음 주입을 위해 프로그램되거나 펌프(10)의 전력이 off 상태로 될 수 있다.
주입 종료 이후에, IV 튜브를 언로드시키기 위해서는 개방키(94)를 누른다. 펌프 모듈(16)은 자동적으로 슬라이드 클램프(80)를 닫고, IV 튜브의 제거를 허용하도록 튜브-로딩 채널(27)을 개방시킨다. IV 튜브가 제거되면, 자동 로드 기계는닫힌다. 다른 방법으로, 소정의 시간 주기 이후에 IV 튜브가 제거되면, 기계가 자동적으로 닫히게 된다.
도 8을 참고로, 메인 디스플레이로부터 "option" 소프트 키가 눌려지면 옵션 윈도우를 디스플레이하는 팝-업 윈도우(pop-up window)가 도시된다. 옵션 메뉴는 흐름 점검 특성(flow check feature), 현재의 PersonalityTM관찰 특성, 하류 폐색값(downstream occlusion)의 선택, 배터리 충전 레벨 특성, 및 구성/서비스 특성을 포함한다. 특정하게 이용가능한 특성을 관찰하기 위해, 사용자는 스크롤-업 및 스크롤-다운 화살표키 (31), (33)을 이용해 관찰될 특성을 강조한다. 현재 PersonalityTM관찰 특성은 현재의 구성 매개변수의 세트를 신속하게 재검토하는 것을 허용한다.
본 발명은 또한 1차 주입에 대해 수 개의 이용가능한 프로그래밍 모드를 제공한다. 프로그래밍 모드 디스플레이에서 "change mode" 소프트 키가 선택될 때, 프로그래밍 모드가 1차 프로그래밍 기능이면, 도 9에 도시된 바와 같은 옵션 윈도우(option window)가 디스플레이된다. 옵션 윈도우는 모드 및 기능 서브세트를 포함한다. 기능 서브세트는 프라임(prime) 기능을 포함한다.
프라임 기능은 주입에 앞서 IV 튜브에 에어가 없음을 보장하기 위해 IV 튜브를 준비시킬 때 사용자를 돕도록 사용된다. 1차 프로그래밍 모드에서, IV 튜브가 로드된 이후에, 프라임 기능은 "change mode" 소프트 키를 누름으로서 액세스된다. 스크롤-업 및 스크롤-다운 화살표 키(31), (33)은 프라임 필드를 강조하는데 사용되고, 이들은 "select" 소프트 키를 누름으로서 선택될 수 있다. 이때, 디스플레이 영역은 도 10a에 도시된 바와 같이 프라임 메시지를 디스플레이한다. 프롬프트선(41)은 IV 튜브를 준비시키기 위해 "prime" 소프트 키를 누르도록 사용자에게 지시한다. 또한, 프라임 기능이 완료되는 때를 나타내도록 "done" 소프트 키가 제공된다. 프라임이 활성화된 동안에는 디스플레이 영역이 도 10b에 도시된 프라임 메시지를 도시한다. 프라임 완료시 "done" 소프트 키를 누르면, 디스플레이 영역은 1차 주입 프로그램으로 복귀된다.
본 발명은 또한 수 개의 고장 진단 경고, 알람, 및 실패 메시지를 제공한다. 경고, 알람, 또는 실패가 발생될 때, 디스플레이의 상태 영역 뿐만 아니라 펌프 모듈 문자 디스플레이는 경고, 알람, 또는 실패를 식별한다. 경고 메시지는 사용자 간섭을 요구할 수 있지만, 주입을 중단하지는 않는다. 알람 상황은 자동적으로 주입을 중단시키므로, 주입이 다시 시작될 수 있기 전에 즉각적인 처리를 요구한다. 장치 실패는 자동적으로 주입을 중단한다. 알람 상황은 현존하는 경고 상황을 무효로 만들 수 있는 반면, 실패는 모든 경고 및 알람을 무효로 만든다.
경고 상황은 펌프 모듈 디스플레이(29) 아래에서 노란 경고 LED(89)를 밝히고 경고음을 낸다. 경고음은 정적키(59)를 누름으로서 예를 들면, 2분인 시간 주기 동안에 조용하게 될 수 있다. 경고 상황은 이후 상세히 기술될 바와 같이, 검출된 에어 방울이 IV 튜브내에 있음을 나타내는 전진된 에어 경고(advanced air alert)를 포함한다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 영역은 선내의 에어 아이콘(131)을 디스플레이하고, 에어 전진 특성이 에어 방울을 관찰하는데 사용하기 원하는가를 사용자에게 묻는다. 에어 전진 특성을 선택하면, 디스플레이 화면은 도 11b에 도시된 "advance air" 화면으로 진행된다. 에어 방울을 전진시키기 위해서는 사용자가 "advance air" 소프트 키를 눌러 유지시킨다. 에어 검출 특성이 다시 액체를 검출할 때, 디스플레이 영역은 도 11c에 도시된 액체 아이콘(133)을 디스플레이함으로서 사용자에게 액체 검출을 알린다. 사용자는 소정의 제한에 이를 때까지 계속하여 에어 방울을 전진시킬 수 있다. 액체 아이콘(133)의 출현과 에어 센서 위치에서의 액체를 감지하면, 알람 상황은 재설정되고 시작키(65)를 누름으로서 주입이 재시작될 수 있다. 사용자는 최대로 정의된 부피가 펌프될 때까지 에어를 진행시킬 수 있다. 일단 이 최대 부피가 펌프되면, 디스플레이는 도 11d에 도시된 바와 같이 이를 임상적인 사용자에게 알린다. IV 튜브는 알람을 재설정하도록 제거되고 수동적으로 정화되어야 한다.
펌프에 대한 구성 매개변수의 세트를 구성하기 위해, 도 8에 도시된 옵션 메뉴 중 구성/서비스 기능이 선택된다. 구성/서비스 기능이 선택되면, 도 12a에 도시된 패스워드 입력 화면이 나타난다. 패스워드는 적절한 병원 개인만이 구성/서비스 루틴과 액세스하는 것을 보장한다. 프롬프트선(41)은 패스워드의 입력을 전한다. 권한이 부여된 개인은 구성/서비스 루틴에서 진행되기 위해 숫자의 패스워드를 입력한다. 패스워드 입력 화면은 주입 펌프에서 소프트웨어 버전의 기준 목록을 포함한다. 그 루틴에서 빠져나오기 위해 "cancel" 소프트 키가 제공된다.
유효한 패스워드가 성공적으로 입력되면, 도 12b에 도시된 바와 같은 구성/서비스 메뉴 화면이 나타난다. 옵션은 PersonalityTM구성 사용, 장치 구성 사용, 사건 내력, 서비스 특성, 장치 구성 전송, 다운로드(download) 구성, 시간 설정, 및 날짜 설정을 포함한다. 옵션이 강조될 때, 옵션의 특정한 구성성분을 제공하는 메시지가 나타난다. 도 12b에 도시된 예에서, PersonalityTM구성 사용은 PersonalityTM리스트, 주입 모드 및 특성, 주입 제한 경고 및 알람, 드롭 센서, 및 라벨 라이브러리(label library)를 구성성분으로 포함한다.
권한이 부여된 병원 직원은 임상 특성 제한과 주입 경고 및 알람 특징으로 프로그램할 수 있다. 주입 제한, 경고, 및 알람은 도 12c에 도시된 PersonalityTM구성 메뉴로부터 액세스될 수 있다. 선택되면, 도 12d에 도시된 바와 같이 주입 제한, 경고, 및 알람 메뉴가 디스플레이된다. 이 메뉴에서의 설정은 전체적으로 주입 펌프(10)에 적용되고, 분리된 채널에 대해서는 프로그램가능하지 않다.
권한이 부여된 병원 개인은 주입 펌프(10)에 의해 검출되는 에어 방울의 크기를 설정할 수 있다. 도 13을 참고로, 에어 방울 설정의 선택시 디스플레이되는 에어 방울 선택 풀-다운(pull-down) 메뉴가 도시된다. 화면은 "no change" 소프트 키와 "select" 소프트 키를 포함한다. 방울 크기에 대한 옵션이 디스플레이된다. 바람직한 실시예에서는 4개의 방울 크기 레벨이 표시된다. 여기서 기술되는 바람직한 실시예에서, 4개의 방울 크기 레벨은 25 microL, 50 microL, 100 microL, 및 150 microL이다. 각각의 방울 크기 레벨은 소정의 범위내에서 에어 방울을 검출하게 된다. 예를 들면, 25 microL 레벨은 25 microL 이상의 에어 방울을 검출하고 10 microL 이하의 에어 방울은 검출하지 않으며; 50 microL 레벨은 50 microL 이상의 에어 방울을 검출하고 25 microL 이하의 에어 방울은 검출하지 않으며; 100 microL 레벨은 100 microL 이상의 에어 방울을 검출하고 50 microL 이하의 에어 방울은 검출하지 않으며; 또한 150 microL 레벨은 150 microL 이상의 에어 방울을 검출하고 100 microL 이하의 에어 방울은 검출하지 않는다.
이제는 도 14를 참고로, 에어 센서(135)가 상세히 도시된다. 전송기 캔(transmitter can)(139)은 전송기 하우징(137)내에 위치한다. 전송기 캔(139)은 전송기 플래튬(platum)면(144)에 대해 전송기 캔(139)을 위쪽으로 바이어스 처리하는(biased upward) 보유 플래이트(retaining plate)(142)상에 얹혀있다. 전송기 캔(139)은 스타이캐스트 에폭시(stycast epoxy)에 싸여있는 초음파 크리스탈(ultrasonic crystal)(146)을 포함한다. 대략 초음파 크리스탈(146)의 지름인 구리 디스크(148)는 초음파 크리스탈(146)하에 포함된다. 구리 디스크(148)는 예를 들면, 전기 수술용 유닛으로부터의 간섭과 같은 주위 잡음에 대해 전기적인 장벽으로 작용한다. 이후 상세히 기술될 바와 같이, 초음파 센서를 전송기 회로에 전기적으로 연결시키기 위해 동축 케이블(150)이 제공된다. 동축 케이블(150)의 바깥쪽 외장은 구리 디스크(148)에 먼저 접하고, 이어서 IV 튜브에 가장 가까운 초음파 크리스탈(146)의 전면에 접한다. 동축 케이블(150)의 중심 도체는 구리 디스크(148)내의 홀(hole)을 통해 IV 튜브로부터 가장 멀리 있는 초음파 크리스탈(146)의 뒷면으로 이어진다. 이러한 구성은 또한 외부 간섭에 대한 차폐를 돕는다. 전송기 하우징(137)은 전송기 캔(139)과 전송기 하우징(137)이 평평한 영역을 정의하도록 같은 높이로 되는 튜브 여분 영역(159)을 정의한다. 튜브 여분 영역(159)은 IV 튜브(76)가 로드될 때 기록되는 위쪽으로 확장된 후면 벽(162)을 포함한다. 튜브 여분 영역(159)은 초음파 신호에 대한 다른 경로가 주어지지 않고 명확한 초음파 신호가 튜브의 중심을 통해 직접 전송될 수 있도록 가로 막혀지지 않는다.
수신기 캔(receiver can)(166)은 수신기 하우징(164)내에 위치한다. 수신기 캔(166)은 수신기 하우징(164)내에 위치한다. 수신기 캔(166)은 보유 플래이트(170)으로 수신기 플래튬 면(168)에 대해 아래쪽으로 바이어스 처리된다. 수신기 캔(166)은 스타이캐스트 에폭시(stycast epoxy)에 싸여있는 초음파 크리스탈(172)을 포함한다. 구리 디스크(175)는 초음파 크리스탈(172) 위에 포함된다. 이후 상세히 기술될 바와 같이, 초음파 센서를 수신기 회로에 전기적으로 연결시키도록 동축 케이블(177)이 제공된다. 동축 케이블(177)의 바깥쪽 외장은 구리 디스크(175)에 먼저 접하고, 이어서 초음파 크리스탈(172)면에 접한다. 동축 케이블(177)의 중심 도체는 구리 디스크(175)내의 홀을 통해 초음파 크리스탈(172)에 이어진다. 이러한 구성은 외부 간섭에 대한 차폐를 돕는다.
수신기 하우징(164)은 수신기 캔(166)이 평평한 영역을 정의하도록 수신기 하우징(164)과 같은 높이로 되는 튜브-보안 영역(181)을 정의한다. 튜브-보안 영역(181)은 위쪽으로 확장된 후면 벽(162)과 반대되게 아래쪽으로 확장된 계단(183)을 포함한다. 튜브-보안 영역(181)은 초음파 신호에 대한 다른 음향 경로가 주어지지 않고 명확한 초음파 신호가 수신될 수 있도록 가로 막혀지지 않는다. 튜브 여분 영역(159), 튜브-보안 영역(181), 위쪽으로 확장된 후면 벽(162), 및 아래쪽으로 확장된 계단(183)은 전송기 캔(139)과 수신기 캔(166) 사이의 적절한 위치에서 튜브(76)을 안전하게 하도록 작용한다.
전송기 캔(139)과 수신기 캔(166) 사이에 다른 음향 경로가 제공되지 않는 것을 더 보장하기 위해, 전송기 하우징(137)은 IV 튜브(76)가 안전화될 때 수신기(164)와 전송기 하우징(137) 사이에 에어 갭(air gap)(187)을 제공하는 에어-절연 영역을 정의한다. 유사하게, 수신기 하우징(164)은 IV 튜브(76)가 안전화될 때 전송기(137)와 수신기 하우징(164) 사이에 에어 갭(192)을 제공하는 에어-절연 영역을 정의한다.
IV 튜브(76)는 전송기 캔(139)과 수신기 캔(166) 사이에 포함된다. IV 튜브(76)는 전송기 하우징(137)의 위쪽으로 확장된 후면 벽(162)과 수신기 하우징(164)의 아래쪽으로 확장된 계단(183)에 의해 적절한 위치로 확보된다. 수신기 하우징(164)의 에어-절연 영역에 의해 제공되는 에어 갭(192)과 전송기 하우징(137)의 에어-절연 영역에 의해 제공되는 에어 갭(187)은 전송기 캔(139)과 수신기 캔(166) 사이의 다른 음향 경로를 제거하므로, 초음파 신호에 대한 단일 경로만이 IV 튜브(76)를 통한다. 수신기 캔(166)을 수신기 회로에 전기적으로 연결시키는 동축 케이블(177)은 수신기 하우징(164)의 움직임을 가능하게 하도록 수신기 하우징(164)에서 정의된 광각 개구(wide-angle aperture)(194)를 통해 확장된다.
이제는 도 15를 참고로, 에어 센서에 대한 회로(200)의 제1 실시예가 블록도로 도시된다. 회로는 전송기 회로(201)와 수신기 회로(202)를 포함한다. 전송기 회로(201)는 발진을 발생하는 수단(204)을 포함하고, 이는 바람직한 실시예에서 4.5 MHz 발진기이다. 발진기(204)는 에어 센서 전송기에 주 신호(primary signal)를 제공한다. 수신기 이득에서의 변화를 검출하고 간섭 레벨을 점검하는 테스트를 제공하기 위해, 주 신호에 감쇠를 부가하는 테스트 수단(206)은 테스트 신호를 유도하도록 제2 신호를 제공한다. 바람직한 실시예에서는 신호 진폭이 대략 15db 만큼 감소된다. 전력이 on 상태로 되면, 테스트 신호를 사용하는 테스트 모드가 이용된다. 테스트 모드 동안에, 수신기 회로에 의해 수신된 값은 대응하는 감소를 확인하도록 점검된다. 또 다른 바람직한 실시예에서는 테스트 모드가 간헐적으로 사용될 수 있다.
주 신호와 테스트 신호는 바람직한 실시예에서 아날로그 게이트 스위치(analog gate switch)인 스위칭 수단(208)으로 입력된다. 스위칭 수단(208)은 두 신호 중 하나를 선택하여 초음파 전송기(146)에 제공한다. 선택된 신호에 이득(210)이 제공된 이후에, 신호는 초음파 전송기(146)로 인가된다.
수신기 회로(202)는 초음파 전송기(146)로부터 전송된 초음파 신호를 수신하도록 위치하는 초음파 수신기(172)를 포함한다. 전치 증폭기에 의해 바람직한 실시예에서 대략 13db인 이득(212)이 적용된 이후에, 주 신호는 바람직한 실시예에서 4.5 MHz 대역통과 세라믹 필터인 필터(214)를 통해 수신기/복조기(216)로 인가된다. 바람직한 실시예에서, 슈퍼헤테로다인(superhetrodyne) 수신기/복조기는 시그네틱스사(Signetics Corporation, Sunnyvale, California)로부터 이용가능한 시그네틱스(Signetics) SA 637이다. 수신기/복조기(216)는 원하지 않는 여분 신호의 과감한 제거를 제공하는 신호를 필터(218)에 진행시키고, 초음파 수신기로부터의 신호를 눈금이 정해진 출력 직류로 변환시킨다. 바람직한 실시예에서, 제2 및 제3 필터는 AVX/카이오시에라사(AVX/Kyocera Corporation, Myrtle Beach, South Carolina)로부터 이용가능한 PBFS450P-30K 450 KHz 대역통과 세라믹 필터이다. 이 신호는 조절되어 A/D 변환기(220)로 입력되고, 이는 초음파 수신기에서 수신된 무선 주파수 신호를 나타내는 디지탈 신호를 제공한다. 또한, 전송기 회로(201)와 수신기 회로(202)로의 제어를 제공하도록 제어 회로(222)가 제공된다.
이제는 도 16을 참고로, 에어 센서에 대한 회로의 제1 실시예의 구조를 도시한다. 먼저 전송기 회로를 참고하면, 발진기 회로는 바람직한 실시예에서 랄트론사(Raltron Corporation, Miami, Florida)로부터 이용가능한 랄트론(Raltron) AS 4.500-20-SMD인 크리스탈(CR1)을 포함한다. 크리스탈(CR1)의 출력은 피드백(feedback) 저항(R1) 및 신호 저항(R2)으로 연결된다. 반전기(A1)와 바이어스 저항(R3)은 크리스탈(CR1)의 입력과 저항(R1)에 걸쳐 연결된다. 바람직한 실시예에서, 반전기는 필립스 반도체사(Philips Semiconductors, Sunnyvale, California)로부터 이용가능한 74HC04형 반전기이다. 발진기의 출력은 2개의 회로에 2개의 입력을 제공한다. 제1 입력은 저항(R1)과 반전기(A2)를 통해 연결기에 있다. 바람직한 실시예에서, 연결기는 J3 연결기이고, 입력은 J3 연결기 중 핀 6에 있다. J3 연결기의 핀 1은 전력이 공급되고, 핀 3 및 7은 접지로 설정된다. 제2 입력은 저항(R2)를 통해 아날로그 게이트(U1)에 있다. 바람직한 실시예에서,아날로그 게이트(U1)는 맥심사(Maxim Corp., Sunnyvale, California)로부터 이용가능한 DG601DY이고, 입력은 S1 및 S2 입력핀에 있다. J3 연결기의 핀 4는 풀-업(pull-up) 저항(R4)를 통해 아날로그 게이트에 연결된다. J3 연결기의 핀 5는 아날로그 게이트(U1)의 IN1 핀으로 입력된다. 이는 신호가 게이트 (S1) 및 (S2)를 통하거나 게이트(S2)만을 통해 진행되는가 여부를 제어한다.
아날로그 게이트(U1)의 출력은 고역통과 필터링 캐패시터(C1)를 통해 n-p-n 트랜지스터(Q1)의 베이스로 입력된다. 트랜지스터(Q1)의 콜렉터는 전원에 연결되고, 에미터는 초음파 전송기(UT)에 연결되면서 또한 버퍼 저항(R5)를 통해 접지로 연결된다. 초음파 전송기(UT)도 또한 접지된다. 한 쌍의 바이어스 저항 (R6) 및 (R7)은 트랜지스터(Q1)의 콜렉터와 접지에 걸쳐 연결되고, 저항(R6) 및 저항(R7)의 접합부에는 베이스가 연결된다.
동작시, 선택되어질 신호는 J3 연결기의 핀 5에서 결정된다. 1차 및 테스트 신호를 원할 때, 아날로그 게이트(U1)의 S1 핀은 핀 5를 로우(low) 상태로 끌어내림으로서 선택된다. 테스트 신호만을 원할 때, 아날로그 게이트(U1)의 S1 핀은 핀 5를 고상태로 끌어내림으로서 선택된다. 선택된 신호는 아날로그 게이트(U1)로부터 출력되고, 캐패시터(C1)에 의해 고역통과 필터 처리되고, 또한 트랜지스터(Q1)로 입력된다. 에미터 폴로워 트랜지스터(emitter follower transistor)(Q1)는 아날로그 게이트의 비교적 높은 출력 임피던스를 전기적으로 1000 pF과 직렬인 20 ohms 정도인 초음파 전송기(UT)의 비교적 낮은 임피던스에 정합시킨다.
이제는 수신기 회로를 참고로, IV 튜브에서 초음파 전송기(UT)로부터 초음파신호를 수신하는 초음파 수신기(UR)가 제공된다. 초음파 수신기(UR)는 캐패시터(C3)를 통해 n-p-n 트랜지스터(Q2)의 베이스로 입력되고, 또한 접지로 연결된다. 트랜지스터(Q2)로의 입력은 전이 신호가 주어지면 단선을 방지하는 백-투-백 다이오드(back-to-back diode)(D1), (D2)에 의해 제한된다. 트랜지스터(Q2)는 저항(R10)과 병렬로 연결된 캐패시터(C4)와 캐패시터(C3)에 의해 설정되는 대역통과를 갖는다. 저항 (R8) 및 (R9)는 트랜지스터(Q2)의 이득을 설정한다. 한 쌍의 트랜지스터 (R11) 및 (R12)는 바이어스 트랜지스터(Q2)로의 공급에 걸쳐 연결되고, 트랜지스터 (R11) 및 (R12)의 접합부에는 베이스가 연결된다.
신호는 베이스가 불안정화를 방지하는 블리더(bleeder) 저항(R13)를 통해 트랜지스터(Q2)의 콜렉터로 연결되는 n-p-n 트랜지스터(Q3)를 통해 버퍼 처리된다. 트랜지스터(Q3)의 콜렉터는 전원에 연결되고, 에미터는 저항(R14)를 통해 접지된다. 트랜지스터(Q3)의 에미터로부터 캐패시터(C5)를 통해 필터(F1)의 입력에 신호가 제공된다. 캐패시터(C7)와 병렬 연결된 저항(R15)로 구성되는 정합 네트워크에 의해서는 작은 이득이 제공된다. 필터(F1)의 출력은 정합을 위해 또한 최적화된 캐패시터(C8)를 통해 수신기/복조기(U2)로 입력된다. 그래서, 이득이 수 db로 실현된다.
수신기/복조기(U2)는 주 신호를 중간 신호 주파수에 전자적으로 혼합한다. 혼합 신호는 캐패시터 (C9) 및 (C10)을 따라 제2 국부 발진기(CR2)에 의해 제공된다. 길버트 셀(gilbert cell) 발진기(CR2)의 출력은 탱크(tank) 회로를 형성하는 캐패시터(C11)를 통해 수신기/복조기(U2)로 연결된다.
수신기/복조기(U2) 신호는 핀 20에서 믹서 출력을 통한 원하는 신호를 대역통과 필터(F2)를 통해 다소 대역제한된 신호를 증폭시키는 핀 18으로, 이어서 필터(F3)를 통해 대역제한된 신호를 더 증폭시키는 핀 14로 증폭시키는 필터 수단과 신호 조절 수단을 포함한다. 내부 피드백 수단을 통해, 핀 7에서의 수신 신호 강도 표시자("RSSI") 출력은 수신기/복조기(U2)의 핀 1상의 신호 입력에서 나타내는 대수 입력에 대한 선형 출력을 나타낸다. RSSI 신호는 저항(R16), (R17), 및 가감 저항기(rheostat)(VR1)과 조합되는 수신기/복조기(U2)내의 내부 연산 증폭기에 의해 증폭된다. 적절한 조절 이후에, RSSI 신호는 펌프 마이크로프로세서에서 A/D 변환기로 공급된다. 그래서, 펌프 마이크로프로세서는 IV 튜브내에 공기 또는 액체가 있는가 여부를 결정할 때 신호 레벨에서 대수 변화의 선형 출력을 나타내는 RSSI 신호를 사용한다.
이제는 도 17을 참고로, 에어 센서에 대한 회로(300)의 제2 실시예가 블록도에 도시된다. 회로는 전송기 회로(301)와 수신기 회로(302)를 모두 포함한다. 전송기 회로(301)는 바람직한 실시예에서 4.5 MHz 발진기인 발진을 발생하는 수단(304)을 포함한다. 발진기(304)는 주 신호를 에어 센서 전송기에 제공한다. 전송기 회로(301)는 또한 제2 신호를 제공하는 분할기 수단(330)을 포함한다. 다른 방법의 바람직한 실시예에서는 부가적인 분할기 수단(330)이 2차 450 KHz 신호를 유도하도록 4.5 MHz 신호를 10으로 나눈다. 수신기 이득에서의 변화를 검출하고 간섭 레벨을 점검하는 테스트를 제공하기 위해, 제1 바람직한 실시예에서 행한 바와 같이 테스트 신호를 유도하도록 주 신호에 감쇠를 부가하는 테스트 수단(306)에 의해 제3 신호가 제공된다.
주 신호, 2차 신호, 및 테스트 신호는 바람직한 실시예에서 아날로그 게이트 스위치인 스위칭 수단(308)에 입력된다. 스위칭 수단(308)은 3개 신호 중 하나를 선택하여 초음파 전송기(146)에 제공한다. 선택된 신호에 이득(310)이 제공된 이후에, 신호는 초음파 전송기(146)로 인가된다.
수신기 회로(302)는 초음파 전송기(146)로부터 전송되는 초음파 신호를 수신하도록 위치하는 초음파 수신기(172)를 포함한다. 전치 증폭기(312)에 의해 이득이 적용된 이후에, 주 신호가 선택되면, 이는 바람직한 실시예에서 아날로그 게이트 스위치인 제2 스위칭 수단(332)으로 인가된다. 2차 신호가 선택되면, 이는 바람직한 실시예에서 4.5 MHz 대역통과 세라믹 필터인 필터를 통해 스위칭 수단으로 인가된다. 스위칭 수단(332)은 바람직한 실시예에서 450 KHz 대역통과 세라믹 필터인 필터(318)를 통해 선택된 신호를 수신기 복조기(316)로 전달한다. 바람직한 실시예에서, 이 수신기/복조기는 시그네틱스사(Signetics Corporation, Sunnyvale, California)로부터 이용가능한 시그네틱스 SA 637이다. 수신기/복조기(316)는 초음파 수신기로부터의 신호를 눈금이 정해진 출력 직류로 변환시킨다. 이 신호는 초음파 수신기에서 수신된 무선 주파수 신호를 나타내는 디지탈 신호를 제공하는 A/D 변환기(320)로 입력된다.
본 발명은 본래 크리스탈 설계의 이점을 갖는 조합된 형태로 또는 단일로 존재하도록 두가지 동작 모드를 허용한다. 공진(resonance)의 "두께 모드(thickness mode)"로 칭하여지는 제1 동작 모드를 최적화하도록 크리스탈의 두께가 선택된다.공진의 "방사 모드"라 칭하여지는 제2 동작 모드를 최적화하도록 크리스탈의 지름이 선택된다. 바람직한 실시예에서, 공진의 두께 모드는 4.5 MHz이고, 공진의 영역 모드는 450 KHz이다. 각 공진 모드는 단일로 실행될 수 없는 측정을 허용하는 독특한 특성을 갖는다.
이제는 도 18을 참고로, 에어 센서에 대한 회로의 제2 실시예의 구조를 도시한다. 먼저 전송기 회로를 참고하면, 발진기 수단은 바람직한 실시예에서 랄트론사(Raltron Corporation, Miami, Florida)로부터 이용가능한 랄트론 AS 4.500-20-SMD인 크리스탈(CR101)을 포함한다. 크리스탈(CR101)의 출력은 저항(R101) 및 피드백 저항(R102)로 연결된다. 반전기(A101)와 저항(R103)는 크리스탈(CR101)의 입력과 저항(R101)에 걸쳐 연결된다. 발진기의 출력은 3개의 입력을 3개의 회로에 제공한다. 제1 입력은 다른 펌프 회로에 의해 사용되도록 저항(101) 및 반전기(A102)를 통해 연결기에 있다. 바람직한 실시예에서, 연결기는 J3 연결기이고, 출력은 핀 6에 있다. J3 연결기의 핀 1은 전력이 공급되고 핀 3 및 7은 접지로 설정된다. 제2 입력은 저항(R102)를 통해 아날로그 게이트(U101)에 있다. 바람직한 실시예에서, 아날로그 게이트(U101)는 맥심사(Maxim Corporation, Sunnyvale, California)로부터 이용가능한 DG 601 DY이고, 입력은 S1 및 S2 핀에 있다. J3 연결기의 핀 4는 IN2 핀으로 입력되고, 핀 5는 아날로그 게이트(U101)의 IN1 핀으로 입력된다. 제3 입력은 반전기(A103)를 통해 분할기(U102)에 있다. 바람직한 실시예에서, 분할기(U102)는 텍사스 인스트루먼츠사(Texas Instruments, Dallas, Texas)로부터 이용가능한 74 HC 390 카운터이다.
분할기(U102)의 출력은 아날로그 게이트(U101)의 핀 S3에 연결된다. 아날로그 게이트(U101)의 출력은 고역통과 캐패시터(C101)를 통해 n-p-n 트랜지스터(Q101)의 베이스로 입력된다. 트랜지스터(Q101)의 콜렉터는 전원에 연결되고, 에미터는 초음파 전송기(UT)에 연결되면서 또한 저항(R104)를 통해 접지에 연결된다. 초음파 전송기(UT)도 또한 접지된다. 한 쌍의 저항 (R105) 및 (R106)은 전원과 접지에 걸쳐 연결되고, 그 공통 단자는 트랜지스터(Q101)의 베이스에 바이어스를 제공하고 있다.
동작시, 선택되는 신호는 J3 연결기를 통해 결정된다. 1차 및 테스트 신호를 원할 때, J3 연결기의 핀 5를 하이(high) 상태로 설정함으로서 아날로그 게이트(U101)의 S1 핀 경로가 선택된다. 테스트 신호를 원할 때, 아날로그 게이트(U101)의 S2 핀이 선택된다. 2차 신호를 이루기 위해서는 크리스탈(CR101)로부터의 신호가 반전기(A103)에 의해 버퍼 처리되고 분할기(U102)로 입력된다. 분할기(U102)의 출력은 아날로그 게이트(U101)로 입력된다. 주 신호가 선택될 때, 분할기(U102)와 아날로그 게이트(U101)의 S3 핀은 낮은 J3 연결기 핀 5의 입력으로 반전기(A104)를 통해 아날로그 게이트(U101)로 억제된다. 이는 2차 신호에서 주 신호로의 누설 가능성을 제거한다. 주어지는 경우에, 주 신호에서 2차 신호로의 인위적인 작은 신호는 수신 회로에 의해 필터 처리된다. 이후 상세히 기술될 바와 같이, 선택 신호는 또한 수신기 회로로 입력된다. 2차 신호를 선택하기 위해, J3 연결기의 핀 5 및 핀 4는 아날로그 게이트(U101)의 S1 및 S2 핀을 억제하고 S3 핀을 인에이블시키도록 하이 상태로 설정된다.
선택된 신호는 아날로그 게이트(U101)로부터 출력되고, 캐패시터(C101)에 의해 필터 처리되고, 또한 트랜지스터(Q101)에 입력된다. 트랜지스터(Q101)는 앞서 기술된 바와 같이 아날로그 게이트의 비교적 높은 출력 임피던스를 초음파 전송기(UT)의 비교적 낮은 임피던스에 정합시킨다.
이제는 수신기 회로를 참고로, IV 튜브를 통해 초음파 전송기(UT)로부터 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신기(UR)가 제공된다. 초음파 수신기(UR)는 캐패시터(C102)를 통해 n-p-n 트랜지스터(Q102)의 베이스에 연결되면서 또한 접지에 연결된다. 트랜지스터(Q102)로의 입력은 전이 신호가 주어지면 단선을 방지하는 백-투-백 다이오드(D101), (D102)에 의해 제한된다. 트랜지스터(Q102)는 저항(R109)와 병렬로 연결된 캐패시터(C103) 및 캐패시터(C102)에 의해 설정되는 대역통과를 갖는다. 저항(R107) 및 (R108)은 트랜지스터(Q102)의 이득을 설정한다. 한 쌍의 저항 (R110) 및 (R111)은 전원과 접지에 걸쳐 연결되고, 그 공통 연결은 트랜지스터(Q102)의 베이스에 바이어스를 제공하고 있다.
신호는 베이스가 안정화를 제공하는 블리더 저항(R112)를 통해 트랜지스터(Q102)의 콜렉터로 연결되는 n-p-n 트랜지스터(Q103)를 통해 버퍼 처리된다. 트랜지스터(Q103)의 콜렉터는 전원에 연결되고, 에미터는 저항(R113)를 통해 접지에 연결된다. 트랜지스터(Q103)의 에미터로부터 캐패시터(C104)를 통해 필터(F101)의 입력에 신호가 제공된다. 캐패시터(C105)와 병렬 연결된 저항(R114)로 구성되는 정합 네트워크에 의해서는 작은 이득이 제공된다. 필터(F101)의 출력은 정합 캐패시터(C106)를 통해 수신기/복조기(U104)로 입력된다.
트랜지스터(Q103)의 에미터로부터 캐패시터(C104)를 통해 수신기 아날로그 게이트(U103)로 또한 신호가 제공된다. 바람직한 실시예에서, 아날로그 게이트(U103)는 맥심사(Maxim Corp., Sunnyvale, California)로부터 이용가능한 DG 601 DY이고, 입력은 S4 핀에 있다. J3 연결기, 핀 4로부터의 제어 신호는 반전기(A104)를 통해 아날로그 게이트(U103)의 IN3 핀에 제공된다. 아날로그 게이트(U103)의 출력은 필터(F102)로 입력되고, 그 출력은 수신기/복조기(U104)로 입력된다. 이는 필터(F101)를 바이패스(bypass)하는 제2 신호에 대해 직접적인 통과 경로를 형성한다.
주 신호가 선택될 때, 수신기 회로에 의해 수신된 제어 신호는 신호를 필터(F101)를 통해 수신기/복조기(U104)로 전달시킨다. 2차 신호가 선택될 때, 수신기 회로에 의해 수신된 제어 신호는 아날로그 게이트(U103)로의 신호를 필터(F102)를 통해 수신기/복조기(U104)로 전한다. 수신기/복조기(U104)는 두 신호 모두를 2차 신호 주파수로 표준화시킨다. 이를 이루기 위해, 주 신호는 혼합 신호와 혼합된다. 혼합 국부 발진기는 캐패시터 (C107) 및 (C108)과 함께 제2 크리스탈(CR102)에 의해 제공된다. 크리스탈(CR102)의 주파수는 2차 신호의 주파수와 동일한 주 신호에 대한 조합 주파수를 이루도록 선택된다. 크리스탈(CR102)의 출력은 캐패시터(109)를 통해 수신기/복조기(U104)에 연결된다.
수신기/복조기(U104) 신호는 핀 20에서 믹서 출력을 통한 원하는 신호를 대역통과 필터(F102)를 통해 다소 대역제한된 신호를 증폭시키는 핀 18으로, 이어서 필터(F3)를 통해 대역제한된 신호를 더 증폭시키는 핀 14로 증폭시키는 필터 수단과 신호 조절 수단을 포함한다. 내부 피드백 수단을 통해, 핀 7에서의 수신 신호 강도 표시자("RSSI") 출력은 수신기/복조기(U2)의 핀 1상의 신호 입력 포트에서 나타내는 대수 입력에 대한 선형 출력을 나타낸다. RSSI 신호는 저항(R115), (R116)과 조합되는 수신기/복조기(U104)내의 내부 연산 증폭기에 의해 증폭된다. RSSI 신호는 펌프 마이크로프로세서에서 A/D 변환기로 공급된다. 그래서, 펌프 마이크로프로세서는 IV 튜브내에 공기 또는 액체가 있는가 여부를 결정할 때 신호 레벨에서 대수 변화의 선형 출력을 나타내는 RSSI 신호를 사용한다. 본 실시예에서, 저항(R115) 및 (R116)에 의해 제공되는 이득은 이득이 가변적이었던 제1 실시예와 반대되게 고정된다.
여기서 설명된 바람직한 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정은 종래 기술에 숙련된 자에게 명백한 것으로 이해되어야 한다. 이러한 변경 및 수정은 본 발명의 의도 및 범위에서 벗어나지 않고 부수적인 이점을 감소시키지 않으면서 이루어질 수 있다. 그러므로, 이러한 변경 및 수정은 첨부된 청구항에 의해 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (14)

  1. 주입 펌프(infusion pump)에 있어서,
    액체가 흐르는 튜브에 펌핑(pumping) 작용을 가하는 수단,
    초음파 신호를 전송하는 초음파 전송기,
    초음파 신호를 수신하고, 상기 튜브에 의해 상기 초음파 전송기와 분리되는 초음파 수신기,
    상기 초음파 전송기를 동작시키도록 전송 신호를 발생하는 회로 수단,
    수신된 신호를 검출하는 회로 수단, 및
    상기 수신된 신호가 상기 튜브내에서 에어(air)를 나타내는지 또는 액체를 나타내는지 여부를 검출하기 위해 신호 레벨 대수 변화(logarithmetic change)를 사용하는 수단
    을 포함하는 주입 펌프.
  2. 액체가 흐르는 튜브에서 과도한 에어(excessive air)를 검출하는 장치에 있어서,
    초음파 신호를 전송하는 초음파 전송기,
    초음파 신호를 수신하고, 상기 튜브에 의해 상기 초음파 전송기와 분리되는 초음파 수신기,
    상기 초음파 전송기를 동작시키도록 적어도 2개의 전송 신호를 발생하는 회로 수단,
    수신된 신호를 검출하는 회로 수단, 및
    상기 수신된 신호가 상기 튜브내에서 에어(air)를 나타내는지 또는 액체를 나타내는지 여부를 결정하는 수단
    을 포함하는 과도한 에어를 검출하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 적어도 2개의 신호는 주 신호(primary signal)와 테스트 신호를 포함하는 과도한 에어를 검출하는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 제3 신호를 더 포함하는 과도한 에어를 검출하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제3 신호는 제2의 주 신호인 과도한 에어를 검출하는 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 초음파 전송기는 초음파 크리스탈(ultrasonic crystal)을 포함하고, 상기 적어도 2개의 전송 신호 중 제1 전송 신호는 상기 초음파 크리스탈 두께의 주파수를 근거로 하는 과도한 에어를 검출하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 적어도 2개의 전송 신호 중 제2 전송 신호는 상기 초음파 크리스탈의 표면적을 근거로 하는 과도한 에어를 검출하는 장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 결정 수단은 상기 수신된 신호가 상기 튜브내에서 에어를 나타내는지 또는 액체를 나타내는지 결정하기 위해 신호 레벨 대수 변화를 사용하는 과도한 에어를 검출하는 장치.
  9. 액체가 흐르는 튜브에서 과도한 에어를 검출하는 장치에 있어서,
    초음파 신호를 전송하는 초음파 전송기,
    초음파 신호를 수신하고, 상기 튜브에 의해 상기 초음파 전송기와 분리되는 초음파 수신기,
    상기 초음파 전송기를 동작시키도록 전송 신호를 발생하는 회로 수단,
    수신된 신호를 검출하는 회로 수단, 및
    상기 수신된 신호가 상기 튜브내에서 에어를 나타내는지 또는 액체를 나타내는가 여부를 결정하기 위해 신호 레벨 대수 변화를 사용하는 수단
    을 포함하는 과도한 에어를 검출하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 발생 회로 수단은 상기 초음파 전송기를 동작시키도록 적어도 2개의 전송 신호를 발생하는 과도한 에어를 검출하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 초음파 전송기는 초음파 크리스탈을 포함하고, 상기 적어도 2개의 전송 신호 중 제1 전송 신호는 상기 초음파 크리스탈의 두께의 주파수를 근거로 하는 과도한 에어를 검출하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 적어도 2개의 전송 신호 중 제2 전송 신호는 상기 초음파 크리스탈의 표면적을 근거로 하는 과도한 에어를 검출하는 장치.
  13. 액체가 흐르는 튜브에서 과도한 에어를 검출하는 장치에 있어서,
    초음파 신호를 전송하고, 두께와 표면적을 갖는 초음파 크리스탈을 포함하는 초음파 전송기,
    초음파 신호를 수신하고, 상기 튜브에 의해 상기 초음파 전송기와 분리되는 초음파 수신기,
    상기 초음파 크리스탈의 두께의 주파수를 근거로 하는 제1 전송 신호와 상기 초음파 크리스탈의 표면적을 근거로 하는 제2 전송 신호를 발생하는 회로 수단, 및
    상기 수신된 신호가 튜브가 없음을 나타내는지, 액체를 포함한 튜브인지 또는, 과도한 에어를 포함한 튜브인지 여부를 결정하는 수단
    을 포함하는 과도한 에어를 검출하는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 결정 수단은 상기 수신된 신호가 상기 튜브내에서 에어를 나타내는지 또는 액체를 나타내는지를 검출하기 위해 신호 레벨 대수 변화를 사용하는 과도한 에어를 검출하는 장치.
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