帶有通信功能的為病人輸液的系統和方法與流程
2023-12-07 08:12:26 2
本發明總體上涉及輸液系統，具體來說涉及一種對傳感器數據進行無線通信的輸液系統。
背景技術：
靜脈(iv)輸液系統用於為病人輸液或者從病人身體抽取液體。通常的輸液系統包括附接至可重複使用(non-disposable)部分的一次性部分。工作時，被輸送的液體通常與一次性部分接觸，但與可重複使用部分隔離。出於無菌度和汙染方面的考慮，通常在使用後丟棄該一次性部分。另一方面，由於可重複使用部分通常與通過該系統輸送的液體隔離，因此可以在多次輸液操作中再使用該可重複使用部分。在輸液操作中，可以使用諸如管道空氣(airinline,ail)傳感器、液壓傳感器、液體溫度傳感器等的一個或多個傳感器來監控輸液參數。
傳感器的操作問題之一是流體參數的測量精度會由於介入的隔離膜的存在而受影響。例如，當隔離膜由於負液壓而皺縮時，壓力傳感器會產生不精確的測量結果。為了克服由隔離膜導致的測量不精確的問題，一些現有技術的輸液系統將傳感器元件布置為與正在傳輸的液體接觸。不過，這些系統需要連接至傳感器的電線和/或其它與傳感器相關聯的電子電路，以提供電源。由於存在將可重複使用部分連接至傳感器元件的電線，所以這些系統具有如下缺陷，即來自傳感器元件的意外洩漏會導致液體沿著電線漏入可重複使用部分，這會產生汙染並對可重複使用部分造成損壞。此外，這種將電線緊靠液體的布置增大了連接至輸液系統的病人被意外電擊的風險。這種電擊對於病人來說很危險。
因此，對於在通過輸液系統輸液期間測量輸液參數的現有系統和方法存在各種顧慮。這些顧慮包括但不限於測量精度和潛在的電擊風險。
技術實現要素：
根據本發明描述的各種構造的輸液系統和方法可以滿足上述及其它需求。
在一個示例方面，公開了一種用於靜脈(iv)輸液的系統的一次性部分，包括：傳感器，其構造為當被布置在iv液體的感測範圍內時感測輸液參數；和收發器，其構造為與輸液系統的可重複使用部分進行無線通信。
在第二示例方面，公開了一種在流體泵的處理器中實現的輸液方法。該方法包括：執行無線掃描以檢測一次性靜脈(iv)輸液組件，將檢測到的一次性iv輸液組件加載至處理器以開始輸液會話，對檢測到的一次性iv輸液組件進行編程以通過流體泵進行操作，以及通過與iv輸液組件進行無線通信來監控輸液會話。
在第三示例方面，公開了一種用於輸液的裝置，其包括一次性部分和可重複使用部分，該一次性部分包括構造來測量輸液參數的傳感器，該可重複使用部分與液體隔離並且包括構造為對傳感器的操作參數進行無線控制的中央處理單元(cpu)。
附圖說明
通過下文的詳細說明和附圖，本發明實施例的上述及其它特徵、方面和優點將變得明顯。
圖1是示出了本發明的實施例所使用的輸液系統的框圖。
圖2a是示出根據本發明的特定構造的位於一次性部分上的液體測量系統的框圖。
圖2b是示出了根據本發明的特定構造的位於可重複使用部分上的液體監控系統的框圖。
圖3是示出了根據本發明的特定構造的帶有片外傳感器的液體測量系統的框圖。
圖4是示出了根據本發明的特定實施例執行的示例輸液操作的流程圖。
圖5是示出了根據本發明的特定實施例執行的示例輸液操作的流程圖。
圖6是示出了根據本發明的特定實施例執行的示例輸液操作的流程圖。
圖7是使用本發明的實施例的輸液系統的框圖。
具體實施方式
本發明的實施例部分地通過提供一種輸液系統來解決關於流體參數測量的問題，該輸液系統具有構造為彼此無線通信的一次性部分和可重複使用部分。在一個方面，所述一次性部分構造為不具有有源電子器件(電源)，並且構造為從可重複使用部分無線地接收操作能量。在一個方面，輸液傳感器設置在一次性部分上。
圖1示出了根據本發明的特定構造的輸液系統100。一次性部分102包括液體測量系統200，可重複使用部分104包括液體監控系統256。一次性部分102和可重複使用部分104通過無線通信鏈路110可通信地耦接。另外，一次性部分102和可重複使用部分104構造為彼此液體隔離，從而避免了液體(無意或有意地)從一個部分流過另一部分。一次性部分布置為使得液體測量系統200可感測地鄰近液體管道108。可重複使用部分104構造為通過通信鏈路106與用戶通信。僅為示例而非限定，在特定的構造中，一次性部分102是靜脈(iv)輸液組件，其被裝入可重複使用部分104，該可重複使用部分104可以是大容量泵(lvp)模塊，例如cardinalhealth公司的或產品。
仍參照圖1，無線通信鏈路110通常以不與附近的其它醫療設備相干擾的頻率工作。類似地，對通信頻率進行選擇以避免與醫院環境中常見的其它無線發射器(例如無線區域網產品)產生不期望的幹擾。在特定的構造中，一次性部分102和可重複使用部分104之間的物理距離限制為數釐米。這允許其使用近場通信(nfc)技術在無線通信鏈路110上進行通信。在大多數醫療應用中，具有大約100千位/秒數據吞吐量的通信鏈路110是足夠的，本發明的實施例不限於任何具體的數據吞吐量範圍。國際標準化組織(iso)iso-14443中描述的諸如nfc技術的短距離通信可以適用於避免可重複使用部分104與除了鄰近(例如數釐米內)的一次性部分102以外的其它一次性部分102通信。這避免了在一個輸液系統的一次性部分與鄰近的另一輸液系統的可重複使用部分之間出現幹擾連接。在特定的構造中，可以使用較遠距離的無線通信，例如基於電氣電子工程師協會(ieee)規定的無線標準802.1x程序組。
圖2a是例示了根據本發明的特定構造在一次性部分102上實現的液體測量系統200的框圖。在所示實施例中，液體測量系統200包括可通信地耦接至一組傳感器的處理器201，該組傳感器包括傳感器1(元件202)至傳感器n(元件204)。一般，數量n大於等於1。傳感器元件202和204可以是例如液壓傳感器、液體溫度傳感器、管道空氣傳感器等。處理器201還通過有線(歐姆)連接可通信地耦接至存儲器206和射頻(rf)收發器208。
仍參照圖2a，傳感器202、204構造為分別在感測區域212和214與液體管道108可感測地接觸。在特定的構造中，傳感器元件202和204可以實現為直接與液體管道108中的液體接觸，感測區域212和214可以被密封(圖2a中未示出)以避免液體洩漏。在特定的構造中，可以在感測區域212或214處提供隔離膜(圖2a中未示出)。隔離膜可以用作防止液體洩漏的屏障。隔離膜還保護傳感器材料以防止其暴露於液體管道108中的液體。在特定的構造中，一些傳感器可以通過隔離膜與液體分離，而其它傳感器構造為與液體直接接觸。在特定的構造中，rf收發器208還構造為輻射地接收能量以對其它電子元件提供電源，並用於感測流體參數的操作。在特定的構造中，流體測量系統200可以是完全無源的(即不通過如電池的電源來供電)。
圖2b是例示了根據本發明的構造在可重複使用部分104處實現的泵液體監控系統256的一部分的框圖。泵液體監控系統256包括泵rf收發器252、中央處理單元(cpu)250、和泵存儲器254，其全部構造為彼此通信。泵液體監控系統256還構造為通過接口258與用戶和/或網絡進行有線或無線的通信，其中包括從用戶接收控制消息以及將警報和其它消息報告給用戶。泵rf收發器252通過rf收發器208與液體測量系統200通信。
圖3示出了根據本發明的特定方面在一次性部分102處實現的液體測量系統200的另一種示例構造。如圖3所示，可以在單個集成電路(ic)封裝200』內實現處理器201和傳感器組的傳感器202、204的一個或多個或全部，同時可以在包括處理器201的ic封裝200』外部提供一些傳感器。在圖3所示的構造中，示出了ic封裝200』外部的傳感器n(元件204)。傳感器204通過外部連接器304可通信地耦接至處理器201。在特定的實施例中，通過在一次性部分102中汽相沉積導線來實現連接器304。到傳感器204的連接的這種製造方式有利地實現了液體測量系統200』的微型化，並且使得沿連接器304的意外液體洩漏的可能性最小化。
圖4示出了在可重複使用部分104處實現的示例處理。在特定的實施例中，該處理在可重複使用部分104中提供的中央處理單元(cpu)250上實現。在特定的實施例中，在通過接口258與可重複使用部分104通信的計算機上實現該處理。例如，在特定的實施例中，可重複使用部分104是泵，在泵104的cpu250上實現處理。在特定的實施例中，可重複使用部分104是醫療設備中的計算機網絡的一部分，並可以可通信地連接至醫療設備中的病人側計算機或者其它計算機。在butterfield的美國專利公開第20060026205中公開了示例性的醫療設備通信網絡，其內容通過引用併入本文。
仍參照圖4，在操作402中，cpu250執行無線掃描以檢測一次性iv輸液組件的存在。可以使用各種已知技術來執行無線掃描。例如，在特定的構造中，cpu250通過發送信標信號並等待來自iv輸液組件響應於該信標信號的答覆來掃描一次性iv輸液組件的存在。在特定的實施例中，cpu250可以通過感測附接至收發器252的天線周圍電磁場的變化來檢測一次性iv輸液組件的存在。
在操作404中，cpu250加載檢測到的iv輸液組件，以便於進行一次輸液會話。加載操作包括識別一次性部分102的容量，並檢驗一次性部分102是否適合於輸液操作。在操作404中，cpu詢問來自一次性iv輸液組件的標識號。在特定的構造中，該標識號用於維護使用日誌。在特定的構造中，處理器201構造為存儲和報告總的使用時間。在特定的構造中，在操作404期間，cpu250詢問處理器201關於總的使用時間以及總的使用時間是否超過時間規範(例如由系統100所在的醫院設置)，然後cpu250可以確定一次性部分102不適用於輸液會話，終止加載操作404而不執行編程操作405。加載操作還可以在開始輸液操作之前對需要編程的操作參數進行識別。示例操作參數包括傳感器的採樣率、傳感器所需的功率量、檢測到的一次性iv輸液組件的操作持續時間等。
仍參照圖4，在操作405中，cpu250對檢測到的一次性iv輸液組件進行編程以便操作。在特定的構造中，cpu250首先讀出當前存儲在檢測到的一次性iv輸液組件中的任何操作參數。在特定的構造中，cpu250使用一次性iv輸液組件的唯一標識號來從醫療設備通信網絡中的另一計算機中獲取檢測到的一次性iv輸液組件的操作參數。在特定的實施例中，cpu250構造為接收對位於一次性iv輸液組件上的傳感器的操作參數的相關用戶輸入。例如，在特定的構造中，cpu250構造為首先讀取檢測到的一次性iv輸液組件的標識號。接下來，cpu250從醫院通信網絡中的醫院資料庫獲取針對所檢測到的一次性iv輸液組件的允許操作參數範圍。然後，cpu250進行對操作參數以及用戶允許調節範圍的顯示。最後，cpu250檢查用戶輸入以確保用戶輸入不與允許參數值範圍衝突。在操作406中，cpu250隨後將操作參數發送至處理器201，並在使用適當的操作參數對檢測到的一次性iv輸液組件進行編程之後控制輸液會話。
圖5示出了在上述操作406中實現的示例處理。在操作502中，cpu250測量一個或多個流體參數。cpu250通過從置於一次性部分102(檢測到的iv輸液組件)上的傳感器202、204採集測量到的感測值來執行測量。因此，在本發明的一個方面中，一次性部分102可以構造為將輸液參數的測量值無線發送至可重複使用部分104。在特定的構造中，cpu250通過與處理器201通信並且從傳感器組採集由一個或多個傳感器202、204獲取的流體參數值來執行測量。例如，在特定的構造中，cpu250通過從ail傳感器採集感測測量值來檢測液體管道中是否存在空氣。在特定的構造中，cpu250通過從液壓傳感器採集感測測量值來測量液壓。cpu250對處理器201指定進行測量的採樣率(例如每秒一次測量)。在特定的構造中，由cpu250通過輪詢進行測量，即cpu250發送接收測量的請求，處理器201返回測量得到的流體參數值來作出響應。在特定的構造中，將測量結果推送至cpu250，即處理器201可以周期性地採樣傳感器202、204(例如基於在步驟405中編程的操作參數)，並將採樣的感測值發送至cpu250。在特定的構造中，由cpu250決定，可以通過輪詢和推送來周期性地執行傳感器測量。
在操作504中，cpu250檢查測量值(或多個測量值)是否符合可接受標準。在特定的構造中，該可接受標準是允許值的範圍。在特定的構造中，該可接受標準是可接受的最小閾值或最大閾值。在特定的構造中，當發現測量參數符合可接受標準時，cpu250繼續該輸液會話，並繼續如操作502中一樣測量流體參數值。如果測得的參數值不符合可接受標準，則cpu250在操作506中採取適當的校正措施。在特定的構造中，cpu250發出警報，並對用戶顯示測量參數的測量值和可接受值。
圖6示出了在cpu250中實現的示例處理。在操作602中，cpu250測量流體參數。在操作604中，cpu250確定測量參數值是否符合可接受標準。如果測量值不符合可接受標準，則cpu250在操作606中止正在進行的輸液會話。然後cpu250返回至操作602並繼續測量流體參數。例如，如果測量的參數值指示在液體管道108中存在一定量的空氣，則cpu250停止輸液。cpu250可以繼續從ail傳感器周期性地進行額外的測量。
仍參照圖6，如果cpu250在處理604中通過額外的測量獲得了值，並且確定測量的值符合可接受標準(例如液體管道108中不存在不可接受量的空氣)，則cpu250在操作608中檢查輸液會話是否已經中止。如果輸液會話已經中止，則cpu250在操作610中重新開始該被中止的輸液會話，並返回操作602來測量流體參數。不過，如果在操作608確定輸液會話未被中止，則cpu250在操作602中繼續測量流體參數。
圖7示出了根據本發明的特定方面的示例輸液系統700的框圖。輸液系統700包括兩個附接至泵殼724的容器702和704。第一管道706連接至容器702，以允許液體從容器702流向閥門714。第二管道708提供在容器704處，以允許液體從容器704流向閥門716。可以提供第一管道空氣(ail)傳感器710和第二ail傳感器712，以分別檢測從容器702和704流入的液體中的空氣。在特定的實施例中，可以提供單個ail傳感器(未示出)，其位於閥門714、716和泵718之間。另一個ail傳感器722可以提供在泵718的閥門720之後的病人側。
在操作中，輸液裝置700用於從容器702、704中的任一個或兩個將液體輸送至病人側。泵718控制閥門714、716和720的開關，以通過適當的管道706、708將液體移動至病人側輸出726。
仍參照圖7，輸液系統700在使用時需要是後填充的(back-primed)。後填充是指使用來自另一輸液管道(例如第一管道706)的液體來填充一個輸液管道(例如第二管道708)，同時將病人側液體管道(例如輸出726)固定在靠近的位置。例如，參照所示的輸液系統700，醫務工作者可以使用輸液系統700從容器702輸液，同時關斷液體容器704。在僅從液體容器702輸液期間，液體管道708可能包含空氣。如果醫務工作者隨後希望開始使用液體容器704，則可以使用來自管道706的液體通過ail傳感器710和閥門714對液體管道708進行後填充，以使得在後填充期間液體不會流入病人側726。由於本發明的特定構造允許小尺寸因數的實現方式，其中傳感器元件和處理器可以位於一次性部分上，因而可以有效地執行上述後填充，而無需在一次性部分和可重複使用部分上的多個ail傳感器之間提供多重線路連接。
實際上，在使用醫療設備之前通常對這些與藥物和活性液體接觸的醫療設備進行消毒。消毒處理通常涉及將醫療設備暴露於一定量的伽馬射線輻射中。嵌入醫療設備中的電子儀器有可能被破壞，例如出現故障或者改變了電子存儲器中存儲的值。因此，在所公開實施例的特定方面，存儲器206包括構造為保護存儲數據不受輻射影響的部分。例如，存儲器206或其一部分是通過非易失性半導體技術製成，其可以抵抗暴露於伽馬射線所造成的損壞。此外，存儲器206可以構造為以糾錯格式存儲關鍵信息(例如系統200的標識，如序列號)。例如，可以存儲循環冗餘校驗和(crc)，以允許檢測和校正由於暴露於消毒輻射而造成的各種錯誤。在特定的構造中，可以在存儲器206的不同地址中冗餘地存儲數據，並在讀取數據時進行確認檢驗以檢測和校正錯誤。
在特定的構造中，在系統200在消毒期間經受輻射之後對處理器201進行編程。在使用病人側設施之前，在醫療設施的中心位置或者初始位置進行該編程。這種消毒後的編程通過將數據寫入暴露於輻射後的存儲器206而增添了額外程度的數據完整性。與處理器201進行無線通信的功能有助於處理器201的非接觸式編程，從而避免了在編程期間與一次性部分102物理接觸而造成醫療汙染的可能性。此外，由於對數據進行無線通信，可以對處理器201進行快速編程，因為無需將通信線纜附接至一次性部分102。
本領域技術人員將能夠理解，上述各種實施例提供了有利的流體參數測量方法和系統。例如在一個方面，由於一次性部分和可重複使用部分之間不存在導電(歐姆)接觸，因此降低了病人無意中受到電擊的風險。在另一方面，在輸液期間由於液體從一次性部分通過連接線洩漏而導致可重複使用部分汙染的可能性也得以避免，因為無論是用於通信還是對位於一次性部分上的通信模塊供電都不需要任何線路。在另一方面，用於操作一次性部分上的液體測量系統的電能是無線提供的，因此一次性部分不必具有電源，這使得一次性部分的消毒易於操作。此外，在另一方面，一次性部分上的數據存儲器構造為防止暴露於消毒處理而造成數據丟失。在另一方面，一次性部分構造為將標識數據提供至可重複使用部分。在特定的構造中，可重複使用部分適用於使用該標識數據來向操作者發出操作錯誤的警報，例如對於計劃的輸液會話使用了不適當的一次性部分。
作為示例而非限定，已經描述了一種示例構造，其中輸液系統包括具有液壓傳感器晶片和可重複使用部分流體泵的一次性iv盒。液壓傳感器，如cobecdxiii矽液位(gage)傳感器可以置於一次性部分102上。包括該傳感器的同一矽封裝(傳感器晶片)還包括無源射頻識別(rfid)收發器以及用於操作傳感器的激勵和感測電路。在該矽封裝內還集成了片上線圈或其它天線。該矽封裝隨後嵌入由聚碳酸酯或丙烯酸製成的剛性iv盒體中。壓力傳感器可感測地鄰近液體管道108，並且通過少量的矽酮膠或類似材料與液體管道108電氣隔離並且液體隔離，所述矽酮膠或類似材料傳導液壓但同時形成介電屏障以防止形成電連接。rfid讀取器和天線位於流體泵處，於是在一次性部分上天線和壓力傳感器之間的距離很小。較小的距離允許使用高頻激勵，從而能夠傳輸足夠的能量以驅動壓力傳感器。在操作中，讀取器(通過發送射頻信號)周期性地輪詢傳感器晶片。傳感器晶片接收射頻能量、進行整流並存儲在晶片上(例如使用電容器)。能量的接收激活傳感器晶片上的電路，並進而激活液壓感測機構以讀取壓力。來自感測機構的電壓被數位化、存儲並使用rf收發器發送至可重複使用部分上的讀取器，該讀取器隨後進行處理並將數字數據轉換成其它監控電路可用的格式，所述其它監控電路通常是幾個可通信地(例如通過醫院網絡)耦接至泵的處理器之一。
應當理解，本文描述的各種操作可以通過硬體、軟體或其組合來執行。用於實現這些方法的代碼可以存儲在計算機可讀的介質上，所述介質包括但不限於分布介質、中間存儲介質、計算機的執行存儲器、或其它能夠存儲用於通過計算機讀取的實現本發明方法的電腦程式的介質或裝置。實現本發明方法的計算機代碼將會存儲在軟盤、緻密盤(cd)或數字多功能盤(dvd)上並進行發布。當在計算機上加載此代碼時，計算機執行本發明的方法和操作。
已經對本發明的實施例進行了詳細描述和圖示，但應當清楚地理解這種描述僅作為圖示和示例，而不應理解為限制，本發明的範圍僅由所附權利要求來限制。此外，本領域技術人員將會認識到，儘管參照醫療設施中的靜脈輸液來描述本發明，但本發明的特定構造也可以用於非醫療的體外應用，例如實驗和醫療設備產品設施。