(57)【要約】  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。
2011525244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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５】
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６】
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７】
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８】
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９】
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１０】
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１１】
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。
【請求項１２】
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１３】
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１４】
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１５】
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１６】
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。
【請求項１７】
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１８】
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１９】
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２０】
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２１】
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。
【請求項２２】
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２３】
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２４】
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２５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（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。
【背景技術】
【０００２】
（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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ある開示された実施例に従った、コンデンサ・アセンブリの概略図である。
【図２】ある開示された実施例に従った、流体監視システムの概略図である。
【図３】ある開示された実施例に従った、流体監視システムの概略図である。
【図４】ある開示された実施例に従った、基準静電容量計算方法を示すフロー図である。
【図５】ある開示された実施例に従った、流体ライン内の気体の存在を決定する方法を示すフロー図である。
【図６】ある開示された実施例に従った、流体ライン内の気泡流量を決定する方法を示すフロー図である。
【図７】ある開示された実施例に従った、流体監視システムの概略図である。
【図８】ある開示された実施例に従った、流体監視システム内で使用する電気回路を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、
【数１】
2011525244.tif 000003
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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−１１＋Ｃ−１２．．．＋Ｃ−１ｎ              （方程式４）
したがって、
Ｃ−１＝ｄ１／Ａε１＋ｄ２／Ａε２＋ｄ３／Ａε３      （方程式５）
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
表１は典型的な実施例において使用されるパラメータの一覧表であり、ε２＊は空気の誘電率を表す。
【表１】
2011525244.tif 000004
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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