(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液送達管路に、かつ注入液を含む輸液容器に動作可能に接続される輸液システムであって、
前記液送達管路を介して、異なる波長を有する光信号を送信するように構成された少なくとも２つの光送信器と、
前記少なくとも２つの光送信器から送信された前記異なる波長を有する前記光信号を受信するように構成された少なくとも１つの光受信器と、
前記少なくとも２つの光送信器、および前記少なくとも１つの光受信器と電子通信を行う少なくとも１つのプロセッサと、
前記少なくとも１つのプロセッサと電子通信を行うメモリとを備え、
前記メモリが、前記少なくとも１つのプロセッサにより実行されるプログラミングコードを含み、また前記プログラミングコードは、前記少なくとも１つの光受信器により受信された、前記異なる波長を有する前記受信された光信号に基づき、空気または前記注入液が、前記液送達管路内に配置されているかどうかを判定するように構成され、
前記少なくとも２つの光送信器は、少なくとも１つの光ビームスプリッタ、少なくとも１つのミラー、少なくとも１つの反射面、または少なくとも１つの屈折面を使用し、同じ光ビーム軸に沿って前記光信号を送信するように構成される、輸液システム。
【請求項２】
前記プログラミングコードが、前記少なくとも１つの光受信器により受信された、前記異なる波長を有する前記受信された光信号の比に基づき、前記空気または前記注入液が前記液送達管路内に配置されているかどうかを判定するように構成される、請求項１に記載の輸液システム。
【請求項３】
前記光信号は、近赤外スペクトル光を含む、請求項１に記載の輸液システム。
【請求項４】
第１の光送信器により送信される第１の光信号は第１の波長を有し、また第２の光送信器により送信される第２の光信号は、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有し、前記空気が前記液送達管路内に配置されている場合、前記空気は、前記少なくとも１つの光受信器により受信された前記第２の光信号に対するよりも、前記少なくとも１つの光受信器により受信された前記第１の光信号に対して、実質的に大きな影響を有することになる、請求項１に記載の輸液システム。
【請求項５】
前記光信号の前記波長は、前記液送達管路内に配置された前記空気と、前記液送達管路内に配置された前記注入液との間で最大の差別化を達成するために、前記液送達管路内に配置された特定タイプの前記注入液に対して最適化される、請求項１に記載の輸液システム。
【請求項６】
前記少なくとも２つの光送信器は、前記光信号を二者択一的に、かつ連続的に送信するように構成される、請求項１に記載の輸液システム。
【請求項７】
注入液を注入するための方法であって、
輸液システムの液送達管路を通して前記注入液を流すステップと、
前記液送達管路を介して異なる波長を有する光信号を同じ光ビーム軸に沿って送信するステップと、
前記異なる波長を有する前記送信された光信号を受信するステップと、
前記異なる波長を有する前記受信された光信号に基づき、空気または注入液が前記液送達管路内に配置されているかどうかを、少なくとも１つのプロセッサを用いて判定するステップと
を含む方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記異なる波長を有する前記受信された光信号の比に基づき、前記空気または前記注入液が前記液送達管路内に配置されているかどうかを判定する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記光信号は、近赤外スペクトル光を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記液送達管路を介して前記異なる波長を有する前記光信号を送信する前記ステップは、第１の波長を有する第１の光信号を送信するステップと、前記液送達管路を介して、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光信号を送信するステップとを含み、前記異なる波長を有する前記送信された光信号を受信する前記ステップは、前記第１の光信号および前記第２の光信号を受信するステップを含み、かつ前記異なる波長を有する前記受信された光信号に基づき、前記空気または前記注入液が前記液送達管路内に配置されているかどうかを、前記少なくとも１つのプロセッサを用いて判定する前記ステップは、前記液送達管路内に配置された前記空気が、前記第２の受信された光信号に対するよりも、前記受信された第１の光信号に対して実質的により大きな影響を有することを、前記少なくとも１つのプロセッサが判定するステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記液送達管路内に配置された前記空気と、前記液送達管路内に配置された前記注入液との間で最大の差別化を達成するために、前記液送達管路内に配置された特定タイプの注入液に対して、前記光信号の前記波長を最適化するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記液送達管路を介して異なる波長を有する前記光信号を同じ光ビーム軸に沿って送信する前記ステップは、少なくとも２つの光送信器が、少なくとも１つの光ビームスプリッタ、少なくとも１つのミラー、少なくとも１つの反射面、または少なくとも１つの屈折面を使用し、同じ光ビーム軸に沿って前記液送達管路を介して、前記異なる波長を有する前記光信号を二者択一的に、かつ連続的に送信するステップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
液送達管路に、かつ注入液を含む輸液容器に動作可能に接続される輸液システムであって、
前記液送達管路を介して広いスペクトルの光信号を同じ光ビーム軸に沿って送信するように構成された１つの光送信器と、
前記広いスペクトルの光信号を２つの別々のビームに分割するように構成された少なくとも１つの光ビームスプリッタと、
前記２つの別々のビームが、互いに対して２つの特有な異なる波長を有するように、前記２つの別々のビームをフィルタするように構成された少なくとも２つの光フィルタと、
前記２つの特有な異なる波長を有する前記フィルタされた２つの別々のビームを受信するように構成された少なくとも２つの光受信器と、
前記１つの光送信器、および前記少なくとも２つの光受信器と電子通信を行う少なくとも１つのプロセッサと、
前記少なくとも１つのプロセッサと電子通信を行うメモリとを備え、
前記メモリが、前記少なくとも１つのプロセッサにより実行されるプログラミングコードを含み、また前記プログラミングコードは、前記少なくとも２つの光受信器により受信された、前記２つの特有な異なる波長を有する前記受信されフィルタされた２つの別々のビームに基づき、空気または前記注入液が、前記液送達管路内に配置されているかどうかを判定するように構成される、輸液システム。
【請求項１４】
前記１つの光送信器は、前記広いスペクトルの光信号を連続的に送信するように構成され、また前記プログラミングコードは、前記少なくとも２つの光受信器により受信された、前記受信されフィルタされた２つの別々のビームの比に基づき、前記空気または前記注入液が前記液送達管路内に配置されているかどうかを判定するように構成される、請求項１３に記載の輸液システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、空気が輸液システム内に配置されているかどうかを検出するために、異なる波長を有する光信号を送信し、かつ受信する、輸液システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
注入液の中に空気が存在するかどうかを検出するための様々なタイプの輸液システムが存在する。いくつかの輸液システムは、輸液システムにより配置された液の中に空気が存在するかどうかを判定するために、現在、１つまたは複数の超音波センサを使用する。しかし、これらのセンサのいくつかは、液送達管路上のセンサ位置に配置された、ほこり、または洗浄液からの残留物などのごみに対して影響を受けやすく、不正確な結果を生ずるおそれがある。同様に、これらのセンサのいくつかは、機械的な調整または位置決めに対して影響を受けやすく、センサの精度、および長期間の安定性に影響を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
輸液システムにより配置された液中に空気があるかどうかを検出するために、１つまたは複数の現在の輸液システムおよび方法に関する１つまたは複数の問題を克服するシステムおよび方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態では、注入液を含む容器に接続された液送達管路に動作可能に接続される輸液システムが開示される。輸液システムは、少なくとも２つの光送信器、少なくとも１つの光受信器、少なくとも１つのプロセッサ、およびメモリを含む。少なくとも２つの光送信器は、液送達管路を介して、異なる波長を有する光信号を送信するように構成される。少なくとも１つの光受信器は、少なくとも２つの光送信器から送信された異なる波長を有する光信号を受信するように構成される。少なくとも１つのプロセッサは、少なくとも２つの光送信器および少なくとも１つの光受信器と電子通信する状態にある。メモリは、少なくとも１つのプロセッサと電子通信する状態にある。メモリは、少なくとも１つのプロセッサにより実行されるプログラミングコードを含む。プログラミングコードは、少なくとも１つの光受信器により受信された、異なる波長を有する受信された光信号に基づいて、空気または注入液が液送達管路内に配置されているかどうかを判定するように構成される。
【０００５】
別の実施形態では、注入液を注入するための方法が開示される。１つのステップで、注入液は、輸液システムの液送達管路を通って流される。別のステップで、異なる波長を有する光信号が、液送達管路を介して送信される。さらに別のステップでは、異なる波長を有する送信された光信号が受信される。さらに別のステップで、少なくとも１つのプロセッサは、異なる波長を有する受信された光信号に基づき、空気または注入液が液送達管路内に配置されているかどうかを判定する。
【０００６】
さらなる実施形態では、注入液を含む容器に接続された液送達管路に動作可能に接続される輸液システムが開示される。輸液システムは、１つの光送信器、少なくとも１つの光ビームスプリッタ、少なくとも２つの光ビームフィルタ、少なくとも２つの光受信器、少なくとも１つのプロセッサ、およびメモリを含む。１つの光送信器は、広いスペクトル光信号を送信するように構成される。少なくとも１つの光ビームスプリッタは、広いスペクトル光信号を２つの別々のビームに分割するように構成される。少なくとも２つの光フィルタは、２つの別々のビームをフィルタするように構成される。少なくとも２つの光受信器は、フィルタされた２つの別々のビームを受信するように構成される。少なくとも１つのプロセッサは、１つの光送信器、および少なくとも２つの光受信器と電子通信する状態にある。メモリは、少なくとも１つのプロセッサと電子通信する状態にある。メモリは、少なくとも１つのプロセッサにより実行されるプログラミングコードを含む。プログラミングコードは、少なくとも２つの光受信器により受信された、受信されフィルタされた２つの別々のビームに基づき、空気または注入液が液送達管路内に配置されているかどうかを判定するように構成される。
【０００７】
本開示の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ定義されるものであり、この要約に含まれる記述により影響されることはない。
【０００８】
本開示は、添付の図面および以下の記述を参照すれば、よく理解することができる。諸図における構成要素は、必ずしも縮尺を合わせておらず、本開示の原理を例示するために強調されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の一実施形態による輸液システムのブロック図である。
【図２】２つの光送信器が、送信器の二者択一的な変調を用いて、異なる波長を有する別々の、連続する、交互の光信号を光ビームスプリッタに送信し、光ビームスプリッタは、各別々の、連続する、交互の光信号を、液送達管路を介して、同じ光軸に沿ってミラーに送り、ミラーは、各別々の、連続する、交互の光信号を反射して、液送達管路を介して、２つの光送信器および光ビームスプリッタと同じ液送達管路側に位置する光受信器に戻す一実施形態の側面横断面図である。
【図３】２つの光送信器が、送信器の二者択一的な変調を用いて、異なる波長を有する別々の、連続する、交互の光信号を光ビームスプリッタに送信し、光ビームスプリッタは、各別々の、連続する、交互の光信号を、液送達管路を介して、同じ光軸に沿って、２つの光送信器および光ビームスプリッタとは液送達管路の反対側に位置する光受信器に送る別の実施形態の側面横断面図である。
【図４】１つの光送信器が、連続送信を使用し、液送達管路を介して、広いスペクトル光信号をビームスプリッタに送信し、ビームスプリッタが、広いスペクトル光信号を、別々の光受信器により受信される前に、別々の光フィルタをそれぞれが通過する２つのビームへと分割し、光送信器が、ビームスプリッタ、別々の光フィルタ、および別々の光受信器とは液送達管路の反対側に配置される別の実施形態の側面横断面図である。
【図５】２つの光送信器が、第１のビームスプリッタもしくはミラーを通し、液送達管路を介して、連続的に、交互にパルス送りされる異なる波長を有する光信号を、第２のビームスプリッタもしくはミラーに送信し、第２のビームスプリッタもしくはミラーは、光信号を、別々の受信器で受信される別々のビームへと分割し、２つの光送信器、および第１のビームスプリッタもしくはミラーが、第２のビームスプリッタもしくはミラーおよび別々の受信器とは液送達管路の反対側に位置する別の実施形態の側面横断面図である。
【図６】第１の光送信器がオン／オフされて、１つの波長の第１の光信号を送信し、かつ第２の光送信器が、第１の光送信器とは反対の時間にオン／オフされて、異なる波長の第２の光信号を送信する一実施形態のグラフである。
【図７】輸液ポンプカセットで使用された平坦なプラスチック材料の一実施形態に対して得られたスペクトル走査結果を示すグラフである。
【図８】プラスチック材料が凹形であるということ以外は、図７の輸液ポンプカセットで使用されたものと同じプラスチック材料の別の実施形態に対して得られたスペクトル走査結果を示すグラフである。
【図９】輸液システムにおいて注入液を含む媒体であるシリコーン膜のさらに別の実施形態に対して得られたスペクトル走査結果を示すグラフである。
【図１０】輸液システムの液送達管路を介して送達された０．９パーセント塩化ナトリウム溶液の別の実施形態に対して得られたスペクトル走査結果を示すグラフである。
【図１１】輸液システムの液送達管路を介して送達されたイントラリピッド２０パーセント（脂肪乳剤）溶液のさらに別の実施形態に対して得られたスペクトル走査結果を示すグラフである。
【図１２】本開示の一実施形態による信号取得の一方法のための流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本開示の一実施形態による輸液システム１００のブロック図を示している。輸液システム１００は、輸液容器１０２、液送達管路１０４、ポンプデバイス１０６、処理デバイス１０８、メモリ１０９、オーディオ、視覚的な、もしくは他の感覚信号または同様のものをユーザに生成する警報デバイス１１０、入出力デバイス１１２、少なくとも１つの光送信器１１４、少なくとも１つの光受信器１１５、および送達デバイス１１６を備える。輸液システム１００は、Ｐｌｕｍ（商標）、ＧｅｍＳｔａｒ（商標）、Ｓｙｍｂｉｑ（商標）、または他のタイプの輸液システムなど、輸液システムを含むことができる。
【００１１】
輸液容器１０２は、ＩＶ液または薬物などの注入液を患者１１８に送達するための容器を含む。液送達管路１０４は、注入液を、輸液容器１０２から、ポンプデバイス１０６を介し、送達デバイス１１６を介して患者１１８に移送するために、輸液容器１０２、ポンプデバイス１０６、および送達デバイス１１６の間で接続された１つまたは複数の管（および任意選択で、いくつかの実施形態では、カセットを含む）を備える。液送達管路１０４はまた、ポンプデバイス１０６のポンプ送り動作の結果、送達デバイス１１６を用いて、患者１１８に血液を移送するために使用することもできる。ポンプデバイス１０６は、患者１１８に、輸液容器１０２から注入液をポンプ送りするための、または血液をポンプ送りするためのポンプを備える。ポンプデバイス１０６は、プランジャベースのポンプ、ぜん動ポンプ、または別のタイプのポンプを含むことができる。他の実施形態では、輸液システム１００は、ポンプデバイスを含まず、注入液を送達するのに重力を使用することもできる。
【００１２】
少なくとも１つの光送信器１１４は、液送達管路１０４の近傍に配置される。少なくとも１つの光送信器１１４は、液送達管路１０４を介して、異なる波長を有する光信号を送信するように構成される。一実施形態では、送信される光信号は、６００ナノメートルと１５００ナノメートルの間の範囲の様々な波長を有する近赤外スペクトル光を含む。別の実施形態では、送信される光信号は、９４０ナノメートルと１０５０ナノメートルの間の範囲の波長を有する近赤外スペクトル光を含む。さらに他の実施形態では、送信される光信号は、様々な波長を有する近赤外スペクトル光を含むことができる。一実施形態では、少なくとも１つの送信器１１４は、連続的に、異なる波長を有する光信号を送信することができる。少なくとも１つの光受信器１１５は、液送達管路１０４の近傍に配置され、少なくとも１つの光送信器１１４から送信された異なる波長を有する光信号を受信するように構成される。
【００１３】
一実施形態では、少なくとも１つの送信器１１４により送信される光信号の波長は、液送達管路１０４中に空気が配置されている場合、空気が、送信された光信号のうちの１つに対して、送信された光信号の別のものに対するよりも実質的に大きな影響を有するように選択される。本開示の目的では、「実質的に」という用語は、１０％を超えるものであると定義される。別の実施形態では、送信される光信号の波長は、液送達管路１０４内に配置された注入液と、液送達管路１０４内に配置された空気との間で最大の差別化を達成するように、液送達管路１０４内に配置される特定タイプの注入液に対して最適化される。さらに別の実施形態では、少なくとも１つの光送信器１１４、および少なくとも１つの光受信器１１５は、蛍光、発光ダイオード光などの背景光源の周囲光の存在からの高レベルの耐性を達成し、かつ信号取得システムの信号対雑音比を高めるために変調される。
【００１４】
一実施形態では、少なくとも１つの光送信器１１４、および少なくとも１つの光受信器１１５は、液送達管路１０４の両側に配置される。別の実施形態では、少なくとも１つの光送信器１１４、および少なくとも１つの光受信器１１５は、液送達管路１０４の同じ側に配置され、また反射または屈折面１１７が液送達管路１０４の反対側に配置されて、液送達管路１０４を介して、少なくとも１つの光送信器１１４から送信された光信号を反射または屈折して、少なくとも１つの光受信器１１５に戻すことができる。別の実施形態では、少なくとも１つの光ビームスプリッタ１１９を、少なくとも１つの光送信器１１４により送信された光信号（複数可）を分割するために使用することができる。
【００１５】
少なくとも１つのプロセッサを備える処理デバイス１０８は、ポンプデバイス１０６、メモリ１０９、少なくとも１つの光送信器１１４、少なくとも１つの光受信器１１５、入出力デバイス１１２、および警報デバイス１１０と電子通信する状態にある。メモリ１０９は、処理デバイス１０８により実行されるプログラミングコード１１１を備える。プログラミングコード１１１は、少なくとも１つの光受信器１１５により受信された異なる波長を有する受信された光信号に基づき、空気または注入液が液送達管路１０４内に配置されているかどうかを判定するように構成される。一実施形態では、処理デバイス１０８は、メモリ１０９およびプログラミングコード１１１を含む。別の実施形態では、処理デバイス１０８およびメモリ１０９は、別々の構成要素とすることができる。処理デバイス１０８はまたクロックを含む、またはクロックと通信する状態にある。
【００１６】
一実施形態では、プログラミングコード１１１は、少なくとも１つの光受信器１１５により受信された、異なる波長を有する受信された光信号の比が、どのように閾値と比較されるかに基づき、空気または注入液が、液送達管路１０４内に配置されているかどうかを判定するように構成される。
【００１７】
警報デバイス１１０は、輸液システム１００が空気を含む場合、それを臨床医（または本明細書で「ユーザ」とも呼ばれる）に知らせるために、処理デバイス１０８によりトリガされる、または生成される警報を備える。警報デバイス１１０は、液送達管路１０４および送達デバイス１１６を介して、かなりの量の空気が患者１１８に送達される前に、ポンプデバイス１０６を停止させるように構成することができる。
【００１８】
入出力デバイス１１２は、臨床医が情報を入力する、または受け取ることができるようにするデバイスを含む。入出力デバイス１１２は、輸液容器１０２から送達される注入液に関する薬剤情報、輸液容器１０２から送達される注入液の注入に関する輸液情報、アルゴリズム（複数可）を含むプログラミングコードを使用するのに適用される処理デバイス１０８に対する設定の選択、または輸液に関係する他の情報などの情報を、臨床医が入力できるようにする。入出力デバイス１１２は、処理デバイス１０８により適用されるユーザに入力される薬剤輸液プログラムを、臨床医が選択する、かつ／または確認できるようにする。入出力デバイス１１２は、臨床医に情報をさらに出力することができる。他の実施形態では、入出力デバイス１１２に入力された情報のいずれも、プログラミングコードまたは処理デバイス１０８に事前にインストールすることができる。別の実施形態では、情報は、遠隔のコンピュータから処理デバイス１０８内に遠隔的にプログラムすることができる、または入出力デバイス１１２は、遠隔コンピュータ、および／または可搬形コンピュータとすることができる。
【００１９】
送達デバイス１１６は、輸液容器１０２から注入液を患者１１８に送達するための、または血液を患者１１８に送達するための患者血管アクセスポイントデバイスを備える。送達デバイス１１６は、針、カテーテル、カニューレ、または別のタイプの送達デバイスを含むことができる。他の実施形態では、図１の輸液システム１００は、構成要素を変える、１つまたは複数の構成要素を取り除く、または１つまたは複数の構成要素を追加するように変更することができる。
【００２０】
図２は、２つの光送信器１１４が、異なる波長を有する光信号を光ビームスプリッタ１１９に送信し、光ビームスプリッタ１１９は、別々の光信号を、液送達管路１０４を介して、同じ光軸に沿ってミラー１２１に送り、ミラー１２１は、光信号を反射し、液送達管路１０４を介して光受信器１１５に戻す一実施形態の側面横断面図を示す。この実施形態では、異なる波長の送信された光信号は、連続して、交互にパルス送りすることができる。この開示全体を通して、ミラーまたは光ビームスプリッタという用語が使用される場合は常に、他の実施形態で、任意のタイプのビームスプリッティングデバイス、反射面、または屈折面を代わりに用いることができる。
【００２１】
図３は、２つの光送信器１１４が、異なる波長を有する光信号を光ビームスプリッタ１１９に送信し、光ビームスプリッタ１１９が、送信された光信号を、液送達管路１０４を介して、同じ光軸に沿って光受信器１１５に送る別の実施形態の側面横断面図を示している。光受信器１１５は、２つの光送信器１１４および光ビームスプリッタ１１９とは、液送達管路１０４の反対側に位置する。この実施形態では、異なる波長の送信された光信号を、連続的に、交互にパルス送りすることができる。
【００２２】
図４は、１つの光送信器１１４が、波長のスペクトルを有する広いスペクトル光信号を、液送達管路１０４を介して光ビームスプリッタ１１９に連続的に送信するさらに別の実施形態の側面横断面図を示す。光ビームスプリッタ１１９は、光信号を２つの光ビーム（または２つの光信号）へと分割し、２つの光ビームは次いで、それぞれ、別々の光受信器１１５により受信される前に、別々のフィルタ１２３を通過する。２つの光フィルタ１２３は、２つの別々のビームが、各受信器１１５に達したとき、互いに対して２つの特有な異なる波長を有するように、２つの別々のビームをフィルタするように構成される。光送信器１１４は、光ビームスプリッタ１１９、光フィルタ１２３、および光受信器１１５とは液送達管路１０４の反対側に配置される。
【００２３】
図５は、２つの光送信器１１４が、異なる波長を有する光信号を、第１のビームスプリッタもしくはミラー１１９を通し、液送達管路１０４を介して、ビームを２つのビーム（すなわち、２つの光信号）へと分割する第２のビームスプリッタもしくはミラー１１９に送信し、２つのビームは、別々の光受信器１１５により受信されるさらに別の実施形態の側面横断面図を示す。２つの光送信器１１４および第１のビームスプリッタもしくはミラー１１９は、第２のビームスプリッタもしくはミラー１１９および別々の光受信器１１５とは液送達管路１０４の反対側に位置する。この実施形態では、異なる波長の送信された光信号が、連続的に、交互にパルス送りされ得る。
【００２４】
図６は、第１の光送信器１１４ａがオン／オフされて、１つの波長の第１の光信号を送信し、かつ第２の光送信器１１４ｂが、第１の光送信器１１４ａとは反対の時間にオン／オフされて、異なる波長の第２の光信号を送信する一実施形態のグラフを示す。
【００２５】
図３を再度参照すると、液を含む液送達管路１０４を介して光受信器１１５に達する、光送信器１１４により送信された第１の波長を有する第１の光信号の光透過率Ｔλ１は、式Ｔλ１＝Ｃ（Ｔ管、Ｔ液、Ｔごみ）を用いて求められる。式は、第１の光信号の光透過率Ｔλ１が、第１の光信号の、液送達管路の管を介する光透過率Ｔ管、液を通る光透過率Ｔ液、液送達管で生じたごみ（すなわち、ほこり、洗浄液に起因する残留物、周囲ソースからの光学的ノイズなど）を通る光透過率Ｔごみの関数であることを示している。同様に、液を含む液送達管路１０４を通り光受信器１１５に達する、光送信器１１４により送信された第２の異なる波長を有する第２の光信号の光透過率Ｔλ２は、式Ｔλ２＝ｆ（Ｔ管、Ｔ液、Ｔごみ）を用いて求められる。式は、再度、第２の光信号の光透過率Ｔλ２が、第２の光信号の、液送達管路の管を介する光透過率Ｔ管、液を通る光透過率Ｔ液、液送達管路の管で生じたごみを通る光透過率Ｔごみの関数であることを示している。
【００２６】
光受信器１１５により検出される第１の光信号Ｓ１λ１は、式Ｓ１λ１＝Ｓｏλ１ｆ（Ｔ管、Ｔ液、Ｔごみ）により示されるように、光送信器１１４により送信された第１の波長を有する第１の原信号Ｓｏλ１と、第１の原信号Ｓｏλ１の、液送達管路の管を介する光透過率Ｔ管、液を通る光透過率Ｔ液、液送達管路の管で生じたごみを通る光透過率Ｔごみとの関数である。光受信器１１５により検出される第２の光信号Ｓ２λ２は、式Ｓ２λ２＝Ｓｏλ２ｆ（Ｔ管、Ｔ液、Ｔごみ）により示されるように、光送信器１１４により送信された第２の異なる波長を有する第２の原信号Ｓｏλ２と、第２の原信号Ｓｏλ２の、液送達管路の管を介する光透過率Ｔ管、液を通る光透過率Ｔ液、管で生じたごみを通る光透過率Ｔごみとの関数である。Ｓλ１／λ２＝Ｓ１λ１／Ｓ２λ２＝Ｓｏλ１ｆ（Ｔ管、Ｔ液、Ｔごみ）／Ｓｏλ２ｆ（Ｔ管、Ｔ液、Ｔごみ）＝Ｓｏλ１ｆ（Ｔ液）／Ｓｏλ２ｆ（Ｔ液）の比を取ることにより、液送達管路の管およびごみの透過率により影響を受ける信号部分は、互いにキャンセルされるが、それは、光信号受信プロセス中は、それらの透過率は変化しないためであり、得られた式は、原信号と液透過率の関数である。さらに、２つの光送信器が、同じ光軸上で動作し、高周波数で変調されていることは、移動する液の同じ部分を通る測定を保証する。これを説明すると、ナイキストの定理は、各送信される波長が、確実に液／空気領域の同じ部分を通過するようにするためには、光検出器のサンプリングレートを、液の動きよりも大きく（少なくとも２倍に）する必要のあることを述べている。１時間当たり１０００ミリリットルの最大流量で、液は、ＰＶＣ管に対する１．３３ミリメートルの内径の典型的な静脈内管路の管内で、毎秒１３３．８４ミリメートルの速度で移動する。１．３３ミリメートルの内径の管内の０．４８ミリメートルの流体柱は、１マイクロリットルの容積を有する。この流体柱が、毎秒１３３．８４ミリメートルの速度で移動する場合、１マイクロリットルの流体柱は、約０．００３秒でその領域を完全に離れ、したがって、６６６ヘルツ（例えば、２×ナイキスト周波数３３３ヘルツ）の最小サンプリング周波数を示している。あるいは、最小６６６Ｈｚのサンプリング周波数は、１．３３ミリメートルの内径のＩＶ管で、１マイクロリットルの流体柱をサンプリングする必要がある。発光ダイオード（ＬＥＤ）は、メガヘルツ領域で変調することができ、輸液療法で利用される実質的にいずれの流量も適切にサンプリングし、かつそれに適応することができる。
【００２７】
液送達管路１０４内の流体が液であるとき、式の簡単化したバージョンは、Ｓλ１／λ２＿液＝Ｓ１λ１／Ｓ２λ２＝Ｓｏλ１ｆ（Ｔ液）／Ｓｏλ２ｆ（Ｔ液）＝Ａ液を含む。空気が液送達管路１０４内に配置されたとき、式の簡単化したバージョンは、Ｓλ１／λ２＿空気＝Ｓ１λ１／Ｓ２λ２＝Ｓｏλ１ｆ（Ｔ空気）／Ｓｏλ２ｆ（Ｔ空気）＝Ａ空気を含む。簡単化した式は、比が、異なった別の値を与えることを示しており、Ａ液は、液が液送達管路１０４内に配置されていることを示し、またＡ空気は、空気が液送達管路１０４内に配置されていることを示す。その結果、これらの式／比は、空気が液送達管路１０４内にある場合を検出するために使用することができる。式／比は、液送達管路１０４に配置される様々な液に対して、様々な結果を与える可能性があるが、空気が配置され、液送達管路１０４内に存在する場合、式の結果から、容易に識別可能である。
【００２８】
提案されたレシオメトリック法と共に、ベール・ランベルトの法則（またはベールの法則）は、本開示をサポートする。ベールの法則は、光の吸収を、光が通過する材料の特性に関連付ける。ベールの法則は、物質を通る光の透過率と、物質の吸収係数（すなわち、この場合、管、液／空気、ほこり、洗浄液による残留物など）および光が物質を通過する距離（すなわち、光軸）の積との間に指数的な依存性があることを述べている。特にベールの法則は、
【００２９】
【数１】
0006636442.tif 000002
であると述べており、式中、Ｔは透過率、Ｉは強度、Ｉ０は初期強度、αは吸収係数、およびＬは光路長である。吸収係数は、管、液／空気／泡、ならびに洗浄液による任意の残留物、または油、ほこりの吸収係数からなる。より具体的には、式は、光受信器が、２つの異なる光の波長から「観察」することになる強度に対して、書き換えることができる、すなわち、
【００３０】
【数２】
0006636442.tif 000003
であり、これは、Ｌは定数、また異なる波長の狭い分離の結果、α１≡α２であるからである。／１と／２の比をとると、洗浄液による残留物、または油、ほこり、および管材料のパラメータなどの共通要素をキャンセルして、式は、（知られている）初期強度の比を含むだけになる。送信される波長は、同じ光路、管、残留物（「ノイズ」）を共用し、かつ流体柱の同じ部分をサンプリングするので、唯一の有意差は、サンプリングされた領域が空気を含むかどうかであり、したがって、ノイズに対する耐性を提供し、かつ高い信号対雑音が得られる。同様の手法は、少なくとも１つの送信器および少なくとも１つの受信器の使用を含む本開示で述べられたすべての実施形態に対しても正しい。本開示は、送信器または受信器の数に対して限定するものではなく、それらは、代替の実施形態で使用することができる。
【００３１】
本開示は、周囲ノイズ（ほこり、周囲光、洗浄液からの残留物など）からの耐性を提供するので、光センサの自己較正の利点が存在する。輸液ポンプで自己較正を利用する一方法は、ＩＶ管（およびカセット）の存在なしに、かつＩＶ管（およびカセット）を注入器に装填する前に、ベースライン読取りを提供することである。本開示は、振幅ベースの光センサシステムではなく、レシオメトリック法によるものであるため、初期のベースライン読取り（ＩＶ管および／またはカセットが存在しない）は、基準読取りを提供する。現状の最新技術では、典型的な輸液ポンプにおける空気センサは、超音波センサを自己較正する機会を提供することなく、または機械的な変化もしくは外部のノイズ因子（ほこりなど）に対する耐性を提供しない超音波技術に基づいている。全体的な製品寿命管理の一部として、輸液ポンプにおけるこれらの現状の最新技術の空気センサに対しては、通常、日常的な較正が必要である。デバイスは、使用する前ごとに、自動的に自己較正を行うので、本開示は、現場で、またはサービス施設において較正を必要としない。
【００３２】
図７は、液送達管路１０４の一部を構成する輸液ポンプカセットで使用された平坦なプラスチック材料に対して得られたスペクトル走査結果を示すグラフである。波長がＸ軸上にプロットされ、またパーセンテージ透過率がＹ軸上にプロットされている。グラフは、約４００ナノメートルからほぼ１６００ナノメートルで、透過率は、７０パーセント超であり、１６００ナノメートル付近でわずかな低下があって約７０パーセントに戻り、その後に、波長が増加し続けると透過率がなくなり、走査は、約４０００ナノメートルで終了することを示している。透過率は、１０００ナノメートルから１５００ナノメートルの範囲で７０パーセントを超える。図７は、光信号の波長を変えると、透過率に実質的な変化が生ずることを示している。
【００３３】
図８は、プラスチック材料が凹形であったことを除き、図７の輸液ポンプカセットで使用されたものと同じプラスチック材料に対して得られたスペクトル走査結果を示すグラフである。波長がＸ軸上にプロットされ、またパーセンテージ透過率がＹ軸上にプロットされる。グラフは、透過率が、１０００ナノメートルから１５００ナノメートルの範囲で８０パーセントを超えることを示している。図８は、光信号の波長を変えることは、実質的に透過率に変化を生ずることを示している。
【００３４】
図９は、輸液ポンプカセットで使用されたシリコーン膜材料に対して得られたスペクトル走査結果を示すグラフである。波長がＸ軸上にプロットされ、またパーセンテージ透過率がＹ軸上にプロットされている。グラフは、透過率が、１０００ナノメートルから１５００ナノメートルの範囲で、４０パーセントを超えることを示している。図９は、光信号の波長を変えることは、実質的に透過率の変化を生ずることを示している。
【００３５】
図１０は、輸液システムの液送達管路を介して送達された０．９パーセントの塩化ナトリウム溶液に対して得られたスペクトル走査結果を示すグラフである。波長がＸ軸上にプロットされ、またパーセンテージ透過率がＹ軸上にプロットされている。グラフは、透過率が、４００ナノメートルから１８００ナノメートルの範囲で９０パーセントを超えることを示している。光軸長は１ｍｍであった。図１０は、光信号の波長を変えると、透過率に実質的な変化が生ずることを示している。
【００３６】
図１１は、輸液システムの液送達管路で使用されるイントラリピッド２０パーセント（脂肪乳剤）溶液に対して得られたスペクトル走査結果を示すグラフである。波長がＸ軸上にプロットされ、またパーセンテージ透過率がＹ軸上にプロットされている。グラフは、透過率が、４００ナノメートルから約１２００ナノメートルの範囲で最小になり、次いで、約１８００ナノメートルで走査が終了するまで、波長と共に増加することを示す。光軸長は、１ナノメートルであった。図１１は、光信号の波長を変えると、透過率に実質的な変化が生ずることを示している。
【００３７】
図１２は、注入液を注入するための方法１２０の一実施形態の流れ図を示す。方法１２０は、図１の輸液システム１００を利用することができる。他の実施形態では、方法１２０は、本明細書で開示される任意のシステムを含むが、それに限定されない様々なシステムを利用することができる。ステップ１２２で、注入液は、輸液システムの液送達管路を通って流れる。ステップ１２４で、異なる波長を有する光信号が、液送達管路を介して送信される。一実施形態では、光信号の異なる波長は、液送達管路内に配置された注入液と、液送達管路内に配置された空気との間で最大の差別化を達成するために、液送達管路内に配置された特定タイプの注入液に対して最適化された。
【００３８】
一実施形態では、光信号は、６００ナノメートルと１５００ナノメートルの間の範囲の様々な波長を有する近赤外スペクトル光を含む。別の実施形態では、送信される光信号は、９４０ナノメートルと１０５０ナノメートルの間の範囲の様々な波長を有する近赤外スペクトル光を含む。他の実施形態では、送信される光信号は、様々な波長を有する光を含むことができる。別の実施形態では、光信号を送信する少なくとも１つの光送信器は、蛍光、発光ダイオード光など背景光源の周囲光の存在からの高レベルの耐性を達成し、信号取得システムの信号対雑音比を高めるために変調され得る。ステップ１２６で、異なる波長を有する送信された光信号が受信される。
【００３９】
ステップ１２８で、少なくとも１つのプロセッサは、異なる波長を有する受信された光信号に基づき、空気または注入液が液送達管路内に配置されているかどうかを判定する。一実施形態では、ステップ１２８は、異なる波長を有する受信された光信号の比が、どのように閾値と比較されるかに基づき、空気または注入液が液送達管路内に配置されているかどうかを少なくとも１つのプロセッサが判定することを含む。一実施形態では、ステップ１２８は、少なくとも１つのプロセッサが、２つのスペクトル領域の間で、注入液または空気の透過率特性を判定することを含む。空気が輸液システム内にあるという判定がステップ１２８で行われた場合、ステップ１３０で、少なくとも１つのプロセッサ１０８により警報が生成され、警報デバイス１１０は、ユーザに知らせるために、適切な音または視覚的な表示を生成する。一実施形態では、ステップ１３０は、警報が鳴った場合、少なくとも１つのプロセッサが輸液システムのポンプをオフにすることを含むことができる。
【００４０】
一実施形態では、ステップ１２４、１２６、および１２８は、ステップ１２４で、液送達管路を介して、第１の波長を有する第１の光信号を送信し、かつ第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の光信号を送信すること、ステップ１２６で、第１の光信号および第２の光信号を受信すること、ならびにステップ１２８で、少なくとも１つのプロセッサが、液送達管路内に配置された空気が、第２の受信された光信号に対するよりも、受信された第１の光信号に対して実質的により大きな影響を有することを見出すことにより、異なる波長を有する受信された光信号に基づき、空気または注入液が液送達管路内に配置されているかどうかを少なくとも１つのプロセッサで判定することを含む。
【００４１】
一実施形態では、ステップ１２４およびステップ１２６は、ステップ１２４で、２つの光送信器が、液送達管路を介して、異なる波長を有する光信号を送信すること、およびステップ１２６で、１つの光受信器だけが、異なる波長を有する送信された光信号を受信することを含む。
【００４２】
一実施形態では、ステップ１２４およびステップ１２６は、ステップ１２４で、２つの光送信器が、液送達管路を介して、異なる波長を有する光信号を送信すること、およびステップ１２６で、２つの光受信器が、異なる波長を有する送信された光信号を受信することを含む。
【００４３】
一実施形態では、ステップ１２４およびステップ１２６は、液送達管路の両側に配置された少なくとも１つの光送信器および少なくとも１つの光受信器を利用することができる。別の実施形態では、ステップ１２４およびステップ１２６は、液送達管路の同じ側に配置された少なくとも１つの光送信器および少なくとも１つの光受信器と、液送達管路を介して、少なくとも１つの光送信器から送信された光信号を反射もしくは屈折して、少なくとも１つの光受信器に戻すために、液送達管路の反対側に配置された反射もしくは屈折面とを利用することができる。
【００４４】
他の実施形態では、光送信器および光受信器の任意の数、構成、方向付け、または位置を使用することができる。さらに他の実施形態では、光信号を共通の光軸に沿って移動させるように導くために、光ビームスプリッタを使用することができる。さらなる実施形態では、反射もしくは屈折面は、異なる波長を有する光信号を、少なくとも１つの光受信器へと反射もしくは屈折するために使用することができる。他の実施形態では、光信号を送信または受信するのを支援するために、少なくとも１つの光送信器および少なくとも１つの光受信器と組み合わせて、さらなる構成要素を使用することができる。他の実施形態では、方法１２０は、ステップのうちのいずれかの順序もしくは内容を変える、１つもしくは複数のステップを削除する、または１つもしくは複数のステップを追加するように改変することができる。
【００４５】
輸液システムの液送達管路内に空気が配置されているかどうかを判定するように本開示の光システムおよび方法を使用した結果に対して、この判定を行うために超音波センサシステム（センサのピークカップリング周波数を通して掃引する電子式電圧掃引発信器と連動する圧電結晶送受信器対）を用いた結果を比較するために、出願人は、様々な注入液（塩化ナトリウム０．９パーセント、デキストロース５０パーセント、イントラリピッド２０パーセント、および卵白４．７パーセントを含む）、および様々な流量（１時間当たり２５０ミリリットル、１時間当たり５００ミリリットル、および１時間当たり１０００ミリリットルを含む）を使用して試験を行ってきた。試験は、本開示の光システムおよび方法は、超音波センサの使用に対して、実質的に予想外の結果を有することを明らかにした。本開示の光システムおよび方法を使用することによって、試験された注入液のすべてに対して、様々な流量のそれぞれで、超音波センサの使用に対して最高７２パーセントの改善となる、センサが検出できる最小の気泡サイズとして定義される分解能の改善が得られた。本開示の光システムおよび方法を使用することによって、試験された注入液のすべてに対して、様々な流量のそれぞれで、超音波センサの使用に対して、６から７２パーセントの範囲の改善となる、検出の割合として定義される精度の改善が得られた。本開示の光システムおよび方法を使用することによって、試験された注入液のすべてに対して、様々な流量のそれぞれで、超音波センサの使用に対して、２８０から８００パーセントの範囲の改善となる、信号対雑音計算で改善が得られた。本開示の光システムおよび方法を使用することによって、試験された注入液のすべてに対して、様々な流量のそれぞれで、超音波センサの使用に対して、最高１０．７パーセントの改善となる、センサが検出できる最大の気泡と最小の気泡の間の差として定義されるダイナミックレンジの改善が得られた。
【００４６】
要約は、読者が、技術的な開示の性質を速やかに確認できるようにするために提供される。それは、特許請求の範囲もしくはその意味を解釈する、または限定するために使用されないという理解の下に提示されている。さらに前述の詳細な説明では、本開示を簡素化する目的で、様々な特徴が、様々な実施形態で共にグループ化されることが分かる。本開示のこの方法は、特許請求される実施形態が、各特許請求の範囲に明示的に記載されたものよりも多くの特徴を必要とする意図を反映するものと解釈されるべきではない。そうではなくて以下の特許請求の範囲が反映しているように、本発明の主題は、単一の開示された実施形態のすべての特徴よりも少ないところにある。したがって、以下の特許請求の範囲は、本明細書では、各特許請求の範囲が別個に特許請求される主題としてそれ自体独立して詳細な説明に組み込まれている。
【００４７】
本明細書で述べられた本主題の特定の態様が示され、かつ述べられてきたが、本明細書の教示に基づいて、本明細書で述べられた主題、およびそのより広い態様から逸脱することなく、変更および修正を行うことができ、したがって、添付の特許請求の範囲は、本明細書で述べられた主題の真の範囲に含まれるすべてのこのような変更および修正が、その範囲内に含まれることが当業者には明らかであろう。さらに、本開示は、添付の特許請求の範囲により定義されることを理解されたい。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲、およびその等価な形態を考慮すること以外は、限定されるべきではない。
【図１】
0006636442.tif 000004
【図２】
0006636442.tif 000005
【図３】
0006636442.tif 000006
【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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【図９】
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【図１０】
0006636442.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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