(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の流体含有領域内の、流体および気体の一方の存在および不在の一方である所定の状態を検出する方法において、
対象の流体含有領域中へ伝達されたエネルギパルスを導き、
伝達されたエネルギパルスに関連付けられた所定の時間内において所定の時間間隔で複数回にわたり対象の領域からのエネルギパルスを検出し、検出されたエネルギを使用して多成分分析出力を発生させる諸段階を含み、前記多成分の各々は前記所定の時間間隔で行われた各回における検出に対応しており、また、
前記多成分検出出力の前記成分の各々を使用して前記所定の状態が前記対象の領域内に存在しているか否かを検出する段階を含む、対象の流体含有領域内の所定の状態を検出する方法。
【請求項２】
前記エネルギパルスを導く段階が、
前記伝達されたエネルギパルスを前記対象領域の外側から伝達することを含み、
前記エネルギを検出する段階が前記対象領域の外側から前記検出されたエネルギパルスを受け取ることを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項３】
前記エネルギパルスを導く段階と前記エネルギを検出する段階とに対して共通の変換器を使用することを更に含むことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の方法。
【請求項４】
前記対象の流体含有領域が流体含有構造体によって画成され、前記伝達されたエネルギパルスが前記流体含有構造体の同じ側から伝達され、前記検出されたエネルギパルスが前記同じ側にて受け取られることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の方法。
【請求項５】
前記検出出力を発生させる段階が、前記対応する検出されたエネルギパルスに基づき、前記時間間隔の各々と対応するデジタル検出出力を提供し、前記多成分検出出力がバイナリの形態とされ、
前記多成分の検出出力を順次出力することを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項６】
前記検出出力を提供する段階が、
前記時間間隔の各々に対して前記検出されたエネルギパルスから振幅関連の値を引き出し、
前記時間間隔の各々に対する前記振幅関連の値を所定の振幅関連の値と比較することを含むことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の方法。
【請求項７】
第１の所定の多成分の出力を提供することを更に含み、
前記多成分検出出力の成分を使用する段階が、第１の比較用出力を発生するために前記第１の所定の多成分出力と前記多成分検出出力とを使用し、前記第１の比較用出力に応答して、所定のシステムの要素の作動を制御するように作用しうる制御出力を発生させることを更に含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項８】
第２の所定の多成分出力を発生させることを更に含み、
前記多成分検出出力の成分を使用する段階が、
前記第２の所定の多成分出力と前記検出多成分出力とを使用し、第２の比較用出力を発生させ、
前記第２の比較用出力に応答して前記所定のシステムの要素の作動を使用禁止にするように作用しうる使用禁止出力を発生させることを含むことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の所定の多成分出力を変更し、前記第１の比較用出力に対する前記変更の影響を検出することにより前記システムにおいて要素の故障が存在するか否かを検査することを更に含むことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の所定の多成分出力を変更し、前記第２の比較用出力に対する前記変更の影響を検出することにより前記システムに要素の故障が存在するか否かを検査することを更に含むことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の方法。
【請求項１１】
流体含有領域内の流体の存在／不在を検出するために使用する装置において、
適時における第１の瞬間に第１のエネルギパルスを発生する手段と、
前記適時の前記第１の瞬間に関連し、かつ同期化されており、前記適時の第１の瞬間の後に発生する複数のタイミングウインドウを画成する手段と、
前記第１のエネルギパルスを前記流体含有領域中へ投入する手段と、
前記流体含有領域からの少なくとも１個の反射されたエネルギパルスを受け取る手段と、
前記パルスを受け取る手段に結合され、前記受け取り手段による反射されたエネルギパルスの受け取りとどのタイミングウインドウが一致し、どのタイミングウインドウが一致していないかを示す検出信号を発生させる手段とを含むことを特徴とする流体含有領域内での流体の存在／不在を検出するために使用する装置。
【請求項１２】
前記検出信号を、所定の流体状態に関連した少なくとも１個の基準信号と比較し、前記所定の流体状態が存在しているか否かを指示する第１の比較出力信号を発生する第１の比較手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の比較手段とは分離されていて、前記検出信号を所定の流体状態に関連した少なくとも１個の基準信号と比較して、前記所定の流体状態が存在するか否かを示す第２の比較用出力信号を発生させる第２の比較手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。
【請求項１４】
前記所定の流体状態が前記流体含有領域における前記流体の存在であることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の比較用出力信号に基づいて、前記流体含有領域を含む流体の流れシステムの作動を制御するために使用する制御信号を発生させる手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１のエネルギパルスを発生させる前記手段が周期的に一連のエネルギパルスを発生させる手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記エネルギパルスを投入する手段が変換器を含むことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記変換器が音響変換器および超音波変換器の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の装置。
【請求項１９】
タイミングウインドウを画成する前記手段が適時の前記第１の瞬間に同期化されたクロック手段であって、前記タイミングウインドウの境界を画成する複数の均等に間隔を開けたピークを有するクロック信号を発生させるクロック手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の装置。
【請求項２０】
前記反射されたエネルギパルスを受け取る手段が各反射されたエネルギパルスを所定の限界レベルと比較して各々の受け取られた反射されたエネルギパルスを適格にする手段を含み、
前記比較出力信号を発生させる手段が、前記パルス受け取り手段による、適格な反射されたエネルギパルスの受け取りとどのタイミングウインドウが一致しており、どのタイミングウインドウが一致していないかを示す検出信号を発生させる手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の装置。
【請求項２１】
前記検出信号を発生させる手段が前記複数の時間において前記タイミングウインドウの各々に対応する少なくとも１個のビット位置を有する直列ビットの流れを発生させる手段を含むことを特徴とする請求の範囲第２０項に記載の装置。
【請求項２２】
前記直列ビットの流れは、適確な反射されたエネルギパルスの受け取りと一致したタイミングウインドウに対応し、第１の値を有する少なくとも１個の第１のビット位置と、適確な反射されたエネルギパルスの受け取りと一致していないタイミングウインドウに対応し、第２の値を有する少なくとも１個の第２のビット位置とを含むことを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の装置。
【請求項２３】
前記第１の手段が前記直列ビットの流れを前記所定の流体状態に関連した基準ビットと比較する手段を含むことを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の装置。
【請求項２４】
前記直列ビットの流れを比較する前記手段が前記直列ビットの流れをビット毎に比較し、
前記比較用出力信号が、前記直列ビットの流れが１個以上のビット位置における前記基準ビットの流れと相違する場合、前記所定の流体状態が欠如していることを示すことを特徴とする請求の範囲第２３項に記載の装置。
【請求項２５】
前記直列ビットの流れを並列データワードに変換する手段と、
前記並列データワードを前記所定の流体状態に関連した１個以上の基準ワードと比較する手段とを含むことを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の装置。
【請求項２６】
前記装置における要素の故障を検査する第１の手段であって、前記検出信号を前記少なくとも１個の基準信号以外の信号と比較して前記装置の要素の故障が発生したか否かを示す検査出力信号を発生させる第１の検査手段を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の装置。
【請求項２７】
前記装置における要素の故障を検査する第２の手段であって、前記第１の検査手段とは相違し、前記検出信号を前記少なくとも１個の基準信号以外の信号と比較して前記要素の故障が発生したか否かを示す検査用出力信号を発生させる第２の検査手段を含むことを特徴とする請求の範囲第２６項に記載の装置。
【請求項２８】
前記第１と第２の検査手段が前記第１と第２の比較手段をそれぞれ含むことを特徴とする請求の範囲第２７項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は流体含有系における気体／流体の検出に関し、詳しくは、通常の作動の間流体がそこを貫流する流体含有領域内での気体／流体の検出に関する。本発明は特に、（例えば、体外での血液の処理や血液治療システムにおける血液の戻しのような）患者に流体を輸注するために使用されるような医療関連装置において採用されている容器とか配管における流体／気体の不在／存在を検出するのに特に適している。
発明の背景
多くの医療および産業分野での用途において流体含有系内での流体／気体の存在／不在をモニタすることは一般的である。そのようなモニタリングはシステム制御や安全のために採用することが可能で、典型的には高度の安定性をもって作動する必要がある。
多くの医療目的のために配管内での、あるいは例えば体外での血液の処理や血液医療装置を含む、患者への輸注のための流体を収容した容器内の１個所以上のレベルにおける流体／空気の不在／存在を検出する検出装置を採用している。そのような装置においては、患者へ空気が輸注される危険性を低下させるために検出装置を採用することが出来る。それに関連して、検出装置はまた、例えば血液成分がその中で周期的に溜められ、通常の作動の間そこから排出される容器を使用している単一針の体外血液処理や血液医療用途を含む、非連続性すなわち周期的な流体輸注における制御目的（例えばポンプの制御）のために採用することも可能である。
周知の検出装置は対象とする流体含有領域中へ放射線あるいは超音波エネルギを伝達し、該領域でのエネルギを検出するようにしており、検出すべき関連の流体および（または）気体の間の透過度の差によって検出する。例えば、典型的な超音波装置においては、所定の最小強度において伝達されたエネルギを検出することにより対応する流体含有領域内での流体の存在を指示する。
そのように検出された状態は当該装置の設計に対して「正」の状態と見なすことが出来る。すなわち、本装置は患者に流体を輸注するべくにポンプを作動させるために正の検出状態を必要とするように設計されている。逆に、そのような正の検出状態の不在（すなわち、「負」の状態あるいは欠如の状態）においては、本装置は患者に流体を輸注しないように設計されている。
認められるように、システム設計の方法には関係なく擬似の正の値／負の値の発生、すなわち対象の流体含有領域における所定の状態を虚偽に指示する検出器の出力を低減させることは重要である。そのような虚偽に指示は最も典型的にはシステムの要素の誤作動／故障あるいは環境の影響によって生じる。
虚偽の正／負の値のこれらの発生源を探求するために、周知の検出システムは（例えば、複数の超音波変換器を採用することにより）冗長性検出要素を、および（または）（例えば、電磁干渉遮断のような）環境遮断要素を採用してきた。問題に対するそのような方法は要素のコストやユーザの利便性をもたらしている。
発明の要約
本発明の目的は患者への流体の輸注を含む医療目的に使用する容器や配管における流体／気体の存在／不在のような対象の流体含有領域内での所定の流体／気体状態を検出するために高信頼性のあるシステムを提供することである。
本発明の別の目的は冗長性の検出要素および環境遮断要素を減少する高信頼性のある検出システムを提供することである。
本発明の別の目的は、文字どおり安全設計を可能とする、すなわちなんらかの確率的虚偽の負／正の値の発生を指数関数的に減少出来るような要領で高信頼性のある検出システムを提供することである。
本発明の更に別の目的はフェイルセイフを冗長性を組み合わせて要素のコストを低減する高信頼性のある検出システムを提供することである。
本発明の更に別の目的は、高信頼性のある検出システムであって、一方作業者の利便性を増し、特に流体含有構造と検出システムの構成要素との間の便利で、片側で装着することを可能にする検出システムを提供することである。
本発明のこれら、およびその他の目的は、対象の流体含有領域中へエネルギパルスを導き、各々の所定のエネルギパルスに関連した複数の時間の間に対象領域においてエネルギを検出し、各エネルギパルスに対して各時間に対応した検出エネルギを個別に使用して多成分の、時間に基づく検出出力を発生させることにより本発明において達成される。気体／流体の存在／不在のいずれかである所定の状況が対象の流体含有領域内に存在しているか否かを検出するために多成分の時間に基づく出力、すなわち「検出信号」を使用することが出来る。
特に、各エネルギパルスに対応する多成分の検出信号を所定の多要素の「基準信号」と比較して高信頼性のある検出技術を提供することが可能である。この点に関しては、基準信号は対象の所定の状況に対して期待される検出信号出力を反映する。詳しくは、例えば、多成分の基準信号は、対象領域内に所定の状況が存在している場合、その間は所定レベルのエネルギが検出可能であるべき所定の検出エネルギパルスに続く時間に対応する１個以上の要素を含むことが可能である。そのような時間と所定のエネルギレベルとは、各実行時、所定の伝達手段からエネルギ検出手段までの期待される（すなわち、設計基準の）エネルギパルス移動通路によって変わることは勿論である。一方、パルス移動通路は音響インピーダンスと、その結果の、対象とする所定の状況が存在する場合にエネルギパルスによって経験される材料（例えば、流体、気体含有構造）の境界における音響インピーダンスの不適合（ミスマッチ）とによって大きく変わる。
多成分の検出および基準信号を発生／使用することにより、所定のエネルギパルスに対する多成分の検出信号出力のいずれか１個の要素が基準信号の対応する要素と「適合（マッチ）」しないとすれば対応する所定の状況が検出されないため、信頼性が指数関数的に高められる。例えば、多成分の検出および基準信号が各々８ビットの直列パルストレインからなるような装置においては、各ビットは当該信号の単一の「成分」に対応する。検出信号が基準信号から単に１ビットの位置だけ相違しているとしても、所定の状況は検出されない。基準信号にはそれぞれ８ビットあるので、本システムにおいて任意のエラーによって所定の状況が虚偽検出される確率は単に２8のうちの１、すなわち１／２５６にすぎない。信号においてより大きい数のビットが使用されているとすれば、間違った検出の確率はさらに低くなる。冗長性基準信号比較ならびに繰り返し検査により、以下説明するように誤った検出の発生確率をさらに低下させることが出来る。
所定の状況には、例えば、対象の流体含有領域が、例えば血液のような流体で充満している「流体状態」を含みうる。例えば、当該領域に空気あるいは気泡が介在しているように流体で充満していないとすれば、流体状態は検出されず、本システムの作動は停止し得る。
検出信号と基準信号とを比較すると、その結果生じる所定の状況の存在／不在を識別し、それに応答して適当な制御信号を提供するべく第１の処理手段で使用する第１の比較出力を発生させることが可能である。そのような制御信号は、例えば１個以上の流体ポンプ手段を始動させたり、停止させたり、あるいは制御することにより対象の流体含有領域を通しての血液の通過を開始したり、停止したりあるいは通過速度を制御することが可能である。
本発明の一局面においては、検出および基準信号は双方ともデジタル出力の形態で発生するので、概ねリアルタイムベースで各信号の成分を比較し易くする。例えば、所定のパルスに関連した一連の各時間に対して検出されたエネルギから振幅に関連した値を引き出し、引き出された値を所定の対象の状況（例えば、流体の存在）があるとすれば当該対象領域において検出可能なエネルギの最小振幅を反映する所定の振幅関連値と順次比較することにより直列検出信号を漸次発生させることができる。次に、直列検出信号はビット毎に直列基準信号と比較することが可能で、あるいは先ず並列形態に変換され、次に並列基準信号と比較することが出来る。
本発明の別の局面においては、エネルギパルスを伝達し、対応する反響パルスを検出するために対象の流体含有領域に隣接して単一の変換器が位置されているパルス／反響検出技術が使用されている。主要な例として、そのような変換器は対象の流体含有領域を画成する容器、配管、あるいはその他の構造の外面に簡単に結合することが可能である。医療用としては、その様な構造は患者が使用する毎の後に典型的には取り替えられるので、それらを容易に装着したり、外したりできることは作業者に顕著な利点を提供する。
本発明の更に別の局面においては、冗長的な第１と第２の基準信号出力は冗長性基準信号発生器によって提供される。冗長性基準信号発生器は例えば、駆動パルスと同期化された基準クロック入力を有するカウンタ回路を含むことが可能で、あるいは有効な基準信号を記憶するために、かつ比較のために基準信号を同期的に出力するための記憶手段を含むことが可能である。そのような冗長性信号発生器は冗長性エネルギ検出要素に関わるコストと使用者の利便性を排除するか、さもなければ、単一の基準信号発生のみを採用している場合、基準信号発生器の誤作動／故障の場合発生しうる対象の領域内における所定状態の虚偽の正の検出の危険性を低下させる。
この点に関して、第２の所定の基準信号出力は検出器の信号出力を比較して第２の処理手段によって使用するべく第２の比較出力を発生させることが可能である。そのような第２の処理装置は所定の状況が検出される場合／検出されない場合第１の処理手段が出来ないとすれば、１個以上のポンプあるいはその他の装置の要素の作動を停止させることが可能な安全装置を制御するために第２の比較信号を使用することが可能である。
本発明の更に別の局面においては、基準信号とは異なる検査信号に基準信号を一時的に置き換えることにより要素の故障が発生したか否かを検出するために検査を実行することが可能である。検査を開始する前に所定の状態が存在していたことを第１の比較出力が指示した場合、検査信号に対する規準信号の取り替えが、要素の故障がない場合、所定の状態が存在しないことを指示するように第１の比較出力を変更すべきである。試験の間第１の比較出力が変化しない場合、要素の故障が検出されたことになる。本発明の冗長性が確実に保たれるようにするために冗長性試験を実行すればよい。
本発明の更に別の局面においては、駆動パルスの発生後複数のタイミングウインドウが定義され、どのタイミングウインドウが戻りパルスの受け取りと一致し、どのタイミングウインドウがそうでないかを指示する信号が発生する。次に、信号は所定の状態の存在を指示する規準信号と比較すればよい。本システムに冗長性を付加するには、２個の個別の比較手段を使用して、信号を規準信号と比較すればよい。タイミングウインドウを定義し、どのウインドウが駆動パルスの受け取りと一致するか／しないかを検出することにより、本発明は虚偽の検出をもたらし得るエラーの数を限定することにより誤った検出の確率を低下させる。
前述のように、本発明は、高信頼性があり、応答性がよく、かつ検出装置と流体含有構造体との間の結合をし易くする要領で実行可能なので、特に医療用に適している。そのような構造体とは、例えば成形プラスチック容器、チューブの留め具、およびパルス化されたエネルギを伝達／検出出来るようにする可撓性配管を含みうる。この点に関して、本発明はそのような構造体における望ましくない気泡や泡状態を検出することが可能である。
医療の一適用例において、本発明をそれぞれ実施しており、一方共通の処理手段を共用している２個の個別の組み立て体を用いて（例えば、血液成分分離装置において）患者に輸注するために容器の血液成分を検出したり、かつ集めたり、そこから取り出したりするのを管理することができる。そのような適用において、第１の組み立て体のパルス伝達手段および検出手段は、容器の底部分にある流体の検出に失敗すると患者への流体戻しポンプを停止させる、低レベル流体検出を行うために血液成分用容器の底部分近傍のいずれかの位置に位置している。第２の組み立て体のパルス伝達手段および検出手段は、容器の上方部分において流体の検出がなされると、患者へ流体を戻すポンプを始動させる、上レベルの流体の検出を行うべく血液成分用容器の上方部分近傍に位置している。本発明の更に別の実施については当該技術分野の専門家には明らかである。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明によるパルス／反響装置の実施例の概略図、
図２は図１に示す装置の実施例に関するタイミング線図、
図３は本発明による別のパルス／反響装置の概略図である。
発明の詳細説明
図１と図２とは本発明によるパルス／反響装置に関する。図１に示すように、本装置は一般に発振器２、検出信号発生器１０、冗長性の第１および第２の基準信号発生器４０，６０および制御出力発生器８０を含む。
広義には、発振器２は各時間Ｔにつき第１のクロックパルス３を、各時間Ｔ内に複数の第２のクロックパルス５とを提供する。第１のクロックパルス３に応答して、検出信号発生器１０が音響すなわち超音波エネルギパルスＡＰを対象の流体含有領域１００中へ伝達し、検出可能反響パルスを含む音響すなわち超音波エネルギパルスＡＰに関連した複数の時間Ｎの各々の間流体含有領域１００における音響すなわち超音波エネルギを検出し、各時間Ｎに対して検出されたエネルギを利用して直列デジタル検出信号２５を発生させる。冗長性の第１と第２の基準信号発生器４０および６０は第１と第２のクロックパルス３および５を使用して第１と第２の直列デジタル基準信号出力４５および６５を発生させる。基準信号出力４５および６５は流体含有領域（例えば流体の存在）内の所定の状態に対して検出信号発生器１０から予期される出力と対応すべきである。制御出力発生器８０は第１と第２の基準信号出力４５および６５並びに検出信号出力２５をそれぞれ受け取り、応答／制御システム９０において使用する第１と第２の制御出力８７および８９を発生する。
図示した装置においては、検出信号発生器１０は、変成器１４と変換器１６とによって音響すなわち超音波パルスに変換され、対象の流体含有領域１００中へ導かれる電気駆動パルス１３を発生させるための駆動装置１２を含んでいる。変換器１６は（例えば、圧力係合により）対象の領域１００を画成している流体含有構造体１１０の外壁１１２に結合される。変換器１６は、また流体含有領域１００において、対象の領域１００を通して移動し、対向する壁１０４によって反射され、変換器１６まで戻されてきた検出可能反響パルスを含む音響すなわち超音波エネルギを受け取る。検出されたエネルギは変成器１４からの出力１７に含まれ、前記出力１７はビデオ増幅器１８によって増幅される。エンベロップおよびピーク検出器２０および２２は次にそれぞれ、所定の各時間Ｔの間最大のエネルギ振幅に対応する値を（例えば、サンプリングを介して）引き出す。追って説明するように、時間Ｎがパルス化した信号３３を介してピーク検出器２２に提供される。各時間Ｎに対応するピーク検出器２２の出力２３は比較器２４によって所定の振幅関連の値と比較されデジタルの直列検出信号２５を発生させる。例えば、所定の時間に対する最大の振幅が所定の値（例えば、反響パルスを受け取ったことを示す値）を上回る場合、比較器２４は「１」のデジタル出力を提供する。逆に、所定の時間に対する最大の所望の振幅が所定の値以下である場合、比較器２４は「０」を出力する。比較器２４の直列出力が検出符号を形成する。
認められるように、本発明はパルス／反響装置に対して単一の変換器の使用を可能として有利であるが、その他の装置においてはエネルギパルスの伝達／検出に対して複数の変換器を採用してもよい。単一の変換器１６を使用すれば変換器１６に対して容器、配管あるいはその他の構造体１１０を片側のみに装着出来るようにし、そのため充填／排出作業をし易くする。このことは、流体含有構造体が最も典型的に患者毎に１回で廃棄される医療用としては特に利点がある。
図１に戻れば、第１と第２の基準信号発生器４０および６０は各々、第１と第２のクロックパルス３および５を受け取るための対応するカウンタ４２および６２を含んでいることが判る。更に後述のように、各カウンタ４２および６２は第１と第２のデジタルの基準信号出力４５および６５を提供するために、それぞれ対応するＯＲゲート４４および６４に相互に接続された２個の所定の出力ピンを有している。各々の場合に、第１のクロックパルス３は時間Ｔ毎にカウンタ４２および６２をリセットするよう作用し、第２のクロックパルス５はカウンタ４２および６２の計数機能を駆動するように作用する。第１と第２の基準信号発生器４０および６０を設けることにより、基準信号発生器４０または６０のいずれかが故障した場合に擬似の正／負の値が発生しうる危険性を低減するべく冗長性の安全機能が提供される。
図２のタイミング線図に示すように、図示した実施例の一用途においては、第１のクロックパルス３は１００ミリ秒毎に提供され、第２のクロックパルス５は１０ミリ秒毎に提供され、Ｎ＝８（すなわち、対比すべきエネルギ検出に対して８倍の時間が定義される）とされ、そのため検出信号発生器１０の各々、および第１と第２の基準信号発生器４０および６０から８ビットの直列符号出力を提供する。そのような８ビットの信号は現在のデジタル処理を容易に許容しうることは勿論である。
そのような適用において、カウンタ４２および６２はジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ）の１０年カウンタでよい。Ｔ／ｔ≠Ｎであり、１０年カウンタ４２および６２がＮ出力ピン以上であるので、ＡＮＤゲート３２およびＡＮＤゲート３４が図示した要領で使用されクロックパルス３３をピーク検出器２２に提供し、カウンタ４２および６２のＮ番めの出力ピンを高度にロックし、カウンタ４２および６２が第１のクロックパルス３によってリセットされるまで計数を中断する。
図２のタイミング線図によって示される適用例においては、流体が対象の流体含有領域１００に存在する場合、反響パルスが７番目の時間においてのみ検出可能である。そのような適用において、直列検出信号出力２５は１０００００１０であるべきで、１は駆動パルスにより第１の時間の間に発生する。図に示すように、戻りパルスが受け取られる時と検出符号パルス発生する時間との間には音響すなわち超音波エネルギパルスＡＰの発生および受け取りにおける遅れにより１クロックサイクルの遅れがある。対応する基準符号出力４５および６５を提供するには、１０年カウンタ４２および６２からの第１と第７の復号出力は、それぞれＯＲゲート４４およびＯＲゲート６４とに接続されている。
図１に示すように、制御出力発生器８０は直列検出信号出力２５と第１の基準信号出力４５とを受け取り、応答して第１の直列比較出力８３を提供するための第１のＸＯＲゲート８２を含んでいる。図２に示すように、検出信号出力２５は第１の基準符号出力４５と同一であるべきなので、対象の流体含有領域１００内に対応する所定の状態が存在する場合、ＸＯＲゲート８２の直列比較出力８３は例えば０であるべきである。所定の状態が検出されない場合、直列比較出力８３は所定の信号出力に対して少なくとも１個の１を含んでおくべきである。所定の状態が検出される場合／されない場合を識別するために、かつ応答／制御システム９０に応答制御出力８７を提供するために、第１の比較出力８３が第１の処理装置８６に提供される。１個以上の選択されたポンプ９４あるいはその他のシステムは選択的に停止するか、始動するかあるいは（例えば、血液の輸送速度を制御することにより）制御することが可能である。
制御出力発生器８０は更に直列検出信号出力２５と第２の基準信号出力６５とを受け取り、かつ応答して第２の直列比較出力８５を提供するためにＸＯＲゲート８４を含んでいる。第２の処理装置８８が、所定の状態が検出されたとき／されないときを識別し、応答制御出力８９を安全装置９２に提供するために第２の比較出力８５を受け取る。制御出力８９が所定の状態が検出されていないこと指示する場合、安全装置９２はポンプのモータ９４を検査して該モータが現在作動しているか否かを検出する。ポンプモータ９４が作動している場合、安全装置は所定時間の経過を待機し（応答／制御装置がモータ９４を切る時間を許容し）、次にポンプモータ９４を使用禁止とする。ポンプモータ９４が作動していない場合、安全装置はポンプモータ９４をモニタし、安全な作動状態が回復するまで該ポンプモータが切れた状態に確実に留まるようにする。このように、所定の状態が検出されないときポンプモータ９４の作動を停止させるために２個の個別の（すなわち、冗長性の）機構が存在する。
システムの検査のために、図示した実施例は更にそれぞれ第１と第２の基準符号発生器４０および６０に対応する第１と第２の検査入力１２２および１３２を含む。第１と第２の検査入力１２２および１３２は検出信号発生器１０と第１および第２の基準信号発生器４０および６０の検査を可能とする。基準信号発生器４０，６０のうちの１個が単独で故障としたとしても（部分的には本システムの冗長性のために）ポンプモータ９４に対して望ましくない作動状態をもたらすことは一般的にはないが、完全な冗長性作動が回復しうるように要素の故障は検出しておくことが依然として好ましい。
図示実施例においては、検査は、直列比較出力８３，８５の双方が所定の状況の検出を指示した時（すなわち出力は全て零からなる）のある時間に開始する。検査の間、検査入力１２２および１３２はそれぞれ第１と第２の基準信号発生器４０および６０に提供され、１０進カウンタ４２および６２をリセット状態に常に保ち、かくして１０進カウンタ４２および６２の出力が全て零である。従って、ＯＲゲート４４および６４の出力は、検査手順の間全ての状況が回復するまで全て零からなる。検査入力１２２および１３２は、例えば任意の時間の間、あるいは作業者の検査手順の間にそれぞれ処理装置８６および８８によって提供することが可能である。ＯＲゲート４４および６４の出力が排他的ＯＲゲート８２および８４において検出信号発生器１０からの検出信号出力２５と比較されると、（駆動パルスのために）検出信号出力２５が少なくとも１個の１を含むべきであるので所定の状態は検出されない。本システムが適正に作動している場合、検査が実行されていることを認識している処理装置８６および８８は直列比較出力８３、８５が検出状態から非検出状態へ変更されたことを検出し、本システムが作動を継続出来るようにする。直列比較出力８３，８５のいずれかが検査の間状態を変更しない場合、処理装置８６，８８は少なくとも１個の要素の故障が本システム内に存在することを検出し、この故障はフェイルセイフ／冗長性作動が回復するまでに見極めを付ける必要がある。
図３は本発明によるパルス／反響システムの別の実施例を示す。本実施例は検出信号を発生させる信号発生器１４０と、特に１個以上の基準符号との必要な比較を冗長的に実行するための一対の冗長性比較回路（１４２）、（１４４）とを含む。更に、本システム内の他の要素が使用するためのタイミングベースを発生させるための外部発信器１４６が設けられている。図３に示すように、検出信号発生器１４０は、駆動装置１６２、音響すなわち超音波変換器１６４、増幅器１６６、プログラマブルゲイン増幅器（ＰＧＡ）１７０、出力比較装置１７２、ゲイン制御比較装置１７４、発信器１７６、同期装置１７８、第１のサンプラ１８０、ウインドウ発生器１８２、ラッチ１８４およびアップ／ダウンカウンタ１８６を含む。第１の冗長性比較回路は駆動装置１４８と、サンプラ１５０と直列から並列への変換器１５２と、比較器１５４と、エアカウンタ１５６と流体カウンタ１５８とを含む。第２の冗長性比較回路１４４は該第２の回路１４４が駆動装置１４８を含んでいないことを除いて第１の冗長性比較回路１４２と概ね同一である。
駆動装置１４８は発信器１４６から周期的な信号を受け取り、該周期信号を使用して、対象の流体含有領域１００中へ音響的に、すなわち長短波エネルギを送り込む駆動パルスの繰り返し割合を設定するタイミング信号１９０を発生させる。タイミング信号１９０は第１の冗長性比較回路１４２、第２の冗長性比較回路１４４および検出符号発生器１４０の作動を同期化し、従ってこれら装置の各々に送られる。
検出信号発生器１４０内の駆動装置１６２は駆動装置１４８からのタイミング信号１９０を受け取り、それに応答して、適当に調時された駆動パルスを変換器１６４に対して発生させる。駆動パルスに応答して、変換器１６４は対象の流体含有領域中へ音響すなわち超音波パルスを投入する。前記パルスは対象の流体含有領域１００内で一様に反射され、変換器１６４まで戻され、該変換器は反射されたパルスを電気出力パルスに変換する。次に、ＰＧＡ１７０がアップ／ダウンカウンタ１８６からのゲイン制御信号１９２に従ってパルスを更に最適レベルまで増幅する。増幅されたパルスは次に比較装置１７２およびゲイン制御比較装置１７４の双方まで送られる。
ゲイン制御比較装置１７４は増幅されたパルスをゲイン制御するために第１の所定の基準レベルと比較する。パルスが第１の所定のレベルを上回る場合、ゲイン制御装置１７４は１を出力し、さもなければ０を出力する。このように、ゲイン制御装置１７４はデジタルパルスの流れをラッチ１８４まで送り、そこで該流れの中の各１は第１の所定の限界値を上回っている増幅されたパルスを指示する。ラッチ１８４はデジタルパルスの流れを受け取り、その流れを同期装置１７８からのクロック信号１９４によって決められる時間にアップ／ダウンカウンタ１８６まで一時保持する。ラッチ１８４によってなんら１が出力されない場合、カウンタ１８６はＰＧＡのゲインを増分する。同様に、ラッチ１８４によって１が出力された場合、カウンタ１８６はＰＧＡ１７０のゲインを減分する。
クロック信号１９４を発生させるために、同期装置１７８はタイミング信号１９０をローカルの発信器１７６に対して同期化する。サンプラ１８０はクロック信号１９４とローカル発信器１７６からの信号の双方を受け取り、駆動パルスに対して同期化されたより遅いクロック信号を発生させる。ウインドウ発生器１８２は前記より遅いクロック信号を使用して反響を発生させるためのタイミングウインドウ信号を発生させる。タイミングウインドウ信号は、ラッチ１８４がウインドウ期間中唯一使用可能となるようにラッチ１８４の使用可能入力に供給される。
ゲイン制御比較装置１７４と同様に、出力比較装置１７２はＰＧＡからの増幅されたパルスを第１の所定の基準レベルより低い第２の所定の基準レベルと比較する。パルスが第２の所定レベルを上回る場合、出力比較装置１７２は１を出力し、さもなければ該装置１７４は０を出力する。このように、出力比較装置１７２は検出信号を表わすデジタルパルスの流れを発生させる。デジタルパルスの流れは第１と第２の冗長性比較回路１４２，１４４の双方まで送られる。
第１と第２の冗長性比較装置１４２，１４４の作動は概ね同一であるので、以下の説明は第１の装置１４２のみに限定する。直列から並列への変換器１５２は出力比較装置１７２から直列ビットの流れを受け取り、それを並列データワードに変換する。この作業を行うには、直列から並列への変換器１５２はサンプラ１５０からのサンプルクロックを使用する。サンプラ１５０は発振器１４６からの周期的な信号と駆動装置１４８からのタイミング信号の双方を使用してサンプルクロックを発生させる。比較器１５４は直列から並列への変換器１５２からの各並列データワードを受け取り、それをビット毎に１個以上の有効な基準信号と比較する。比較器１５４は、例えば複数の有効な信号と同時に比較することが出来る内容にアドレス可能なメモリ（ＣＡＭ）を含むことが可能である。本発明の一実施例においては、各データワードは長さが２５ビットであって、４個の有効な基準信号がある。比較器１５４は受け取った各検出信号に対して単一のデータビットを出力する。データビットは、例えば有効な信号に適合することが判明すると１であり、適合が判明しない場合０である。適合する各検出信号に対して、流体カウンタ１５８は１だけ増分される。同様に、適合しない各検出信号に対してエアカウンタ１５６は１だけ増分する。次に、エアカウンタ１５６と流体カウンタ１５８とからのカウントは処理装置（図示せず）によって分析すべくバス１６０にダウンロードすることが出来る。処理装置は次にカウントに基づきシステム作動の決定を行うことが出来る。
本発明の若干の実施例についての以上の説明は本発明の図示と説明のために行ったものである。本説明は本発明を前述した実施例に限定する意図のものでない。前述の教示に関わる変更や修正、並びに当該技術分野の専門家に明らかな変更や修正は本発明の範囲内に含める意図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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