СИСТЕМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВВЕДЕНИЕМ ЛЕКАРСТВЕННОГО РАСТВОРА
DRUG SOLUTION INTRODUCTION CONTROL SYSTEM AND METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение, в общем, относится к управляемому введению лекарственного раствора и, более конкретно, к внутривенной подаче раствора с контуром управления для достижения и автоматического поддержания требуемого параметра подачи.
Уровень техники
Системы внутривенного ("IV", "ВВ") ввода раствора используются для ввода лекарственного раствора в тело пациента с регулируемой скоростью. Существует множество таких ВВ систем ввода раствора, и в одном случае были разработаны точные инфузионные насосы для более точной подачи лекарственного раствора в тело пациента в соответствии с предписаниями врача. В большинстве случаев используют систему управления насосом с открытым контуром, в которой процессор изменяет скорость прокачки раствора на основе заданной функции от различных параметров, таких как тип раствора, профиль вливания и программируемая скорость потока. Такие управляемые процессором системы насоса с открытым контуром могут быть дорогостоящими и обычно имеют сложную конструкцию, поскольку они представляют собой высокотехнологичные устройства с деталями с малыми допустимыми отклонениями для получения требуемой точности ввода раствора.
В большинстве случаев в таких насосах с открытым контуром не используют какую-либо обратную связь для изменения управления механизмом перекачивания. Датчики в насосе или датчики, связанные с вводом раствора, обычно используют для детектирования состояний тревоги, связанных с периферийными событиями, такими как избыточное количество воздуха в линии подачи раствора, закупорка трубок подачи раствора перед или после насоса, и израсходование лекарственного раствора в контейнере. Высокотехнологичные механизмы перекачивания и процессорное управление рассчитаны на практически полную точность работы насоса. Однако на скорость подачи раствора также влияет точность компонентов одноразового использования, таких как трубки, используемые на пути подачи раствора, по которым лекарственный раствор вводится в тело пациента. Вариации внутреннего диаметра и жесткость материала трубок и компонентов насоса, содержащие компоненты одноразового использования, трудно компенсировать в алгоритме управления с открытым контуром, поскольку такие вариации могут изменяться со сроком службы компонента, и поскольку непрактично измерять такие вариации непосредственно. В результате, для обеспечения точности при подаче раствора в таких системах с открытым контуром управления требуется использовать компоненты одноразового использования, которые должны соответствовать спецификациям, предусматривающим жесткие допуски. Спецификации с жесткими допусками увеличивают затраты на производство, которые, в конечном итоге, несет пациент.
Некоторые системы с открытым контуром были раскрыты в данной области техники с течением лет, и в них заявлено поддержание или повышение точности ввода лекарственного раствора. В системе с замкнутым контуром для управления системой подачи раствора измеряют параметр или параметры, связанные с процессом ввода раствора. Системы с замкнутым контуром предшествующего уровня техники часто определяли скорость ввода лекарственного раствора в тело пациента, используя опосредованное средство, такое как измерение внутренних сил давления на стенки каналов прохода раствора или измерение перепада давления раствора на сужении в канале прохода раствора. В некоторых системах предшествующего уровня были сделаны попытки измерения фактического движения раствора в канале прохода раствора; однако некоторые такие системы были выполнены инвазивными, в них предполагался физический контакт с лекарственным раствором, и они не были реализованы на практике. В других требовались датчики и системы обработки, которые были дорогостоящими и также не были реализованы на практике.
Производители пытаются обеспечить высокий уровень точности ввода раствора при сдержанном росте расходов, предъявляемых пациентам. Система и способ перекачки с замкнутым контуром могут обеспечить полезную информацию о фактическом вводе раствора в тело пациента и в случае ее достаточной точности, сам насос и компоненты одноразового использования для ввода раствора могут быть изготовлены с более широкими допусками, в результате чего можно было бы уменьшить затраты пациента. Такая точность могла бы позволить изготовителям обеспечить различные средства ввода лекарственных растворов в тело пациента, включающие в себя средство, работающее, по меньшей мере, частично, под действием силы тяжести, которое заставляет раствор протекать в тело пациента.
Следовательно, для специалистов в данной области техники будет понятна необходимость в более усовершенствованной системе ввода лекарственного раствора и в способе, в котором используется датчик или датчики, измеряющие фактический поток раствора в тело пациента и использующие такую измеренную информацию о потоке для регулировки подачи раствора. Специалисты в данной области техники также отметили потребность в устройстве для ввода раствора с более низкой стоимостью, включающем в себя регулятор потока и трубки для потока, которые выполнены с менее жесткими допусками по деталям, таким образом, что обеспечивается большая степень контроля над затратами. В соответствии с этим, желательно обеспечить менее сложную систему с меньшей стоимостью для ввода лекарственных растворов, которая позволяла бы уменьшить затраты и обеспечивала бы точность при вводе раствора. Настоящее изобретение удовлетворяет этим и другим потребностям.
Сущность изобретения
Вкратце и в общем виде, настоящее изобретение касается системы и способа обеспечения точного ввода лекарственного раствора в тело пациента, используя регуляторы потока и датчик потока для определения фактического потока лекарственного раствора в тело пациента, таким образом, чтобы обеспечить возможность управления регуляторами потока.
В одном аспекте настоящего изобретения система управления раствором, предназначенная для управления введением раствора из контейнера с медикаментом, содержит канал для раствора, содержащий входное отверстие, выходное отверстие и внутренний объем, через который неограниченное движение раствора соответствует величине неограниченного потока, первый регулятор потока, закрепленный на канале для раствора и выполненный с возможностью поддержания движения раствора в канале для раствора с величиной потока большим, чем величина неограниченного потока, второй регулятор потока, закрепленный на канале для раствора и выполненный с возможностью поддержания движения раствора в канале для раствора с величиной потока, меньшим, чем величина неограниченного потока, детектор потока, закрепленный на канале для раствора и выполненный с возможностью измерять движение раствора в канале для раствора, и контроллер, съемно закрепленный на канале для раствора и соединенный с детектором потока, первым регулятором потока и вторым регулятором потока, причем контроллер выполнен с возможностью управления первым и вторым регуляторами потока в ответ на измерение детектора потока.
Первый регулятор потока в более подробных аспектах изобретения содержит насосную камеру, имеющую подвижную стенку, соединенную с приводом насоса, причем насосная камера расположена в канале для раствора, и выполнена с возможностью однонаправленного потока раствора в направлении от входного отверстия к выходному отверстию канала для раствора, привод насоса содержит эластомерную диэлектрическую пленку, имеющую первую сторону и вторую сторону, причем первая сторона покрыта первой растяжимой электропроводной пленкой, соединенной с первым электродом, вторая сторона покрыта второй растяжимой электропроводной пленкой, соединенной со вторым электродом, диэлектрическая пленка выполнена с возможностью растяжения в ответ на напряжение, приложенное к первому и второму электродам.
Второй регулятор потока в подробных аспектах изобретения дополнительно выполнен с возможностью поддержания движения раствора в канале для раствора с величиной потока, равной величине неограниченного потока. В еще других подробных аспектах второй регулятор потока содержит переменно регулируемый клапан, выполненный с возможностью ограничения движения раствора в канале для раствора.
Детектор потока в подробных аспектах изобретения содержит источник тепла, расположенный снаружи внутреннего объема канала для раствора и выполненный с возможностью нагревать раствор, расположенный в области нагрева, в канале для раствора, источник света, расположенный снаружи внутреннего объема канала для раствора и выполненный с возможностью формирования опрашивающего света, направленного к раствору, расположенному в области опроса в канале для раствора, детектор света, расположенный снаружи внутреннего объема канала для раствора и выполненный с возможностью детектировать оптические характеристики раствора в области опроса и детектировать изменения оптических характеристик, когда нагретый раствор из области нагрева поступает в область опроса.
В другом аспекте настоящего изобретения способ управления введением раствора из контейнера с медикаментами содержит операции, на которых: получают целевое значение потока, перемещают раствор через узел одноразового использования, содержащий канал для раствора и устройство регулировки потока, причем канал для раствора содержит входное отверстие, выходное отверстие и внутренний объем, неограниченное движение раствора через канал соответствует величине неограниченного потока, устройство регулировки потока, содержит первый регулятор потока и второй регулятор потока; выполняют измерение движения раствора в канале для раствора, и активируют устройство регулировки потока, когда движение раствора не соответствует целевому значению потока, включая изменение состояния работы второго регулятора потока, когда целевое значение потока меньше, чем величина неограниченного потока, и изменяя состояние работы первого регулятора потока, когда целевое значение потока больше, чем величина неограниченного потока.
Активация устройства регулировки потока, в подробных аспектах изобретения, включает операции, на которых: изменяют состояние работы второго регулятора потока, когда целевое значение потока равно величине неограниченного потока. В других подробных аспектах, активация устройства регулировки потока содержит операцию, на которой: активируют устройство регулировки потока, когда происходит изменение количества раствора в контейнере с медикаментом или изменение уровня подъема в контейнере с медикаментом относительно выходного отверстия трубки вливания, выступающей из выходного отверстия канала для раствора. В других подробных аспектах, для приведения в действие устройства регулировки потока прикладывают напряжение к первому электроду и второму электроду, причем первый электрод соединен с первым растяжимым электропроводным покрытием на первой стороне эластомерной диэлектрической пленки, второй электрод соединен со вторым растяжимым электропроводным покрытием на второй стороне эластомерной диэлектрической пленки, причем эластомерная диэлектрическая пленка соединена с подвижной стенкой, расположенной в канале для раствора, и выполнена с возможностью расширяться в ответ на приложенное напряжение.
Измерение движения раствора в канале для раствора, в других подробных аспектах, содержит операции, на которых: нагревают раствор в области нагрева в канале для раствора, раствор нагревают с помощью источника тепла, расположенного снаружи внутреннего объема канала для раствора, освещают раствор в области опроса в канале для раствора, причем раствор освещают с помощью источника света, расположенного снаружи внутреннего объема канала для раствора, детектируют оптические характеристики раствора в области опроса, причем оптические характеристики детектируют с помощью детектора света, расположенного снаружи внутреннего объема канала для раствора, и детектируют изменение оптических характеристик, причем эти изменения детектируют с помощью детектора света.
В другом аспекте настоящего изобретения система управления раствором, предназначенная для управления введением раствора из контейнера с медикаментом, содержит первичное входное отверстие для раствора, насосную камеру, сообщающуюся с первичным входным отверстием для раствора, причем насосная камера содержит подвижную стенку и выходное отверстие насоса, насосная камера выполнена с возможностью однонаправленного потока раствора от первичного входного отверстия раствора к насосной камере и для однонаправленного потока раствора от насосной камеры к выходному отверстию насоса, привод насоса, соединенный с подвижной стенкой насосной камеры и выполненный с возможностью перемещения подвижной стенки в соответствии с сигналом накачки, ограничитель потока, сообщающийся с выходным отверстием насоса, причем ограничитель потока содержит выходное отверстие ограничителя и выполнен с возможностью избирательного увеличения и уменьшения потока раствора через выходное отверстие ограничителя, привод ограничителя, соединенный с ограничителем потока и выполненный с возможностью активации устройства ограничителя потока в ответ на сигнал ограничителя, детектор потока, содержащий трубку для раствора, расположенную между ограничителем потока и насосной камерой, детектор потока выполнен с возможностью получения и детектирования теплового изменения раствора в трубке для раствора и предоставления сигнала детектора, представляющего существующую скорость потока раствора в трубке для раствора, устройство ввода пользователя, выполненное с возможностью получения целевого значения скорости потока от пользователя, и контроллер, соединенный с приводом насоса, приводом ограничителя и детектором потока, контроллер выполнен с возможностью формирования сигнала накачки и сигнала ограничителя для регулировки существующей скорости потока раствора до целевого значения скорости потока раствора и автоматического поддержания существующей скорости потока на целевом значении скорости потока раствора.
В подробных аспектах изобретения система управления раствором содержит узел одноразового использования и узел многократного использования, закрепленный на узле одноразового использования, причем узел многократного использования выполнен с возможностью его отсоединения от узла одноразового использования, узел многократного использования содержит контроллер и устройство ввода пользователя, дисплей, выполненный с возможностью передачи скорости потока, и источник питания, узел одноразового использования содержит первичное входное отверстие для раствора, насосную камеру, привод насоса, ограничитель потока, привод ограничителя и детектор потока.
Ограничитель потока в подробных аспектах изобретения содержит устройство ручной регулировки, соединенное с устройством ограничителя потока, причем устройство ручной регулировки выполнено с такими размерами, которые обеспечивают для пользователя возможность манипуляции с ним, и выполнено с возможностью изменения движения раствора через выходное отверстие ограничителя.
Привод насоса в подробных аспектах изобретения содержит первую диафрагму, содержащую первую эластомерную диэлектрическую пленку, расположенную между первой парой растяжимых электропроводных покрытий, и вторую диафрагму, содержащую вторую эластомерную диэлектрическую пленку, расположенную между второй парой растяжимых электропроводных покрытий, первая и вторая диафрагмы соединены с подвижной стенкой насосной камеры, первая диафрагма выполнена с возможностью перемещения подвижной стенки в первом направлении в ответ на напряжение, приложенное к первой паре покрытий, вторая диафрагма выполнена с возможностью перемещения подвижной стенки во втором направлении в ответ на напряжение, приложенное ко второй паре покрытий. В других подробных аспектах привод насоса содержит пьезоэлектрическое устройство, соединенное с подвижной стенкой насосной камеры, причем пьезоэлектрическое устройство выполнено с возможностью перемещения подвижной стенки в ответ на напряжение, приложенное к пьезоэлектрическому устройству.
Сигнал детектора от детектора потока, в подробных аспектах изобретения, представляет период времени, в течение которого тепловое изменение перемещается на заданное расстояние в трубке для раствора детектора потока.
Детектор потока в подробных аспектах изобретения содержит источник тепла, расположенный снаружи внутреннего объема трубки для раствора детектора потока, причем источник тепла выполнен с возможностью нагрева раствора в области нагрева внутри трубки для раствора, источник света, расположенный снаружи внутреннего объема и выполненный с возможностью формирования окрашивающего света, направленного в направлении раствора в области опроса в трубке для раствора, детектор света, расположенный снаружи внутреннего объема и выполненный с возможностью детектировать оптические характеристики раствора в области опроса, и детектировать изменения оптических характеристик, когда нагретый раствор из области нагрева поступает в область опроса. В более подробных аспектах источник нагрева представляет собой оптическое устройство.
Свойства и преимущества изобретения будут более понятны из подробного описания изобретения, которое следует читать совместно с рассмотрением прилагаемых чертежей.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана блок-схема системы управления введением раствора, представляющая канал для раствора, с которым соединен источник раствора, первый регулятор потока, второй регулятор потока, детектор потока и трубка введения раствора, причем первый и второй регуляторы потока, и детектор потока соединены с контроллером;
на фиг.2 показан вид в разрезе другой системы управления введением раствора, на котором представлен канал для раствора, с которым соединен насос, переменно регулируемый клапан, детектор потока, контроллер, рукоятка, дисплей и источник питания, причем насос содержит насосную камеру в канале для раствора и подвижную стенку, расположенную рядом с насосной камерой, подвижная стенка находится в контакте с пластиной, соединенной с зажимом привода насоса, насосная камера имеет два отверстия, в которых установлены плавающие элементы первого и второго обратных клапанов;
на фиг.3 показан вид в перспективе с разрезом привода насоса по фиг.2, представляющий первую и вторую диафрагмы, имеющие кромки и средние участки, причем кромки пространственно разделены корпусом, а средние участки удерживаются в непосредственной близости друг к другу с помощью зажима;
на фиг.4 показан подробный вид в разрезе привода насоса по фиг.2, представляющий первую диафрагму, расширившуюся так, что зажим, пластина и подвижная стенка насосной камеры смещены в первом направлении, для увеличения объема насосной камеры и втягивания раствора в насосную камеру через первый обратный клапан;
на фиг.5 показан подробный вид в разрезе привода насоса по фиг.2, представляющий вторую диафрагму, расширившуюся так, что зажим, пластина и подвижная стенка насосной камеры смещены во втором направлении, для уменьшения объема насосной камеры и вытеснения раствора из насосной камеры через второй обратный клапан;
на фиг.6 показан подробный вид в разрезе детектора потока по фиг.2, представляющий источник тепла, источник света и детектор света, каждый из которых расположен снаружи внутреннего объема канала для раствора, причем источник тепла содержит первый лазер, который нагревает раствор в области нагрева, в канале для раствора, источник света содержит второй лазер, направленный к раствору в области опроса в канале для раствора, а детектор света содержит фотодиод, оптически сообщающийся с раствором в области опроса;
на фиг.7 показан вид сбоку в разрезе другой системы управления введением раствора, представляющий узел многократного использования, отсоединенный от узла одноразового использования, причем узел многократного использования содержит дисплей, источник питания, рукоятку и контроллер, а узел одноразового использования содержит канал для раствора, с которым соединен насос, детектор потока и переменно регулируемый клапан;
на фиг.8 показан вид спереди еще одной системы, представляющий первичное входное отверстие для раствора, сообщающееся по жидкости со вторичным входным отверстием для раствора;
на фиг.9 показана блок-схема последовательности операций способа управления подачей раствора, представляющая автоматическое изменение рабочего состояния первого и второго регуляторов потока на основе сравнения целевого значения потока с измерением движения раствора и величиной неограниченного потока, причем изменение рабочего состояния также выполняется автоматически в ответ на изменение количества раствора, находящегося в источнике раствора, и изменение относительной высоты подъема источника раствора; и
на фиг.10 показана блок-схема последовательности операций другого способа управления введением раствора, представляющая сравнение целевого значения потока с измерением движения раствора, сравнение целевого значения потока с величиной неограниченного потока, определение рабочего состояния первого и второго регуляторов потока, и, на основе результата определения, изменение с последовательным приращением активности насоса в первом регуляторе потока или перемещение с последовательным приращением второго регулятора потока в более открытое или более закрытое положение.
Подробное описание изобретения
Рассмотрим теперь более подробно примерные чертежи, предназначенные для иллюстрации вариантов осуществления изобретения, на которых одинаковыми позициями обозначены соответствующие или аналогичные элементы на нескольких видах, на фиг.1 показана блок-схема системы 20 для управления введением раствора из контейнера с медикаментом или источника раствора. Система включает в себя канал 22 для раствора, через который протекает раствор. К каналу для раствора прикреплен первый регулятор 24 потока, второй регулятор 26 потока и детектор 28 потока. Как будет более подробно описано ниже, детектор 28 потока выполнен с возможностью измерения фактического движения раствора в канале для раствора.
Контроллер 30 прикреплен с возможностью отсоединения к каналу для раствора и выполнен с возможностью управления первым и вторым регуляторами потока в ответ на измерение, выполненное детектором потока.
Канал 22 для раствора имеет входное отверстие 36, к которому может быть подключен источник 32 раствора, и выходное отверстие 38, к которому может быть подсоединена трубка 34 для введения, или трубка для введения формирует его часть. Один пример соответствующего источника раствора представляет собой внутривенный (ВВ) пакет, который содержит лекарственный раствор. Когда используют систему 20, трубку 34 введения подсоединяют к телу пациента, которому требуется ввести лекарственный раствор. Канал 22 для раствора имеет внутренний объем, выполненный так, что через него обеспечивается движение раствора. Движение раствора может быть ограничено клапаном или другим регулируемым устройством, прикрепленным к каналу для раствора. Неограниченное движение раствора через внутренний объем канала соответствует величине неограниченного потока. Например, когда клапан или другое регулируемое устройство, закрепленное на канале для раствора, находится в полностью открытом положении, сила тяжести вызывает движение раствора таким образом, что некоторый объем раствора проходит через выходное отверстие 38 канала для раствора за определенный период времени. В этом случае величина неограниченного потока может быть представлена расходом, который выражается в миллилитрах в час (мл/час). Следует понимать, что величина потока может быть представлена и в другой форме, например, с использованием массы и веса.
Как показано на фиг.1, первый регулятор 24 потока выполнен с возможностью поддержания движения раствора в канале для раствора со значением потока, которое больше или равно величине неограниченного потока. Первый регулятор потока может вызывать движение раствора через канал. Один пример соответствующего первого регулятора потока представляет собой насос. Один вариант осуществления такого насоса представляет собой колеблющийся элемент, который поочередно втягивает раствор из источника 32 для раствора и выталкивает втянутый раствор через трубку 34 введения. В одном варианте осуществления насос создает отрицательное давление для втягивания раствора из расположенного перед ним контейнера с медикаментом и создает положительное давление для выталкивания раствора в трубку 34 введения раствора. Следует понимать, что движение раствора может быть индуцировано первым регулятором потока при использовании других типов устройств, известных в данной области техники, таких как перистальтический насос. Предпочтительно, первый регулятор потока обеспечивает возможность течения раствора с величиной неограниченного потока, когда он активно не воздействует на раствор.
Второй регулятор 26 потока выполнен с возможностью поддержания течения раствора в канале 22 для раствора со значением потока меньшим или равным величине неограниченного потока. Предпочтительно, второй регулятор потока функционирует как ограничитель потока, выполненный с возможностью поддержания значения потока, меньшего или равного скорости неограниченного потока без непрерывного или циклического потребления энергии. Второй регулятор потока может тормозить течение раствора путем ввода сопротивления в канал для раствора, и может усиливать течение раствора путем удаления этого сопротивления. Один пример соответствующего второго регулятора потока представляет собой регулируемый клапан, имеющий подвижный элемент клапана, который выступает во внутренний объем канала для раствора или зажимает упругий участок канала для раствора. Следует понимать, что течение раствора может быть уменьшено или увеличено с помощью второго регулятора потока в результате использования и других типов устройств, известных в области техники, таких как дроссельная заслонка.
В варианте осуществления, представленном на фиг.1, первый регулятор 24 потока, второй регулятор 26 потока и детектор 28 потока расположены последовательно вдоль канала 22 для раствора, причем первый регулятор 24 потока расположен ближе всего к источнику 32 раствора. Следует понимать, что порядок следования этих элементов может быть изменен.
На фиг.2 показан вид в разрезе варианта осуществления другой системы 20. Канал 22 для раствора проходит продольно от первичного входного отверстия 36 для раствора к первичному выходному отверстию 38 для раствора. Рядом и после первичного входного отверстия для раствора расположен первый регулятор 24 потока, в данном случае насос 40. Рядом и перед первичным выходным отверстием для раствора расположен второй регулятор 26 потока, который в данном случае содержит переменно регулируемый клапан 42. Детектор 28 потока расположен между насосом и переменно регулируемым клапаном.
Насос 40 включает в себя насосную камеру 44 в канале 22 для раствора и, таким образом, сообщается с первичным входным отверстием 36 для раствора. Насосная камера включает в себя подвижную стенку 46 и выходное отверстие 48 насоса. Насосная камера также включает в себя первый обратный клапан 50, установленный для обеспечения однонаправленного потока раствора из первичного входного отверстия для раствора в насосную камеру, и второй обратный клапан 52, установленный для обеспечения однонаправленного потока раствора из насосной камеры к выходному отверстию насоса. Первый и второй обратные клапаны расположены последовательно во внутреннем объеме канала для раствора, причем первый обратный клапан расположен ближе к первичному входному отверстию для раствора.
Первый и второй обратные клапаны 50, 52 включают в себя первый плавающий элемент 54 и второй плавающий элемент 56, соответственно. Первый и второй плавающие элементы имеют такие размеры и форму, что они свободно перемещаются в соответствующих отверстиях в стенке насосной камеры 44. Первый плавающий элемент установлен таким образом, что он перемещается в открытое положение, когда давление раствора в насосной камере ниже, чем давление раствора в первичном входном отверстии 36 для раствора. Второй плавающий элемент установлен так, что он перемещается в открытое положение, когда давление раствора в насосной камере больше, чем давление раствора в выходном отверстии 48 насоса. Хотя обратные клапаны в иллюстрируемом варианте осуществления включают в себя Т-образные плавающие элементы, следует понимать, что однонаправленный поток раствора может быть получен при использовании обратных клапанов других типов, известных в данной области техники, таких как клапаны шарикового типа. В любом случае, обратные клапаны предпочтительно выполнены с возможностью обеспечения движения раствора с величиной неограниченного потока, когда насос 40 не вызывает активное течение раствора.
Как показано на фиг.2, подвижная стенка 46 насосной камеры 44 физически соединена с приводом 58 насоса. Привод 58 насоса содержит первую диафрагму 60 и вторую диафрагму 62, которые пространственно разделены корпусом 64 привода. Корпус удерживает кромки первой и второй диафрагм, не позволяя им двигаться. Первая и вторая диафрагмы имеют средние участки, которые соединены вместе с помощью зажима 66. Зажим стягивает средние участки таким образом, что первая и вторая диафрагмы воздействуют друг на друга, так, что движение любой из диафрагм ограничивается другой диафрагмой. Зажим соединен с пластиной 68, находящейся в контакте с подвижной стенкой 46 насосной камеры 44.
Как схематично показано на фиг.2, контроллер 30 может быть соединен с беспроводным устройством 31 передачи данных, которое может передавать данные по беспроводной сети 33 с помощью радиочастот 35 или с помощью другого беспроводного средства, известного в данной области техники. Сеть может представлять собой часть существующей информационной системы 158 больницы (HIS, ИСБ). Беспроводное устройство связи позволяет вводить или принимать набор данных по введению лекарства из сети в систему 20. Такие принимаемые данные включают в себя, но без ограничений, пределы безопасности для проверки параметров введения лекарств, последовательно подаваемых в систему, и программу инфузии, содержащую несколько параметров ввода лекарства. Устройство беспроводной связи также позволяет загружать в сеть или передавать из системы в сеть другой набор данных о вводе лекарства. Без ограничений, такие передаваемые данные включают в себя состояние инфузии, обозначающее ход ввода лекарства, информацию тревоги, обозначающую проблему или потенциальную проблему при вводе лекарства, и информацию по вводу лекарства, используемую для регистрации в системе электронной медицинской администрации (eMAR), такую как идентификация лекарственного средства, время начала ввода лекарства и время завершения, расход при вводе лекарства и другую информацию.
На фиг.3 представлен вид в перспективе с разрезом привода 58 насоса по фиг.2. Средние участки первой и второй диафрагм 60, 62 имеют отверстия, одно из них обозначено позицией 65, которые совмещаются с отверстиями в зажиме 66, одно из них обозначено позицией 67. Отверстия позволяют выравнивать давление воздуха с каждой стороны зажима, когда зажим перемещается вперед и назад. Гайка и болт удерживают участки зажима вместе. Болт соединен с пластиной 68 (фиг.2).
Как показано на фиг.4. и 5, насос 40 регулирует движение раствора в канале 22 для раствора, когда привод 58 насоса приводит в движение подвижную стенку 46 для очередного увеличения и уменьшения объема насосной камеры 44. Когда объем насосной камеры уменьшается (с фиг.4 до фиг.5), давление раствора в насосной камере увеличивается относительно давления раствора в первичном входном отверстии 36 для раствора и в выходном отверстии 48 насоса. Увеличение давления вызывает закрытие первого обратного клапана 50 и открытие второго обратного клапана 52, выталкивая, таким образом, раствор из насосной камеры в выходное отверстие насоса. Затем, когда объем насосной камеры увеличивается (с фиг.5 до фиг.4), давление раствора в насосной камере уменьшается относительно давления раствора в первичном входном отверстии для раствора и в выходном отверстии насоса. Снижение давления заставляет второй обратный клапан закрываться, а первый обратный клапан открываться, втягивая, таким образом, раствор из первичного входного отверстия для раствора в насосную камеру.
Как показано на фиг.2-5, первая диафрагма 60 содержит электроактивный полимер в виде эластомерной диэлектрической полимерной пленки в данном варианте осуществления. Пленка имеет первую сторону и вторую сторону. Поверхность первой стороны покрыта первой растяжимой электропроводной пленкой, электрически соединенной с первым электродом (не показан). Поверхность второй стороны покрыта второй растяжимой электропроводной пленкой, электрически соединенной со вторым электродом. Первый и второй электроды соединены с электродными клеммами, которые соединены с проводами 69 (фиг.3), подключенными к источнику напряжения. Когда напряжение прикладывают к первому и второму электродам, формируется на диэлектрической пленке, создается давление, что заставляет пленку стать тоньше и расшириться наружу. В результате расширения наружу, первая диафрагма перемещает зажим 66 от подвижной стенки 46 насосной камеры 44. Когда приложенное напряжение отключают, пленка возвращается к своей исходной форме, обеспечивая перемещение зажима в его предыдущее положение под действием силы смещения от второй диафрагмы 62. Таким образом, движение раствора в канале для раствора регулируют с помощью насоса, путем циклического приложения и отключения энергии к первой диафрагме.
Предпочтительно, энергию сохраняют, поскольку энергия не потребляется насосом непрерывно.
В другом варианте осуществления вторая диафрагма 62 выполнена аналогично первой диафрагме 60 в том, что она также имеет эластомерную диэлектрическую полимерную пленку, расположенную между парой расширяемых электропроводных покрытий. Однако вторая диафрагма расположена так, что, когда напряжение прикладывают к паре растяжимых электропроводных покрытий второй диафрагмы, диэлектрическая полимерная пленка расширяется наружу, перемещая зажим 66 в направлении подвижной стенки 46 насосной камеры 44. Когда приложенное напряжение отключают, диэлектрическая полимерная пленка возвращается к ее исходной форме, обеспечивая перемещение зажима в его предыдущее положение, с использованием силы смещения от первой диафрагмы. Таким образом, движение раствора в канале для раствора регулируют с помощью насоса, соответствующего данному варианту осуществления при циклической подаче энергии к первой диафрагме, не в фазе с циклической подачей энергии ко второй диафрагме. При использовании такой компоновки обеспечивается большее смещение подвижной стенки и, таким образом, больший расход раствора по сравнению со случаем приложения энергии только к первой диафрагме.
В альтернативном не показанном варианте осуществления привод насоса содержит пьезоэлектрическое устройство, подключенное к подвижной стенке 46 насосной камеры 44. Пьезоэлектрическое устройство выполнено с возможностью перемещения подвижной стенки в ответ на напряжение, приложенное к устройству. Пьезоэлектрические устройства, используемые для перекачки растворов, хорошо известны в данной области техники и, таким образом, не требуют дополнительного описания здесь.
Как показано на фиг.2, переменно регулируемый клапан 42 включает в себя элемент 70 цилиндрического клапана, проходящий через канал 22 для раствора. Переменно регулируемый клапан 42 регулирует движение раствора в канале для раствора на основе положения элемента клапана, который имеет участок 72 контакта с раствором и резьбовой участок 74. Участок контакта с раствором имеет внешнюю поверхность с канавкой 76, проходящий спирально вокруг и вдоль длины элемента клапана. Канавка имеет ширину и глубину, изменяющиеся по длине. Ближе к одному концу такая канавка имеет максимальную ширину и максимальную глубину. Ширина и глубина уменьшаются в направлении противоположного конца канавки. Раствор полностью блокируется, когда элемент клапана установлен так, что раствор находится в контакте с секцией 78 участка контакта с раствором, не имеющей канавки. Течение раствора, соответствующее величине неограниченного потока, может происходить, когда элемент клапана расположен так, что раствор проходит через секцию 80 участка контакта с раствором, в которой канавка имеет максимальную ширину и максимальную глубину.
Положением цилиндрического элемента 70 клапана управляют с помощью привода 82 ограничителя, соединенного с резьбовым участком элемента клапана. Здесь не показан двигатель и зубчатая передача привода ограничителя, с помощью которых регулируют положение элемента клапана, когда энергию подают к двигателю. Положением элемента клапана также можно управлять с помощью рукоятки 84, которая имеет такие размеры и форму, которые позволяют пользователю системы 20 вручную регулировать движение раствора. Функции рукоятки, в качестве устройства ввода пользователя, позволяют пользователю регулировать движение раствора в канале для раствора до требуемого или целевого значения потока. В одном варианте воплощения ручка соединена непосредственно с элементом клапана таким образом, что вращение ручки приводит к соответствующему перемещению элемента клапана. В другом варианте воплощения ручка соединена с контроллером 30, который дополнительно описан ниже, таким образом, что поворот ручки приводит к изменению энергии, подаваемой к двигателю привода насоса или к изменению энергии, подаваемой к приводу насоса.
На фиг.6 показан детектор 28 потока, выполненный с возможностью создания и детектирования теплового изменения раствора в канале 22 для раствора и формирования сигнала детектора, представляющего существующее значение потока раствора в канале для раствора. Детектор 28 потока содержит источник 86 тепла, источник 88 света и детектор 90 света, каждый из которых расположен снаружи внутреннего объема 92 канала 22 для раствора. Источник тепла расположен как можно ближе к выходному отверстию 48 насоса (фиг.2) и перед источником света. Источник тепла выполнен с возможностью нагрева раствора, расположенной в области 94 нагрева в канале для раствора. Источник света выполнен с возможностью формирования «опрашивающего» света, направленного раствора, размещенной в области 96 опроса, в канале для раствора. Детектор света выполнен с возможностью формирования сигнала детектора, представляющего движение раствора.
В иллюстрируемом варианте воплощения источник 86 тепла представляет собой оптическое устройство, которое содержит первую оптическую линзу 98, расположенную на стенке 22 канала для раствора, и первый лазер 100, находящийся в оптическом контакте с первой оптической линзой. Первый лазер формирует усиленный луч света, который направляют с помощью первой оптической линзы 98 в область 94 нагрева канала для раствора. Свет имеет длину волны и уровень энергии, выбранные для нагрева раствора в области 94 нагрева, создавая, таким образом, тепловое изменение или маркер на участке потока раствора, протекающего через канал для раствора. Следует понимать, что другие типы источников тепла, включающие в себя неоптические устройства, также можно использовать для получения теплового маркера.
Как также показано на фиг.6, источник 88 света содержит вторую оптическую линзу 102, расположенную на стенке канала 22 для раствора, и второй лазер 104, находящийся в оптическом контакте со второй оптической линзой. Второй лазер генерирует «опрашивающий» свет, который направляют с помощью второй оптической линзы 102 в область 96 опроса в канал для раствора. Опрашивающий свет имеет длину волны и уровень энергии, выбранные так, чтобы предотвращать или сводить к минимуму нагрев раствора в области опроса.
Детектор 90 света содержит оптический волновод 106, расположенный на стенке канала 22 для раствора, и фотодиод 108, находящийся в оптическом контакте с волноводом. Фотодиод выполнен с возможностью детектировать оптические характеристики раствора в области 96 опроса и детектировать изменения оптических характеристик, когда нагретый раствор из области 94 нагрева поступает в область опроса. При такой компоновке сигнал детектора, формируемый детектором света, может представлять период времени, в течение которого тепловое изменение перемещается на заданное расстояние, которое разделяет область нагрева и область опроса. Заданное расстояние соответствует заданному объему участка канала для раствора. Таким образом, следует понимать, что детектор 28 потока обеспечивает прямое и бесконтактное измерение расхода, выраженного в единицах объема за период времени.
Как показано на фиг.2, контроллер 30 соединен с приводом 58 насоса, приводом 82 ограничителя и детектором 28 потока. Контроллер также соединен с экраном 110 дисплея, который можно использовать для указания существующего значения потока раствора в канале 22 для раствора. Как более подробно описано ниже, контроллер принимает сигнал детектора от детектора 28 потока. На основе сигнала детектора контроллер формирует сигнал накачки и сигнал ограничителя для регулировки существующего значения потока до требуемого или целевого значения потока, и автоматически поддерживает существующее значение потока на целевом значении потока. Сигнал накачки обеспечивает подачу и отключение энергии от электрически активируемых элементов привода насоса, таких как первая диафрагма 60 или пьезоэлектрическое устройство. Сигнал ограничителя приводит к подаче и отключению энергии для двигателя привода насоса.
На фиг.7 показан другой вариант воплощения системы 20 в соответствии с настоящим изобретением. Система содержит узел 112 многократного использования и узел 114 одноразового использования. Узлы многократного использования и однократного использования выполнены с возможностью разъемного соединения друг с другом. Узлы показаны в разъединенном друг от друга виде. При этом не показано средство соединения узлов, которое включает в себя электрический соединитель и механический соединитель. Электрический и механический соединители могут быть объединены в виде электромеханического соединителя. Следует понимать, что электрический, механический и электромеханический соединители хорошо известны в данной области техники и, таким образом, не требуют здесь какого-либо дополнительного описания.
При использовании контактирующих с раствором элементы системы 20 выбрасывают после окончания введения лекарственного раствора в тело пациента. Элементы системы, которые не были загрязнены лекарственным раствором, оставляют для использования в будущем для уменьшения затрат не лечение. В иллюстрируемом варианте воплощения узел 114 одноразового использования включает в себя канал 22 для раствора, насос 40, переменно регулируемый клапан 42, детектор 28 потока и устройство 118 ручной регулировки в форме небольшой ручки, выполненной с размерами, позволяющими пользователю манипулировать ею. Небольшая ручка соединена с элементом 70 клапана и позволяет пользователю регулировать выходной поток вручную после отделения узла многократного использования. Узел 112 многократного использования включает в себя контроллер 30, дисплей 110, ручку 84 и источник 116 питания. В данном случае источник питания содержит множество элементов нагрузки, которые подают энергию к электрическим устройствам обоих узлов, многократного и одноразового использования. Таким образом, когда узел многократного использования отсоединяют, насос и переменно регулируемый клапан теряют питание. Даже в отсутствие питания возможно движение раствора вплоть до величины неограниченного потока.
Рассмотрим далее фиг.8, на которой показан дополнительный вариант воплощения в соответствии с настоящим изобретением, система 20 включает в себя первичное входное отверстие 36 для раствора, и вторичное входное отверстие 119 для раствора. Хотя это не показано, первичное входное отверстие для раствора и вторичное входное отверстие для раствора ведут к Y-образной трубке, которая представляет собой часть канала 22 для раствора. При такой компоновке раствор из первичного и вторичного входных отверстий для раствора одновременно отбирают в насосную камеру 44. Кнопки 117 пользовательского ввода позволяют пользователю отвечать на информацию, показанную на дисплее 110.
Рассмотрим теперь фиг.9, на которой показан вариант воплощения способа в соответствии с аспектами изобретения. Хотя этот способ будет описан на основе системы, показанной на фиг.1, 2 и 7, следует понимать, что другие системы также можно использовать для воплощения способа. Целевое значение потока получают 120, когда пользователь манипулирует устройством ввода для пользователя. Движение раствора измеряют 122 в канале для раствора с помощью детектора потока, который подает сигнал детектора в контроллер. Контроллер определяет 124, на основе, по меньшей мере, сигнала детектора, является ли измеренное движение раствора, по существу, эквивалентным или соответствует ли оно целевому значению потока. Если это так, не делают никаких изменений в рабочем состоянии первого регулятора потока, такого как насос, или в рабочем состоянии второго регулятора потока, такого как переменно регулируемый клапан. Процесс затем повторяют, начиная с другого измерения 122 движения раствора.
Как показано на фиг.9, если в позиции 124 измеренное движение раствора не соответствует целевому значению потока, контроллер определяет 126, является ли целевое значение большим, чем величина неограниченного потока. Если это так, выполняют изменение 128 рабочего состояния первого регулятора потока. Это изменение рабочего состояния может, например, касаться контроллера, формирующего сигнал накачки, который увеличивает с приращением или уменьшает питание, подаваемое к приводу насоса. Если в позиции 126 целевое значение будет меньше или равно величине неограниченного потока, изменение 130 должно быть выполнено в рабочем состоянии второго регулятора потока. Это изменение рабочего состояния может, например, заключаться в формировании контроллером сигнала ограничителя, который активирует привод ограничителя, для перемещения элемента клапана с последовательным приращением в более открытое или в более закрытое положение. Процесс выполнения последовательного с приращениями изменения рабочего состояния первого регулятора потока или второго регулятора потока повторяют, начиная с другого измерения 122 движения раствора до тех пор, пока движение раствора не будет соответствовать целевому значению потока.
При повторении процесса для другого измерения 122 раствора следует понимать, что система 20 выполнена с возможностью регулировать существующее значение потока, когда существующее значение потока отклоняется от целевого значения по какой-либо причине. Например, изменение 132 количества раствора в контейнере с медикаментом может привести к уменьшению значения существующего потока. Такое изменение количества раствора может возникать во время нормального курса введения раствора в тело пациента, или когда практически пустой контейнер с медикаментом заменяют полным контейнером с медикаментом. Кроме того, изменение 134 высоты подъема контейнера с медикаментом относительно выходного отверстия трубки введения может привести к отклонению существующего значения от целевого значения.
Изменение относительной величины подъема контейнера с медикаментом может происходить, когда пациента перемещают таким образом, что контейнер с медикаментом опускают к пациенту, в результате чего может произойти уменьшение гидростатического напора в выходном отверстии трубки для вливания, соединенной с телом пациента и, таким образом, уменьшение движения раствора. Изменение высоты подъема также может происходить, когда пациент встает из сидячего положения, в результате чего увеличивается гидростатический напор в выходном отверстии трубки для вливания раствора и, таким образом, увеличивается движение раствора. В любом случае, контроллером будет выполнено изменение, касающегося рабочего состояния первого регулятора потока или второго регулятора потока, для поддержания существующего значения потока в целевом значении потока.
Рассмотрим теперь фиг.10, на которой показан другой способ в соответствии с аспектом изобретения, в котором не требуется предварительно определять величину неограниченного потока. Получают целевое значение потока 136, и измеряют движение раствора 138. Затем контроллер определяет 140, является ли измеренное движение раствора, по существу, равным или соответствует ли оно целевому значению потока. Если да, не производят никаких изменений в рабочем состоянии первого регулятора потока или второго регулятора потока, и процесс повторяют, начиная с другого измерения 136 движения раствора.
Если в позиции 140 измеренное движение раствора не соответствует целевому значению потока, контроллер определяет 142, является ли движение раствора меньшим, чем целевое значение. Если да, контроллер определяет 144, находится ли второй регулятор потока в полностью открытом положении. Если да, контроллер считает, что целевое значение потока больше, чем величина неограниченного потока, и передает инструкцию в первый регулятор потока для последовательного с приращением увеличения 146 накачки. Этот процесс увеличения активности накачки с последовательным приращением повторяют до тех пор, пока движение раствора не будет соответствовать целевому значению потока.
Если вместо этого в позиции 144 первый регулятор потока не будет находиться в полностью открытом положении, контроллер считает, что целевое значение потока меньше или равно величине неограниченного потока и передает инструкции во второй регулятор потока перейти 148 с последовательным приращением в более открытое положение. Этот процесс перемещения второго регулятора потока с последовательным приращением в более открытое положение повторяют до тех пор, пока не будет достигнуто полностью открытое положение, или пока движение раствора не будет соответствовать целевому значению потока, в зависимости от того, что возникнет первым. Если первым будет достигнуто полностью открытое положение, контроллер делает заключение, что целевое значение потока больше, чем значение неограниченного потока, и передает инструкцию в первый регулятор потока последовательно с приращением повысить 146 активность насосов. Этот процесс увеличения активности насоса с последовательным приращением повторяют до тех пор, пока движение раствора не будет соответствовать целевому значению потока.
Как показано на фиг.10, когда вместо этого в позиции 142 движение раствора больше, чем целевое значение, контроллер определяет 150, является ли первый регулятор 24 потока неактивным, так, что, например, активность накачки равна нулю. Если это так, контроллер 30 делает заключение, что целевое значение потока меньше или равно величине неограниченного потока и передает инструкцию во второй регулятор 26 потока о перемещении в 152 с последовательным приращением в немного более закрытое положение.
Процесс перемещения второго регулятора потока с последовательным приращением в более закрытое положение повторяют до тех пор, пока движение раствора не будет соответствовать целевому значению потока.
Если в позиции 150 первый регулятор потока будет активным так, что, например, активность накачки не равна нулю, контроллер делает заключение, что целевое значение потока больше, чем величина неограниченного потока, и передает инструкцию в первый регулятор потока немного уменьшить 154 с последовательным приращением активность при накачке. Этот процесс уменьшения активности при накачке с последовательным приращением повторяют до тех пор, пока активность при накачке не достигнет нуля, или движение раствора будет соответствовать целевому значению потока, в зависимости от того, что возникнет первым. Если первой достигает нуля активность накачки, контроллер делает заключение, что целевое значение потока меньше, чем величина неограниченного потока, и передает инструкцию во второй регулятор потока о перемещении 152 с последовательным приращением в несколько более закрытое положение. Этот процесс перемещения второго регулятора потока с последовательным приращением в более закрытое положение повторяют до тех пор, пока движение раствора не будет соответствовать целевому значению потока.
В еще одном варианте осуществления, узел 112 многократного использования (фиг.7) включает в себя устройство 31 двусторонней связи для обмена данными через проводное или беспроводное средство с компьютером 156, который показан условно в виде блока. Устройство передачи данных может представлять собой съемный модуль, электромеханически соединенный с контроллером, или может представлять собой единую часть узла многократного использования. Компьютер предоставляет в контроллер 30 данные по вводу лекарства из информационной системы 158 больницы, схематично показанной в виде блока, для того, чтобы помочь пользователю при вводе правильного лекарственного средства в соответствующего пациента, с правильной дозой и с использованием правильного пути ввода. Такие данные, принимаемые с помощью узла многократного использования, могут включать в себя название лекарственного средства и предписанную скорость введения лекарственного средства. Данные, переданные из узла многократного использования в компьютер, могут включать в себя целевое значение потока, запрограммированное в узле многократного использования пользователем, и измерения потока раствора, выполненные во время инфузии. Таким образом, может быть представлено предупреждение на дисплее 110 узла многократного использования, или в другом месте в информационной системе больницы, когда целевое значение потока, введенное пользователем, не соответствует предписанной скорости введения лекарственного средства. При использовании устройства связи медицинские записи, содержащиеся в информационной системе больницы, могут автоматически обновляться непрерывно или периодически во время инфузии.
Хотя несколько конкретных вариантов осуществления изобретения были представлены и описаны выше, также будет понятно, что различные модификации могут быть выполнены без выхода за пределы объема изобретения. Также предусматривается, что различные комбинации или подкомбинации конкретных свойств и аспектов раскрытых вариантов воплощения могут быть скомбинированы или могут быть заменены друг другом для формирования различных режимов осуществления изобретения. В соответствии с этим, не предполагается, что изобретение может быть ограничено чем-либо, за исключением приложенной формулы изобретения.