用于检测输液泵盒的离轴光学传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有光学检测系统(50)的输液泵(10)，所述光学检测系统用于确定给药管路装置的盒(14)是否正确地装入所述泵中。可依据所述光学检测系统确定的结果允许或禁止所述泵工作。所述光学盒检测系统包括位于不重合的发射轴和检测轴上的光发射器(52)和对应的光检测器(54)、以及由所述盒携带的至少一个光学元件(55)。当所述盒正确地装入所述泵中时，所述光学元件将所述发射器发出的光从所述发射轴方向重新定向到所述检测轴方向，以供所述检测器接收，此时所述检测器记录增大的信号电平。利用信号评估电子器件评估所述检测器信号，以确定检测器信号电平是否超过预定阈值，超过预定阈值则表明存在所述盒。
【专利说明】
用于检测输液泵盒的离轴光学传感器
技术领域
[0001]本发明整体涉及用于将液体食物和药物受控递送给患者的输液栗。更具体地讲，本发明涉及输液栗中用于检测盒(给药管路装置经由该盒操作性地连接到输液栗)存在与否的传感器系统。
【背景技术】
[0002]可编程输液栗用于实现肠饲的液体食物以及为各种目的(例如疼痛管理)的药物的受控递送。在通常的布置中，输液栗接收一次性给药装置，该一次性给药装置包括由栗可移除地接收的盒、以及连接到盒的用于提供穿过栗的流体递送路径的柔性管路。
[0003]盒本身可旨在与一种或多种特定型号的输液栗以及/或者具有预定特性的管路一起使用。就这一点而言，盒可包括按多种规范设计制造的安全特征结构，其中规范至少部分地由预期的输液栗型号和/或给药装置管路确定。盒的安全特征结构可与相匹配的栗上的对应特征结构配合，而且可依据与管路直径和柔韧性有关的尺寸公差制造。例如，盒可具有保护患者免受不受控制的流体递送的防自由流动机构。防自由流动机构可采取外部压紧夹限流器的形式，其在盒正确地装入栗中而且栗门关闭之后启动。或者，防自由流动机构可采取内部“在线限流器”的形式，其位于管路的流动通道内，其中流动通道只有在盒正确地装入栗中而且栗门关闭时才开启。
[0004]盒不仅提供自由流动保护，还可提供附加的安全特征结构。例如，盒可与栗匹配，以保持所需的栗体积准确度，并确保用于触发安全警报的堵塞传感器和在线空气传感器正确地工作。
[0005]考虑到盒在安全方面的重要性，希望提供装置来检测匹配的盒是否正确地装入栗中，以此作为允许栗工作的先决条件。
【发明内容】
[0006]根据本发明，将给药装置可移除地接收于其中的输液栗设置有光学检测系统，用于确定给药装置的盒是否正确地装入栗中。在本发明的一个实施例中，如果盒没有正确地装入栗中，则禁止栗工作。
[0007]光学盒检测系统包括光学发射器和光敏检测器，其中光学发射器安装到栗上并被布置成发出沿着光轴定向的光束，光敏检测器也安装到栗上，以限定不同于发射光轴的光检测光轴。盒检测系统还包括由盒携带的至少一个光学元件，包括被定位成在盒正确地装入栗中时接收光束的光学元件。所述至少一个光学元件将所述光束的至少一部分沿着检测光轴重新定向，以供光敏检测器接收。光敏检测器产生表示由其接收的光的强度的检测器信号。
[0008]利用信号评估电子器件评估所述检测器信号，以确定检测器信号电平是否超过预定阈值，超过预定阈值则表明存在盒。信号评估电子器件可与栗控制器通信，其中栗控制器被编程为除非光学盒检测系统确定盒存在，否则禁止栗工作。
[0009]在一个实施例中，发射光轴平行于检测光轴，并且所述至少一个光学元件包括平行表面光束移位器，该移位器被布置成在盒正确地装入时将光束从发射光轴移至检测光轴。
[0010]在另一个实施例中，所述至少一个光学元件包括引起光束光谱色散的棱镜或楔形镜。光敏检测器可被布置并构造成检测色散光束处于预定的较窄波长带内的那一部分。
[0011]在又一个实施例中，所述至少一个光学元件包括逆转光束方向的泊罗棱镜。
【附图说明】
[0012]本发明的实质和操作模式现在将结合附图在本发明的以下【具体实施方式】中更全面地描述，其中:
[0013]图1为输液栗和盒的透视图，该透视图体现了根据本发明的一个实施例的盒检测系统；
[0014]图2为图1所示盒的透视图；
[0015]图3A为示出根据本发明的一个实施例形成的盒检测系统的示意性剖视图，其中示出了还没有插入栗的突起接收狭槽的盒突起；
[0016]图3B为与图3A对应的放大视图，不同的是示出了盒突起插入栗狭槽后的状态；
[0017]图4为放大的示意性剖视图，示出了根据本发明的另一个实施例所形成的盒检测系统；
[0018]图5为放大的示意性剖视图，示出了根据本发明的又一个实施例所形成的盒检测系统；以及
[0019]图6为流程图，示出了由根据本发明的一个实施例的盒检测系统执行的决策逻辑。
【具体实施方式】
[0020]图1示出输液栗10，给药装置12被可移除地接收在输液栗10中。给药装置12包括盒14，盒14在图2中单独示出。盒14可包括输入连接器16、与输入连接器16流动连通的上游循环连接器18、下游循环连接器20、以及与下游循环连接器20流动连通的输出连接器22。给药装置12还可包括流入管路24和流出管路26，流入管路24的一端配合到输入连接器16，另一端(未示出)连接到流体源;流出管路26的一端连接到输出连接器22，另一端(未示出)连接到患者。最后，给药装置14还可包括管路栗送段28，管路栗送段28的一端配合到上游循环连接器18，另一端配合到下游循环连接器20。
[0021]在图示实施例中，栗10为具有转子30的旋转蠕动栗，其中栗送段28卷绕在转子30上并且在转子旋转时由转子30上按角度隔开的辊接合以提供蠕动栗送动作，从而迫使液体穿过给药装置12的管路。参考图1可以理解，转子30沿逆时针方向旋转时，液体从流入管路24穿过输入连接器16和上游循环连接器18移动到栗送段28，然后从栗送段28穿过下游循环连接器20和输出连接器22移动到流出管路26。虽然本发明在旋转蠕动栗的情形下进行描述，但本发明并不限于该类型的输液栗。本发明可用接收具有盒的给药装置的任何类型的输液栗来实施。
[0022]盒14可包括在线限流器32，在线限流器32可并入到下游循环连接器20中。在线限流器32在栗门34打开时阻止流动。栗门34下侧上的致动器36以下述方式接合栗送段28:在门34关闭时开启围绕限流器32的流动路径。
[0023]现在参考图3A和图3B。盒14包括突起38，突起38从盒中带棱纹的拇指部分40向下悬垂。在本实施例中，突起38为平面突起，其被尺寸设定为用于接收在栗10中对应的狭槽42内。狭槽42可设置在栗10上处于栗送段28的上游部分和下游部分之间的某个位置处，突起38可设置在拇指部分40下侧。例如，狭槽42可位于栗送段28的上游部分和下游部分之间的正中处，而且可在与转子30的旋转轴对准的方向上伸长；突起38可位于盒14具有输入连接器16和上游循环连接器18的一侧与盒14具有下游循环连接器20和输出连接器22的另一侧之间的正中处。采用这种对称布置时，盒14很容易在安装给药装置12期间相对于转子30居于栗10中央。在本发明的一个实施例中，狭槽42的宽度为2.6mm，突起38的宽度为1.7mm。
[0024]栗10包括光学盒检测系统50，该系统在狭槽42内存在盒突起38的情况下，可操作用于检测盒14是否正确装入栗10中。盒检测系统50包括光学发射器52和光敏检测器54，这两者各自安装在栗10内。盒检测系统50还包括由盒14携带的至少一个光学元件55。根据本发明，当盒14正确地装入栗10中时，所述至少一个光学元件55建立从发射器52到光敏检测器54的光路。盒检测系统50还可包括信号处理电子器件56，信号处理电子器件56连接到光敏检测器54，用于接收由检测器54生成的电子信号并评估该信号。信号处理电子器件56可与栗控制器60通信，由此可依据对检测器信号的评估结果来控制栗10工作。
[0025]在本文所述的实施例中，发射器52和光敏检测器54各自安装在栗10中与狭槽42相邻;所述至少一个光学元件55是突起38的一部分，但也可采用其他构造和布置。在本文所述的实施例中，所述至少一个光学元件55是单个光学元件，然而可由盒14携带一个以上光学元件，并将这些光学元件构造成选择性地建立从发射器52到检测器54的光路。
[0026]在图3A和图3B所示的实施例中，检测器54未与发射器52对准。发射器52发出沿着发射光轴57传播的光束。检测器54限定与该检测器的感测表面垂直的光检测光轴58。检测器54被布置成使得检测光轴58不同于发射光轴57。更具体地讲，在图3A和图3B中，发射光轴57从检测光轴58偏移，但与检测光轴58平行。如图3A所示，在盒14未正确地装入栗10中时，发射器52发出的光束射入狭槽42，继而被狭槽壁吸收和/或漫反射。所以，在未正确地装入盒14的情况下，发出的光束未被沿着检测光轴58重新定向，因而不被检测器54接收。然而，如图3B所示，当盒14正确地装入栗10中时，光学元件55被定位在发射光轴57上，以接收发出的光束。光学元件55将光束的至少一部分沿着检测光轴58重新定向，以供检测器54接收。
[0027]在图3B中可最清楚地看到，光学元件55可体现为具有平面平行板元件性质的光束移位元件，该元件具有光入射表面62和平行于光入射表面62的光出射表面64。光学元件55既可与突起38—体形成，也可与盒14 一体形成。例如，盒14可由具有预定折射率的透明或半透明光学级塑料模制而成，其中，表面62和表面64在突起38中形成为外表面特征结构。当盒14如图3B所示那样正确地装入时，入射表面62相对于发射光轴57成斜角定位，出射表面64相对于检测光轴58成斜角定位。因此，发射器52发出的光束凭借入射表面62提供的空气/塑料界面折射被重新定向，然后凭借出射表面64提供的塑料/空气界面折射再次重新定向，由此光束被移位的量对应于发射光轴57和检测光轴58之间的距离。
[0028]图4示出了光学盒检测系统的另一个实施例，其中光学元件55为棱镜元件的形式，其具有光入射表面66和不与入射表面66平行的光出射表面68。在图4的实施例中，发射器52和检测器54可被布置成使得发射光轴57不与检测光轴58平行。例如，发射光轴57和检测光轴58可会聚在图4的朝上方向。发射器52发出的光可处于较宽的波长带中，所以在穿过入射表面66和出射表面68时发生光谱色散;并且检测器54可被布置并构造成沿着检测光轴58检测色散光束处于预定的较窄波长带内的那一部分。本领域的技术人员应当理解，可用光学楔形元件替代图示的棱镜元件，在该楔形元件中，光入射表面和光出射表面中只有一者相对于其对应的光轴倾斜。
[0029]图5示出了根据另一个实施例的光学盒检测系统。在图5所示的实施例中，光学元件55为泊罗棱镜的形式，该棱镜具有光入射出射表面70、第一反射表面72和第二反射表面74。发射器52和检测器54可布置在狭槽42的一侧上，使得发射光轴57和检测光轴58平行于彼此延伸，并与光入射出射表面70垂直。参照图5可以理解，发射器52发出的光束沿着发射光轴57传播，穿过表面70射入棱镜，在被第一反射表面72以90°角内反射后被第二反射表面74再次以90°角内反射，接着穿过表面70沿着检测光轴58射出泊罗棱镜，以供检测器54接收。可如图5所示那样把泊罗棱镜嵌入突起38，也可采用类似于前述实施例的方式，将表面70、72和74形成为突起38的表面特征结构。
[0030]在上述实施例中，使用单个光学元件来重新定向光束。然而，在不偏离本发明的前提下，可使用光学元件的组合来重新定向光束。
[0031]就每个实施例来说，检测器54都产生信号，例如电流信号或电压信号，该信号的电平与检测器接收的光强度相对应。在图3A所示的未阻挡状态下，检测器54未明显接收到发射器52发出的光，因此检测器信号电平低于预定阈值。如图3B、图4和图5所示，当盒14正确地装入栗10中时，突起38占据狭槽42，并且所述至少一个光学元件55被定位成使发射器52发出的至少一部分光束重新定向，继而沿着光轴58传播到检测器54。因此，当盒14装入栗10中时，检测器54产生的信号电平上升到预定阈值以上。
[0032]信号处理电子器件56评估来自检测器54的信号，以确定盒14是否正确地装入栗10中。信号处理和评估可完全以模拟的方式进行，也可把检测器信号电平转变成数字值，接着在数字比较器电路中与阈值比较。如图6所示，可依据信号处理电子器件56确定的结果允许或禁止栗10工作。在框100中，读取检测器信号电平。在框102中，将信号电平与预定阈值比较，结果作为决策依据。如果信号电平超过阈值，则表明盒14已装入，于是流程分支到框104，其中栗控制器60允许栗工作。然而，如果信号电平低于阈值，则流程分支到框106，并且栗控制器60禁止栗工作。
[0033]发射器52可以是发光二极管(LED)或其他光源，光敏检测器54可以是光电二极管或者其他能够响应入射光而生成电信号的光敏元件。可选择在预定的波长带内工作的发射器52和检测器54。例如，在光学元件55为色散棱镜的情况下，可选择发出的光处于较宽波长带内的发射器52，并且检测器54可具有局限于较窄波长带的光谱响应度，或者检测器54可包括用于选择较窄波长带的波长过滤器。或者，发射器52可为窄带发射器，例如激光二极管。同样，检测器54可具有覆盖包括发射波长带在内的较宽波长带的光谱响应度。发射器和检测器可利用可见光谱以外的光(例如红外线或紫外线)而光学耦合。尽管未示出，但发射器52和检测器54都可具有透镜、光纤或其他与此相关的光学元件，用来校准、引导光束并/或使光束聚焦。
[0034]盒14上的突起38提供了可用于携带所述至少一个光学元件55且将所述至少一个光学元件55定位于光学盒检测系统50中的结构。当然，可采用各式各样的突起布置和光学检测系统配置。在盒14下侧居中布置薄突起38并且在栗10中使用细狭槽42，是为了在安装盒14的过程中，利用所述突起和狭槽引导盒14并将盒14置于栗的中央。此外，盒检测系统50隐藏在栗内，不会引起使用者注意。发射器52和检测器54可从狭槽42表面略微凹陷，被设置在相应的透明屏障(未示出)后方，以使灰尘和流体远离发射器和检测器。
[0035]虽然已结合示例性实施例描述了本发明，但【具体实施方式】并不旨在将本发明的范围限制于所述的特定形式。本发明旨在涵盖可包含在本发明的实质和范围内的所述实施例的此类替代形式、修改形式和等同形式。
【主权项】
1.一种用于检测盒是否已装入输液栗的系统，所述系统包括:安装到所述栗上的光学发射器，所述光学发射器被布置成发出沿着发射光轴定向的光束；安装到所述栗上的光敏检测器，所述光敏检测器限定不同于所述发射光轴的光检测光轴，其中所述光敏检测器产生表示由所述光敏检测器接收的光的强度的检测器信号；以及由所述盒携带的至少一个光学元件，所述至少一个光学元件包括被定位成当所述盒正确地装入所述栗中时接收所述光束的光学元件，其中所述至少一个光学元件将所述光束的至少一部分沿着所述检测光轴重新定向，以供所述光敏检测器接收。2.根据权利要求1所述的系统，还包括信号处理电子器件，所述信号处理电子器件用于评估所述检测器信号，以确定所述盒是否正确地装入所述栗中。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个光学元件为单个光学元件。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个光学元件包括平行表面光束移位器。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个光学元件包括棱镜或楔形镜。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述至少一个光学元件包括泊罗棱镜。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述发射光轴平行于所述检测光轴。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述光束具有宽的波长带，并且所述至少一个光学元件包括用于将所述光束色散成多个较窄的波长带的色散棱镜。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述光敏检测器为窄波长带检测器，所述窄波长带检测器被构造成用于检测所述多个较窄的波长带中的一个。10.根据权利要求1所述的系统，其中所述盒包括突起，所述至少一个光学元件位于所述突起中，并且所述栗包括狭槽，所述狭槽被构造成当所述盒正确地装入所述栗中时接收所述突起。11.根据权利要求10所述的系统，其中所述光学发射器和所述光敏检测器位于所述狭槽的相对侧上。12.根据权利要求10所述的系统，其中所述光学发射器和所述光敏检测器位于所述狭槽的一侧上。13.一种输液栗，包括: 光学发射器，所述光学发射器被布置成发出沿着发射光轴定向的光束；以及光敏检测器，所述光敏检测器限定不同于所述发射光轴的光检测光轴，其中所述光敏检测器产生表示由所述光敏检测器接收的光的强度的检测器信号； 其中，通过将盒正确地装入所述输液栗中，使所述光学发射器与所述光敏检测器光学通信。14.根据权利要求13所述的输液栗，还包括信号处理电子器件，所述信号处理电子器件用于评估所述检测器信号，以确定所述盒是否正确地装入所述栗中。15.一种将被装入输液栗中用于将给药装置操作性地连接至所述栗的盒，所述盒包括: 输入管路连接器； 输出管路连接器； 与所述输入管路连接器和所述输出管路连接器间隔开的至少一个光学元件，其中所述至少一个光学元件被构造成将光从第一光轴重新定向到不同于所述第一光轴的第二光轴。16.根据权利要求15所述的盒，其中所述盒为一体式模制件，并且所述至少一个光学元件包括与所述盒一体形成的光学元件。17.根据权利要求16所述的盒，其中所述盒由透明或半透明的塑料模制而成。18.根据权利要求15所述的盒，其中所述至少一个光学元件包括嵌入所述盒中的光学元件。
【文档编号】A61M5/168GK105939739SQ201580005579
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年1月14日
【发明人】杰弗里·T.·朱雷狄迟, 迈克尔·马歇尔, 迈克尔·埃尔伍德, 丹尼尔·A.·马特尔, 杰弗里·盖斯勒
【申请人】泽维克斯公司