IV泵的精确流速调节

摘要

一种用于测量IV泵输液系统流速的装置和方法，包括：流体源，其被配置为存储药用流体；以及重量感测机构，其包括重量传感器和微处理器。重量感测机构配置为在药用流体离开流体源时检测流体源的重量。输液系统中的装置使用在输液之前输入到控制单元中的IV泵的设定流速来施用药用流体，在流体从流体源流出时测量包含药用流体的流体源的质量变化，根据质量随时间的变化计算流速，将计算结果与设定的流速进行比较，并基于比较的偏差调节IV泵和流速，以提高输送精度。该配置还可以防止对患者的伤害和药物浪费。

权利要求

1.一种IV输液系统，包括：

流体源，所述流体源配置为存储药用流体；

输送机构，所述输送机构被配置为使所述药用流体流过连接至所述流体源的IV管道；

重量感测机构，所述重量感测机构包括重量传感器和微处理器，其中，所述重量传感器被配置为：在所述药用流体离开所述流体源时检测所述流体源的重量；并且，所述微处理器被配置为：

基于在一段时间内检测的所述流体源的重量，计算已分配的药用流体的量和实际流速，将所述实际流速与设定流速进行比较，以及在所述实际流速偏离了所述设定流速的情形下，基于所述比较，调节由所述输送机构输送的体积和流速，以及，在将所述输送机构调节为达到所述设定流速时，调节药用流体输送的时间段，以补偿由所述输送机构输送的体积和流速。

2.根据权利要求1所述的IV输液系统，其中所述重量感测机构配备有加速度计。

3.根据权利要求1所述的IV输液系统，其中所述重量感测机构还包括显示器，其中所述显示器被配置为描绘所述输液系统的实际体积和实际流速。

4.根据权利要求1所述的IV输液系统，其中所述重量传感器是应变仪和重量秤中的至少一者。

5.根据权利要求1所述的IV输液系统，其中所述重量感测机构固定于IV杆。

6.一种IV泵输液系统，包括：

流体源，所述流体源配置为存储药用流体；

重量感测机构，所述重量感测机构配置为感测所述流体源的重量；

微处理器，所述微处理器通信地耦合到所述重量感测机构，该微处理器配置为计算在一段时间内感测的重量的变化，基于所述感测的重量的变化计算实际流速，并将所述实际流速与设定流速进行比较；

IV管道，该IV管道连接至所述流体源；

输送机构，该输送机构配置为输送所述药用流体；和通信单元，该通信单元通信地耦合至所述微处理器和所述输送机构，且该通信单元配置为在所述微处理器和所述输送机构之间通信；

其中所述通信单元被配置为将计算的重量的变化和所述实际流速实时传输至所述输送机构，并在所述实际流速偏离了所述设定流速的情形下基于感测的重量调节由所述输送机构输送的体积和流速，以及，其中所述微处理器还配置为：在将所述输送机构调节为达到所述设定流速时，调节药品输送的时间段，以补偿由所述输送机构输送的体积和流速。

7.根据权利要求6所述的IV泵输液系统，其中所述输送机构包括：IV泵，所述IV泵配置为使所述药用流体流过所述管道；和驱动单元，所述驱动单元通信地耦合到所述通信单元并被配置为操作所述IV泵。

8.根据权利要求6所述的IV泵输液系统，其中所述通信单元还包括：输入装置，所述输入装置配置为接收设定的IV泵转速和等效输液流速以及启动输入以开始输液过程；

存储器，所述存储器配置为存储测量数据和计算结果。

9.根据权利要求6所述的IV泵输液系统，其中所述重量感测机构包括：重量传感器。

10.根据权利要求6所述的IV泵输液系统，其中所述流体源配置为悬挂在所述重量感测机构上。

11.一种测量IV泵输液系统中流体的流速和体积的方法，包括以下步骤：将重量感测机构连接到IV泵输液系统的流体源，其中所述流体源包含药用流体；

用盐溶液灌注所述IV泵输液系统；

将蠕动IV泵的设定转速和流速输入到所述IV泵输液系统的处理器中；

将所述药用流体从所述流体源注入所述输液系统；

在给药期间，通过所述重量感测机构测量包含药用流体的所述流体源在一定时间间隔内的质量变化；

监测加速度计以验证所述流体源稳定；

基于在一段时间间隔内所测量的质量的变化，由所述处理器计算所述输液系统内部的药用流体的实际流速和实际体积；

在内部显示器上显示计算出的药用流体的实际流速和实际体积；

将所测量的质量变化和时间间隔传送到所述蠕动IV泵；

在所述实际流速偏离了设定流速的情形下，调节所述蠕动IV泵的转速、排量和流速，以及在将所述蠕动IV泵调节为达到所述设定流速时，调节输液的时间段，以补偿所述蠕动IV 泵的转速、排量和流速。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括将所述流体源直接连接至所述重量感测机构，其中所述连接还包括将所述重量感测机构固定到IV杆上。

说明书

IV泵的精确流速调节

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求于2017年7月13日提交的美国临时申请No.62/532,163和于2018年4月24日提交的美国非临时申请No.15/961,104的权益，其全部内容通过引用结合于此。

发明内容

[0003] 一种用于测量和调节IV泵输液系统流速的装置和方法，包括：重量感测机构，该重量感测机构包括重量传感器和微处理器；以及流体源。所述重量感测机构配置为在输液期间随着药用流体离开流体源并进入输液系统而测量在一定时间间隔内包含药用流体的流体源的质量变化。所述输液系统中的所述装置配置为：基于所测得的包含药用流体的流体源随时间的质量变化计算输液过程中药用流体的流速；将计算出的流速与输液前输入到控制单元中的IV泵的设定流速进行比较；以及根据比较的偏差调节IV泵和流速，以便更精确地给药。

附图说明

[0004] 在附图的图中通过示例而非限制的方式示出了本发明，其中：

[0005] 图1是具有流速和体积测量系统的IV输液泵的示意性框图。

[0006] 图2是利用流速和体积测量系统基于重力向患者输液药用流体的示意图。

[0007] 图3是输液流速和体积测量系统的电子组件的框图。

[0008] 图4是用于IV输液系统的流速和体积测量方法的流程图。

具体实施方式

[0009] 静脉(“IV”)输液是一种普遍的疗法，其可以直接通过静脉将液体物质有效地直接输送给患者。IV输液对于治疗各种广泛的疾病、病症和症状是必需的。因此，在确定有效的药物给药和治疗方法时，输液系统、给药方法以及流速和剂量细节是必不可少的。

[0010] IV泵在各种护理环境中为患者输送流体和复杂剂量的药物方面起着至关重要的作用。当前，通过IV泵施用的药物和药品试图以平缓且连续的流速(flow rate)输液，该流速在输液之前被输入到输液系统中。但是，输送的准确性差异很大。IV泵的不准确通常是由于使用的一次性输液系统造成的。

[0011] 输液系统不准确的原因之一是因为该系统具有±0.05mm的管内径公差。内径公差的这种变化导致通过IV输液系统输送的物质的体积发生波动。由于这种波动，向患者的药物输送可能不准确，并且可能导致对患者造成伤害或浪费要施用的药物或物质。

[0012] 输液系统不准确的另一个原因是由于当前的流速测量机制。当前，输液系统中没有直接测量药物的流速。相反，基于与马达转速管直径和药品量相关的计算来测量所输送的剂量。但是，如果由于泵的不准确而完成了袋中的药品，则此计算可能会出现问题。

[0013] 为了解决一些不准确性，当前的IV系统配备了压力传感器，以监测管道内部的压力变化。一个压力传感器中通常放置在泵和患者之间，而另一个放置在流体源和泵之间。如果流速发生变化(由于药物耗尽、管路扭结等)，压力传感器将用于测量管路的压力变化。但是，这种配置仍然提供有问题和不准确的结果。压力变化率取决于输液系统的流速。结果，在压力传感器检测到压力的初始变化之前可能需要较长的时间。结果，输液泵继续其设定速度，而在流速变化的时刻与检测到变化的流速的时刻之间对流速变化不起作用。因此，这种配置导致输液期间的不准确性。

[0014] 因此，提供一种可计算药用物质的流速并根据发现的任何偏差来调节输液系统以帮助提高物质输送的准确性的IV输液流速和体积测量系统和方法将是有益的。

[0015] 图1是根据本文教导的具有流速和体积测量系统100的IV输液泵的示意性框图。流速和体积测量系统100包括：流体源102；IV管道104；输液系统106，其包括IV泵110、驱动单元112和控制单元114；以及重量感测机构116。

[0016] 在如下所述的本实施方式中，流速和体积测量系统100可以用于IV输液治疗，并且出于解释的目的，将参考IV输液来描述流速和体积测量系统100。然而，本领域技术人员将意识到，在其他实施方式中，流速和体积测量系统100可以用于执行其他治疗或诊断过程。在IV输液期间，医生可以使用输液系统和IV泵在受控的时间内将精确量的药用流体输送到患者的静脉中。通常使用线性蠕动泵以维持IV输液系统的消毒。这些泵需要蠕动装置，该蠕动装置封闭有弹性的IV管，IV流体通过该IV管被泵送。管道压靠固定板，通过按压和减压调节所需的流速。当管道阻塞时，管道迫使流体以预先选择的速率流经患者的血管。

[0017] 然而，当前制造的用于线性蠕动IV泵的管道的内径和外径尺寸略有不同。例如，该管道可以具有±0.05mm或更大的内径(“ID”)公差。这种公差效应最终会影响管道内部的体积。例如，目前使用以下公式计算IV管内的标称体积：

[0018]

[0019] 其中Δl是蠕动泵指的指定宽度。相反，考虑到±0.05mm的公差，IV管内的最大体积计算如下：

[0020]

[0021] 结果，IV管道内径的当前公差效应使管道内的体积变化了大约3.5％(对于3毫米的内径计算得出，这是IV管道中常见的内径)。由于管道内的体积会发生变化，对于管道的体积偏差为±3.5％的情形而言，难以在特定时间内有效地向患者施用有效剂量的药用流体。在没有昂贵的内嵌(in‑line)产品而无法测量管道内流体的准确流速的情况下，难以克服由于管道体积偏差而引起的给药差异。结果，可能会给患者施用比所需剂量更多或更少的药物，这最终可能会伤害患者。过量施用药用流体也不必要地浪费了昂贵的药物。

[0022] 另外，在不使用昂贵的内嵌产品的情况下，在输液系统中没有对药物的直接流速测量。结果，可能无法及时监测药物消耗，从而导致泵继续泵送，而没有任何手段可以感测到没有剩余的药物可以输送。

[0023] 返回图1，在本实施方式中，流速和体积测量系统100使用重量感测机构116测量输液过程中药用流体的流速和分配体积，然后将数据传输到输液系统106，输液系统106将计算的流速与输入的流速进行比较，以调节输液量，从而更准确地进行药物输送。通过测量在药用流体进入蠕动IV泵110时存储药用流体的流体源102在一定时间间隔内的质量变化来计算流速。该质量变化由重量感测机构116测量。流体源102悬吊在重量感测机构116上。因此，重量感测机构116必须包括重量传感器118，以在输液之前和输液期间检测包含药用流体的流体源102的质量变化并测量流体源102的质量。重量感测机构116还包括：加速度计119，其用于验证在进行测量时流体源102没有移动；微处理器122，其帮助确定流速和体积；
以及通信单元124。微处理器122可以将数据传送到通信单元124，并且通信单元124可以随后将该数据传送到控制单元114的微处理器114A。

[0024] 在一个实施方式中，重量传感器118可以是应变仪，其将来自包含药用流体的流体源102的应变的变化测量为电阻的变化。在其他实施方式中，重量传感器118可以包括任何类型的重量感测秤(weight sensing scale)。在附图所示的实施方式中，并且如下所述，流体源102是IV袋，但这仅是示例。在其他实施方式中，流体源102可以是能够存储药用流体的任何经消毒的容器。

[0025] 当输液开始时，存储在流体源102中的药用流体流经IV管道104并流至患者120。控制单元114可以通过与驱动单元112进行通信以操作IV泵110而开始输液。控制单元114可以包括微处理器114A和存储器114B。在其他实施方式中，控制单元114可以使用其他类型的逻辑设备来操作驱动单元112，例如硬线逻辑控制、专用集成电路等。在一个实施方式中，驱动单元112可以包括电动机以驱动IV泵110。

[0026] 在本实施方式中，IV泵110是标准蠕动泵。因此，IV管道104是蠕动IV泵通常使用的标准制造管道，因此具有大约±.05mm的ID公差。

[0027] IV泵110以在输液之前设定的转速操作。随着在输液期间药用流体通过IV管道104从流体源102流出，包含药用流体的流体源102的质量减小。重量感测机构116测量一段时间内流体源102的质量变化。

[0028] 在一个实施方式中，重量感测机构116然后使用以下公式计算药用流体的实际流速：

[0029]

[0030] 其中，Δt是随着药用流体离开流体源102而在第一时间间隔和第二时间间隔之间的时间变化，并且Δm是在第一时间间隔和第二时间间隔之间的质量变化。重量感测机构116然后将数据显示在内部显示器(未示出)上。在另一实施方式中，重量感测机构116将原始数据Δm和Δt传输至控制单元114。然后，控制单元114使用方程式(3)计算药用流体的实际流速。

[0031] 在一个实施方式中，重量感测机构116可以通过电线通信连接至控制单元114。在另一个实施方式中，重量感测机构116可以无线地通信连接到控制单元114。控制单元114可以将计算出的离开流体源102的药用流体的流速值存储在存储器114B中。当药用流体在流速和体积测量系统100中流动时，控制单元114可以计算药用流体的体积。控制单元114可以在输液前将计算出的药用流体的体积与IV泵110的设定速度和流速进行比较。如果计算出的药用流体的流速偏离了来自IV泵110的预设流速，则控制单元114可与驱动单元112和IV泵110通信，以将IV泵110调节至实现精确流量输送的转速。在一个实施方式中，IV泵110可以通过电线通信地连接至控制单元114。控制单元114和驱动单元112可以经由电动机来调节IV泵110。因此，控制单元114和驱动单元112基于IV泵110的速度来调节体积和流量，以实现向患者120的精确且所需的药物输送。

[0032] 控制单元114和驱动单元112还可调节将药物输送给患者的时间段，以补偿调节IV泵110后的体积和流量。如果计算出的药用流体流量大于预设流量，随着IV泵110被调节以实现期望的流量，控制单元114和驱动单元112可以缩短药物输送的时间段。如果计算出的药用流体流量低于预设流量，随着IV泵110被调节以实现期望的流量，控制单元114和驱动单元112可以延长药物输送的时间段。结果，以在调节流量时不损害患者120的方式将药用流体以改进的体积精度和流速输送到患者120中。

[0033] 图2是利用流速和体积测量系统基于重力向患者输液药用流体的示意图。在附图所示的实施方式中，并且如下所述，流速和体积测量系统200通过重力进给来操作。药用流体202通过IV管道220和可由操作者调节的手动阀208从流体源204施用于患者206。当施用药用流体202时，使用重量感测机构210测量通过IV管道220的药用流体202的流速并显示在显示单元222上。流体源204直接悬挂在重量感测机构210的基座上，使得重量感测机构210能够准确地测量包含药用流体202的流体源204的质量。流体源204以及重量检测机构210必须固定在高度高于患者206给药位置的结构上。该配置允许流体源204直接悬挂在重量感测机构210上，以进行精确的重量测量。

[0034] 在本实施方式中，重量感测机构210被固定到IV杆212。在另一个实施方式中，重量感测机构210可以固定到允许重量感测机构210精确地测量流体源204的药用流体202的质量变化的任何结构。

[0035] 图3是IV输液流速和体积测量系统300的电器部件的框图。在一个实施方式中，流速和体积测量系统300包括重量感测机构306，其包括重量传感器326、加速度计327传感器、微处理器328、通信单元329和显示器330。重量感测机构306包括用于在流体源不稳定时提高重量测量精度的加速度计327。一旦由重量传感器326和微处理器328确定流速和体积，就可以使用通信单元329发送信息，或者可以将信息显示在嵌入式显示器330上，从而操作者可以使用手动阀(未显示)来调节流速和输液时间。

[0036] 在另一个实施方式中，流速和体积测量系统300包括单独的输液系统304和重量感测机构306。但是，应当理解，其他配置也是可能的，包括控制单元302、输液系统304和重量感测机构306的组合。

[0037] 在本实施方式中，输液系统304包括控制单元302。控制单元302包括输入装置308、处理器310和存储器312。输入装置308和存储器312耦合到处理器310。输液系统304还包括驱动单元314和IV泵316。驱动单元314包括微处理器320。

[0038] 处理器310经由驱动单元314中的微处理器320耦合至输液系统304。处理器310还经由通信单元329耦合至重量感测机构306。应当注意，尽管在附图中阐述的实施方式以及如下所述的实施方式示出了在流速和体积测量系统300中使用的三个不同的处理器，但是本领域技术人员将理解，这些处理器可以被组合为一个。

[0039] 在输液之前，使用输入装置308将用于IV泵316的设定转速和等效流速(equivalent flow rate)输入到控制单元302中。然后，输入装置将所述输入传递给处理器310。处理器310可以包括通用计算机，具有合适的前端和接口电路，用于接收来自输入装置
308、驱动单元314和重量感测机构306的信号。处理器310还控制驱动单元314以操作IV泵
316，并由此控制流速和体积测量系统300中药用流体的流体流速。这些输入和计算值可以存储在控制单元302的存储器312中，以便与在输液期间由重量感测机构306测量时计算出的药用流体的流速进行比较。

[0040] 输液的启动也被输入到输入装置308中。输入装置308然后将起始输入传递给处理器310。处理器310与驱动单元314的微处理器320通信。驱动单元314和微处理器320控制IV泵316并允许药用流体从流体源流出至患者以进行给药。

[0041] 当药用流体从流体源流出时，重量感测机构306的重量传感器326检测到流体源的质量变化，并开始测量随时间变化的质量减少。然后，重量传感器326将质量和时间数据发送到微处理器328。微处理器328可以将质量和时间数据传送到通信单元329，或者在显示器330上为操作者显示信息。通信单元329还可以将该数据传递给控制单元302的处理器310。
处理器310然后可以使用该数据来计算系统300中的药用流体的流速以及流经流速和体积测量系统300的药用流体的体积，并将数据存储在存储器312中。

[0042] 图4是用于IV输液系统的流速调节的方法400的流程图。一旦系统被灌注(primed)，IV泵的转速和等效流速就被输入到输液系统(402)中。然后将药用流体从流体源中释放出来，并开始给药(404)。当在给药期间释放药用流体时，重量感测机构测量在一定时间间隔内流体源质量的变化(406)。

[0043] 基于在指定时间间隔内测得的质量变化，计算腔体中药用流体的流速和体积(408)。将计算出的流速与IV泵的输入流速进行比较(410、412)。如果计算出的体积和流速在输液之前设定的流速偏离，则调节流速以满足适当的给药要求(412A)。也可以调节药物施用的时间段，以补偿调节后的流速。如果计算出的体积和流速未偏离在输液之前设定的流速，则不调节流速，输液系统将继续运行而不进行调节(412B)。这种配置基于已知的由于IV管道公差而引起的药用流体体积的已知偏差，在更精确的持续时间内提供更精确的所需药物剂量。

[0044] 已经详细描述了目前优选的实施方式，应该理解并且对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不改变体现在其中的发明概念和原理的情况下做出许多物理变化，其中只有少数在本发明的详细描述中举例说明。还应当理解，仅结合优选实施方式的一部分的许多实施方式是可能的，相对于那些部分，这些实施方式不会改变其中包含的发明构思和原理。因此，本发明的实施方式和可选的配置在所有方面都被认为是示例性的和/或说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是前面的描述以及所有替换实施方式和对此的改变来指示。因此，在所述权利要求的含义和等同范围内的实施方式包含在其中。