專利名稱：管道藥液中的運動異物檢測裝置及方法
技術領域：
本發明涉及醫療器材及醫學檢測技術領域，具體地說，涉及管道藥液中的運動異物檢測裝置及方法。
背景技術：
藥物進入體內有許多辦法，當中包括腸外和腸內輸注系統，腸外系統是把電解質或藥物輸送到病人的循環系統中；腸內輸注系統用于因某種原因自己不能進食的病人。靜脈輸注則是把藥物或營養物輸入體內比較直接的方法。藥物經由靜脈輸注給藥的主要優點包括精確的控制血漿中藥物濃度，以適合個別病人的需要；對于治療窗狹窄的藥物，靜脈輸注可經由消除最大與最小血漿中藥物濃度之間的大幅波動，而維持有效而固定的血漿濃度；對于吞咽困難的病人，靜脈輸注是理想的投藥方式。為病人進行靜脈輸注給藥時，需要考慮的因素會較多，包括輸注管道內氣體的檢測、排氣及流速的控制等。氣體及氣泡之檢測在靜脈輸注投藥系統中極為重要，因為大量空氣與溶液一起輸送是不可取的。在腸內輸注系統中，過量的空氣可能會刺激病人的消化系統，并使醫療狀況復雜化。此外氣體的出現可使腸內輸注泵的容量計算不準確(瑪爾斯特羅姆和貝科， 2006; Malmstrom et al. , 2002.)。在腸外輸注系統中，氣體的出現危險性可能大得多。大量的氣體進入人體的任何部分可以發生栓塞，導致血流受阻。若栓塞發生在腦部中嚴重者可以導致失憶及死亡；若氣體出現在心臟能引起死亡或心臟受損。除了空氣進入病人身體涉及的健康問題以外，腸外或腸內輸注導管中存在空氣還意味著沒有給病人輸送所需要的溶液量(瑪爾斯特羅姆和貝科，2006)。市場上有多種裝置可以檢測傳輸導管中的空氣，包括超聲波檢測 (Namery. , 1976; Bobo et al. , 1991; Johnson et al., 1995; Cole et al. , 2000)、光學檢測(Zissimopoulos and Baron. , 1982; Mosteller, 1985; Mount et al. , 1995; ffahlberg. , 2000)和電導率方法(Cassidy et al. , 2008)。在靜脈輸注中，現有運動異物(如氣泡)之檢測技術中，超聲波檢測器最為常用。常用的頻率為2MHz，可檢測的氣泡范圍可以是O. 2ml或以上(US5455423，1995)。其原理是透過聲場的傳導性，從而判斷在導管中是否存在氣體。實際上，溶液與氣體相比，聲場會較容易在液體的環境下發生傳遞。如此，導管中若出現氣體，聲場便不能傳遞至導管的另一側，盡管超聲波檢測器能檢測輸注管道中細小的氣泡，但是仍然存在以下缺點
a)檢測功能只限于氣泡，除氣泡外，其他運動異物是檢測不到的。b)超聲波檢測器需要與導管直接接觸，當中包括超聲波的發射器和接收器。c)此外，細小的空隙可以引起錯誤的警號。d)在導管表面的微細氣泡，盡管體積十分細小，但是也會引起錯誤的警號。e)超聲波檢測器耗電量也較高,大于lOOmW。電導率檢測器最少被使用，由于它們需要與輸注液有直接的電接觸，因此設備要具有良好的絕緣性及電流泄漏較低。通常會把兩至三個電極加入至液體中，由交流電或直流電作為刺激，以電流或電壓作為監察。氣泡是不具有導電性的，而大部份的輸注液卻具有導電性，利用上述的特性進行管道內氣泡之檢測。但是缺點仍然是存在，就是部份的輸注液是不具有導電性。另外，也會發生錯誤的報警信號(Cassidy.，2009)。光學檢測器是最為便宜的檢測器，一些光學的檢測器是利用光的吸收或折射來檢測導管內的氣泡，如，US4312341和US4496346的專利，是利用光源及光源的檢測器，檢測器處于光源的相反位置，檢測器會檢測穿透導管后的光強度，當光源低于預設的強度便會停止輸注及發出警號(Zissimopoulos and Baron. , 1982; Mosteller. , 1985)。另外， US5455423之專利是應用紅外線作為光源(Mount et al.，1995)。而US6111263是利用光折射的原理檢測氣泡(Wahlberg.，2000)。但是這些方法都是溶液依賴性，因為靜脈輸注中會使用不同的溶液，因此這項技術不為普及。而且，光學特性會受道管及不同道管的設置都會影響。一般光學氣泡檢測儀可檢測的范圍由Iml和0. Iml (Mount et al.，1995)。以上所述裝置都是缺乏準確性或使用復雜及價格昂貴。雖然其它一些裝置相當準確，但需要相當大的功率。另外，大多數檢測器都存在著制作成本高的缺點及只能就單一氣泡或異物進行檢測的功能，并不能同時有效檢測不兼容性之氣體、液體及固體。因此，市場上需要一種之運動異物檢測器，且具有價格較低廉、容易操作、較高的準確性及可以進行工業生產兼備的檢測器。
發明內容
本發明的一個目的在于提供一種管道藥液中的運動異物檢測裝置，該檢測裝置能確定藥液中是否存在不兼容性之氣體、液體及固體，且價格較為低廉、容易操作、檢測準確性較高。本發明的另一個目的在于提供一種管道藥液中的運動異物檢測方法，該檢測方法能確定藥液中是否存在不兼容性之氣體、液體及固體，且價格較為低廉、容易操作、檢測準確性較高。本發明的第一目的通過以下技術方案予以實現提供一種管道藥液中的運動異物檢測裝置，包括機殼、光源、顏色傳感器、處理器、警報器和數據輸出接口，在所述顏色傳感器與所述光源之間具有容納藥液管道的管道空間，所述顏色傳感器和光源相對地設置在所述管道空間的兩側，使得所述顏色傳感器的傳感面能直接接收到由所述光源發出并穿過所述藥液管道的光線；所述處理器與所述顏色傳感器、所述警報器及所述數據輸出接口相連接；所述顏色傳感器用于把從所述光源接收到的光轉換成連續性的光學信息，所述警報器用于產生具警報性的光、聲或行為，所述處理器用于對收集到的光學信息進行分析處理。優選地，所述光學信息包括紅色、綠色、藍色和光暗值四個元素。優選地，所述顏色傳感器的傳感面覆蓋的范圍可小于、大于或等于所述藥液管道的直徑。優選地，所述管道空間為圓柱形通道，其內有偶數個小孔，所述小孔是每兩個一組，每組兩個小孔相對地設置；在所述每組兩個小孔中，一個小孔為所述光源的光線射出口，另一個小孔為所述顏色傳感器的光線接收口。優選地，所述機殼為不透光的機殼，所述光源為燈泡，所述數據輸出接口為USB接
4□。進一步地，所述光源和顏色傳感器設有一對或多對，其中一個光源和一個顏色傳感器構成一對。本發明的第二目的通過以下技術方案予以實現提供一種管道藥液中的運動異物檢測方法，其特征在于，包括以下步驟
1)提供藥液管道，其內具有流動的藥液；
2)在所述藥液管道的兩側分別設置光源和顏色傳感器，所述光源與顏色傳感器相互面
對；
3)使所述光源照射所述藥液管道中流動的藥液，使所述顏色傳感器接收由所述光源發出并穿透所述藥液管道的連續性光線，使得所述顏色傳感器產生所述藥液流動時的連續光學信息；
4)所述顏色傳感器將所述光學信息發送給處理器；
5)所述處理器對收集到的所述光學信息進行分析處理，若檢測出運動異物，則由所述處理器啟動與之相連接的警報器發出警報性的光、聲或行為。較好地，在所述處理器的分析處理步驟中，所述處理器利用同比、環比和定基比算法，對所述光學信息進行檢測處理，得到測試信息，該測試信息在檢測后，作為以后檢測用的樣板信息，樣板信息在檢測處理進行前采集；所述處理器將實際測試獲得的測試信息與所述樣板信息進行比較計算，若測試信息在檢測中超過預設的安全范圍值，則認定為運動異物。所述運動異物包括任何不兼容之氣體物質，包括空氣、二氧化碳、氧氣、氮氣及其它任何醫學用之氣體；任何不兼容之液體物質，包括油滴及乳化液；任何不兼容之固體物質，包括沉淀物、雜質及殘留異物。較好地，所述光學信息包括紅色、綠色、藍色和光暗值四個元素。本發明與現有技術相比的有益效果是
I)能進行氣體、液體及固體之運動異物檢測，而目前的超聲波檢測方法只具備運動氣體的檢測功能。2)準確性高原因在于管道光源受保護，不被外界光線所影響，異物在管道通過時會把它帶來的影響在光源上表現出來，準確的數據便可在顏色傳感器接收到。3)運算能力要求低收集到的數據只經過簡單的公式運算，沒有高運算量的要求。4)體積小、輕便且容易操作本發明由幾件細小的組件所組成，體積細小且輕便， 可直接使用在一般的輸液管上，和現時市場上的同類裝置比較，體積和重量絕對得到優勢， 另外，本裝置的目標單一，操作上只須按一下開關按鈕便可。5)生產價格低廉在成本上，本裝置設計的發展方向是普及便民，和目前市場上的同類裝置在價格比較上，本裝置是有絕對優勢的，可進行工業生產兼備，在市場上可容易普及發展。6)除輸注液的檢測外，還可包括任何運動藥液之檢測，如液體藥品制造時之運動異物檢測、腸內輸注系統之運動異物檢測及應用于液體藥品之質量檢測等。7)超聲檢測器和一般的光學檢測器都是以信息穿透藥液管道后強度是否發生改變來判斷是否存在著氣泡，當監測器所在的管道位置，若管道內部存在氣泡，這些氣泡由于存在著管道內部并不會隨著藥液流動，超聲檢測器和光學檢測器便會弓I起錯誤的警號。而采用色差處理方法的光學檢測器并不會引起錯誤的警號，大大提高了輸注液中的運動異物檢測識別的準確率。
圖I是本發明的檢測裝置的結構原理示意圖。圖2是圖I所示檢測裝置的俯視圖。圖3是圖I所示檢測裝置的工作原理示意圖。圖4是本發明裝置的檢測裝置和超聲波方式的檢測裝置的實驗比對圖表一，實驗中使用的粒子大小是5微米。圖5是本發明裝置的檢測裝置和超聲波方式的檢測裝置的實驗比對圖表二，實驗中使用的粒子大小是30微米。
具體實施例方式下面結合附圖為本發明作進一步的描述。圖I所示的檢測裝置用于檢測管道藥液中的運動異物，可檢測的運動異物包括任何不兼容之氣體物質、液體物質或固體物質，其中，所述氣體物質包括空氣、二氧化碳、氧氣和氮氣等，所述液體物質包括油滴和乳化液等，所述固體物質包括沉淀物、雜質和殘留異物
坐寸ο該檢測裝置包括不透光的機殼I、作為光源的白光燈泡2、顏色傳感器3、處理器4、 警報器5和USB數據輸出接口 6等，機殼I內穿設有用于容納透明的藥液管道7的管道空間8,燈泡2、顏色傳感器3和處理器4位于機殼I內部，警報器5和USB數據輸出接口 6位于機殼I上，管道空間8位于顏色傳感器3與燈泡2之間，顏色傳感器3和燈泡2相對地設置在管道空間8的兩側，使得顏色傳感器3的傳感面能直接接收到由燈泡2發出并穿過藥液管道7的光線，所述傳感面覆蓋的范圍可小于、大于或等于藥液管道7的直徑。處理器4 與顏色傳感器3、警報器5及USB數據輸出接口 6分別相連接，顏色傳感器3采用的是可編程彩色光/頻轉換器，如TCS230，用于把從燈泡2接收到的光轉換成連續性的光學信息，該光學信息包括了紅色、綠色、藍色和光暗值四個元素，警報器5用于產生具警報性的光、聲或行為，處理器4用于對收集到的光學信息進行分析處理，USB數據輸出接口用于將該檢測裝置連接到其他外部計算器或裝置，以及對本檢測裝置提供電源。如圖2，所述管道空間8為圓柱形通道，其內有兩個相對設置的小孔9、10，一個小孔為燈泡2的光線射出口，另一個小孔為顏色傳感器3的光線接收口，當藥液管道7由管道空間8穿過時，藥液管道7正好位于兩個小孔9、10之間。如圖3，運動異物11在藥液管道7內的藥液中出現，把由燈泡2所發出的光阻隔或造成折射，顏色傳感器3接收的光出現變化，與原來穩定的光不同，顏色傳感器3所產生出的光學信息也出現變化。由于顏色傳感器3的傳感面與藥液管道7相對，穿過藥液管道7 的光會全部被接收，從燈泡2與顏色傳感器3之間通過的藥液被完全檢測，因此，所有能阻隔光或造成光折射的運動異物也會被檢測出來。
處理器對光學信息的分析處理是以橫向方式進行檢測計算，以縱向的方式進行檢測判斷，形成一個二維縱橫向的檢測系統。根據運動異物不同時間間隔之間的運動特性，利用色差處理方法，把取得的穩定的色原及光暗信息作為樣板信息，與隨后的測試信息進行色差處理。當將實際測試獲得的測試信息與樣板信息經運算后若有分別，便會引起警報信號，從而測定流動的藥液中的任何運動異物。由于藥液的顏色及光暗固定，且在流動時是以直線運動方式進行，因此通過顏色及光暗光學信息比對之速率或光學信息接受的時間間距，以調節檢測器之靈敏度；透過調節光學信息的解像度可改變運動異物的檢測范圍及可檢測異物之大小極限。這種新式光學檢測系統使用了顏色傳感器，采用三原色及光暗信息進行檢測，其優點是靈敏度高及誤報率低，屬于一種可靠且具有高度精確性和重復性的檢測系統。另外， 由于顏色傳感器的普及和價格便宜，在市場上可容易普及發展。影響檢測的精確度和重復性主要受制于顏色傳感器，顏色傳感器的信息接受越靈敏，可檢測出越細小的溶質或氣泡，且精確度和重復性也會提高。同步采用色原及光暗信息，其靈敏度及誤報率將遠較只采用光暗信息為優。由于采用色差處理方法，與傳統的光學檢測器不同，因此并不受藥液之顏色影響。另一方面，與其它類型的檢測器相比，這種檢測器較少發生錯誤的警報信號。另外，根據藥液的流速，可透過色原及光暗信息開合之速度從而調節所捕捉的時間間隔之影像。上述檢測裝置用于檢測管道藥液中的運動異物時，包括以下步驟
1)提供藥液管道7，其內具有流動的藥液；
2)在藥液管道7的兩側分別設置燈泡2和顏色傳感器3，燈泡2與顏色傳感器3相互面對；
3)使燈泡2照射藥液管道7中流動的藥液，使顏色傳感器3接收由燈泡2發出并穿透藥液管道7的連續性光線，使得顏色傳感器3產生藥液流動時的連續光學信息，該光學信息包括紅色、綠色、藍色和光暗值四個元素；
4)顏色傳感器3將所述光學信息發送給處理器4；
5)處理器4對收集到的光學信息進行分析處理，利用同比、環比和定基比算法，對所述光學信息進行檢測處理，得到測試信息，該測試信息在檢測后，作為以后檢測用的樣板信息；處理器4將實際測試獲得的測試信息與所述樣板信息進行比較計算，若測試信息在檢測中超過預設的安全范圍值，則認定為運動異物；若檢測出運動異物，則由處理器4啟動與之相連接的警報器5發出警報性的光、聲或行為。檢測計算主要是采用三個不同基期水平與最新水平，以同比、環比和基數比等方式作比較，以表明信息的趨勢改變和程度，三個基期分別是「初段基期」、「前段基期」和「前一基期」。每一基期都以一段時期水平的平均值作為它的水平程度，并均用百分數或倍數表示。另外，三種基期水平的計算參考期，由變量「期數」所給出，期數是一個趨勢敏銳度的值， 當期數趨向小時，趨勢敏銳度會提高，相反，當期數趨向大時，趨勢敏銳度會降低。而檢測時的敏感度則由另一變量所支配，就是「閾值」，閾值的控制可讓檢測的適用性增加，因應檢測對不同藥液的須要調節其敏感度。以下是檢測計算中的三個基期水平和比較的計算方法
「初段基期」是以最初的期數量信息作平均所得出，如下
權利要求
1.一種管道藥液中的運動異物檢測裝置，其特征在于，所述檢測裝置包括機殼、光源、 顏色傳感器、處理器、警報器和數據輸出接口，在所述顏色傳感器與所述光源之間具有容納藥液管道的管道空間，所述顏色傳感器和光源相對地設置在所述管道空間的兩側，使得所述顏色傳感器的傳感面能直接接收到由所述光源發出并穿過所述藥液管道的光線；所述處理器與所述顏色傳感器、警報器及數據輸出接口相連接；所述顏色傳感器用于把從所述光源接收到的光轉換成連續性的光學信息，所述警報器用于產生具警報性的光、聲或行為，所述處理器用于對收集到的光學信息進行分析處理。
2.根據權利要求I所述的運動異物檢測裝置，其特征在于，所述光學信息包括紅色、 綠色、藍色和光暗值四個元素。
3.根據權利要求I所述的運動異物檢測裝置，其特征在于，所述顏色傳感器的傳感面覆蓋的范圍可小于、大于或等于所述藥液管道的直徑。
4.根據權利要求I所述的運動異物檢測裝置，其特征在于，所述管道空間為圓柱形通道，其內有偶數個小孔，所述小孔是每兩個一組，每組兩個小孔相對地設置；在所述每組兩個小孔中，一個小孔為所述光源的光線射出口，另一個小孔為所述顏色傳感器的光線接收 □。
5.根據權利要求I所述的運動異物檢測裝置，其特征在于，所述機殼為不透光的機殼，所述光源為燈泡，所述數據輸出接口為USB接口。
6.根據權利要求I所述的運動異物檢測裝置，其特征在于，所述光源和顏色傳感器設有一對或多對，其中一個光源和一個顏色傳感器構成一對。
7.一種管道藥液中的運動異物檢測方法，其特征在于，包括以下步驟1)提供藥液管道，其內具有流動的藥液；2)在所述藥液管道的兩側分別設置光源和顏色傳感器，所述光源與顏色傳感器相互面對；3)使所述光源照射所述藥液管道中流動的藥液，使所述顏色傳感器接收由所述光源發出并穿透所述藥液管道的連續性光線，使得所述顏色傳感器產生所述藥液流動時的連續光學信息；4)所述顏色傳感器將所述光學信息發送給處理器；5)所述處理器對收集到的所述光學信息進行分析處理，若檢測出運動異物，則由所述處理器啟動與之相連接的警報器發出警報性的光、聲或行為。
8.根據權利要求7所述的運動異物檢測方法，其特征在于，在所述處理器的分析處理步驟中，所述處理器利用同比、環比和定基比算法，對所述光學信息進行檢測處理，得到測試信息，該測試信息在檢測后，作為以后檢測用的樣板信息，樣板信息在檢測處理進行前采集；所述處理器將實際測試獲得的測試信息與所述樣板信息進行比較計算，若測試信息在檢測中超過預設的安全范圍值，則認定為運動異物。
9.根據權利要求7所述的運動異物檢測方法，其特征在于，所述運動異物包括任何不兼容之氣體物質，包括空氣、二氧化碳、氧氣、氮氣及其它任何醫學用之氣體；任何不兼容之液體物質，包括油滴及乳化液；任何不兼容之固體物質，包括沉淀物、雜質及殘留異物。
10.根據權利要求7所述的運動異物檢測方法，其特征在于，所述光學信息包括紅色、 綠色、藍色和光暗值四個元素。
全文摘要
本發明公開了一種管道藥液中的運動異物檢測裝置及方法，該檢測裝置包括機殼、光源、顏色傳感器、處理器、警報器和數據輸出接口，在顏色傳感器與光源之間具有容納藥液管道的管道空間，顏色傳感器和光源相對地設置在管道空間的兩側，處理器與顏色傳感器、警報器及數據輸出接口相連接。顏色傳感器把從光源接收到的光轉換成連續性的光學信息，處理器用于對收集到的光學信息進行分析處理。這種檢測裝置使用了顏色傳感器，采用三原色及光暗信息進行檢測，其優點是靈敏度高及誤報率低，屬于一種可靠且具有高度精確性和重復性的檢測系統。
文檔編號G01N21/85GK102608119SQ201210046640
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月28日 優先權日2012年2月28日
發明者劉俊彥, 唐海誼, 鄧樹杰 申請人:澳門理工學院