CN112584759B - 用于确定流体的粘度的确定器具及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定流体的粘度的确定器具(100)。所述确定器具(100)具有至少一个确定装置(110)和供应装置(115)。所述确定装置(110)设计成使用至少一个检测的流体的体积流量和检测的流体的压差以便确定流体的粘度和/或用于递送流体的叶轮(205)的转速(ω)。所述供应装置(115)设计成发送表示由确定装置(110)所确定的粘度的粘度信号(130)或使其可用。

Description

用于确定流体的粘度的确定器具及方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定流体的粘度的确定器具及方法。本发明还涉及计算机程序，涉及存储计算机程序的机器可读存储介质。
背景技术
PT(凝血酶原时间)和INR(国际标准化比率)是血液凝固的标准度量。通常，通过添加凝血活酶并随后测量凝血时间来确定血样中的INR。该确定可以在实验室进行；如今，测试条装置也可以由患者进行自我测量，与血糖测量程序相当。对于具有心脏支持***的患者，所称的凝血管理对于最小化泵血栓是必不可少的。监测血液粘度作为INR替换参数可能足以进行凝血管理。
EP 2 175 770 B1描述了基于表面声波(简称SAW)的显性血液粘度传感器，以用于确定粘度。
US 7,591,777 B2描述了借助于血液粘度对心脏支持***的驱动件的机械效应在心脏支持***中的粘度确定。
发明内容
本发明的目的是详细说明用于确定流体的粘度的改进方法和用于此目的的改进的确定器具。具体地，本发明的目标是详细说明允许以短时尺度连续确定流体的粘度的方法和器具。
此目标通过权利要求1中详细说明的确定器具和权利要求9中详细说明的方法来实现。在从属权利要求中详细说明了本发明的有利的实施例。
在下文中，提出一种用于确定流体的粘度的确定器具和根据本发明的用于确定流体的粘度的方法，最后提出对应的计算机程序。通过从属权利要求中所列出的措施，可以有利地发展和改进独立权利要求中详细说明的目标。
通过提出的方法可实现的优点是，这里提出的确定器具设计成通过使用流体的当前流量参数来快速且容易地确定并提供或发送流体的粘度。
提出一种用于确定流体的粘度的确定器具。所述确定器具具有至少一个确定装置和提供装置。所述确定装置设计成通过使用至少一个检测的流体的体积流量和检测的流体的压差和/或用于输送流体的叶轮的转速来确定流体的粘度。所述提供装置设计成提供或发送表示由所述确定装置确定的粘度的粘度信号。
所述确定装置可设计成通过使用所述体积流量和所述压差与所述粘度之间的功能关系和/或使用查找表来确定粘度，其中所述体积流量和所述压差与粘度之间的关系具体存储在所述查找表中。因此，通过使用检测的体积流量和检测的压差，可以从查找表快速轻松地读取分配给这些值的粘度。或者，通过使用检测的体积流量和检测的压差，可以通过求解功能关系来快速且轻松地确定粘度。为了创建查找表，可以例如执行或可以事先执行测量校准，使得粘度在相关范围内变化，并且例如用于输送流体的泵装置的转速在相关范围内变化，并且测量或已测量所产生的泵流量。替代地或另外地，基于校准值，例如可以确定或可能已经确定经验函数，随后可以借助于所述经验函数计算粘度。查找表和/或功能关系可存储在确定装置中，或者可由确定装置读取以供使用。
例如，确定装置也可以布置在患者的身体外部，以便确定流体粘度数据，例如前述检测的流体的体积流量和检测的流体的压差和/或泵的转速。为此目的，确定装置接着可例如无线地或经由信号线获得确定粘度所需的值或参数，使得其还可确定患者身体外部的流体的粘度。
所述确定器具可具有套管，所述套管具有用于接收流体的接收接口和与所述接收接口相对的用于排出流体的排放接口，其中所述压差可具体表示所述接收接口的区域中的流体的压力与所述排放接口的区域中的流体的另一压力之间的差，和/或体积流量可表示通过所述套管的流体的体积流量。此套管可形成以用于心脏支持***上或心脏支持***中。例如，套管可以形成或设计成接收血液作为流体。因此，可以通过使用确定器具来有利地确定套管中血液的当前粘度。
还有利的是，根据一个实施例，确定器具具有用于将流体从所述接收接口输送到所述套管的排放接口的叶轮，其中所述叶轮布置成或可以具体布置在所述排放接口的区域上或所述区域中。叶轮可以例如布置在邻近排放接口的排放区段中。因此，可以在叶轮的操作期间实现流体的体积流量和压差。
在这种情况下，有利的是确定器具具有体积流量传感器，所述体积流量传感器设计成检测通过所述套管的流体的体积流量并将其提供或发送至所述确定装置，其中所述体积流量传感器具体布置在所述接收接口的区域中。因此，可以考虑当前体积流量以确定粘度。
此体积流量传感器可具有用于检测多普勒超声的至少一个多普勒传感器和/或热丝风速测定传感器和/或光学传感器。热丝风速测定传感器可具有传感器元件，例如电线，其中传感器元件可被电加热并且其电阻根据温度而变。由于所述流动模式，可以发生向流体中的热传递，所述热传递随流速变化。通过测量电变量，因此可以推断流速。
所述确定器具还可具有压力传感器装置，所述压力传感器装置具有至少一个压差传感器和/或两个气压传感器，其中所述压力传感器装置可具体设计成检测所述叶轮的两个相对侧上的两个传感器点之间的压差，并将其提供或发送至所述确定装置。因此，可以考虑当前压差以确定粘度。
此外，有利的是确定器具具有驱动装置，所述驱动装置联接到或可联接到所述叶轮，用于驱动所述叶轮，其中所述确定装置可具体设计成通过使用所述驱动装置的驱动参数和/或所述叶轮的驱动参数来确定粘度。在这种情况下，确定装置可设计成通过在所述驱动装置和/或叶***作期间使用所述驱动装置的驱动参数和/或所述叶轮的驱动参数来确定粘度。驱动参数可以理解为驱动装置的电功耗和/或叶轮的转速和/或角速度。此确定器具可形成或可用作心脏支持***。该心脏支持***可以有利地确定当前血液粘度，并且例如提供或发送该粘度以用于诊断方法。
此外，提出一种用于确定流体的粘度的方法。所述方法具有确定步骤和提供步骤。在确定步骤中，通过使用至少一个检测的流体的体积流量和检测的流体的压差来确定流体的粘度。在提供步骤中，提供或发送表示确定步骤中确定的粘度的粘度信号。
该方法可通过使用先前提出的确定器具来执行。该方法可以例如以软件或硬件实施，或者以软件和硬件的混合形式在例如控制装置中实施。
具有程序代码的计算机程序产品或计算机程序也是有利的，所述程序代码可存储在例如半导体存储器、硬盘驱动存储器或光学存储器的机器可读载体或存储介质中，并且特别是在程序产品或程序在计算机或器具上执行时，可用于执行、实施和/或控制方法的步骤。
此处呈现的方法的示例性实施例在图中示出，并且在以下描述中更详细地解释。这些图示出了：
附图说明
图1是根据示例性实施例的用于确定流体的粘度的确定器具的示意图；
图2是根据示例性实施例的确定器具的示意性侧视图；
图3是根据示例性实施例的用于确定器具的各种粘度的压差相对体积流量的特征图；以及
图4是根据示例性实施例的用于确定流体粘度的方法的流程图。
具体实施方式
在以下对本方法的有利示例性实施例的描述中，对于各个图中所示的具有类似效果的元件使用相同的或类似的附图标记，其中，省略对这些元件的重复描述。
如果示例性实施例包括第一特征与第二特征之间的“和/或”结合，那么这应被解读为意味着根据一个实施例的示例性实施例包括第一特征和第二特征两者，且根据另一实施例仅包括第一特征或仅包括第二特征。
图1示出根据示例性实施例的用于确定流体的粘度η的确定器具100的示意图。
确定器具100具有确定装置110和提供装置15。确定装置110设计成通过使用至少一个检测的流体的体积流量Q和检测的流体的压差Δp来确定流体的粘度η。提供装置115设计成提供或发送表示由确定装置110确定的粘度η的粘度信号130。根据该示例性实施例，确定装置110设计成读取以传感器信号形式的检测的体积流量Q和检测的压差Δp。
图2示出根据示例性实施例的确定器具100的示意性侧视图。该确定器具可以是参照图1描述的确定器具100，其中差异在于根据该示例性实施例的确定器具100另外具有套管200、叶轮205、驱动装置210、体积流量传感器215和压力传感器装置220。
当没有安装空间或只有小安装空间用于微电子元件以测量确定粘度所需的参数时，确定器具或确定装置110可集成到泵中或布置在患者身体外部。在此情况下，例如，确定装置110的电子器件或对应部件可以容纳在远程(植入的)控制装置中，使得主要是压力传感器和/或体积流量传感器的换能器元件可以容纳在泵自身中或植入患者。植入患者的对应传感器的传感器值则可以无线地或通过信号线从患者传输出来，并且在确定装置110中(例如在患者的口袋中或皮带上)被处理，以便确定流体(在这种情况下，是血液)的粘度。此示例性实施例未在本文附图中明确示出。
另外地或替代地，流体的粘度当然也可以借助于呈云服务器形式的确定装置110来确定，使得在此情况下，确定所需的传感器值将经由互联网或对应的信号线传输。在此情况下，有利的是应当确保对这些数据进行适当的保护或加密，防止未经授权的人员对这些数据进行未授权的利用或读取。
因此，可设想确定装置110在三个选项中的布置：
1)植入患者的确定装置110(例如，作为控制装置或也在泵中，特别是当对应的硬件部件具有足够小的尺寸时)计算粘度
2)体外计算粘度，例如靠近患者的身体(例如，在附接到患者的皮带的盒子中)
3)更远离患者(例如，在非便携式部件，例如桌面装置、医疗实践中的分析装置，或甚至云服务器中)计算粘度。
套管200具有形成为接收流体的接收接口225和与接收接口225相对的形成为排出流体的排放接口230。
叶轮205设计成将流体从接收接口225输送到套管200的排放接口230。根据该示例性实施例，叶轮205布置在排放接口230的区域中和/或套管200中。
体积流量传感器215设计成检测通过套管200的流体的体积流量，并将其提供或发送至确定装置110。因此，体积流量表示通过套管200的流体的体积流量。根据该实施例实例，为此目的，体积流量传感器215布置在接收接口225的区域中。根据该示例性实施例，体积流量传感器215具有多普勒传感器。根据替代示例性实施例，体积流量传感器215另外或替代地具有热丝风速测定传感器和/或光学传感器。
根据该示例性实施例，压力传感器装置220具有两个气压传感器235，该气压传感器设计成检测叶轮205的两个相对侧上的两个传感器点之间的压差，并将其提供或发送至确定装置110。根据替代示例性实施例，压力传感器装置220另外或替代地具有至少一个压差传感器。根据该示例性实施例，压力传感器235布置在接收接口225的区域中和排放接口230的区域中。因此，根据该示例性实施例的压差表示接收接口225的区域中的流体的压力与排放接口230的区域中的流体的另一压力之间的差。
驱动装置210联接到叶轮205并且设计成驱动叶轮205。根据该示例性实施例，确定装置110设计成在驱动装置210和/或叶轮205的操作期间通过使用驱动装置210的驱动参数和/或叶轮205的驱动参数来确定粘度。
在这种情况下，确定装置110可以例如布置在患者或泵的外部，例如在便携式控制装置中。植入患者的传感器的传感器值则可以例如无线地或通过信号线向确定装置110供应。
在下文中，再次更详细地并换种方式描述确定器具100的细节：
根据该示例性实施例，此处呈现的确定器具100可以用作心脏支持***。对于具有心脏支持***的患者，也称为VAD患者(VAD代表“心室辅助装置”)，凝血管理对于最小化泵血栓必不可少。为此目的，例如，患者用药物治疗以抑制血浆血凝，并且例如将INR调整在2至2.5的范围内。
VAD***(即心脏支持***)的驱动装置210上的机械负载根据体积流量、压差和粘度而变。利用已知的体积流量和已知的压差(它们在本文呈现的确定器具100中通过传感器215、220测得)，可以从驱动装置210的电功耗推断出流体(在这种情况下为血液)的粘度。为此目的，根据该示例性实施例的确定装置110设计成将表示或使得有可能确定驱动装置210上和/或叶轮205上的机械负载的参数读取为驱动参数。在这种情况下，确定装置110有利地设计成将由驱动装置210和叶轮205组成的泵的功耗划分为体积流量贡献和粘度贡献。根据该示例性实施例基于超声或根据替代示例性实施例通过风速测定实现流量测量。在这种情况下，有利的是可以借助于明确的多普勒超声体积流量测量，在确定器具100的操作期间直接确定粘度。有利地，泵的泵送性能不必为此目的而中断。
确定装置110根据该示例性实施例连续地或根据替代示例性实施例在固定时间间隔在确定器具100的操作期间确定血液粘度。提供装置115设计成将确定的粘度提供给医师和/或患者作为用于执行治疗的参数。为此目的，粘度信号设计成在显示器上显示粘度和/或通过无线电传输将其传输到网络服务。如上已述，确定装置110也可以布置在患者外部，例如，在患者随身携带的袋子中。植入患者的传感器的信号值则可以例如无线地和/或借助于信号线传输到确定器具。
此处呈现的确定器具100包含由形式为驱动装置210的泵传动件、叶轮205和套管200(也称为入口套管)组成的***，体积流量传感器215用于测量由传动件和叶轮205实际输送的泵体积流量，在此情况下，借助于多普勒超声，任选地或另外借助于热丝风速测定和/或光学方法进行测量。此处示出了呈多普勒超声传感器形式的体积流量传感器215集成在入口套管的尖端中。另外，确定器具100包括用于形成确定装置110中的压差的两个气压传感器235，根据该示例性实施例，所述确定装置具有呈微控制器形式的数据处理装置。根据替代示例性实施例，确定器具100具有至少一个压差传感器，以用于确定跨越呈推动器形式的叶轮205的压力梯度。
下面的计算实例用于说明确定粘度时确定装置110的可能方法，在此方面还参见图3：
泵的液压功率P液压为角速度ω、液压效率η液压和负载扭矩M的函数，其中负载扭矩M为粘度的函数。这种关系可以下面的公式表示：
P液压＝ω·M·η液压
液压性能P液压也是压差Δp和体积流量Q或体积流的函数。这种关系可以下面的公式表示：
P液压＝Δp·Q
如果泵现在以限定的角速度ω1操作，并且测量实际体积流量Qω1，则可以借助于多普勒超声传感器根据此示例性实施例从此测量的体积流量Qω1确定粘度η，如图3中所示。为此目的，根据该示例性实施例，预先进行测量校准，使得粘度在相关范围内变化，转速在相关范围内变化，并且测量产生的泵流量。然后由此创建“查找表”或简称LUT，借助于所述查找表，确定装置110接着可以将粘度分配到在给定转速/角速度下测量的压差和测量的体积流量。根据该示例性实施例，通过使用确定器具100进行此测量和校准。根据替代示例性实施例，通过基于校准值确定经验函数形式的功能关系，由确定装置110确定粘度，借助于所述功能关系，可以随后计算粘度：
η＝f(Δp，Q，ω)
作为使用角速度ω的替代方案，根据替代的示例性实施例，确定装置110使用电功耗进行计算，因为：
Pel＝Phyd/(ηel·ηmech·ηhyd)
这在初步测试中通过使用确定器具100测量扭矩和转速以及电压U和电流I来确定。在另外的机械损耗仅根据转速和压力变化的前提下，这在此处呈现的确定器具100中的一个的情况下进行非常好的近似时确实如此，可以假设ηmech是恒定的，因此在粘度确定中不起作用。
可以通过光学方式或通过荧光透视来证明体积流量传感器215。通过操纵体积流量或压差，可以在有目的的实验中证明从压差、体积流量和/或角速度计算粘度。
图3示出根据示例性实施例的与确定器具一起使用的各种粘度η的压差Δp相对体积流量Q的特征图300。该确定器具可以是图1或图2中描述的确定器具100中的一个。根据该示例性实施例，特征图300以图2中描述的查找表的形式或功能关系存储在确定器具的确定装置中，或者可由确定装置读取。
对于Δpmeas＝￠&ω＝￠，由此得出
Q＝f(η)其中，对于η1>η2，Qη2>Qη1。
图4示出根据示例性实施例的用于确定流体粘度的方法400的流程图。该方法可以是方法400，其可以由参照图1或图2中的一个描述的确定器具之一执行或控制。
方法400具有确定步骤405和提供步骤410。在确定步骤405中，通过使用至少一个检测的流体的体积流量10和检测的流体的压差和/或用于输送流体的叶轮的转速来确定流体的粘度。在提供步骤410中，提供或发送表示确定步骤405中确定的粘度的粘度信号。
此处呈现的方法步骤可以重复并且以除所描述的序列之外的序列执行。

Claims (18)

1.心室辅助***，所述心室辅助***包括：
叶轮；
联接到所述叶轮的驱动装置，所述驱动装置被配置为以转速(ω)驱动所述叶轮；
压力传感器装置；和
确定装置，所述确定装置包括：
套管，所述套管被配置为植入患者的体内，其中所述套管包括：
横向接收接口，所述横向接收接口被配置为将所述患者的血液接收到所述套管的内部；和
出口接口，其中所述叶轮被配置为将血液从所述横向接收接口输送到所述出口接口；以及
体积流量传感器，所述体积流量传感器定位在所述套管的尖端处并且被配置为感测通过所述套管的所述患者血液的体积流量(Q)，所述体积流量传感器包括多普勒超声换能器；
其中所述压力传感器装置被配置为感测在所述接收接口的区域和所述出口接口的区域中的血液的压差(Δp)，以及
其中所述确定装置被配置为至少基于感测到的血液体积流量(Q)、感测到的血液压差(Δp)以及所述叶轮的转速(ω)或所述叶轮驱动装置的电功率输入Pel来确定所述患者体内的血液粘度(η)。
2.根据权利要求1所述的心室辅助***，其中所述确定装置被配置为基于与所述粘度(η)比较的所述体积流量(Q)与所述压差(Δp)之间的函数关系来确定所述粘度(η)。
3.根据权利要求1所述的心室辅助***，其中所述确定装置被配置为使用查找表确定所述粘度(η)。
4.根据权利要求3所述的心室辅助***，其中与所述粘度(η)比较的所述体积流量(Q)与所述压差(Δp)之间的关系被存储在所述查找表中。
5.根据权利要求1所述的心室辅助***，其中所述叶轮被定位在所述出口接口的区域中。
6.根据权利要求1所述的心室辅助***，其中所压力传感器装置包括至少一个压差传感器或两个气压传感器。
7.根据权利要求1所述的心室辅助***，其中所述压力传感器装置被配置为感测两个传感器点之间的压差(Δp)。
8.用于确定心室辅助***中患者的血液粘度(η)的方法，所述方法包括：
使用所述心室辅助***的确定装置的体积流量传感器感测体积流量(Q)，所述体积流量传感器包括被布置在所述确定装置的套管的尖端中的多普勒超声换能器，所述套管被配置为植入所述患者的体内，其中所述心室辅助***包括：
叶轮，所述叶轮被配置为将血液从所述套管的横向接收接口输送到所述套管的出口接口；和
联接到所述叶轮的驱动装置，所述驱动装置被配置为以转度(ω)驱动所述叶轮；
利用压力传感器装置感测所述接收接口和所述出口接口的区域中的血液压差(Δp)；以及
至少基于感测到的所述血液体积流量(Q)、感测到的所述血液压差(Δp)以及所述叶轮的转速(ω)或所述叶轮驱动装置的电功率输入Pel来确定所述血液粘度(η)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述粘度(η)包括基于与所述粘度(η)比较的所述体积流量(Q)与所述压差(Δp)之间的函数关系来确定所述粘度(η)。
10.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述粘度(η)包括使用查找表。
11.根据权利要求10所述的方法，其中与所述粘度(η)比较的所述体积流量(Q)与所述压差(Δp)之间的关系被存储在所述查找表中。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述叶轮被定位在所述出口接口的区域中。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述压力传感器装置包括至少一个压差传感器或两个气压传感器。
14.根据权利要求8所述的方法，其中所述压力传感器装置被配置为感测两个传感器点之间的压力差(Δp)。
15.包括指令的非暂时性计算机可读存储介质，所述指令在被执行时指示处理器进行包括以下的方法：
使用心室辅助***的确定装置的体积流量传感器感测体积流量(Q)，所述体积流量传感器包括被布置在所述确定装置的套管的尖端中的多普勒超声换能器，所述套管被配置为植入患者的体内，其中所述心室辅助***包括：
叶轮，所述叶轮被配置为将血液从所述套管的横向接收接口输送到所述套管的出口接口；和
联接到所述叶轮的驱动装置，所述驱动装置被配置为以转度(ω)驱动所述叶轮；
感测所述接收接口和所述出口接口的区域中的血液压差(Δp)；以及
至少基于感测到的血液的体积流量(Q)、感测到的所述血液压差(Δp)以及所述叶轮的转速(ω)或所述叶轮驱动装置的电功率输入Pel来确定血液粘度(η)。
16.根据权利要求15所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中确定所述粘度(η)包括基于与所述粘度(η)比较的所述体积流量(Q)与所述压差(Δp)之间的函数关系来确定所述粘度(η)。
17.根据权利要求15所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中确定所述粘度(η)包括使用查找表。
18.根据权利要求17所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中与所述粘度(η)比较的所述体积流量(Q)与所述压差(Δp)之间的关系被存储在所述查找表中。
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