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Diese
Erfindung betrifft die Bestimmung von Charakteristika bzw. Eigenschaften
für elektromagnetische
Inline-Fluidflusssonden
bzw. Durchflussaufnehmer und Transducer bzw. Wandler.
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Elektromagnetische
Inline-Fluidflusssonden und Transducer werden üblicherweise für nicht-invasives
Messen eines Fluidflusses verwendet.
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Die
US 5,398,552 offenbart eine
Anordnung zur Unterscheidung zwischen unterschiedlich großen Flussröhren, die
auf einer mechanischen oder elektrischen Anzeige der Röhrengröße basiert.
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Die
Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung
von Merkmalen bzw. Eigenschaften von elektromatischen Inline-Fluidflusssonden
und Transducern. Die Fähigkeit,
ein solches Merkmal bzw. eine solche Eigenschaft zu bestimmen, ermöglicht,
ein System auszugestalten, in dem ein einzelnes Flussmessgerät mit einer
Anzahl von Sonden verschiedener Eigenschaften bzw. Eigenarten verwendet
werden kann; durch Einarbeiten der Erfindung in das Flussmessgerät kann es
entscheiden, welche Art bzw. welcher Typ einer Flusssonde mit dem
Flussmessgerät
verbunden worden ist, und passt seinen Betrieb dementsprechend automatisch an.
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Gemäß einem
Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein System zur Unterscheidung
zwischen Typen von elektromagneti schen Inline-Fluidflusssonden bereit,
wobei das System einen Satz bzw. eine Menge von wenigstens zwei
elektromagnetischen Inlinefluidflusssonden aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass jede Sonde wenigstens ein optisches Merkmal mit einer optischen
Eigenschaft aufweist, die die Art dieses Elements von der Art eines
anderen Elements dieses Satzes unterscheidet; und einen Transducer
bzw. Wandler, der zur Aufnahme jedes Elements des Satzes bzw. der
Menge eingerichtet ist, wobei der Transducer zur Identifizierung
der Art der Sonde durch Feststellung der optischen Eigenschaft des
Merkmals eingerichtet ist.
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Gemäß einem
anderen Aspekt wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Art bzw.
eines Typs einer elektromagnetischen Inline-Fluidflusssonde bereitgestellt,
welche ein Element einer Menge bzw. eines Satzes von wenigstens
zwei Arten von elektromagnetischen Inline-Fluidflusssonden ist,
bei dem ein Transducer bzw. Wandler verwendet wird, der zur Aufnahme
jedes Elements der Menge geformt ist, wobei der Transducer wenigstens
ein Merkmal der aufgenommenen Sonde, die eine optische Eigenschaft
aufweist, die die Art dieses Elements von der Art irgendeines anderen
Elements der Menge unterscheidet, erfasst, um die Art der Sonde
zu identifizieren.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
werden nun lediglich beispielhaft mit Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben.
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1 ist
eine perspektivische Explosionsansicht einer elektromagnetischen
Flusssonde und eines Transducers gemäß dieser Erfindung.
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Die 2 und 3 sind
perspektivische Ansichten von zwei Ausführungsformen eines Satzes von
elektromagnetischen Flusssonden gemäß dieser Erfindung.
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4 ist
ein elektronisches Schema einer bevorzugten Mikrocontrollerarchitektur
für den
Transducer gemäß dieser
Erfindung.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Flusssonde 10 und
eines zugehörigen
Flusstransducers 100. Abgesehen von der nachstehenden Beschreibung
entsprechen die Sonde 10 und der Transducer 100 dem
Einsatz bzw. dem Flussmessgerät,
die im US Patent 5,325,728 (Zimmermann u.a.) gelehrt werden. Die
Grundsätze
der Erfindung können
in den Flusserkennungssystemen verkörpert werden, die in einem
der nachfolgenden gelehrt werden: US Patent 4,881,413 (Georgi u.a.),
US Patent 5,417,119 (Smoll), US Patent 4,195,515 (Smoll), US Patent 4,358,964
(Otsuka u.a.), US Patent 4,346,604 (Snook u.a.) und 5,450,758 (Smoll).
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Flussmesssysteme
der Arten, die in den oben erwähnten
Dokumenten offenbart sind, werden üblicherweise in kommerziellen
Herzperfusionssystemen verwendet, um die nicht-invasive Messung des
Blutflusses zu ermöglichen.
Z.B. sind für
einen erwachsenen Patienten die Medtronic Bio-Medicus Model 550 BioConsole
und die BP-80 Bio-Pumpe Zentrifugalpumpe ausgestaltet, um mit dem
Medtronic Modell DP38 Flusseinsatz und dem FS50 Flusstransducer
verwendet zu werden; auf ähnliche
Weise sind die Modell 550 BioConsole und die BP-50 Bio-Pumpe Zentrifugalpumpe
für einen
pediatrischen Patienten ausgestaltet, um mit dem Medtronic Modell DP38P
Flusseinsatz und dem FS50P Flusstransducer verwendet zu werden.
Die pediatrischen Modelle sind im wesentlichen identisch zu den
Modellen für die
Erwachsenen mit der Ausnahme von Veränderungen, die durch das reduzierte
Blutvolumen des pediatrischen Patienten vorgeschrieben werden. Die Beschriftung
bzw. Etikettierung und mechanische Merkmale bzw. Eigen schaften unterscheiden
die zwei Arten (Größen) der
Flusseinsätze
und Transducer.
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Die
Sonde 10 und der Transducer 100 dieser Erfindung
ermöglichen,
dass ein einzelnes bzw. einziges Modell des Transducers mehrere
Modelle von Sonden unterstützt,
einschließlich
der spezifischen Merkmale der automatischen Erkennung der Sondenart;
der automatischen Identifizierung der Sondenart durch den Ausrüstungsbediener;
des automatischen Protokollierens der Sondenart in eine geeignete
Form eines elektronischen Datenspeichers, um ein historisches Protokoll
und eine Analyse der Flusssondenverwendung zu ermöglichen
(z.B. ein Histogramm der Anzahl einer jeden Art einer Flusssonde, die
mit dem Transducer verwendet wurde, oder der Gesamtflusszeit einer
jeden solchen Art); und der automatischen Konfiguration des Transducers,
um die Parameter (z.B. Transducerverstärkung), die für die verwendete
Sondenart spezifisch sind, wiederzugeben. Der bevorzugte Parameter
für die
Sondenart ist die Patientart, d.h. erwachsen (Erwachsener) oder pädiatrisch
(Kind), aber die Erfindung schließt jeden geeigneten Parameter
ein, und die Erfindung ist insbesondere nicht auf die Parameter
beschränkt,
die nur zwei mögliche
Werte darstellen (nicht einschließlich des dritten, oder "Null"-wertes, was bedeutet, dass
keine Flusssonde vorhanden ist).
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Um
diese Merkmale bzw. Eigenschaften zu erreichen, weist die Flusssonde 10 ein
Merkmal auf, anhand dessen der Transducer 100 die Art der
Flusssonde erkennen kann. Im Allgemeinen ist jedes nicht-eisenhaltige
optische Merkmal, die von dem Transducer erfasst werden kann, möglich; eisenhaltige
Merkmale würden
eine elektromagnetische Erfassung erfordern, die mit den elektromagnetischen Prinzipien
störend
interferieren würde,
auf welchen der Fluidfluss gemessen wird. Jedes optische Merkmal,
welches einen Unterschied zwischen ansonsten identischen Flusssonden
anzeigt, ist akzeptabel. Beispiele schließen ein (sind aber nicht begrenzt
auf) Reflektivität,
Farbe, Modulation oder Phasenverschiebung. Optische Symbolerkennung
(einschließlich
optischer Buchstabenerkennung) kann ebenso verwendet werden.
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Das
bevorzugte Merkmal ist eine reflektierende Oberfläche, und
noch mehr bevorzugte Merkmale sind retroreflektierende Oberflächen und
Materialien wie z.B. teilweise silberbeschichtete Kugeln, die üblichen
Würfelecken-Retroreflektoren
und Variationen dieser Ausgestaltungen. Das reflektierende Merkmal
kann in die Flusssonde eingebaut werden, indem ein separates Material,
welches die reflektierende Oberfläche selbst trägt, an der
Flusssonde angebracht wird. Oder, das reflektierende Merkmal kann
physikalisch in das Flusssondenmaterial durch Guss, chemisches Ätzen, Laserschnitt
oder eine andere geeignete Oberflächenbehandlungsmethode, sei
sie chemische, mechanisch oder elektrischer Natur, eingebracht werden.
Und, wie im Stand der Technik bzgl. Retroreflektoren bekannt, kann
eine bestimmte Oberfläche
eines transparenten Materials retroreflektierend gemacht werden,
indem retroreflektierende Merkmale bzw. Eigenschaften in die Seite
des Materials, die der, welche das Licht zuerst streift, gegenüber liegt,
eingebracht werden.
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In
jeder Ausführungsform
der Erfindung, welche eine optisch basiertes Merkmal verwendet,
kann die Wellenlänge
im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Bereich des Spektrums
liegen. Der sichtbare Bereich ist bevorzugt, weil kostengünstige und
sichere Komponenten für
die Emission und Erkennung bzw. Detektion erhältlich sind. Zum Beispiel kann
der Emitter eine rotlichtemittierende Diode sein, die von der Firma
Hewlett-Packard unter der Teilenummer HLMP-6000-010 erhältlich ist.
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In
weiterer Bezugnahme auf 1, weist die Flusssonde 10 wenigstens
ein Merkmal 12 auf (angezeigt als auf der Unterseite der
Flusssonde 10 befindlich). Das Merkmal 12 passt
zu einem bzw. komplementiert einen Detektor 112, der in
dem Transducer 100 eingeschlossen ist. Wenn die Flusssonde 10 richtig
im Transducer 100 angeordnet ist, erkennt der Detektor 112 das
Vorhandensein oder Fehlen eines Merkmals 12 (oder alternativ,
er "liest" einen Wert, der
mit der spezifischen vorhandenen Eigenschaft korrespondiert). Der
Detektor 112 signalisiert dann dem Flusstransducer auf
geeignete Weise, um die Art der vorhandenen Flusssonde zu identifizieren. Bei
dieser wie bei allen Ausführungsformen
der Erfindung ist die Anzahl der Merkmale 12 vorzugsweise größer als
eins, obwohl alle derartigen Merkmale dieselbe Anzeige der Flusssondenart
darstellen. Mehrere redundante Merkmale können mehrere redundante Messungen
und daher Sicherheitsvorkehrungen gegen eine Falscherkennung bereitstellen.
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Die 2 und 3 zeigen
jeweils Ausführungsformen
der Erfindung, die für
einen Einbau in Systeme geeignet sind, die auf den Medtronic Bio-Medicus
Modellen DP38/38P (erwachsen/pädiatrisch)
Flusseinsätzen
und FS50/50P (erwachsen/pädiatrisch)
Flusstransducern basieren, ausgenommen wie unten beschrieben. Bei
jeder Ausführungsform ist
der bevorzugte Parameter, der durch das Merkmal angezeigt wird,
die Erwachsenen- oder pädiatrische bzw.
Kind-Identifikation der Flusssonde. Zumindest signalisiert der Detektor
dem Transducer, die Art der eingesetzten Sonde aufzuzeichnen und
daher die Signalverstärkung
anzupassen, um das unterschiedliche Fluidvolumen, das durch die
Flusssonde passiert, wiederzuspiegeln.
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Jede
der 2 und 3 zeigt die Flusssonde 12 aus 2 im
Vergleich zu einer physikalisch kompatiblen aber funktionell inkompatiblen Flusssonde 14.
Die Flusssonde 12 weist Merkmale an ihrer nordwestlichen
und südöstlichen
Ecke auf, wobei die Flussrichtungsachse 16 als Norden angenommen
wird. Die Flusssonde 14 weist Merkmale an ihrer nordöstlichen
und südwestlichen
Ecke auf, wobei wiederum die Flussrichtungsachse 16 als
Norden angenommen wird. Daher stellen die zwei Flusssonden gegenseitig
inkompatible Merkmalprofile für
den Satz von Detektoren innerhalb des Transducers 100 dar.
Die in den 2 und 3 gezeigten
Sonden erfordern jeweils das Einsetzen in den Transducer, so dass
die Merkmale in Richtung der Detektoren gerichtet sind; dies erzeugt
eine Flusssonde mit einer unterscheidbaren "Ober-" (betriebsbereit) und "Unter-" (kein Wert) Seite.
Die "Ober-"Seite ist in 3 gezeigt.
Eine noch mehr bevorzugte Ausführungsform
würde vier
redundante Merkmale auf jeder Sonde aufweisen, so dass die Sonde
in den Transducer in jeder bzw. irgendeiner Orientierung eingesetzt werden
könnte.
In dieser Ausführungsform
weist die Flusssonde 12 Merkmale an ihrer oberen nordwestlichen,
oberen südöstlichen,
unteren nordöstlichen und
unteren südwestlichen
Ecke auf, wobei wiederum die Flussrichtungsachse 16 als
Norden und die Seite, die in der Figur gezeigt wird, als oben angenommen
werden. In derselben Konvention weist die Flusssonde 14 Merkmale
an ihrer oberen nordöstlichen,
oberen südwestlichen,
unteren nordwestlichen und unteren südöstlichen Ecke auf. Die Verwendung dieser
Ausführungsformen
von Flusssonden erfordert, dass der Transducer vier Detektoren aufweist, einen
an jeder der nordwestlichen, nordöstlichen, südwestlichen und südöstlichen
Ecken. Der Satz von vier Detektoren kann entweder auf dem oberen
oder auf dem unteren Bereich des Transducers sein und ist immer
noch in der Lage, vollständig
zwischen den zwei Arten von Flusssonden zu unterscheiden, indem
beide der zwei Redundanten Detektoren für jeden Typ und gegenseitig
ausschließliche
Sätze von zwei
solcher Detektoren verwendet werden.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
der Erfindung, die noch mehr bevorzugt ist als die gemäß der 2.
Diese Ausführungsform
weist zusätzliche
mechanische Merkmale auf, die dazu ausgebildet sind, das Einsetzen
der Flusssonde mit diesem Merkmal in die existierenden Medtronic
Bio-Medicus Modelle FS50/50P (erwachsene/pädiatrisch) Flusstransducer zu
verhindern; diese Merkmale würden
jedoch nicht das Verwenden existierender Medtronic Bio-Medicus Modelle
DP38/38P (erwachsene/pädiatrisch)
Flusseinsätze
mit dem Transducer aus 3 verhindern. Eine solche "Einweg"-Kompatibilität (oder
Inkompatibilität,
abhängig
vom Standpunkt des Betrachters) ist in kommerziellen Ausführungsformen
für die
Qualitätskontrolle,
Bestandskontrolle und aus Regelungsgründen erwünscht. Die gleich numerierten
Merkmale sind dieselben wie jene in den 1 und 2.
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Die
Stifte 18 sind länger
als jene, die in den existierenden Modellen von Flusseinsätzen verwendet
werden, und daher sind die Stiftsensoren in dem Transducer (nicht
gezeigt) weiter von der Mittellinie des Flusseinsatzes entfernt
angeordnet. Wenn ein existierendes kommerzielles Modell einer Flusssonde
in den Transducer eingesetzt wird, werden die Stifte der existierenden
Flusssonde die neuen Stiftsensoren nicht erreichen, was eine "keine Sonde"-Abschaltung bzw.
Sperre bei dem existierenden Transducer auslöst. Die verlängerten
Stifte 18 der neuen Ausführungsform werden jedoch dennoch
in die Stiftsensoren auf der bestehenden Transducerausgestaltung
eingreifen. Die existierenden Transducer können die Flusssondenart unter
Verwendung des Merkmals 12 nicht bestimmen, so dass die
Auswahl der geeigneten Art der Sonde (und die zugehörige Einstellung
des Transducers) manuell erfolgen muss, wie es momentan der Fall
ist.
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4 ist
ein elektronisches Schema, das die Verwendung der Ausführungsform
gemäß der 3 in
einer bevorzugten Mikrocontrollerarchitektur zeigt. (funktionell äquivalente
analoge Komponenten und/oder Techniken können eine oder alle der gezeigten
funktionalen Komponenten ersetzen). Diese Architektur ist spezifisch
für die
Verwendung mit der Medtronic Bio-Medicus Bio-Pumpen Zentrifugalblutpumpe
(nicht gezeigt) ausgelegt.
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Signale
von den Stiftsensoren 41 stellen ein Flusssignal durch
einen isolierten Verstärkungsstufen-Verstärker 42 bereit,
der in den Transducer eingebaut ist. Dieser puffert die Low-Level-Signale
bzw. Signale mit niedrigem Niveau und stellt eine galvanische Isolationsbarriere
von dem Patienten bereit.
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Die
Ausgaben von jedem des einen oder der mehreren Detektoren 43 sind
Eingaben an einen Analog/Digital-Konverter 44, der mit
einem Mikrocontroller 45 gekoppelt ist. Das Mikrocontrollerprogramm erhält Umgebungslichtmessungen
von jedem Detektor 43, wenn keine Sonde vorhanden ist.
Wenn eine Sonde vorhanden ist, wechselt der Mikrocontroller 45 durch
alle Detektoren und verwendet die Differenz zwischen diesen Werten
und den Werten des Umgebungslichts, um eine Reflektivität zu bestimmen.
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Ein
geeigneter Algorithmus in dem Mikrocontroller 45 bestimmt
die Flusssondenart. Sobald der Mikrocontroller 45 auf diese
Weise verfahren hat, stellt er einen programmierbaren Verstärkungsverstärker (PGA) 46 auf
geeignete Weise ein. Soweit vorhanden, zeigt die optionale Bedieneranzeige 47 die
erkannte Flussart aus der Auswahl Fehlerbedingung (keine Flusssonde
vorhanden oder keine eindeutige Art einer Flusssonde erkannt), Erwachsenen-
bzw. erwachsene Art vorhanden und Kind- bzw. pädiatrische Art vorhanden.
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In
einer bevorzugten aber nicht notwendigen Ausführungsform werden mögliche Gefahren,
die aufgrund von Fehlern innerhalb des PGAs 46 auftreten
können,
durch die eingebaute Selbsttestschaltung (BIST) behandelt. Diese
weist einen Multiplexer 48 auf, der mit drei Spannungsquellen
verbunden ist. Die positive und die negative Referenzspannung 49A und 49B verifizieren
den Betrieb des PGAs 46 bei Signalen über bzw. unter Masse; die Massenreferenzquelle 49C verifiziert
die PGA-Leistungsfähigkeit
und ersetzt auch das Flusssignal, wenn keine Flusssonde erkannt
wird.
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Eine
magnetische (B-Feld) Treibspule 50 dreht die Pumpe (nicht
gezeigt) über
eine kontaktfreie Magnetkopplung, wodurch die Pumpengeschwindigkeit
und damit der Blutfluss gesteuert wird. Das Treibsignal für die Treibspule
treibt auch einen Generator 51, um den Mikrocontroller mit dem Flusssignal
zu synchronisieren. Dies stellt sicher, dass ein BIST-Test außerhalb
des Flussprobenfensters durchgeführt
wird. Daher können
Flusstransducer, die die Erfindung beinhalten, in bestehenden Transducern ohne
Modifizierung verwendet werden.
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Um
neue Transducer zu unterstützen,
wo es erwünscht
sein kann, um die Einsatzart der Konsole anzuzeigen und um weiterhin
eine Kompatibilität
mit existierenden Konsolen bereitzustellen, wird die BIST-Sequenz
gemäß der Flusssondenart
modifiziert. Diese Ausführungsform
extrahiert die BIST-Signalmodulation
auf dem Flusssignal, um den Flusstransducerstatus zu bestimmen.