JP6189427B2 - ホストシステムのための交換可能構成要素の超音波識別 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
[0002]この米国非仮特許出願は、その全体の内容が参照により本明細書に詳細に組み込まれる、「Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｐｌａｃｅａｂｌｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｆｏｒ Ｈｏｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ（ホストシステムのための交換可能構成要素の超音波識別）」と題する、２０１２年６月６日に出願された、米国仮特許出願第６１／６５６，３７６号の利益および優先権を主張する。

[0004]本発明は、超音波トランスデューサの分野に関し、より詳細には、識別のために使用される超音波トランスデューサに関する。

[0006]多くのホストシステムが、ホストシステムのレセプタクルによって保持される、交換可能構成要素を利用する。例としては、交換可能なミサイルまたは他の発射物を使用する軍用航空機、または患者への流体の送出を容易にするためのチューブセットを有するカセットを収容する医療用輸液ポンプを含む。ホストシステムには、交換可能な電池、メモリカードなどを収容する物品も含みうる。そのようなホストシステムの共通の特徴は、そのようなホストシステムが、協働する形状を有する交換可能構成要素を収容することをレセプタクルに可能にするように形状を定められたレセプタクルを含むことである。例えば、軍用航空機は、そのいずれも１０．１６ｃｍ（４インチ）チューブ用にサイズ決定されうる空対空ミサイルまたはロケット推進グレネードのいずれかを収容するための、直径１０．１６ｃｍ（４インチ）のミサイル発射チューブを有しうる。医療用輸液ポンプは、さまざまな直径またはサイズの、流体送出配管を保持するカセットを収容するように形状を定められうる。懐中電灯は、単３形、単４形、単２形、単１形などのさまざまなサイズの電池を収容するようにサイズ決定されうる。

[0007]ホストシステムは、ホストシステムのレセプタクル内の交換可能構成要素の存在またはタイプのいずれかに依存して、ホストシステムの機能性をも変えることが多い。例えば、医療用輸液ポンプに関し、配管カセットが検出されない場合、赤色灯を点滅させること、または可聴式のアラームを鳴らすことによってなどで、障害状態を示すことが希望されうる。

[0008]レセプタクルを有するホストシステムは、通常、何らかのやり方で、交換可能構成要素と相互作用する。交換可能構成要素が電池である場合、ホストシステムは、電池から電気エネルギを受け取ることができる。医療用輸液ポンプなどいくつかのホストシステムは、配管を通して流れる流体を監視するための超音波センサを介して配管カセット内の配管と相互作用する。軍用航空機は、ミサイルを発射すること、および航空機により保持されるミサイルの特定のタイプについての情報を読むことにより、ミサイルなどの交換可能構成要素と相互作用しうる。

[0009]交換可能構成要素の存在または不在を検出することに加えて、ホストシステムにより保持される交換可能構成要素についての情報を得ることが、ときどき望ましい。交換可能構成要素について取得することが望ましい場合がある情報のタイプは、交換可能構成要素の動作特性（サイズ、電力など）または交換可能構成要素の真正度、すなわち、交換可能構成要素が本物であるか偽物であるかに関する情報でありうる。これは、医療用輸液ポンプなどの、高度に特殊化されたホストシステムについて設計された交換可能構成要素にとって、特に重要である。例えば、医療用輸液ポンプ用の配管カセットの性能は、厳格な許容範囲および標準に、配管カセットが順守することに依存する。残念ながら、構成要素の性能にわずかな注意しか払わず、ホストシステム内に取り付けるために構成要素がサイズ決定されることを確実に行うことにのみ注意を払う他の会社により、不十分な品質の交換構成要素がしばしば製造される。

[00010]本開示は、ホストシステムのために、交換可能構成要素の存在を検出し、かつ／または交換可能構成要素についての情報を取得する、超音波トランスデューサを有するホストシステムに向けられる。

[00011]例えば、軍用航空機は、速射のためポッド内に格納されるロケットで武装されうる。各ポッドは、７から１９個のロケットを搬送しうる。ロケットは、極度のストレス下、または夜に、または悪天候で、または戦闘に従事する運搬機もしくは他の船の上で装填されうるので、人手による在庫管理は可能でない、または正確でない可能性がある。したがって、パイロットは、いくつかの可能な弾頭タイプのうちのどれが、発砲することが可能であるのか知らない可能性がある。

[00012]航空機の発射チューブ内の弾頭を識別するための、さまざまな光学的または電磁的なシステムが評価されてきた。そのようなシステムは、特に、軍用航空機の、高いストレス、高温、狭い空間状況下で、信頼できないことが判明した。

[00013]したがって、パイロットに、彼らの航空機の発射チューブ内に何のロケットが装填されているのか、コックピットから決定することを可能にするデバイスおよび方法についての必要がある。本発明は、その必要に対処する。

[00014]同様に、医療用輸液ポンプが、ポンプにより保持されることが可能な配管カセットの存在および特性を確認することができる必要がある。

[00016]ホストシステムの交換構成要素を識別するための、システム、デバイス、および方法が現在開示される。

[00017]１つのシステム、デバイス、および方法は、以下を含む。
（ａ）交換可能構成要素の面上に、溝のパターンを設けるステップであって、溝のパターンが、交換可能構成要素または交換可能構成要素の特性を識別する識別コードに関連する、ステップ。
（ｂ）交換可能構成要素をホストシステムのレセプタクル内に配置するステップ。
（ｃ）ホストシステム上に圧電トランスデューサを設けるステップ。
（ｄ）圧電トランスデューサから溝のパターンに超音波を放出するステップであって、波が溝のパターンに９０°未満の角度で出会い、そのため、溝の内側に当たる波がエコー波としてトランスデューサに戻して反射され、一方、溝の内側に当たらない波がトランスデューサから離れて反射される、ステップ。
（ｅ）交換可能構成要素上の溝のパターンにより示される識別コードを決定するために、戻るエコー波のパターンを読み取るステップ。

[00018]本発明の別の実施形態は、以下を含む。
（ａ）それらの間に間隙を有する圧電送信器および圧電受信器を備える、ホストシステムの交換可能構成要素レセプタクルを設けるステップであって、交換可能構成要素がレセプタクルにより収容されると、間隙間にある要素を有する交換可能構成要素を収容するように、交換可能構成要素レセプタクルが形状を定められるステップ。
（ｂ）超音波信号を圧電送信器から放出するステップ。
（ｃ）放出された超音波信号が圧電受信器によって受信されたかどうかを検出するステップ。

[00019]本発明の別の実施形態は、以下を含む。
（ａ）ホストシステムのための交換可能構成要素。
（ｂ）ここで、ホストシステムが以下を含む。

（１）レセプタクル。

（２）圧電送信器、およびそれらの間に間隙を形成するように圧電送信器から離間された圧電受信器。
（ｃ）ここで、交換可能構成要素がレセプタクル内に挿入されると、圧電送信器と圧電受信器の間の超音波経路を完成するように交換可能構成要素が形状を定められる。
（ｄ）超音波信号を圧電送信器から放出するステップ。
（ｅ）交換可能構成要素がレセプタクル内に収容されているかどうかを確認するため、放出された超音波信号が圧電受信器によって受信されたかどうかを検出するステップ。

[00020]本発明の別の実施形態は、以下を含む。
（ａ）レセプタクルにより収容される交換可能構成要素へ超音波信号を伝送するように位置決めされる圧電トランスデューサを有するホストシステムの交換可能構成要素レセプタクルを設けるステップであって、交換可能構成要素が、圧電トランスデューサにより伝送される超音波信号を、圧電トランスデューサに戻るように反射させるように配向される面を有する、ステップ。
（ｂ）超音波信号を圧電トランスデューサから放出するステップ。
（ｃ）交換可能構成要素の存在またはタイプまたは特性を決定するため、反射された超音波信号の存在または不在を検出するステップ。

[00022]従来技術の医療用ＩＶ配管セットの平面図である。 [00023]図１の従来技術の医療用ＩＶ配管セットの従来技術の配管カセットの平面図である。 [00024]図１の従来技術の医療用ＩＶ配管セットで使用するための、従来技術の医療用ポンプ／ホストシステム、特に、その、従来技術の配管カセットの平面図である。 [00025]図４Ａは従来技術の単一チューブポンプ構成の図である。 図４Ｂは従来技術の単一チューブポンプ構成の図である。 図４Ｃは従来技術の単一チューブポンプ構成の図である。 [00026]図５Ａは本発明の実施形態の図である。 [00027]図５Ｂは図５Ａの溝のパターンの、戻るエコーのパターンの図である。 [00028]本発明の実施形態で使用されうる代替の溝の形状の図である。 [00029]本発明の実施形態で使用されうる別の代替の溝の形状の図である。 [00030]図８Ａはホストシステムが空隙を生成するためエラストマ構成要素を使用する、本発明の実施形態の図である。 [00031]図８Ｂは交換可能構成要素（カセット）のキー状の特徴を収容する準備ができており、超音波送信器から送信されるが空隙のために超音波受信器により受信されない超音波信号を示す、図８Ａの実施形態の図である。 [00032]図８Ｃは交換構成要素を収容しており、超音波受信器が、エラストマ構成要素および空隙を満たすカセットキーを通して伝送される超音波信号を受信することができる、図８Ａの実施形態の図である。 [00033]図９Ａはホストシステムが空隙を生成するために、湾曲したエラストマ構成要素を使用する、本発明の実施形態の図である。 [00034]図９Ｂは超音波送信器からの超音波信号が、空隙に起因して超音波受信器に到達しない、図９Ａの実施形態の図である。 [00035]図９Ｃは交換構成要素を収容しており、超音波受信器が、エラストマ構成要素および空隙を満たすカセットキーを通して伝送される超音波信号を受信することができる、図９Ａの実施形態の図である。 [00036]図１０Ａはエラストマの連続的な経路が超音波送信器と超音波受信器の間に使用され、連続的な経路が、超音波送信器および超音波受信器から伝送される超音波信号にとっての信号の経路を提供し、交換可能構成要素（例えば、キー状にされたカセット）がその中に挿入されていないことを示す、本発明の別の実施形態の図である。 [00037]図１０Ｂは図１０Ａの実施形態に関し、超音波信号が超音波送信器から超音波受信器に進むときに、キー状にされたカセット（交換構成要素）が挿入されていない、超音波信号のグラフである。 [00038]図１０Ｃはキー状にされたカセットがその中に挿入されており、キー状にされたカセットのキーがエラストマを変形させ、超音波送信器により放出された超音波信号が超音波受信器に到達するのを阻止して、カセットがないことを示す、図１０Ａの実施形態の図である。 [00039]図１０Ｄはキーまたはキー状にされたカセット（交換可能構成要素）によるエラストマ部の変形によって超音波信号が阻止され、そのため、超音波信号が超音波受信器に到達しないことを示す、超音波信号のグラフである。 [00040]図１１Ａはエラストマを通した超音波信号の伝送途中で、エラストマが途絶物をもともともたらすように構成されており、キー状にされたカセット（交換可能カセット）が、エラストマ内へ挿入する準備ができていることを示す、本発明の別の実施形態の図である。 [00041]図１１Ｂはカセットキーがエラストマを変形させて、超音波信号がエラストマを通って、一方の側（送信側）から他方の側（受信側）に通過することを可能にする、キー状にされたカセット（交換可能構成要素）が構成されたエラストマ（ホスト）内に受け入れられる状態の図である。 [00042]本原理（すなわち、交換可能構成要素）による、特に、液体のチューブ状送出（例えば、医療用ＩＶポンプシステム）に関する、特徴（例えば、キー）を有するカセットの存在または不在を検出するためのシステムの概略図である。 [00043]さまざまな組合せが交換可能構成要素に関連するデータのコードを含みうる、複数の組のトランスデューサ（送信器−受信器）対、特に２組のトランスデューサ対を使用する概念を図示する図表である。 [00044]異なるカセットを識別するために材料を通る音の異なる速度（速さ）をもたらす材料の特徴を有する交換可能構成要素について、超音波送信器と超音波受信器の間の超音波信号の進行時間が測定される、本発明の別の実施形態および関連するグラフを提供する図である。 [00045]超音波信号を伝送するため、および超音波の反射を聞くための両方に同じ超音波トランスデューサが使用される、本発明の別の実施形態の図である。 [00046]交換可能構成要素の特性および／またはモデル／シリアル番号をエンコードするための、離間された反射面の配列の図である。 [00047]交換可能構成要素の特性および／またはモデル／シリアル番号をエンコードするための、離間された反射面の配列のさらなる図である。 [00048]面が、超音波トランスデューサ（送信器、受信器、または両方）で構成されるフランジを規定して、伝送され反射された超音波信号を提供する、さまざまな寸法の面を有し、一意の超音波波形のシグナチャを提供する交換可能構成要素の例示的な実施形態の図である。

[00049]同様の参照番号は、いくつかの図面を通して同じまたは類似の部分を示す。

[00051]本発明の原理の理解を促進するために、ここで、特定の好ましい実施形態への参照がなされることになり、特定の好ましい実施形態を記載するために、特定の言葉が使用されることになる。それにもかかわらず、それによって本発明の範囲の限定は意図されておらず、説明されるデバイスのそのような変更およびさらなる修正、ならびにその中に説明されるような本発明の原理のそのようなさらなる応用は、本発明が関係する技術分野の当業者に自然に思いつくものとして企図されることが理解されよう。現在開示されるのは、航空機のロケット発射チューブ内に装填された軍用の弾頭などの物体の面上に機械加工、刻印、または他の方法で形成された、識別（ＩＤ）コードパターンを検出するためのデバイスおよび方法である。好ましくは、単一の超音波トランスデューサが、ＩＤパターンに対して実質的に固定された位置に設けられ、超音波がパターンに対してパルス放出される。戻るエコー波が受信されて読み取られ、物体上のＩＤパターンを決定する。

[00052]典型的なパターンは、知られている、反復するスペースを有する１組の平行な溝を含みうる。各スペースの区間に、溝が存在しても、しなくてもよい。例えば、溝の存在は、数字「１」に関連付けされてよく、溝の不在は、数字「０」に関連付けされてよい。溝のパターンは、こうしてそのやり方で、簡単な２進数を表すことができる。

[00053]２進数は、超音波の短いパルスを使用して検出されうる。これを達成するため、トランスデューサは、トランスデューサからのパルスが、パターンの上方から適切な角度でパターンに当たるように配向される。パターンの平面で、超音波は溝に垂直に当たる。溝の外形は、溝に当たる超音波がトランスデューサに戻して反射されるようなものである。溝が存在しない場合、超音波は、トランスデューサから離れて反射されることになる。

[00054]パターンから戻るエコーは、時間で分けられており、徐々に遠くなる溝からのエコーは、徐々に遅れた時間で戻る。戻るエコーを時間でゲートをかけることにより、簡単な２進数またはコードを導出することができる。

[00055]本発明の１つの利点は、ロケットがポッド内に装填された後に、軍のパイロットが目録を迅速に生成し、目録をコンピュータに自動的に記憶するやり方を本発明が提供することである。乗組員のメンバーのだれも、時間のかかる、ロケットの人手による目録化をする必要がない。

[00056]システムが簡単なことも利点である。全ての弾頭が同様にサイズ決定される場合、弾頭のＩＤタグを読み取るために、ただ１つの単一要素超音波トランスデューサが要求される。加えて、トランスデューサ毎に、ただ１つの同軸ケーブルが要求される。異なる長さのロケットが装填されうる実施形態では、ポッド内の各チューブは、異なる長さのロケットを受け入れるために２つ以上のトランスデューサを要求しうる。このことは、各弾頭用にトランスデューサの配列が使用されるシステムと対照をなす。その場合、より多くのトランスデューサおよびケーブルが要求されうる。

[00057]図５Ａは、本発明のデバイスの実施形態を示す。図５Ａでは、溝５９は、識別される物体の面に垂直にカットされ、図示される溝は、「矩形」または「箱形カット」形状を有する。

[00058]図５Ａの溝のパターン５８は、「開始」基準溝（ＲＥＦ_Ｓ）で始まり、「終了」基準溝（ＲＥＦ_Ｅ）で終了する。「開始」および「終了」基準溝は、それぞれパターンが始まることおよび終了することをＩＤ読取器に表す。したがって、「開始」基準溝と「終了」基準溝の間の溝は、読取器によって、識別情報を含むと理解される。

[00059]上に議論したように、超音波ビーム／信号６１が溝５９をある角度で交差するように、トランスデューサ６０が面の上方に、ある角度で位置決めされる。溝に入るビーム／波は、トランスデューサに戻して反射され（６２）、一方、溝に入らないビーム／溝は、離れて反射される。最も近い溝から戻して反射される超音波の移動時間はより短く、一方さらに離れた溝から戻して反射される超音波の移動時間はわずかに長い。

[00060]溝が存在しない場合、その領域でパターンに当たる超音波は、トランスデューサ６０から離れて偏向される。溝５９が存在する場合、超音波は、入射波と同じ角度でトランスデューサ６０に戻して反射される。

[00061]したがって、戻るエコーのパターンおよび示される溝のパターンについての２進数（０１０１１）を図５Ｂが示すことが、理解されうる。励振パルス６１は、開始基準反射／エコー６２、および反射／エコー６３、６４、６５および終了基準信号６６が２進数（０１０１１）を形成するのをトリガする。

[00062]溝の外形は、性能を高めるために修正されうる。入射波の角度および方向が知られている場合、溝は、図６または図７に示されるように修正されうる。

[00063]図６は、本発明の他の実施形態で使用されうる代替の溝の形状７０を示す。図６では、各溝７０の先行する面は、物体の面に垂直ではなく、「カットされて」または角度が付けられている。入ってくる超音波信号７１は、溝の形状７０により反射され、超音波反射７２をもたらす。

[00064]図７は、本発明の他の実施形態で使用されうる別の代替の溝の形状７４を示す。図７では、図５Ａの３面の「箱状」溝の代わりに、２面の「傾斜した」または角度を付けた溝７４が使用される。「傾斜した」または角度を付けた溝７４は、溝７４の存在または不在を表すために、伝送された超音波７５に応答して、超音波７６をトランスデューサに戻して反射するのに、依然として有効である。

[00065]好ましい実施形態では、各トランスデューサは、読み取られる物体の面から、固定かつ知られた距離に設けられる。例えば、約６．３５ｃｍ（約２．５インチ）の距離は、今日までの試験で有効であった。他の実施形態では、各トランスデューサは、物体から変動する距離に設けられてよく、好ましくは距離は、狭い距離範囲内にある。

[00066]同様に、好ましい実施形態では、各トランスデューサは、読み取られる物体の面に対し、固定かつ知られた角度で設けられる。溝と出会わない波をトランスデューサから離れて反射させるという所望の効果を確実にするために、９０°よりもだいぶ小さい角度が図５Ａの例では示されている。図示された実施形態では、ビームが進行する面から（すなわち、図５Ａの左から）測定したとき、角度は、約４５°である。構成、コード内の溝の間隔、およびトランスデューサと溝の間の距離に依存して、３０°と６０°の間の角度が他の実施形態で使用されうる。９０°に近い角度も使用されうる。いくつかの実施形態では、トランスデューサは、８０°未満、好ましくは７０°未満の角度で溝の掘られた面に当たるビームを提供する。

[00067]以前に示したように、溝のパターンは、終了溝との間の固定の区間に生じる、または生じないのいずれかの追加の溝とともに存在する、「開始」溝および「停止」溝を有するように選択される。これは、温度で、圧力で、または入射する空気の流れにより乱されると、エコー時間間隔が大きく変化することを可能にする。デジタル化されたエコーは、コンピュータによって処理され、乱されたまたは変化したエコーの到着を時間整合されてよく、次いで、経時的に平均され、堅牢な識別のために、高い信号対ノイズ比を提供することができる。

[00068]溝のパターンは、溝を設けるのに有効な任意の方法によって、識別される物体の面に設けられうる。例えば、レーザエッチングが使用されうる。約０．６３５ｍｍ（約０．０２５インチ）の溝の深さが、示される例では首尾よく試されたが、これは、特定の応用例の必要性に依存して、より小さく、または著しく大きくてよい。

[00069]溝のパターンは、溝が設けられている物体、または物体の任意の特性または特徴を識別するために使用されうる。例えば、溝は、弾頭のタイプもしくはモデル、または弾頭の任意の特徴もしくは特性を識別するために使用されうる。上記を実装する方法、デバイス、システムに関する完全な議論に関し、その全体の内容が参照により本明細書に詳細に組み込まれる、２０１２年７月１９日の米国特許公開第２０１２／０１８２８３３（Ａ１）号が参照される。

[00070]記載された応用例は、空気中での動作用であるが、本発明は、掘削する泥または原子炉の冷却剤（液化ナトリウムまたは鉛ビスマス共晶混合物）など、他の媒体中でも使用されうる。本発明は、接触モードでも効果的に採用されうる。

[00071]いくつかの好ましい実施形態では、デバイス内で使用されるトランスデューサは、空気と複合要素の間で良好な中間インピーダンス整合である前面を有する。さらに、いくつかの実施形態では、この前面が熱および炎の熱風に耐性があることが好ましい。これらの属性は、デバイスが、軍用航空機から発射されるミサイルまたはロケットを識別するのに使用されるとき、特に有益である。

[00072]想定される可能性のある他の応用例は、中でも以下である。
・ セキュリティシステム。特に、ＩＤタグパターンが隠されなければならないもの。必要なら、タグは、パターンの後側から読み取られうる。
・ 掘削する泥が物体を視覚的に見えにくくする、穴掘り用途。
・ 液体金属で冷却される原子炉内の燃料組立体の識別。不透明の冷却剤は、燃料組立体ならびに全ての他の内部構成要素の可視化を妨げる。超音波画像化は、燃料組立体取扱ソケットの視覚画像からＩＤ番号を読み取るために使用されうる。それは、燃料ハンドラ上の「クリッカ」により読み取られる、ソケットの縁部に機械加工される２進コードによりバックアップされうる。
・ 限定するものではないが、ＩＶまたは一体型輸液ポンプを含む、医療用デバイスのための交換可能構成要素の真正度を識別する。
・ 交換可能構成要素と超音波を介して相互作用するホストシステムのための交換可能構成要素の真正度を識別する。

[00073]本発明の別の実施形態では、真正の使い捨て構成要素が存在することには、カセットの特徴との超音波結合を可能にし、したがって超音波の使用によってカセットの低コストの検出を可能にする、柔軟なエラストマの接触媒質材料の使用を含む。図１には、典型的な従来技術の医療用ＩＶ配管セット２０が示される。配管セット２０は、典型的には、投与される液体薬物を含むＩＶバッグ２１、配管カセット部２２、バッグ２１を配管カセット部２２に接続する第１のチューブ２３、投与部片２５を配管カセット部２２に接続する第２のチューブ２４を含む。配管カセット部２２は、交換可能構成要素である。

[00074]配管カセット部２２は、図２により詳細に示される。配管カセット部２２は、第１の配管２３に取り付けられるインレット２８および第２の配管２４に取り付けられるアウトレット２７を含み、インレット２８およびアウトレット２７は、第１の構成要素３０内に作られる。インレット２８は、第２の構成要素２６の中およびループチューブ２９の中に延在する、第１の接続チューブ３２と連通する。ループチューブ２９は、第２の構成要素２６を介して第２の接続チューブ３１と連通する。第２の接続チューブ３１は、第１の構成要素３０を介してアウトレット２７と連通する。カセット部２２は、交換可能構成要素を実現する。プラスチックカセット部２２は、ポンプのレセプタクルにより収容され保持されるように形状を定められる。

[00075]カセット部２２用のレセプタクルを有する代表的なポンプ／ホストシステム３４が図３に示される。ポンプ３４の中に保持されると、１対の突起３７、３８が、ポンプ３４から配管の部分の両側に延在する。任意選択で、これらの突起３７、３８がそれぞれ超音波送信器および受信器を含み、配管を通って流れる液体に関する情報を取得しうる。いくつかの場合、下にさらに記載されるように、ポンプが、２対の延在する突起３６、３９を有してよく、そのため、ループの各側の流体が監視されうる。

[00076]本発明の一実施形態では、柔軟なエラストマ材料が、超音波送信器と超音波受信器の間に、特定のサイズおよび形状の狭い間隙を開けて、輸液ポンプ上に成形される。整合する機械的な特徴を有する好適な配管カセットがポンプ内に設置されると、特徴が音響経路を完成させる。柔軟なエラストマは、音響結合を確実にする。図８Ａから図８Ｃは、この概念を図示しており、送信器（ＸＭＩＴ）および受信器（ＲＣＶ）トランスデューサは、ホスト輸液ポンプのレセプタクルの一部を形成する。

[00077]このシステムは、トランスデューサおよびエラストマ構成要素が、ホストシステムで含まれることを可能にする。ホストシステムは、通常交換可能構成要素よりも高価であるので、交換構成要素のためのコストは、最小に保たれうる。

[00078]本システムは、既存のポンプに後付けされうる。なぜならば、中央のトランスデューサ間のエラストマのみが追加される必要があるからである。例えば、図８Ａから図８Ｃにおいて、レセプタクルの（基部３０１から延在する）チューブローブ対３０３、３０４および３０７、３０８の、上向きに突き出ている各ローブ３０４、３０８は、超音波トランスデューサを含む。配管の１つの部分は、ローブ３０３、３０４の左の対の間に、それにより形成される間隙３０２の中に配置され、配管の異なる部分は、ローブ３０７、３０８の右の対の間に、それらにより形成される間隙３０６の中に配置される。配管カセットの通常の監視の期間に、トランスデューサの各対は、配管および／または配管内を流れる流体の特性を超音波で検出する。しかし、２つの中央のトランスデューサ、ＸＭＩＴ、ＲＣＶは、交換可能カセットを検出するための別個に作動されうる。例えば、製造業者は、エラストマ構成要素３１０ａと３１０ｂの間に適合する、下向きに突き出たプラスチックキー３５１を有する高品質配管カセット３５０を販売し始めてよい。より旧式の、低品質カセットは、このキーを有さないが、レセプタクルにより依然として保持されうる。（波３２０により表される）完成した超音波回路がホストポンプにより検出される場合、認可された高品質カセットが、ホストポンプで使用されていることが推定されうる。超音波回路が検出されない場合、配管カセットが完全に欠落していること、または低品質カセットが使用されていることのいずれかが推測され、障害通知が生成されうる。

[00079]開示された設計が既存のＡＩＬポンプに後付けされうることが、理解されよう。例えば、トランスデューサの中央の対間の、超音波または信号の伝送／検出は、単に、トランスデューサを駆動するために使用されるソフトウェアを変更し、結果として生じる受信波形を読み取ることにより達成されうる。ホストポンプレセプタクルは、適切な形状のエラストマ要素を設けること、およびエラストマ要素を突き出た突起に粘着性で付着させることにより、エラストマで後付けされうる。

[00080]別の実施形態は、指定された対合する特徴を有するカセットにより相互作用されるときにのみ使用可能にされる、自己含有される音響経路を作るために、湾曲したエラストマ形状および超音波の指向性の性質を使用する。例えば、図９Ａから図９Ｃに示される実施形態において、音響経路は、エラストマ３３０の湾曲により形成される空気間隙３３３のために使用不能である。

[00081]交換可能構成要素３５０が挿入されると、交換可能構成要素３５０のキー３５１がエラストマ３３０を変形し、それにより、送信器ＸＭＩＴと受信器ＲＣＶの間の音響経路３４０を形成する。

[00082]図１０Ａから図１０Ｄに描かれる別の実施形態では、交換可能構成要素（例えば、カセット）が存在しないとき、送信器８１（ＸＭＩＴ）と受信器８２（ＲＣＶＥ）の間に、エラストマ８０の連続する経路が存在しうる（図１０Ａ）。しかし、交換可能構成要素（カセット）８４のキー８５は、超音波を伝送しない材料から構成され、エラストマ８０が超音波経路としてのエラストマ８０の効果を失うような薄いレベル８３にエラストマ８０を押しつぶすように形状を定められうる（図１０Ｃ）。

[00083]この場合、交換可能構成要素の不在（図１０Ａ）は、受信した超音波信号の存在により表され（図１０Ｂ）、交換可能構成要素の存在（図１０Ｃ）は、超音波信号の不在により表される（図１０Ｄ）。

[00084]図１１Ａから図１１Ｂに描かれる別の実施形態は、キー８７の存在または不在が、超音波経路の所望の存在または不在をもたらすように、エラストマ材料９０およびカセット（交換可能構成要素）８６のキー８７を形成することである。図１１Ａは、***の間の２つの超音波信号の途絶構成物を有するエラストマ９０を描く。超音波信号の途絶構成物は、伝送された超音波信号が、エラストマ９０の別の側に到達させない。こうして、システムは、（図示されない、受信用超音波トランスデューサを含む）エラストマ９０の端部に超音波信号が到達しないので、カセットが設置されていないことがわかる。図１１Ｂに描かれるように、カセット８６がエラストマ９０に対して挿入されると、キー８７は、エラストマ９０の***を圧縮する。***の圧縮が、途絶の特徴を非途絶モードであるようにさせ、それにより、超音波信号８８をエラストマ９０の端部に到達させる。こうして、システムは、（図示されない、受信用超音波トランスデューサを含む）エラストマ９０の端部に超音波信号が到達するので、カセットが設置されていることがわかる。

[00085]デュアルチューブシステム用の交換可能構成要素（例えば、カセット）の存在または不在を検出するため、および追加で、配管／ライン内の空気（ＡＩＬ）が存在するかどうかを決定するための、システム９５の概略図が図１２に示される。システム９５は、超音波送信器９６を有する第１のライン内空気読取器ＡＩＬ１、およびＡＩＬ１のために受信器として機能する超音波トランスデューサ９７を含む。チューブは、送信器／受信器対９６、９７間に位置して示される。システム９５は、ＡＩＬ２のために送信器として機能する超音波トランスデューサ９８を有する第２のライン内空気読取器ＡＩＬ２、および超音波受信器９９をさらに含む。チューブは、送信器／受信器対９８、９９間に位置して示される。信号検出器１０２は、受信器９７からの信号を受信し、チューブ内の空気の存在または不在を決定するための信号を処理する。チューブ／ライン内の空気の量も決定されうる。信号検出器１０２は、受信器９９からの信号も受信し、チューブ内の空気の存在または不在を決定するための信号を処理する。チューブ／ライン内の空気の量も決定されうる。システム９５は、設置されたカセット／カセットの特徴（交換可能構成要素）１００が存在するかどうかも決定する。カセットが設置されているか設置されていないか（交換可能構成要素の存在または不在）に依存して、受信器９８により受信されうる、または受信されえない信号をトランスデューサ９７は伝送する。信号検出器１０２は、信号を処理し、カセットの存在または不在を決定する。

[00086]最も左のトランスデューサ９７および最も右のトランスデューサ９８は、こうして、超音波を伝送するように構成される。第２のトランスデューサは、超音波を受信するまたは伝送するかのいずれかを行うように構成されうる。チューブ／カセット検出モードの期間、第２のトランスデューサは、受信器としての役割を果たす。カセット検出モードでは、第２のトランスデューサは、送信器として動作し、その信号は、第３のトランスデューサにより受信される。全ての受信信号は、ホストシステム０５の信号検出器１０２により処理される。したがって、トランスデューサは、チューブ内の流体を検出すること、ならびに配管カセット／交換可能構成要素の検出および／または識別をすることの両方で動作することが理解されよう。エラストマの接触媒質の代替は、変形可能な流体が満たされた容器でありうる。

[00087]本議論および図は、配管カセットが２本のチューブを収容する、ホストシステムのレセプタクル構成要素を示すが、いくつかのポンプは、単一のチューブのみを利用し、したがってただ２つの突き出た突起を有するカセットとともに動作する。これらのポンプの例は、図４Ａから図４Ｃに提供される。図４Ａは、突起４２ａ、４２ｂの単一の対が基部４１から延在して、チューブ収容区域４３を規定する構成４０を示す。図４Ｂは、突起４８ａ、４８ｂの単一の対が基部４７から延在して、チューブ収容区域４９を規定する構成４６を示す。図４Ｃは、突起５３ａ、５３ｂの単一の対が基部５１から延在して、チューブ収容区域５２を規定する構成５０を示す。

[00088]図４Ａから図４Ｃに描かれるような、そうした従来技術のレセプタクルは、圧電トランスデューサを含む第３の突起、および第２の突起と第３の突起の間の対応するエラストマを追加するように修正されうる。エラストマを含むそのような実施形態では、超音波信号／波は、一般的に１ＭＨｚ〜６ＭＨｚの範囲内でありうる。この範囲外の周波数も機能するが、２．５ＭＨｚが好適である。

[00089]別の実施形態では、トランスデューサ対の複数の組が設けられてよく、交換可能構成要素からの延在するキーのさまざまな組合せが設けられうる。これは、突起の数および配置が、交換可能構成要素のモデル番号またはシリアル番号（または他のデータ）が識別されることを可能にするコードを構築することを可能にする。例えば、４組の、以下のトランスデューサ対が以下のように設けられてよく、この視点では、本質的に前から後に積み重ねられ、本明細書では、１、２、３、および４と識別される。

[00090]交換可能構成要素が存在しない場合、エラストマを押圧するキーは存在せず、そのため、４つの対のいずれも超音波信号を受信しない。これは、４つの対について、０、０、０、０の論理読取値をもたらすことになる。異なる交換可能構成要素のタイプは、突き出たキーの異なる組合せを有しうる。例えば、０．３１７５ｃｍ（１／８インチ）の配管を有する配管カセットは位置１に突起を有してよく、０．６３５ｃｍ（１／４インチ）の配管は位置２に突起を有してよく、０．９５２５ｃｍ（３／８インチ）の配管は位置１および位置２、などである。識別可能な数の組合せは、２^ｎとなり、ここでｎは、トランスデューサ対の数である。例えば、１６対が使用される場合、６５，５３６個の変化が可能である。交換可能構成要素の数に依存して、これは、単なるモデル番号またはサイズではなく一意のシリアル番号を表すための、交換可能構成要素に組み込まれる、キーの特定の組合せを可能にしうる。

[00091]単に２対のトランスデューサ、送信器および受信器（Ｘ０、Ｒ０およびＸ１、Ｒ１）のこうした概念を示す図表１１０が図１３に示される。図表１１０に示されるように、第１のトランスデューサ対Ｘ０、Ｒ０およびＸ１、Ｒ１の両方が信号を受信しないとき（１１１）、カセットは設置されていない。第１のトランスデューサ対Ｘ０、Ｒ０が信号を受信するが、第２のトランスデューサ対Ｘ１、Ｒ１が信号を受信しない場合（１１２）、カセット番号１が設置されている。第１のトランスデューサ対Ｘ０、Ｒ０が信号を受信しないが、第２のトランスデューサ対Ｘ１、Ｒ１が信号を受信する場合（１１３）、カセット番号２が設置されている。第１のトランスデューサ対Ｘ０、Ｒ０が信号を受信し、かつ第２のトランスデューサ対Ｘ１、Ｒ１が信号を受信する場合（１１４）、カセット番号３が設置されている。

[00092]交換可能構成要素を識別する代替の方法は、チューブセットを識別するために使用されうる、超音波のエネルギの変化するレベルを伝送する、交換可能構成要素のキーまたは機械的特徴を有することである。例えば、超音波エネルギの１００％を確実に伝送する材料から構成されるキーが、交換可能構成要素の１つのバージョンまたはサイズを表しうる。キーがエネルギの７５％の伝送を伝送する場合、キーは、交換可能構成要素の第２のバージョンを表しうる、などである。これらの変化は、キーを構成するのに使用されるプラスチックのタイプ、または、キーが異なる程度にエラストマ材料を圧縮させる、キーの高さを選択することにより達成されうる。さらに、異なるレベルのエネルギの伝送を可能にする、キー／エラストマの組合せのアイデアは、複数の対のトランスデューサを有するという上記の概念と組み合わせて、交換可能構成要素の別個に識別可能なタイプの数を増加させることができる。

[00093]加えて、超音波に関して異なる音速（速度）を有する異なる材料のキーが、異なるタイプの交換可能構成要素間で区別をするのにも使用されうる。本発明の別の実施形態１１８および関連する伝送および受信のグラフを描く、この概念が図１４に示されており、異なるカセットを識別するために、材料を通る音の異なる速度（速さ）をもたらす材料の特徴１２０を有する交換可能構成要素１１９に関して、超音波送信器１２１と超音波受信器１２３の間を超音波信号が移動する時間が測定される。デバイスは、別個のエラストマ１２２、１２４およびその２つの間の間隙１２５を含む。エラストマ１２２、１２４間にカセットキー１２０が位置されない場合、超音波信号は、受信器１２３に到達しえない。カセットキー１２０が提供される場合、信号は、受信器１２３に到達する。

[00094]交換可能構成要素を識別する別のやり方は、直接の（直線状の）経路を有するトランスデューサ送信器および受信器を使用する代わりに、交換可能構成要素の方向にパルス信号を伝送し、反射された（エコー）信号が受信されるかどうか待って様子を見ることである。図１５に示されるこの実施形態では、超音波は空気を通して伝送されうるので、インピーダンスの不整合の問題を最小化するために、空気と相互作用するトランスデューサにわたって接触媒質を有することが望ましい場合がある。そのような接触媒質は、例えば、中空のガラスビーズを有する、あるいは有さない、シリコンゲルまたはエラストマであってよい。

[00095]図１５に示される別の実施形態では、超音波パルスを伝送すること、次いで反射を聞くことの両方に、同じトランスデューサが使用されうる。以前の実施形態のように、多種多様な異なるタイプの交換可能構成要素がモデル番号またはシリアル番号により識別されることを可能にするため、複数のトランスデューサが積み重ねられてよく、交換可能構成要素は、特定のトランスデューサ上に反射面を有して、または有さずに構成されて設けられうる。加えて、交換可能構成要素を識別するための追加の方法、図１６は、信号を反射する交換可能構成要素の面の距離を変化させ、次いで、反射された信号を受信するのに必要な時間を測定することである。例えば、交換可能構成要素がホストシステムのレセプタクルにより収容されたとき、ホストのトランスデューサからの交換可能構成要素の反射面が、トランスデューサに突き当たる、または、トランスデューサから１、２、３、または４ミリメートル（または、何らかの他の変化する距離）離間されるように、交換可能構成要素が構成されうる。加えて、複数のトランスデューサが配列されてよく、複数の離間された反射面が交換可能構成要素上に設けられ、構成要素の特性またはモデル／シリアル番号をさらにエンコードしうる。例えば、図１７を参照のこと。

[00096]上の図では、「ポンプ」は、任意のタイプのホストシステムのことを言ってよく、「カセット」は、任意のタイプの交換可能構成要素のことを言うことが理解されよう。上記は、交換可能構成要素の面の、垂直の「高さ」の深さを変化させることを示す。しかし、交換可能構成要素は、一意の超音波反射波の形状のシグナチャを提供する他の寸法で、面が設けられてよい。例えば、下の実施形態は、左、右、前および後の縁部に、交換可能構成要素の中央本体から変化する距離で延在するフランジを有する。ホストシステムは、各フランジの位置用のトランスデューサを有して構成されうる。そのようなことが図１８に提示されており、交換可能構成要素２００は、送信器／受信器対２０１ａ〜ｇ、２０２ａ〜ｇのさまざまな対を有して示される。

[00097]もちろん、上に示されるように、（見ることはできない）交換可能構成要素の底面は、ホストシステムの特定のトランスデューサに対応して、特定のトランスデューサからの信号を反射する区域内の高さを変える面も有してよい。特定の、この視点では、上向きに突き出るトランスデューサにわたる上面内に１つまたは複数の孔があることも可能である。孔の下の対応するトランスデューサは、反射波を検出しないことになる。

[00098]加えて、位相配列配置が使用されて、必要とされるトランスデューサの総数を減らす、かつ／または交換可能構成要素の面への距離の、より正確な読取値を取得することができる。

Claims (3)

1. 医療用ポンプのための配管(tubing)カセットであって、前記医療用ポンプが前記配管カセット、超音波送信器、および、超音波送信器と超音波受信器の間に配置されたエラストマによって前記超音波送信器から離間された(spaced)超音波受信器を収容するためのレセプタクルを備え、前記配管カセットが、
   前記医療用ポンプにより保有される(retained)ための手段、および
   配管を保持するための構造(structure)
   を有するカセット本体を備え、
   前記配管カセットが前記医療用ポンプによって保有されるとき、前記送信器と受信器の間の超音波通信を、前記カセットが、前記エラストマを変形させることを通じて、前記エラストマの寸法に基づいて変化させるように動作可能である、配管カセット。
2. 前記カセット本体から突き出る(projecting)キーをさらに備え、前記配管カセットが前記医療用ポンプによって保有されるとき、前記キーが、前記送信器と受信器の間の超音波通信を変化させるように動作可能である、請求項１に記載の配管カセット。
3. 前記医療用ポンプにより保有されるための前記手段が、ＩＶ輸液ポンプにより保有されるように形状を定められる(shaped)、請求項１に記載の配管カセット。

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