Изобретение касается дозирующего устройства для введения жидкостей, в частности, жидких лекарственных препаратов людям, согласно родовому понятию п. 1 формулы изобретения. Кроме того, изобретение касается способа определения и контроля уровня наполнения лекарства в картридже согласно родовому понятию п. 17 формулы изобретения.
Изобретение может применяться, в частности, в сфере здравоохранения, например, в медицинской технике, фарма- и биотехнологии, во время медицинского ухода за больными, при обучении студентов и т.д. для контроля дозы при введении лекарственных препаратов пациентам.
Из уровня техники известны различные дозирующие устройства для введения жидкостей пациентам, в которых вводимая жидкость определяется по емкости. Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить устройство, позволяющее эффективно обнаруживать и предотвращать ошибки при емкостном определении уровня наполнения. Кроме того, задача изобретения заключается в том, чтобы, по возможности, получить точные и достоверные результаты.
Изобретение решает эту задачу посредством дозирующего устройства вышеуказанного типа с отличительными признаками п. 1 формулы изобретения.
Кроме того, изобретение решает задачу посредством способа вышеуказанного типа с признаками отличительной части п. 17 формулы изобретения.
Согласно изобретению, в дозирующем устройстве для введения людям жидкостей, в частности, жидких лекарственных препаратов, предусмотрены:
- наполненный жидкостью картридж, который на одном конце имеет отверстие для слива жидкости, а также
- по меньшей мере одна пара емкостных измерительных электродов, расположенных напротив друг друга во внешней зоне, в частности, на стене, для определения абсолютной диэлектрической проницаемости соответствующей среды в промежуточной зоне между измерительными электродами, содержащая защитный экран, окружающий измерительные электроды в виде оболочки и расположенный вокруг картриджа.
Помехи, возникающие при касании картриджа во время процесса измерения в результате емкостных эффектов, можно эффективно предотвратить с помощью данного изобретения. В частности, посредством предложенных в изобретении мероприятий можно предотвратить, чтобы при касании человеческой рукой измерительных электродов, т.е. при искажении поля в зоне измерительных электродов посредством человеческой руки, изменялась величина уровня наполнения.
Преимущественно защитный экран может быть выполнен в виде пленки с нанесенными токопроводящими дорожками из электропроводящего материала. В предпочтительном варианте выполнения эта пленка располагается или наматывается вокруг картриджа. Такой защитный экран особенно преимущественно предотвращает искажение результатов измерений.
Преимущественно зона между жидкостью и измерительными электродами свободна от защитного экрана.
Для того чтобы предотвратить ухудшение результатов измерений из-за влияния защитного экрана, можно предусмотреть, чтобы защитный экран располагался на расстоянии от измерительных электродов в радиальном направлении.
Для того, чтобы улучшить защитный экран и одновременно обеспечить крепление полупроводникового чипа и антенны в зоне защитного экрана или на пленке, можно предусмотреть, чтобы защитный экран был выполнен в виде пленки с проводниками, нанесенными в форме токопроводящих дорожек, намотанной, в частности, вокруг картриджа, причем, предпочтительно на пленке размещается схема для измерения емкости, процессор и коммуникационный контроллер, в частности, в виде полупроводникового чипа, а также антенна.
Для того, чтобы предотвратить оказывающее отрицательное влияние на коммуникацию с помощью радиосвязи посредством антенны изменение электромагнитного поля, которое излучают внешние устройства для передачи данных, и одновременно обеспечить эффективное электрическое экранирование измерительных электродов, можно предусмотреть, чтобы проводники были выполнены без петель и/или не имеют закрытых петель из проводников.
Особенно преимущественный вариант выполнения защитного экрана, который одновременно может применяться для определения касания и для этого позволяет обеспечить коммуникацию с помощью радиосвязи посредством установленной на защитном экране антенны, предусматривает, что на пленке выполнены три отдельных проводника, причем первый и второй проводники выполнены в виде входящих друг в друга гребнеобразных проводников, а третий проводник выполнен в виде меандра и лежит между этими двумя гребнеобразными проводниками.
Предпочтительное мероприятие для определения уровня наполнения жидкости в картридже предусматривает, что оба расположенные напротив друг друга электрода подсоединяются к устройству для измерения емкости.
Для простоты расчета уровня наполнения можно предусмотреть, чтобы рассчитанная устройством для измерения емкости величина емкости направлялась в процессор, который определяет уровень наполнения жидкости в картридже на основе рассчитанной величины емкости с помощью предварительно заданной записанной калибровочной функции и предоставляет эту величину на своем выходе.
Особенно эффективный защитный экран с хорошим экранирующим действием можно получить в том случае, если один из трех проводников, в частности, второй проводник, выполненный в виде гребнеобразного проводника, соединить с присоединительным элементом для заземления в устройстве для измерения емкости.
Для того чтобы преимущественно определить касание, или ошибку, при измерении емкости, можно предусмотреть, в частности, емкостной датчик касания, расположенный вне зоны защитного экрана, или в зоне защитного экрана.
Технически просто реализуемый вариант предусматривает, что датчик касания содержит в качестве чувствительных электродов первый гребнеобразный проводник и выполненный в виде меандра проводник защитного экрана.
При этом для определения касания можно предусмотреть, чтобы чувствительные электроды датчика касания подсоединялись к другому устройству для измерения емкости, и чтобы в процессор предпочтительно направлялась другая величина емкости, рассчитанная другим устройством для измерения емкости, и процессор, в случае, если рассчитанная другая величина емкости превышает заданную пороговую величину, блокировал передачу рассчитанного им уровня наполнения или идентифицировал ее как недействительную.
Преимущественный картридж для приема жидкостей, который можно просто опустошить, и уровень наполнения которого можно просто определить, предусматривает, что картридж имеет внутренний объем, который, если смотреть со стороны зоны отверстия, имеет постоянное внутреннее сечение, причем предусмотрен уплотненный поршень, который закрывает картридж и находящуюся в нем жидкость, внешнее сечение которого соответствует внутреннему объему картриджа, и который расположен внутри картриджа с возможностью перемещения, так что при сдвиге поршня в сторону отверстия жидкость сливается через отверстие из картриджа.
Для более точного определения уровня наполнения можно расположить на картридже несколько пар дополнительных измерительных электродов, причем, в частности, для каждой пары дополнительных измерительных электродов, соответственно, предусмотреть дополнительное устройство для измерения емкости, подключенное после пары дополнительных измерительных электродов, которое передает рассчитанную величину емкости в процессор.
Преимущественное устройство электродов, которое позволяет точно определять уровень наполнения, предусматривает, что, соответственно, попарно расположенные по окружности картриджа измерительные электроды лежат, в частности, диаметрально противоположно друг другу, и, в частности, в направлении сдвига поршня на одной и той же высоте.
При этом дополнительно, для улучшения точности определения уровня наполнения, можно располагать, соответственно, соседние пары измерительных электродов в направлении сдвига поршня на расстоянии друг от друга, и/или предусмотреть, чтобы ширина измерительных электродов в направлении сдвига поршня соответствовала ширине поршня в этом направлении сдвига.
Предпочтительные варианты выполнения измерительных электродов простой конструкции предусматривают, что
- измерительные электроды расположены по плоскости на внешней поверхности картриджа и имеют, в частности, форму прямоугольника, треугольника, трапеции или параллелограмма, и/или
- что по два попарно расположенные измерительные электроды образованы посредством двух входящих друг в друга гребнеобразных проводников, которые расположены во внешней зоне, в частности, на внешней стенке картриджа.
Для того чтобы обеспечить простую замену картриджа, можно предусмотреть, чтобы вне картриджа между картриджем и защитным экраном располагался кронштейн, на котором установлены измерительные электроды, причем кронштейн предпочтительно прилегает к картриджу, и/или чтобы измерительные электроды располагались на прилегающей к картриджу стенке кронштейна.
Предпочтительно рассчитанный уровень наполнения может передаваться на внешнее коммуникационное устройство. При этом можно предусмотреть, чтобы к процессору был подключен коммуникационный контроллер с подсоединенной к нему антенной. Преимущественно для того, чтобы устройство занимало мало места, можно предусмотреть, чтобы антенна располагалась во внешней зоне защитного экрана или непосредственно на защитном экране, однако, не имела с ним электрическое соединение.
Кроме того, изобретение касается способа определения и контроля уровня наполнения в картридже, который, в частности, располагается в предложенном в изобретении дозирующем устройстве, причем во внешней зоне картриджа предусмотрена по меньшей мере одна пара расположенных напротив друг друга, в частности, с внешним защитным экраном, измерительных электродов для измерения емкости, причем емкость рассчитывается между обоими электродами, и на основании рассчитанного значения емкости, согласно предварительно заданной калибровочной функции, определяется величина уровня наполнения.
Согласно изобретению, в таком способе предусмотрено,
- что другая емкость определяется с помощью проводников, расположенных во внешней зоне измерительных электродов, в зоне защитного экрана, в частности, на защитном экране,
- что другая емкость сравнивается с пороговой величиной, и
- что величина уровня наполнения только в том случае считается действительной, если значение другой емкости находится ниже пороговой величины.
С помощью такого способа можно просто проверить, была ли рассчитанная величина наполнения неточной из-за того, что человек коснулся измерительных электродов или защитного экрана в зоне измерительных электродов или приблизился достаточно близко к измерительным электродам, что привело к неточности измерения.
Для точного определения уровня наполнения жидкости можно предусмотреть, чтобы величина уровня наполнения и/или оценка действительности величины уровня наполнения жидкости передавалась на внешнее устройство для передачи данных посредством кодов при электромагнитной передаче данных, в частности, посредством модуляции нагрузки.
Для этой же цели можно предусмотреть, чтобы, ответственно, рассчитывались емкости нескольких, в особенности, трех пар измерительных электродов, которые лежат напротив друг друга во внешней зоне картриджа, и величина уровня наполнения рассчитывалась на основании этих значений емкостей.
В частности, точное определение возможно, если
a) для несколько уровней наполнения в качестве компонентов в каждом случае предоставляются содержащие референтные векторы значения емкости между отдельными парами измерительных электродов, и
b) каждому из этих векторов приписывается соответствующий уровень наполнения,
c) рассчитывается вектор, содержащий отдельные рассчитанные значения емкости,
d) проводится поиск нескольких референтных векторов, которые расположены на минимальном, в частности, на эвклидовом расстоянии, от вектора,
e) создается функция интерполирования, которая, используя найденный на шаге b) референтный вектор, определяет уровень наполнения, который приписывается этому соответствующему референтному вектору,
f) функция интерполирования применяется на этом векторе, и результатом является уровень наполнения.
Несколько предпочтительных вариантов выполнения изобретения поясняются более подробно со ссылкой на следующие фигуры с чертежами.
На фиг. 1, на виде сбоку, представлен вариант выполнения предложенного в изобретении дозирующего устройства. На фиг. 2, на виде сбоку, показан полностью заполненный картридж в виде ампулы. На фиг. 3, на виде сбоку, показан частично опустошенный картридж. На фиг. 4, на виде сбоку, показан полностью опустошенный картридж. На фиг. 5 показан альтернативный вариант выполнения картриджа с тремя парами измерительных электродов. На фиг. 6 показан второй вариант выполнения изобретения с одной единственной парой измерительных электродов. На фиг. 7 показан другой вариант выполнения изобретения с одной парой расположенных в форме гребенки измерительных электродов. На фиг. 8 показан другой вариант выполнения изобретения с тремя парами расположенных в форме гребенки измерительных электродов.
На фиг. 9а-12d показаны другие варианты выполнения картриджей с расположенными под углом измерительными электродами. На фиг. 13 показан вариант выполнения предложенного в изобретении устройства в сечении. На фиг. 13а показана деталь из фиг. 1. На фиг. 14 и 15 показаны два устройства для определения уровня наполнения в картридже, а также для передачи рассчитанного уровня наполнения на внешнее устройство для передачи данных.
На фиг. 16 показан защитный экран в форме пленки с расположенными на ней проводниками. На фиг. 17 показана теоретическая кривая отдельных межэлектродных емкостей во время слива жидкости из картриджа для представленного на фиг. 15 варианта выполнения. На фиг. 18 и 19 показаны представленные на фиг. 14 и 15 варианты выполнения, причем дополнительно предусмотрен датчик касания.
На фиг. 1, на виде сбоку, представлен вариант выполнения предложенного в изобретении дозирующего устройства 100. Представленное дозирующее устройство 100 имеет картридж 1, наполненный жидким лекарственным препаратом 12. В данном случае в качестве жидкого лекарственного препарата 12 используется инсулин, однако, в картридж 1 можно наливать также другие жидкие лекарственные препараты 12, например, гормональные препараты (например, гормоны роста, …), биофармацевтические препараты или лекарственные препараты, применяемые в репродуктивной медицине в ходе терапевтических мероприятий, и затем вводить эти жидкие препараты пациенту тем же самым способом.
Дозирующее устройство 100 имеет форму карандаша или шариковой ручки, и пациенту удобно держать его в руке при введении себе находящейся в картридже 1 жидкости 12. Картридж 1 имеет форму кассеты или ампулы и находится в концевой зоне 102 дозирующего устройства 100.
Картридж 1, который подробно изображен на фиг. 2, имеет на одном конце, расположенном в этой концевой зоне 102 дозирующего устройства 100, отверстие 11 для слива жидкости 12. На противоположном конце картридж 1 имеет поршень 13, размещенный в картридже 1 с возможностью перемещения. Для этого картридж 1 имеет внутренний объем, который, за исключением зоны отверстия 11, имеет постоянное сечение. Поршень 13 закрывает картридж 1 с противоположной от отверстия 11 стороны так, что находящаяся в картридже 1 жидкость 12 плотно закрывается в картридже 1 и может вытекать только через отверстие 11. В данном варианте выполнения внутренняя зона картриджа 1, а также поршня 13 имеет круглое сечение и имеет, главным образом, цилиндрическую внутреннюю, или внешнюю стенку. Если поршень задвигается в картридж 1, то находящаяся в картридже 1 жидкость может выливаться из картриджа 1 через отверстие 11. При сдвиге поршня 13 в направлении отверстия 11 жидкость 12 выливается из картриджа 1 через отверстие 11. Однако до применения устройства отверстие 11, как показано на фиг. 2, герметично закрыто посредством запечатывающего элемента 14 так, что жидкость 12 не может вытекать из картриджа 1.
На фиг. 3 показан представленный на фиг. 2 картридж 1, после того, как часть жидкости 12 была слита из него посредством отверстия 11 через инъекционную иглу 103.
На фиг. 4 показан представленный на фиг. 2 картридж 1, после того, как жидкость 12 полностью была слита посредством отверстия 11 через инъекционную иглу 103.
На изображениях на фиг. 3 и 4 поршень 13 находится в средней позиции, или в конечном положении, т.е. картридж 1 частично (фиг. 3) или полностью (фиг. 4) опустошен. В зоне 15 позади поршня 13 находится воздух. Дозирующее устройство 100 имеет, кроме того, в зоне отверстия 11 картриджа 1 инъекционную иглу 103, которая, с одной стороны, проходит через запечатывающий элемент 14 и входит внутрь картриджа 1, а, с другой стороны, находится на расстоянии от дозирующего устройства 1.
Как показано на фиг. 1, инъекционная игла 103 в этом примере выполнения соединена с корпусом 104, который навинчивается на дозирующее устройство 100. Дозирующее устройство 100 имеет внешнюю резьбу 105, которая соответствует такой же сформированной соответствующей внутренней резьбе корпуса 104. Если поршень 13, как показано на фиг. 3, передвигается в направлении к отверстию 11, то находящаяся внутри картриджа 1 жидкость может вводиться соответствующему пациенту через отверстие 11 и инъекционную иглу 103. Корпус дозирующего устройства 100 имеет два смотровых окна 106 для визуального определения уровня наполнения F находящейся внутри картриджа 1 оставшейся жидкости 12.
Кроме того, дозирующее устройство 100 (фиг. 1) имеет дозировочный отсек 106, с помощью которого можно предварительно установить определенную величину сдвига поршня 13 и - в соответствии с этим - определенное количество выливаемой жидкости 12. После установки необходимого количества выливаемой жидкости 12 с помощью нажатия пациентом на исполнительный элемент 107 сдвигающий стержень 109 прижимается к поршню 13 картриджа 1. Поршень 13 задвигается в картридж 1, и находящаяся в картридже 1 жидкость 12 через инъекционную иглу 103 вводится пациенту. Сдвигающий стержень 109 заблокирован от движения поршня 13 в направлении, противоположном направлению сдвига V, т.е. от отверстия 11, так, что поршень 13 может только продолжать перемещаться в направлении к отверстию 11.
Особенно преимущественно использовать картридж 1 с тремя парами измерительных электродов, как показано на фиг. 5. Картридж 1 имеет, как показано на фиг. 5, три пары измерительных электродов 21-26. Все измерительные электроды 21-26 расположены во внешней зоне картриджа 1, в данном случае, на внешней стенке картриджа 1. В этом предпочтительном варианте выполнения изобретения измерительные электроды 21-26 расположены на внешней стенке картриджа 1 по два в ряд в окружном направлении и размещены напротив друг друга на некотором расстоянии. Отдельные пары расположенных рядом друг с другом измерительных электродов 21-26 расположены на расстоянии друг от друга в направлении сдвига V поршня 13. Измерительные электроды 25, 26 третьей пары лежат дальше остальных от отверстия 11 картриджа 1. Измерительные электроды 21, 22 первой пары лежат ближе остальных к отверстию 11. Измерительные электроды 23, 24 второй пары электродов лежат - если смотреть в направлении сдвига V поршня 13 - между измерительными электродами 21, 22, 25, 26 первой и третьей пары. Измерительные электроды 21-26 лежат в зоне внешней стенки картриджа 1 в одной плоскости на ней. В представленном на фиг. 5 варианте выполнения измерительные электроды 21-26 имеют прямоугольную форму. Измерительные электроды 21-26 распространяются по всей зоне сдвига поршня 13. Если применяются несколько пар электродов, может быть преимущественно, если распространение пары электродов в направлении сдвига V поршня 13 соответствует распространению поршня 13 в его направлении сдвига V.
Однако альтернативно в качестве измерительных электродов 21-26 также могут применяться электроды другой формы, например, в виде круга или гребня. Применение нескольких пар измерительных электродов 21-26, хотя и является преимущественным, главным образом, с точки зрения точности измерения объема жидкости или уровня наполнения жидкости в удлиненных картриджах 1, однако, не требуется именно при применении коротких или компактных картриджей 1. В представленном на фиг. 6 альтернативном варианте выполнения картриджа 1 предусмотрена только одна пара измерительных электродов 21, 22, выполненных продольными и распространяющихся по всей зоне сдвига поршня. Оба измерительных электрода 21, 22 лежат напротив друг друга по окружности на одной высоте относительно направления сдвига V поршня 13.
Кроме того, также возможно применять измерительные электроды 21-26 различной формы. Преимущественный вариант выполнения предусматривает, что измерительные электроды 21-26 выполнены в виде гребнеобразных электродов или встречно-гребенчатых электродов. Измерительные электроды 21-26 расположены попарно и имеют гребнеобразную форму, причем зубья расположенных рядом измерительных электродов 21, 22, 23, 24, 25, 26 входят друг в друга. Как показано на фиг. 7 и 8, гребнеобразные электроды могут применяться как для устройства с одной парой (фиг. 7), так и с несколькими парами измерительных электродов 21, 22, 23, 24, 25, 26.
В зависимости от применения также возможно предусмотреть измерительные электроды 21-26, отличающиеся размерами, чтобы обеспечить особенно преимущественное определение уровня наполнения F в картридже 1. Особенно преимущественно применять измерительные электроды 21-26 в виде параллелограмма или треугольника, в которых электроды отделены друг от друга посредством разделительных зон 27, проходящих в направлении сдвига V поршня или продольной оси картриджа 1 под углом, например под углом 45°. В таком устройстве получается плавный переход, так что возможно особенно точно определять уровень наполнения F. На фиг. 9а-12d показаны различные варианты выполнения с разделительными зонами 27 между измерительными электродами 21-26, расположенными под углом относительно направления сдвига V. Кроме того, в этих вариантах выполнения предусмотрена параллельная оси разделительная зона 28, которая отделяет расположенные рядом друг с другом пары измерительных электродов 21, 22, 23, 24, 25, 26.
С помощью всех этих устройств электродов, в зависимости от величины емкости между измерительными электродами 21-26, можно делать вывод об уровне наполнения F картриджа 1. Для того, чтобы обеспечить точное измерение отдельных значений емкости C1, С2, С3 и, тем самым, сделать вывод об уровне наполнения F картриджа 1, в изобретении предусмотрено дозирующее устройство, в котором электропроводящий защитный экран 3 для защиты от электрических полей располагается вне измерительных электродов 21-26 в виде оболочки вокруг картриджа 1. На фиг. 13 представлено сечение картриджа 1, на котором показан защитный экран 3, измерительные электроды 21, 22, стенка картриджа 1 и жидкость 12 внутри картриджа 1. Защитный экран 3 способствует тому, что измеренная между электродами 21, 22 емкость определяется без погрешности или определяется с незначительной погрешностью, если человек прикоснулся к дозирующему устройству 100, или приблизился к нему, и, тем самым, изменил условия электрического поля, окружающего измерительные электроды 21, 22. В первом примере выполнения изобретения защитный экран 3 выполнен в виде пленки из электропроводящего материала, например, в виде медной пленки толщиной 50 мкм, намотанной в виде оболочки вокруг картриджа 1 и на прилегающих к нему измерительных электродах 21, 22. Измерительные электроды 21, 22 и защитный экран 3 отделены друг от друга и не имеют друг с другом электрического соединения. Защитный экран 3 служит для подавления влияния внешних помех, например, изменений абсолютной диэлектрической проницаемости, а также электрических полей непосредственно во внешней зоне измерительных электродов 21, 22. Защитный экран 3 окружает как измерительные электроды 21, 22, так и картридж 1, и преимущественно не находится между измерительными электродами и картриджем 1.
На фиг. 13а показан фрагмент Z по фиг. 1 в сечении вдоль плоскости В-В по фиг. 13. На этом чертеже подробно показано - даже если масштаб выбран не правильно - расположение стенки картриджа 1 по отношению к электродам 21, 23, 25, а также защитному экрану 3. В сечении представлены отдельные проводники 32-34 на пленке 3. Вне защитного экрана 3 находится корпус дозирующего устройства 100.
Альтернативно также можно расположить защитный экран 3 непосредственно снаружи внешней стенки дозирующего устройства 100 и/или снаружи кронштейна, окружающего по меньшей мере частично картридж 1.
Для определения мгновенного значения уровня наполнения F жидкости 12, прежде всего, определяется емкость между измерительными электродами 21, 22. На фиг. 14 представлено измерительное устройство для определения емкости отдельных пар измерительных электродов 21, 22. На фиг. 15 показано измерительное устройство при применении нескольких пар измерительных электродов 21-26. На фиг. 14 и 15, соответственно, имеется процессор 6 в виде микроконтроллера, перед которым установлены устройства 41, 42, 43 для измерения емкости. Каждой паре измерительных электродов 21-26 соответствует одно из изображенных на фиг. 15 устройств 41, 42, 43 для измерения емкости. Измерительные электроды 21-26 соединены, соответственно, с помощью присоединительных элементов, с устройствами 41, 42, 43 для измерения емкости. На выход устройств 41, 42, 43 для измерения емкости подается, соответственно, величина измерения емкости C1, С2, С3, соответствующая емкости данной пары электродов, которая представляет ее, т.е. пропорциональна ей, и которая передается в процессор 6. На основании отдельно переданных величин измерения емкости C1, С2, С3 процессор 6 рассчитывает, на основании описанного далее процесса калибровки, величину уровня наполнения F. Эта величина предоставляется на выходе процессора 6. Эта величина может передаваться, в частности, по запросу, по установленной после процессора 6 антенне к внешнему устройству для передачи данных (не показано).
Разумеется, число применяемых пар измерительных электродов 21-26 соответствует требованиям точности измерения. В частности, также возможно применять одну пару измерительных электродов 21, 22 и для определения уровня наполнения F использовать только рассчитанную между этими измерительными электродами 21, 22 величину измерения емкости С1 (фиг. 15).
После процессора 6 установлен коммуникационный контроллер 61, подсоединенный к антенне 62, в данном случае, к рамочной антенне. Коммуникационный контроллер 61 обеспечивает передачу рассчитанного уровня наполнения F на внешнее устройство для передачи данных. Кроме того, можно также еще предусмотреть, чтобы внешнее устройство для передачи данных с помощью антенны 62 передавало электроэнергию на коммуникационный контроллер 61, процессор 6, а также на устройства 41-43 для измерения емкости так, чтобы все представленные на фиг. 14 или 15, схемы работали без отдельного источника питания.
Далее более подробно описывается конкретный расчет уровня наполнения F жидкости 12 в картридже 1 в зависимости от рассчитанных величин C1, C2, C3 измерения емкости. На фиг. 17 в схематичном виде представлена зависимость отдельных величин C1, C2, C3 измерения емкости от уровня наполнения F в показанном на фиг. 5 варианте выполнения предложенного в изобретении картриджа. В начале процесса слива жидкости из картриджа 1 жидкость 12 находится сначала исключительно между измерительными электродами 21-26. В процессе слива жидкости поршень 13 сначала попадает в промежуточную зону между измерительными электродами 21, 22 первой пары измерительных электродов, так что на основании низкой абсолютной диэлектрической проницаемости поршня 13 по сравнению с жидкостью 12 наблюдается непрерывное снижение величины С1 измерения емкости первой пары измерительных электродов. После смещения поршня 13 через промежуточную зону между измерительными электродами 21, 22 первой пары измерительных электродов, между обоими измерительными электродами 21, 22 первой пары измерительных электродов находится воздух 15. На основании еще более низкой абсолютной диэлектрической проницаемости воздуха между обоими электродами 21, 22 первой пары измерительных электродов измеренная между этими измерительными электродами величина С1 измерения емкости еще больше уменьшилась. Аналогичное поведение можно наблюдать также для величин С2, С3 измерения емкости между измерительными электродами 23-26 второй и третьей пары измерительных электродов при сливе жидкости из картриджа 1.
В особенном варианте выполнения изобретения можно использовать сумму Csum отдельных величин C1, C2, C3 измерения емкости для определения уровня наполнения F. Посредством расчета эталонной кривой для нескольких различных уровней наполнения можно рассчитать, соответственно, сумму Csum отдельных величин C1, C2, C3 измерения емкости, причем каждому уровня наполнения F соответствует одна сумма Csum. Созданные таким образом группы данных, содержащие, соответственно, величину измерения емкости Csum и уровень наполнения F, сохраняются в записывающем калибровочном устройстве в процессоре 6.
После измерения и определения отдельных величин C1, C2, C3 измерения емкости рассчитывается их сумма Csum, которая сравнивается с отдельными, записанными в калибровочном устройстве, суммами Csum. Выбирается та пара, чья сумма Csum лучше всего соответствует сумме рассчитанных величин C1, C2, C3 измерения емкости. Уровень наполнения, лучше всего соответствующий этой сумме Csum, принимается за уровень наполнения F картриджа 1, и процессор 6 удерживает этот уровень наполнения F на своем выходе и передает значение этого уровня наполнения F, как описывалось выше, по запросу, с помощью антенны 62 на внешнее устройство для передачи данных.
Практика показывает, что, очевидно, из-за комплексного емкостного явления, возникающего при соединении измерительных электродов 21-26 между собой, кривые измерения величин C1, C2, C3 емкости, также сильно отличающиеся друг от друга в зависимости от уровня наполнения F, отличаются от теоретических кривых, которые подробно показаны на фиг. 17. Однако эти кривые могут очень хорошо воспроизводиться, и для каждой величины C1, C2, C3 емкости они имеют различный наклон на различных участках кривой, или в различных зонах уровня наполнения, причем, вопреки теоретическим ожиданиям, больший наклон кривой, т.е. большее изменение емкости, не обязательно возникает между теми измерительными электродами 21-26, между которыми непосредственно находится уровень жидкости. Однако, поскольку больший наклон кривой означает более высокое разрешение измерений/более высокую точность измерений, для расчета уровня наполнения альтернативно для образования простой суммы из трех отдельно измеренных величин емкости можно использовать одну взвешенную сумму, причем для каждой из трех сумм на каждом участке кривой в ходе калибровки отдельно рассчитывается собственный вес.
Для того, чтобы выполнить преобразование между отдельными величинами C1, C2, C3 емкостей и уровнем наполнения F, выполняется калибровка, при которой жидкость сливается из наполненного медикаментом картриджа 1, или референтного картриджа такой же конструкции. Во время слива жидкости рассчитываются, соответственно, уровень наполнения F, а также отдельные величины C1, C2, C3 емкостей. Для каждого уровня наполнения F, принятого при сливе жидкости, таким образом, устанавливаются, соответственно, отдельные величины C1, C2, C3 измерения емкости. В данном примере выполнения были приняты 30 эквидистантных уровней наполнения F при сливе жидкости, причем исходное состояние обозначается цифрой 1, а состояние картриджа с полностью слитой жидкостью обозначается цифрой 0. Величины C1, C2, C3 емкости, соответственно, записываются в референтном векторе Vref, который располагается в соответствии с данным уровнем наполнения F и соответствующим весовым коэффициентам а, b, с. Для каждого уровня наполнения F предоставляется, таким образом, один референтный вектор Vref. Весовые коэффициенты определяются посредством оптимизации таким образом, что взвешенная сумма а.С1+b.С2+с.С3 представляет собой линейное приближение для уровня наполнения F.
Если теперь, кроме рассчитанных посредством измерения величин C1, C2, C3 емкости, необходимо определить действительный уровень наполнения F, то это можно выполнить на основании рассчитанных во время калибровки весовых коэффициентов, причем для каждого измерения, соответственно, предоставляется столько весовых коэффициентов, сколько было рассчитано величин C1, C2, C3 емкости. Сначала на основании рассчитанных, или измеренных величин C1, C2, C3 емкости создается вектор Vmess [C1, C2, C3], который в качестве компонент имеет величины C1, C2, C3 емкости. Затем Vmess сравнивается с рассчитанными референтными векторами Vref и проводится поиск такого референтного вектора, который имеет наименьшее расстояние до вектора Vmess. В данном примере выполнения в качестве масштаба расстояния используется Эвклидово расстояние. Затем рассчитываются те референтные векторы Vref, которые имеют, соответственно, следующее минимальное расстояние до вектора Vmess. Определяется функция интерполирования, например, линейная функция интерполирования, которая при применении по рассчитанным посредством калибровки референтным векторам Vref, возвращает, соответственно, этот соответствующий уровень наполнения F. Величины C1, C2, C3 емкости используются в функции интерполирования, и получают рассчитанную величину уровня наполнения.
Для экономии места антенну 62 можно располагать преимущественно вне защитного экрана 3. Для того чтобы обеспечить преимущественную комбинацию, защитный экран 3 имеет пленку 31 из материала, который не проводит электрический ток и не пропускает магнитное поле, например, из пластмассы. На пленке 31, представленной на фиг. 16, проводники 32-34 нанесены в форме токопроводящих дорожек. Если проводники 32-34 выполнены на пленке 31 таким образом, что они не образуют закрытых петель, в которых могут образовываться вихревые токи, защитный экран 3 не оказывает большого влияния на электромагнитные волны, излучаемые внешними устройствами для передачи данных, и эти волны могут приниматься антенной 62. Кроме того, при этом также можно передавать энергию в форме электромагнитных волн на антенну 62, которой достаточно, чтобы подавать достаточное количество электроэнергии на электрические устройства, подсоединенные к антенне.
Если требуется дополнительная точность при определении уровня наполнения F в картридже 1, можно предусмотреть, чтобы измеренные значения уровня наполнения F считались недействительными в том случае, если электрическое поле во внешней зоне картриджа 1, например, посредством касания, или приближения электропроводящего тела или тел с большой абсолютной диэлектрической проницаемостью, было искажено.
Защитный экран 3 имеет не пропускающую электромагнитное поле пленку 31, на которой выполнено несколько проводников 32, 33, 34 посредством покрытия. Пленка 31 состоит в данном примере выполнения из гибкой пластмассы. Токопроводящие дорожки имеют толщину слоя прибл. 50 мкм и ширину примерно 100 мкм. Преимущественно значения ширины и длины проводников 32-34 составляют от 100 до 3000 мкм.
Для того чтобы предотвратить образование вихревых токов и, тем самым, ухудшение NFC-коммуникации, можно ограничить ширину проводников 32-34 до 3 мм. Кроме того, проводники 32-34, как показано нам фиг. 16, не имеют петель, т.е. свободны от закрытых петель из проводников, т.е. не содержат закрытых петель, что позволяет в достаточной степени предотвратить образование вихревых токов и избежать ухудшение NFC-коммуникации, и в то же время также позволяет предотвратить емкостное влияние находящихся в защитном экране 3 измерительных электродов 21-26.
Поэтому в этом особом примере выполнения изобретения два из трех проводников 32, 33 выполнены в виде входящих друг в друга гребнеобразных проводников 32, 33, а третий проводник 34 проходит в форме меандра между этими двумя гребнеобразными проводниками 32, 33. Помимо этого примера выполнения, разумеется, имеется также несколько других примеров выполнения не образующих петель схем расположения с несколькими, не имеющими электрическое соединение друг с другом, токопроводящими дорожками, или электродами на поверхности пленки 31 или внутри, т.е. между отдельными слоями многослойной пленки. Проводники 32-34 могут располагаться как на передней стороне, так и на задней стороне пленки. Альтернативно также можно располагать имеющие форму меандра проводники 34 рядом друг с другом между гребнеобразными проводниками 32, 33 или несколько проводников 34 расположить на пленке 31 в виде спирали.
Две токопроводящие дорожки, а именно, один из двух гребнеобразных проводников 32, а также имеющий форму меандра проводник 34, используются как датчики 5 касания. Второй гребнеобразный проводник 33 укладывается на заданный потенциал массы и служит электрическим защитным экраном. Если человек прикоснулся к защитному экрану 3 или подошел близко к защитному экрану 3, то в результате изменения абсолютной диэлектрической проницаемости окружающей среды изменяется емкость между проводниками 32, 34 датчика 5 касания. Изменение этой емкости между проводниками 32, 34 можно определить с помощью другого устройства 44 для измерения емкости; проводники 32, 34 защитного экрана 3, или датчика 5 касания, подсоединены к контактам другого устройства 44 для измерения емкости. Это другое устройство 44 для измерения емкости определяет другую величину С' емкости и передает ее, как показано на фиг. 18 или 19, в процессор 6. Если изменение рассчитанной величины С' другой измеренной емкости превышает заданную пороговую величину Т, то это означает, что рассчитанный на основе измеренных величин C1, C2, C3 емкости уровень наполнения F из-за касания стал неточным. Такой рассчитанный уровень наполнения F является недействительным.
В данном особом примере выполнения изобретения применяется защитный экран 3, который одновременно функционирует как датчик 5 касания и состоит из гребнеобразного проводника 32 и проходящего в форме меандра проводника 34. Однако, с физической или функциональной точки зрения, электрический защитный экран 3 и датчик 5 касания являются полностью разделенными и различными модулями, которые можно реализовать посредством представленного на фиг. 16 конкретного устройства особенно преимущественно, а именно, в одной плоскости. Такое функциональное разделение электрического защитного экрана 3 и датчика касания 5, разумеется, можно реализовать без проблем. Только для простоты изображения на фиг. 14, 15, 16, 18, 19 показаны расположенные рядом друг с другом в одной плоскости с пленкой 31 проводники 32, 33, 34 защитного экрана 3, или датчика касания 5.
Альтернативный вариант выполнения изобретения позволяет вынимать картридж 1 из дозирующего устройства 100. Вне картриджа 1 между резервуаром 1 и защитным экраном 3 расположен не показанный на чертежах кронштейн. На нем находятся измерительные электроды 21-26. Кронштейн лежит на картридже 1 и образован преимущественно посредством части корпуса дозирующего устройства 100. Измерительные электроды 21-26 расположены на прилегающей к картриджу 1 стенке кронштейна. Корпус дозирующего устройства 100 может открываться, и картридж 1 можно вынуть из корпуса дозирующего устройства 100. Кронштейн является частью дозирующего устройства 100.
Преимущественно коммуникационный контроллер 61, процессор 6, устройства 41-44 для измерения емкости, а также антенна 62 могут располагаться на пленке 31.
Заявленная группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к дозирующему устройству для введения жидкостей людям и способ определения и контроля уровня наполнения в картридже. Устройство содержит наполненный жидкостью картридж, который на одном конце имеет отверстие для слива жидкости, а на противоположном конце - поршень. Устройство включает дозировочный отсек, выполненный с возможностью предварительно установить определенную величину сдвига поршня. Устройство содержит пару емкостных измерительных электродов, расположенных напротив друг друга во внешней зоне картриджа, определяющих абсолютную диэлектрическую проницаемость среды в промежуточной зоне между измерительными электродами. Устройство включает защитный экран для защиты от электрических полей, окружающий измерительные электроды в виде оболочки и расположенный вокруг картриджа и не находящийся между измерительными электродами и картриджем. Защитный экран выполнен в виде плёнки с проводниками, нанесёнными в виде токопроводящих дорожек. На плёнке выполнены три отдельных проводника. Первый и второй проводники выполнены в виде входящих друг в друга гребнеобразных проводников. Третий проводник выполнен в форме меандра и лежит между этими двумя гребнеобразными проводниками. На плёнке размещены коммуникационный контроллер и/или несколько устройств измерения ёмкости для определения ёмкости между измерительными электродами, и/или процессор, и/или антенна для передачи измеренных с помощью измерительных электродов значений, или рассчитанных по ним величинам уровня наполнения. Расположенные на плёнке модули интегрированы в общем корпусе полупроводникового чипа. В способе для измерения ёмкости используют пару измерительных электродов, которые располагают напротив друг друга во внешней зоне картриджа. Рассчитывают ёмкость между обоими электродами, и на основании рассчитанной величины ёмкости, согласно предварительно заданной калибровочной функции, определяют величину уровня наполнения. Далее определяют другую величину емкости с помощью проводников, расположенных во внешней зоне измерительных электродов в зоне защитного экрана. Другую величину (С') ёмкости сравнивают с пороговой величиной. Величину уровня наполнения считают действительной, если другая величина ёмкости находится, ниже пороговой величины. Техническим результатом является повышение точности и достоверности результатов. 2 н. 16 з.п. ф-лы, 19 ил.
1. Дозирующее устройство для введения жидкостей (12) людям, содержащее:
- наполненный жидкостью (12) картридж (1), который на одном конце имеет отверстие (11) для слива жидкости (12), а на противоположном конце - поршень 13, и
- дозировочный отсек (106), выполненный с возможностью предварительно установить определенную величину сдвига поршня (13),
- по меньшей мере, одну пару емкостных измерительных электродов (21, 22), расположенных друг напротив друга во внешней зоне картриджа (1) для определения абсолютной диэлектрической проницаемости соответствующей среды в промежуточной зоне между измерительными электродами,
- защитный экран (3) для защиты от электрических полей, окружающий измерительные электроды (21, 22) в виде оболочки и расположенный вокруг картриджа (1) и не находящийся между измерительными электродами и картриджем (1),
причем защитный экран (3) выполнен в виде плёнки (31) с проводниками (32, 33, 34), нанесёнными в виде токопроводящих дорожек, отличающееся тем, что
на плёнке (31) выполнены три отдельных проводника (32, 33, 34), причём первый и второй проводники (32, 33) выполнены в виде входящих друг в друга гребнеобразных проводников, а третий проводник (34) выполнен в форме меандра и лежит между этими двумя гребнеобразными проводниками (32, 33), при этом на плёнке (31) размещены коммуникационный контроллер (61) и/или несколько устройств измерения ёмкости для определения ёмкости между измерительными электродами (21, 22), и/или процессор (6), и/или антенна (62) для передачи измеренных с помощью измерительных электродов (21, 22) значений, или рассчитанных по ним величинам, в частности величин уровня наполнения (F), и что эти расположенные на плёнке (31) модули интегрированы в общем корпусе полупроводникового чипа.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем,
что зона между жидкостью (12) и измерительными электродами (21, 22) свободна от защитного экрана (3), и/или
что защитный экран (3) расположен на расстоянии от измерительного электрода (21, 22) в радиальном направлении, и/или
что защитный экран (3) выполнен в виде пленки (31), расположенной или намотанной, в частности, вокруг картриджа (1), с проводниками (32, 33, 34), нанесенными в виде токопроводящих дорожек.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что проводники (32, 33, 34) выполнены без петель и/или без закрытых петель из проводников.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что проводники (32, 33, 34) имеют максимальную толщину 3 мм, предпочтительно от 50 до 150 мкм.
5. Устройство по любому из вышеприведённых пунктов, отличающееся тем, что два расположенные напротив друг друга измерительные электроды (21, 22) подсоединены к устройству (41) измерения ёмкости, установленному с возможностью рассчитать величину (С1) ёмкости, которая затем направляется в процессор (6), установленный с возможностью определения уровня наполнения (F) жидкости (12) в картридже (1) на основе рассчитанной величины ёмкости с помощью предварительно заданной записанной калибровочной функции и предоставления этой величины на своём выходе.
6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что один из трёх проводников (32, 33, 34), в частности второй проводник (33), выполненный в виде гребнеобразного проводника, соединён с устройством (41) измерения ёмкости с помощью присоединительного элемента для заземления.
7. Устройство по любому из пп. 1-4, 6, отличающееся тем, что имеется, в частности, емкостной датчик (5) касания, расположенный снаружи зоны защитного экрана или в зоне защитного экрана (3), причём предпочтительно датчик (5) касания в качестве чувствительных электродов содержит первый гребнеобразный проводник (32) и выполненный в форме меандра проводник (34) защитного экрана (3).
8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что чувствительные электроды датчика (5) касания подсоединены к другому устройству (44) измерения ёмкости, установленному с возможностью рассчитать другую величину (С') ёмкости, которая затем направляется в процессор (6), установленный с возможностью в случае, если рассчитанная другая (С') величина ёмкости превышает заданную пороговую величину (Т), блокирования передачи рассчитанного им уровня наполнения (F) или идентификации её как недействительной.
9. Устройство по любому из пп. 1-4, 6, 8, отличающееся тем, что картридж (1) имеет внутренний объём, который со стороны зоны отверстия (11) имеет постоянное внутреннее сечение, причём предусмотрен уплотнённый поршень (13), который закрывает картридж (1) и находящуюся в нём жидкость (12), внешнее сечение которого соответствует внутреннему объёму картриджа (1), и который располагается внутри картриджа (1) с возможностью перемещения, так что при перемещении поршня (13) в сторону отверстия (11) жидкость (12) сливается через отверстие (11) из картриджа (1).
10. Устройство по любому из пп. 1-4, 6, 8, отличающееся тем, что на картридже (1) расположено несколько пар дополнительных измерительных электродов (23, 24; 25, 26), причём, в частности, для каждой пары дополнительных измерительных электродов (23, 24; 25, 26), соответственно, предусмотрено дополнительное устройство (42, 43) измерения ёмкости, подключённое после пары дополнительных измерительных электродов (23, 24; 25, 26), установленное с возможностью передачи рассчитанной величины (С2, С3) ёмкости в процессор (6).
11. Устройство по любому из пп. 1-4, 6, 8, отличающееся тем, что попарно расположенные по окружности картриджа (1) измерительные электроды (21, 22; 23, 24; 25, 26) расположены, в частности, диаметрально противоположно друг другу и, в частности, в направлении сдвига поршня (V) на одной и той же высоте.
12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что соседние пары измерительных электродов (21, 22; 23, 24; 25, 26) располагаются в направлении сдвига поршня (13) на расстоянии друг от друга и/или что ширина измерительных электродов (21, 22; 23, 24; 25, 26) в направлении (V) сдвига поршня (13) соответствует ширине поршня (13) в этом направлении сдвига (V).
13. Устройство по любому из пп. 1-4, 6, 8, 12, отличающееся тем,
- что измерительные электроды (21, 22; 23, 24; 25, 26) расположены по плоскости на внешней поверхности картриджа (1) и имеют, в частности, вид прямоугольника, треугольника, трапеции или параллелограмма, и/или
- что по два попарно расположенные измерительные электроды (21, 22; 23, 24; 25, 26) образованы посредством двух входящих друг в друга гребнеобразных проводников, расположенных во внешней зоне, в частности на внешней стенке картриджа (1).
14. Устройство по любому из пп. 1-4, 6, 8, 12, отличающееся тем, что вне картриджа (1) между картриджем (1) и защитным экраном (3) располагается кронштейн, на котором располагаются измерительные электроды (21, 22; 23, 24; 25, 26), причём кронштейн предпочтительно прилегает к картриджу (1), и/или что измерительные электроды (21, 22; 23, 24; 25, 26) располагаются на прилегающей к картриджу (1) стенке кронштейна, причём, в частности, часть корпуса дозирующего устройства (100) выполнена в виде кронштейна или кронштейн соединён с корпусом.
15. Устройство по любому из пп. 1-4, 6, 8, 12, отличающееся тем, что к процессору (6) подключен коммуникационный контроллер (61) с подсоединённой к нему антенной (62), причём преимущественно антенна (62) располагается во внешней зоне защитного экрана (3) или непосредственно на защитном экране (3), однако, не имеет с ним электрическое соединение.
16. Способ определения и контроля уровня наполнения (F) в картридже (1), причём для измерения ёмкости используют, по меньшей мере, одну пару измерительных электродов (21, 22), которые располагают друг против друга во внешней зоне картриджа (1), причём рассчитывают ёмкость (С1) между обоими электродами (21, 22), и на основании рассчитанной величины (С1) ёмкости, согласно предварительно заданной калибровочной функции, определяют величину уровня наполнения (F), отличающийся тем,
- что определяют другую величину (С') емкости с помощью проводников (33, 34), расположенных во внешней зоне измерительных электродов (21, 22) в зоне защитного экрана,
- что другую величину (С') ёмкости сравнивают с пороговой величиной (Т), и
- что величину уровня наполнения (F) только в том случае считают действительной, если другая величина (С') ёмкости находится ниже пороговой величины (Т).
17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что величину уровня наполнения (F) и/или оценку действительности величины уровня наполнения (F) жидкости передают на внешнее устройство для передачи данных посредством кодов при электромагнитной передаче данных, в частности, посредством модуляции нагрузки.
18. Способ по п. 16 или 17, отличающийся тем, что рассчитывают величины (С1, С2, С3) ёмкостей нескольких, в особенности, трёх пар измерительных электродов (21-26), которые лежат напротив друг друга во внешней зоне картриджа (1), а величину уровня наполнения (F) рассчитывают на основании этих величин ёмкостей, причем
- для нескольких уровней (F) наполнения предоставляют в качестве компонентов соответственно один референтный вектор (Vref), охватывающий величины (С1, C2, С3) ёмкости между отдельными парами измерительных электродов (21-26), и
- каждому из этих референтных векторов (Vref) присваивают соответствующий уровень наполнения (F),
- рассчитывают вектор (Vmess), содержащий отдельные расчетные величины (С1, C2, С3) ёмкости,
- проводят поиск нескольких референтных векторов (Vref), которые располагаются на минимальном эвклидовом расстоянии от вектора (Vmess),
- создают функцию интерполирования, с помощью которой, используя найденные на этапе d) референтные векторы (Vref), определяют соответствующий этому референтному вектору (Vref) уровень наполнения (F),
- функцию интерполирования применяют на векторе (Vmess), и результатом является уровень наполнения.
| DE 202010017455 U1, 14.11.2011 | |||
| WO 2007107558 A2, 27.09.2007 | |||
| US 20100102799 A1, 29.04.2010 | |||
| US 7739907 B2, 22.06.2010 | |||
| ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОВОДИМОСТИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ПРОТЕКАЮЩЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ПРОВОДЯЩЕЙ ЖИДКОСТИ, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ | 2006 |
|
RU2381460C2 |
