Результат интеллектуальной деятельности: Способ регистрации и подсчета количества капель в автономной системе оптического контроля внутривенной инфузии

Заявляемое в качестве изобретения техническое решение относится к области медицинской техники и предназначено для использования в капельницах, осуществляющих инфузию жидкого лекарственного препарата человеку или животному.

В медицинской технике широко применяются устройства типа инфузомат (инфузометр). Инфузомат представляет собой инфузионный насос, разработанный специально для капельного введения жидкости и предназначенный для длительного дозированного контролируемого введения растворов высокоактивных лекарственных препаратов питательных веществ пациенту. Способы и устройства инфузоматов распространены в медицинской практике, а многие их усовершенствования запатентованы. В качестве примера можно привести патент США № US 4457751 А1 от 16.05.1980 г., опубликованный 03.07.1984 г., защищающий инфузионный насос для внутривенного или артериального вливания дозированного жидкого лекарственного средства пациенту, включающий электрический привод с регулируемой частотой для приведения в действие насоса, средство измерения физических параметров пациента, средство для формирования цифрового сигнала, электронное микропроцессорное управление приводом, электронно-цифровые средства, поддерживающие частоту неизменной и снижающие частоту до нуля, когда действие лекарства выходит за пределы заданного процентного диапазона, а также цифровой индикатор, соединенный с микропроцессором для генерирования сигнала тревоги, когда параметры работы инфузионного насоса находятся за пределами нормального диапазона. Другим примером является патент США № US 6269340 В1 от 15.10.1992 г., опубликованный 31.07.2001 г., защищающий систему для создания и настройки хранилища лекарственных средств для инфузии лекарственного средства с помощью инфузионного насоса.

Инфузионные насосы выполняют свою роль в определенных рабочих условиях. В целом возможности инфузионного насоса превосходят возможности ручного введения препаратов медицинским персоналом. Однако при всех своих положительных свойствах инфузионные насосы являются крупногабаритными дорогостоящими устройствами, применяемыми в основном в крупных клиниках и в скорой помощи. А основным способом проведения инфузии до сих пор является способ ручного введения препарата с помощью капельницы, который может быть усовершенствован путем внедрения заявляемого технического решения. Инфузионный насос сам по себе задает параметры введения препарата, расхода жидкости, заранее заданной скорости вливания. Этого нельзя достигнуть при ручном введении капельных растворов, поэтому весьма важной представляется задача разработки способа регистрации и подсчета количества капель в автономной системе оптического контроля внутривенной инфузии.

Заявляемое техническое решение применяется при капельном вливании жидкостей, в частности лекарственных средств или препаратов/компонентов крови в венозный сосуд кровеносной системы человека. Задача измерения расхода вливаемой жидкости при капельной инфузии лекарственных препаратов является важной задачей в целях обеспечения безопасности человека и повышения эффективности лечения. Задачей также является обеспечение регистрации и подсчета капель при проведении внутривенной инфузии в автономном режиме с передачей данных о результатах подсчета в беспроводную сеть клиники без нарушения целостности инфузионной системы и с поддержкой совместимости с распространенными типами капельниц. Важной задачей также является возможность бесперебойной работы капельницы при наклонах системы, которые на практике бывают при передвижении пациента вместе с капельницей или при его неловких движениях.

Решение поставленных задач достигается использованием системы оптических датчиков, состоящей из пары излучателей световых импульсов в инфракрасном диапазоне дискретно с равными интервалами (скважность 0,25) и сдвигом по фазе на 180° и одного приемника, расположенных диаметрально противоположно в одной плоскости снаружи колбы капельной системы внутривенной инфузии. Новым является предложенный принцип регистрации капель с помощью системы оптических датчиков.

Известен автономный оптический измеритель расхода жидкости для медицинской капельницы (аналог) по патенту России на полезную модель №168516 от 26.02.2016 г., МПК: А61М 5/14, G01F 23/00, выданному на имя заявителя данного технического решения и опубликованному 07.02.2017 г., который включает систему оптических датчиков, реализующую регистрацию капель и подсчет скорости и объема вливания, причем система оптических датчиков включает два источника и один приемник светового сигнала, а источники светового сигнала установлены диаметрально противоположно приемнику в одной плоскости, перпендикулярной центральной осевой линии колбы, имеющей цилиндрическую форму, в корпусе, выполненном воедино с прижимным механизмом крепления для установки снаружи на цилиндрической колбе-капельнице, причем в корпусе также расположены блок сбора и обработки данных для их передачи в беспроводную сеть связи WiFi и элемент питания для автономной работы. Расход количества капель определяется по принципу «затенения» фотоприемника при пролете капли между ним и источником света.

Общими признаками с заявляемым техническим решением являются наличие системы оптических датчиков, реализующей регистрацию капель и подсчет скорости и объема вливания, включающей два источника и один приемник светового сигнала.

Недостатки данного аналога связаны с целью его разработки, в основном направленной на усовершенствование колбы и прижимного механизма. В аналоге не показаны параметры работы устройства и недостаточно отражены его функциональные возможности.

Известна капельница медицинская (прототип) по патенту России на изобретение №2504407 от 14.02.2013 г., МПК: А61М 5/168, опубликованному 20.01.2014 г., содержащая резервуар с иглой для введения в сосуд с медицинским препаратом, соединенный с эластичной трубкой, имеющей на конце инъекционную иглу и содержащей роликовый регулятор скорости подачи медицинского препарата, причем резервуар капельницы медицинской выполнен заодно с боковой камерой, герметично отделенной от него эластичной упругой мембраной с встроенным в нее коромыслом, на одном конце которого закреплена чаша с дренажным отверстием, предназначенная для контроля завершения процесса закапывания медицинского препарата, а на другом - устройство для включения короткой звуковой и постоянной световой сигнализации, имеющее электромагнитный клапан пережатия эластичной трубки для прекращения истечения из резервуара остатков медицинского препарата. Способ использования устройства-прототипа состоит в том, что сначала инъекционная игла вводится в сосуд пациента, при этом роликовым регулятором регулируется скорость подачи медицинского препарата. В процессе вытекания препарата через дренажное отверстие коромысло поворачивается относительно упругой мембраны, сжимая микропружину. После завершения процесса закапывания медицинский препарат вытекает через дренажное отверстие, освобожденная чаша становится легче, а коромысло поворачивается в противоположную сторону под воздействием микропружины, в результате чего кратковременно включается звуковой и постоянно световой сигналы, а электромагнитным клапаном пережимается трубка подачи медицинского препарата.

Таким образом, новым в прототипе является применение коромысла с микропружиной, повороты которого под действием вытекающего препарата задают необходимый режим остановки вливания.

Недостатками прототипа являются: относительно узкий диапазон применения, только для оповещения персонала об окончании вливания, в то время как скорость вливания задается обычным образом, с помощью роликового регулятора и эта скорость никак не измеряется в процессе вливания. Кроме того, само по себе внедрение сложного механического устройства в колбу регулятора капель усложняет применение изобретения, требующее специально подготовленных капельных систем, что особенно бывает важно при перемещениях пациента и не обеспечивает бесперебойности работы капельницы в таких случаях. Таким образом, недостатком прототипа является невозможность реализации автономной конструкции устройства без нарушения целостности инфузионной системы и с поддержкой совместимости с распространенными типами капельниц. Следовательно, устройство-прототип недостаточно автономно и универсально.

Заявляемое техническое решение позволяет решать задачи дозирования, измерения скорости капель и оповещения о конце вливания в применении практически к любым современным одноразовым системам капельной инфузии.

Цель разработки заявляемого технического решения - создание способа регистрации и подсчета количества капель в автономной системе оптического контроля внутривенной инфузии, максимально безопасного для пациента и с возможностью использования для разных типов капельниц.

Техническая задача - разработка оптимальных параметров способа регистрации и подсчета количества капель при проведении внутривенной инфузии в автономном режиме с передачей данных о результатах подсчета в беспроводную сеть клиники без нарушения целостности инфузионной системы и с поддержкой совместимости с распространенными типами капельниц; разработка схемы оптических датчиков с обеспечением работоспособности инфузионной системы при возможной установке колбы капельницы с наклоном центральной осевой линии относительно вертикали до 45°.

Технический результат - расширение эксплуатационных характеристик устройств капельной инфузии, применение на практике оптимальных параметров способа регистрации и подсчета количества капель при проведении внутривенной инфузии в автономном режиме с передачей данных о результатах подсчета в беспроводную сеть клиники без нарушения целостности инфузионной системы и с поддержкой совместимости с распространенными типами капельниц; применение схемы оптических датчиков с эмпирически подобранными параметрами расстояний, углов и частот, которая позволяет, благодаря присутствию двух излучателей, расширить диапазон возможного попадания надежно регистрируемой капли.

Достижение указанного результата обеспечивается особенностями конструкции, предполагающими крепление, совместимое с большинством инфузионных систем, а также использованием системы оптического контроля с разнесенной по фазе частотой излучения импульсов в инфракрасном диапазоне и узкополосным фильтром кратной частоты, позволяющей с достаточной точностью проводить требуемые измерения при многократной установке устройства. Также преимуществом является повышение оперативности и безопасности установки и съема системы оптического контроля внутривенной инфузии за счет использования зажима, являющегося частью конструкции корпуса устройства.

Способ регистрации и подсчета количества капель в автономной системе оптического контроля внутривенной инфузии позволяет оптимизировать работу автономного оптического измерителя расхода жидкости для медицинской капельницы, представляющего собой устройство, устанавливаемое на прозрачную капельную камеру (колбу цилиндра индикации капель) инфузионной системы снаружи при помощи зажима и обеспечивающее регистрацию капель с помощью системы оптических датчиков, работающих в инфракрасном диапазоне, с последующим подсчетом их количества и передачей этой информации в беспроводную сеть WiFi.

Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что способ регистрации и подсчета количества капель в автономной системе оптического контроля внутривенной инфузии включает систему оптических датчиков, реализующую регистрацию капель и подсчет скорости и объема вливания и состоящую из двух источников и одного приемника светового сигнала, причем после инициализации системы каждую каплю регистрируют с помощью системы оптических датчиков, включающей оптический приемник светового потока и пару оптических излучателей (источников света) в инфракрасном диапазоне, установленную диаметрально противоположно приемнику, при этом подсчет капель производится инкрементально с накоплением общего результата и периодической передачей информации о количестве капель и текущей скорости вливания, а именно об отношении количества капель к продолжительности процедуры и времени, прошедшего с ее начала, причем информация передается в виде формального сообщения в сеть WiFi с обеспечением возможности приема этой информации в программное приложение на мобильном устройстве связи медсестры. Излучатели располагаются на расстоянии 6 мм ± 2 мм относительно друг друга и на равном расстоянии относительно прямой, проходящей через приемник и точку, образованную пересечением центральной (осевой) линии колбы капельницы и плоскости оптических датчиков таким образом, что при внешнем диаметре колбы 16 мм угол между лучами, образованными источниками света и прямой, проходящей через приемник и точку, образованную пересечением центральной (осевой) линии колбы-капельницы и плоскости оптических датчиков, составляют от 7° до 14°, при этом единичные капли, проходящие в процессе своего падения по траекториям, близким центральной (осевой) линии колбы-капельницы, затемняют один из световых потоков, излучаемых источниками света и отсутствие светового сигнала на приемнике сигнализирует о наличии капли и позволяет ее регистрировать. С целью исключения взаимного влияния излучателей, оптический сигнал формируется источниками дискретно с равными интервалами со скважностью 0,25 и сдвигом по фазе на 180°. В выбранном инфракрасном диапазоне частота излучения световых сигналов, формируемых источниками, составляет 19 кГц, а частота приемника составляет 38 кГц.

Таким образом, предлагается новый принцип регистрации капель с помощью системы оптических датчиков. Заявляемая схема оптических датчиков с эмпирически подобранными параметрами расстояний, углов и частот, позволяет, благодаря присутствию двух излучателей, расширить диапазон возможного попадания надежно регистрируемой капли и обеспечить работоспособность устройства при возможной установке колбы-капельницы с наклоном центральной (осевой) линии относительно вертикали до 45°. Поскольку датчики устанавливаются снаружи колбы без нарушения ее целостности, построенное с использованием описанного принципа устройство регистрации является автономным.

Заявляемый способ проиллюстрирован чертежом, на котором изображен принцип подсчета количества капель в системе оптического контроля внутривенной инфузии. Чертеж представляет собой горизонтальный разрез устройства, установленного на колбу капельной системы внутривенной инфузии на уровне, выше максимального уровня жидкости в колбе. Позиции чертежа следующие:

1 - колба капельницы;

2 - корпус;

3 - прижимной механизм;

4 - оптический датчик (приемник) света;

5 - световой поток;

6 - оптические источники (излучатели) света - два светодиода;

7 - устройство сбора и обработки данных;

8 - блок сбора информации;

9 - микроконтроллер;

10 - блок передачи информации в беспроводную сеть, WI-FI модуль;

11 - элемент питания.

Пример конкретного выполнения заявляемого способа

Для регистрации капель используют систему оптических датчиков, которая включает оптический приемник светового потока и два оптических излучателя (источников света) в инфракрасном диапазоне, установленных диаметрально противоположно приемнику в одной плоскости, перпендикулярно центральной (осевой) линии колбы, имеющей цилиндрическую форму. Излучатели располагаются на расстоянии 6 мм относительно друг друга на равном расстоянии относительно прямой, проходящей через приемник и точку, образованную пересечением центральной (осевой) линии колбы-капельницы и плоскости оптических датчиков. При установке обеспечивается направленность излучателей на приемник. Например, при внешнем диаметре колбы 16 мм угол между лучами, образованными источниками света и прямой, проходящей через приемник и точку, образованную пересечением центральной (осевой) линии колбы-капельницы и плоскости оптических датчиков, составляет 10,6°.

Автономный оптический измеритель расхода жидкости также содержит в своем составе устройство сбора и обработки данных 7, в состав которого входят блок сбора информации 8, микроконтроллер 9 типа STM32L100RB и блок передачи информации в беспроводную сеть (WI-FI модуль типа ESP8266) 10. Электропитание осуществляется с помощью элемента 11.

Периодически информация о количестве капель и текущей скорости вливания (отношение количества капель к продолжительности процедуры - времени, прошедшего с ее начала) передается в виде формального сообщения в сеть WiFi, что обеспечивает возможность приема этой информации в программное приложение на мобильном устройстве связи медсестры.

В момент прекращения процедуры (идентифицируется в случае существенной задержки между каплями, от 10 интервалов дискретизации), соответствующее уведомление высылается в беспроводную сеть связи, индикатор зеленый не мигает.

По сравнению с известными, заявляемый способ обладает свойствами оперативности идентификации событий и безопасности.

Подобное сочетание универсальности с относительной простотой использования в прототипе не достигнуто.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критериям «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».