本公开内容涉及一种流体流动感测和气泡检测设备，该设备用于确定在管中流动的流体的流量并且检测流体中气泡的存在。本公开内容特别涉及流体流量测量和气泡检测设备，该设备用于确定流过心肺机(hlm)的体外回路内的管的血液的流量并检测血流中的气泡。
背景技术：
1、scheirer等人的us 8,353,839 b2公开了一种包括超声换能器阵列的超声探头，该超声探头移动以从患者体内产生扫描。为了实现这一点，探头可插入到患者的体腔中。传感器阵列位于探头的远侧端头的流体室中，并由声学窗口盖封闭。声学窗口盖在窗口内涂有薄导电层，薄导电层屏蔽换能器及其移动机构以免受efi/rfi发射的影响。
2、流体流量测量和气泡检测设备可以用于医疗程序，诸如使用体外血液回路和系统的那些医疗程序，更具体地是心肺系统和程序，心肺系统和程序涉及在心肺机(hlm)的体外回路中经由泵将血液旁路到心脏和/或从心脏进行旁路，从而代替典型的跳动心脏的泵送活动的全部或一部分。
3、namery的美国专利3,974,681公开了一种用于检测在中空柔性进料管子中行进的气体或气泡的设备。更具体地，它公开了一种使用透射检测的超声气泡检测器。传感器包括具有半圆形表面的两个半部，管子可以放置在这两个半部中，这两个半部将管锁定在它们之间。超声换能器位于管子的两侧。金属声管放置在换能器和管子之间，以在管子和换能器之间传输超声信号。盘状换能器的一侧可以用导线接地。需要用于换能器的用作发射器的电路和用于换能器的用作接收器的单独电路。
4、为了不仅能够如namery参考文献中那样实现气泡检测，而且能够实现流动检测并提高准确性，最近的出版物涉及多路复用换能器，使得超声传感器元件可以互换地用作检测器和接收器。在loderer等人的美国专利申请公开us2018/0110913 a1中公开了这种设备的一个示例，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。其中，在一个实施例中，流体流量测量电路被多路复用器选通，以由处理器操作预定时间。超声频率范围内的能量由发生器提供给作为发射器元件的超声传感器元件，而发射到用作接收器元件的另一个相对的超声传感器元件，然后反之亦然。
5、在loderer的参考文献中公开的流体流量测量和气泡检测设备代表了对旧有超声气泡检测器(诸如namery的参考文献教导的超声气泡检测器)的明显改进。除了检测气泡，loderer设计的设备可以还测量流体流量。此外，与namery的参考文献相比，loderer设计的设备中处理电路被简化。
6、然而，近来对loderer设备的测试表明，这些设备当在涉及电外科手术的外科手术程序期间使用时并不完全可靠。在这些类型的程序中，电外科手术单元产生高能射频(rf)输出，该输出耦合到导电手术刀中。外科医生在外科手术期间使用导电手术刀切割和烧灼患者的组织。所产生的射频信号的载波频率一般为500khz。所生成的调制波形富含高频谐波，因此rf干扰(或rfi)在当前外科手术环境内传输。迄今为止，rfi被认为与气泡检测传感器无关。实际上，这种传感器在外科手术期间远离导电手术刀并且不与患者接触。因此，rfi应该无法到达传感器。对于namery型气泡传感器的测试和过去的经验从未显现在电外科手术期间与rfi相关的任何传感器问题。
7、现在证明，在电外科手术期间，新的loderer型传感器开始检测血流中实际上不存在的气泡。这些误报在外科手术期间是不可接受的，并且被认为是rf干扰的结果。
技术实现思路
1、鉴于上述内容，本公开的一个目的在于提供一种流动感测和气泡检测设备，其在存在电磁干扰或emi的情况下可靠地工作。特别是，即使采用高效的多路复用技术时，流动感测和气泡检测设备也不应该受到电外科手术期间产生的rfi的影响。
2、根据本公开的一个宽泛方面，提供一种流体流动感测和气泡检测设备，其包括：壳体，其设置有空腔，所述空腔被配置为能够接纳管，流体流过所述管；流体流动感测和气泡检测电传感器组件，其被所述壳体支撑并被配置为能够感测流过所述管的流体的流动并检测所述流体中的气泡；和电接地的电磁干扰(emi)屏蔽件，其布置在所述传感器组件的至少一部分和所述空腔之间，使得其保护所述传感器组件免受从被接纳在所述空腔中的管发出的不想要的emi。
3、通过在传感器组件的至少一部分和空腔之间提供emi屏蔽件，源自电外科手术的rfi不会再损害感测设备的正常工作。
4、事实上，本发明人出人意料地发现，由电外科手术产生的rfi通过电传导和辐射耦合到体外管中，体外管在外科手术期间运载患者的血液。由于血液是导电的，这又引起在管内流动的rf电流。附接到其中一个管的流体流动和气泡检测传感器因此可以拾取在管内流动的导电血液中携带的rf噪声。
5、由于本公开的emi屏蔽件，经由管携带到流体流动和气泡检测传感器的rf噪声不会干扰传感器的正确操作。
6、本发明人已经发现，在旧的namery型气泡传感器中，传感器的换能器的两个电极之一(该电极接地)有效地充当emi屏蔽件。不知不觉地，在旧的namery型气泡传感器中，换能器中的接地电极兼作emi屏蔽件。这就是在使用旧的namery型气泡传感器时，在电外科手术期间没有错误气泡检测的原因。
7、由于设计限制，在新的loderer型传感器中，换能器的电极均未接地。无意间，这样的影响是传感器失去其由接地电极提供的事实上的emi屏蔽件。
8、作为这项研究的结果，本发明人决定设计一种新的单独的emi屏蔽件以消除组合式流体流动和气泡检测传感器中的错误气泡检测。
9、在一个实施例中，emi屏蔽件是与流体流动感测和气泡检测电传感器组件分离的装置。emi屏蔽件可以是导电层。导电层可以经由导电路径与壳体的电接地部分连接。在这种情况下，导电路径可以由层本身的一部分构成，壳体的电接地部分施加在其本身的一部分上。
10、导电层可以是金属箔、气相沉积的金属、或金属迹线的交叉影线图案。该层的厚度可以为1至20微米，特别是1至10微米，并且在一个实施例中为2至3微米。在一个实施例中，导电层可由铝制成。在其他实施例中，导电层可以由铜、镍、另一种金属或另一种导电材料制成。
11、在另一实施例中，该设备可以专用于生物医学用途，诸如监测血液或其他生物医学流体的流动。诸如在操作心肺机、体外膜肺氧合(ecmo)系统和/或泵辅助肺保护(palp)系统时，流动的医学监测和/或气泡的检测可以应用于心肺旁路应用，并且它可以应用于透析应用。
12、更一般地，emi屏蔽件可以应用于导电流体的任何探头、传感器或监测器，这些导电流体来自于接受电外科手术的患者。emi屏蔽件对于包含电子电路的任何探头、传感器或监测器都非常有用，这些电子电路对经由导电流体传输的rfi(射频干扰)的存在是敏感的并可能发生故障或表现出不想要的行为。可以受益于emi屏蔽件的传感器、探头或监测器的类型可以包括但不限于温度、压力以及动脉和静脉血气监测。
13、导电层可以覆盖有保护涂层。在一个实施例中，保护涂层是介电保护涂层。保护涂层可以由例如丙烯酸、有机硅、聚氨酯或材料的组合制成。
14、在一个实施例中，传感器组件包括至少一个机电换能器元件，其中，每个换能器元件与设备的电接地件电隔离并且因此是电浮动的(electrically floating)。
15、传感器组件可以进一步包括温度传感器。在这种情况下，emi屏蔽件可以具有温度传感器间隙，从而允许温度传感器进行不受阻碍的温度测量。
16、根据本公开的另一个宽泛方面，提供一种用于流体流动和气泡检测的设备，其包括壳体，在壳体中，第一侧壁、第二侧壁和底壁构成通道的三个壁，通道被配置为能够接纳管。管可以是弹性管，其被配置为能够接纳液体(诸如血液)的流动。该设备包括位于第一侧壁中的第一窗口和位于第二侧壁中的第二窗口，并且第二窗口可以与第一窗口相对。第一超声换能器和第二超声换能器分别在第一窗口和第二窗口的后面，即在壳体内部、面向窗口但被窗口遮盖。每个第一超声换能器和第二超声换能器能够作为发射器和接收器操作。窗口在窗口的面向通道的正面上完全或部分地覆盖有由导电材料制成的层。如果被部分覆盖，则未覆盖的间隙的大小优选地限于不超过干扰rf信号的四分之一波长。窗口允许超声振动通过。
17、通过提供导电材料层，换能器被屏蔽以免受电磁干扰。该层可以施加到窗口上，窗口是设备的无需打开壳体就能够从外部进入的部分。在一个实施例中，导电层可以是金属(诸如铝)的气相沉积层。在另一个实施例中，导电层可以是金属箔。无论哪种形式，都可以在不拆卸或破坏壳体的情况下施加导电层。导电层甚至可以施加到可能已经在使用的现有设备。还可以在用于流体流动和气泡检测的设备的后期设计阶段考虑导电层，以允许在设计和生产的大部分步骤已经实施之后保护换能器。不需要调整生产过程以在壳体中的传感器中或传感器上加入静电保护。
18、在一个实施例中，导电材料层在面向通道的一侧上覆盖有保护涂层。保护涂层可以是1至50微米，特别是5至40微米，并且在一个实施例中为10至30微米厚。
19、根据本公开的另一个宽泛方面，提供一种调适用于流体流动和气泡检测的设备的方法，该方法包括以下步骤：提供设备，设备包括：壳体，在所述壳体中，第一侧壁、第二侧壁和底壁构成通道的三个壁，所述通道被配置为能够接纳管；第一窗口，其位于所述第一侧壁中；第二窗口，其位于所述第二侧壁中；第一超声换能器，其能够作为发射器和接收器操作、在所述壳体中被放置所述第一窗口的后面；第二超声换能器，其能够作为发射器和接收器操作、在所述壳体中被放置在所述第二窗口的后面；以及在窗口的面向通道的正面上施加一层导电材料，其中，窗口的正面完全或部分地被该层导电材料覆盖。如果被部分覆盖，则未覆盖的间隙的大小优选地限于不超过干扰rf信号的四分之一波长。
20、根据本公开的另一个宽泛方面，提供一种保护流体流动感测和气泡检测设备免受电磁干扰(或emi)的方法，其中，流体流动感测和气泡检测设备被配置为能够接纳流体流过的管并且包括流体流动感测和气泡检测电传感器组件，所述流体流动感测和气泡检测电传感器组件被配置为能够感测流过被接纳在所述流体流动感测和气泡检测设备中的管的流体的流动并检测所述流体中的气泡，该方法包括以下步骤：为所述流体流动感测和气泡检测设备适配专用emi屏蔽件，以保护所述传感器组件免受从被接纳在所述流体流动感测和气泡检测设备中的管发出的不想要的emi，该emi屏蔽件是与流体流动感测和气泡检测电气传感器组件分离的装置；并将emi屏蔽件接地。
21、根据本公开的另一宽泛方面，提供一种流体流动感测和气泡检测设备，其包括：壳体，在所述壳体中，第一侧壁、第二侧壁和底壁构成通道的三个壁，所述通道被配置为能够接纳管；第一窗口，其位于所述第一侧壁中；第二窗口，其位于所述第二侧壁中；第一超声换能器，其能够作为超声发射器和超声接收器操作、在所述壳体中被放置在所述第一窗口的后面；第二超声换能器，其能够作为超声发射器和超声接收器操作、在所述壳体中被放置在所述第二窗口的后面；电路板，其与所述换能器电连接以及信号传输连接，其中，所述电路板被配置为能够控制所述换能器作为超声发射器和超声接收器，其中，所述电路板位于所述底壁下方；第一导电层，其位于所述第一窗口的面向所述通道的一侧，其中，所述第一导电层被电接地；和第二导电层，其位于所述第二窗口的面向所述通道的一侧，其中，所述第二导电层被电接地。
22、在一个实施例中，流体流动感测和气泡检测设备进一步包括：第三超声换能器，其能够作为超声发射器和超声接收器操作、在所述壳体中被放置在所述第一窗口的后面；和第四超声换能器，其能够作为超声发射器和超声接收器操作、在所述壳体中被放置在所述第二窗口的后面。在本实施例中，所述第一超声换能器位于所述第四超声换能器的斜对角，所述第二超声换能器位于所述第三超声换能器的斜对角，所述电路板也与所述第三超声换能器和所述第四超声换能器电连接和信号传输连接，并且所述电路板被进一步配置为能够控制所述第三超声换能器和所述第四超声换能器作为超声发射器和超声接收器。
23、在一个实施例中，电路板基本上是平面的并且平行于底壁定向。
24、红外(ir)温度传感器可以安装在电路板上，其中，红外温度传感器的光敏侧面向底壁。
25、在一个实施例中，导电层位于电路板和底壁之间，并且邻近于电路板放置。电路板和底壁之间的导电层可以包括位于电路板和底壁之间的导电层的下侧的分隔间隔件材料，以确保它不会使电路板上的任何电活性元件短路。在一个实施例中，分隔间隔件材料是导电的并且与壳体的被电接地的部分电连接。分隔间隔件材料可以是例如铝、铜、镍、另一种金属或另一种导电材料。此外，分隔间隔件材料可以是例如被真空沉积的。
1.一种用于在对受试者执行手术期间使错误的传感器读数最小化的系统，所述系统包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一emi屏蔽层和所述第二emi屏蔽层中的每个延伸到所述壳体的电接地的部分。
3.一种用于监测生物医学流体的流动的方法，所述方法包括：
