用于除去人体排泄的尿液的抽吸系统及液体传感器 【发明领域】
本发明涉及一种用于除去人体排泄的液体的抽吸系统。本发明的方面尤其致力于除去尿液的问题。
【发明背景】
在急性护理和长期护理环境中，尿液的管理是关键性的需求。尿液问题通常被分成两组主要类别：不能排泄和不能蓄尿。在不能排泄的情况下，病人不能自然地从膀胱中排泄尿液。针对这个问题的通常的方法是为病人插入导液管。在不能蓄尿的情况下，病人不能在其身体内蓄尿直至方便且便利的时间。当病人没有意识或没有认知时，通常为其插入导液管。有意识但不能走动的病人常常利用辅助的手动收集器，例如便盆、男用尿壶或成人尿布。使用这些收集器可能令人厌烦，并且有时导致溅射到病人的身上或周围。另外，这种手动收集器可能需要频繁的更换，给护理人员带来额外的负担。当需要监视尿液的输出时，即使在不需要插入导液管时，医疗人员也非常频繁地为病人插入导液管。导液管的插入提供了一种能够比手动收集器更容易地监视尿液的手段。
目前存在着日益增长的院内感染和与导液管相关的泌尿道感染(UTI)的高发病率的问题。与导液管相关的UTI是医院和疗养院内最常见的院内感染，占高达40％的所有惯例获得性感染，或者每年在美国医院内超过1百万起感染。对于减少这种感染，在卫生和护理职业上存在着相当大的压力。
美国专利Nos.5,002,541、4,747,166以及4,631,061描述了人尿抽吸系统。尿液抽吸系统包括用于对尿壶施加吸力的电动泵。尿壶包括液体传感器，该液体传感器用于在检测到液体尿的存在时自动地激励泵。这三个美国专利都描述了电极形式的液体接触式传感器，该电极形成正常断开的电路，其在液体接触到传感器时，由液体的电导闭合。然而，关于电流通过导电的尿液而从电极漏泄至皮肤的可能性，存在着明显的担忧。此外，传感器必须在敏感的生殖器区域的附近使用，这增加了电极施加的电流的漏泄的担忧。
最后提到的专利，即美国专利No.4,631,061，还提出了使用至少一对光学元件的可能性，该光学元件由集成到尿壶的液体通道或收集管中的相对的光纤形成，以感测液体。这据说避免了施加于尿壶的电流。然而，该设计非常昂贵且在商业上不切实际。其需要至少一对光学元件，该光学元件在衬垫中与穿过这对光学元件之间的光束进行光学对准，以感测液体的存在。其还需要光学透明的窗口，以容许光束穿过。任何残余物或湿气冷凝物可以容易地使窗口模糊，并错误地触发泵而使其开启。光纤是昂贵的物品，并且，将其集成到尿壶或管道中增加了尿壶或管道的成本，尿壶或管道出于卫生原因而优选为一次性的。此外，电光部件远离尿壶，并必须由精巧且昂贵的光纤连接，使得系统整体上精巧且昂贵。
需要改善抽吸式液体除去系统的现有技术设计，尤其是在尿液检测的方面，从而满足商业需求并改善客户接受度。
【附图说明】
图1是用于收集和除去由人体排泄的液体的抽吸系统的第一实施例的示意性的方框图。
图2是作为外衣的一条内裤的示意性的平面图。
图3是第二实施例的示意性的侧视图，显示了一种电容性的、超声性的或压电性的非接触式液体传感器的实现形式。
图4是第三实施例的示意性的侧视图，显示了一种电光性的非接触式液体传感器的实现形式。
图5是第四实施例的示意性的侧视图，显示了一种温度性的非接触式液体传感器的实现形式。
【具体实施方式】
现在，参照附图描述本发明的优选实施例。相同的标号用于描绘各实施例中的相同或等同的特征。
参照图1，用于除去人体排泄的体液的抽吸系统10通常包括抽吸单元12和通过软管16而联接到抽吸单元12上的身体接口装置14。软管16可被认为是抽吸单元12的一部分和/或身体接口装置14的一部分。身体接口装置14配置成装配到身体上，在需要收集体液的排泄部位处或其周围。身体接口装置14优选通过包围排泄部位的粘合衬垫15而可附接到身体上。
在除去尿液的情况下，身体接口装置14配置成装配在男性或女性穿戴者的生殖器区域或外科人造尿道。对于女性而言，身体接口装置14为贴身配合(snug-fitting)的尿壶的形式(如本文所示)。对于男性而言，身体接口装置14为男用尿壶或避孕套的形式(未显示)。对于人造尿道者而言，身体接口装置14为人造口配件的形式(未显示)。本实施例尤其适合于除去尿液，因为尿液的除去在即将除去的液体体积和液体排泄的速度的方面最具挑战性。这能够使尿液除去的场所离开其它液体收集系统。用于检测和除去液体的抽吸系统10的响应速度是抽吸系统10管理尿液排泄的能力的一个显著因素。另外，在抽吸系统10的成本相比于卫生的方面，存在着显著的挑战。
抽吸系统10包括液体传感器18，该液体传感器用于检测由身体排泄并被收集在身体接口装置14处的液体的存在。液体传感器18优选为非接触式传感器，其能够在不与液体相接触的情况下，检测液体的存在或接近。液体传感器18响应于所检测的液体的接近而产生电输出信号。电信号通过电连接器20而传达至抽吸单元12。电连接器20可与软管16集成或与其分离。电连接器20还供应来自抽吸单元12的电力以驱动液体传感器18。
液体传感器18是非接触式传感器的特征提供了显著的优势，因为：(i)非接触的方法自动地避免了关于通过与皮肤接触的液体传送电流的担忧。相反，在液体传感器18和液体之间没有直接的接触；(ii)非接触方法意味着液体传感器18不会由于接触到液体而被污染。这容许液体传感器18容易地被不同的身体接口装置14重复使用；并且，(iii)非接触方法意味着液体传感器18本身在使用之前不必处于无菌的条件下，因而避免了对与身体亲密对接的抽吸系统10进行消毒时的困难或损伤的风险。液体传感器18通过电连接器20而联接到抽吸单元12上的特征避免了与使用光纤连接相关联的费用和易碎性。
本发明的优选特征是液体传感器18与身体接口装置14分离，或者至少可分离。身体接口装置14是一次性物品，其可廉价地制造出，并根据具体的身体接口装置14而在使用一次或有限次使用之后丢弃。液体传感器18更昂贵，但期望被多次使用，优选可供一系列不同的身体接口装置14使用。这实现了以非常高的成本效率生产和使用抽吸系统10，因为一次性构件通常是低成本的。更高成本的构件可被多次使用，并且可能很少需要更换。在一种形式中，液体传感器18是通用的装置，其可供多种不同类型的身体接口装置14的任一种使用，例如女用尿壶、男用避孕套、人造尿道身体配件或导液管。可选地，液体传感器18可永久地附接到身体接口装置14上。
液体传感器18可采取各种不同的形式。
在图3所示的实施例中，液体传感器18选自：电容传感器、超声传感器以及压电(或压电谐振)传感器。电容传感器根据液体附近与空气附近相比的介电效应的变化而检测液体的接近。介电效应影响传感器周围的有效区的电场，并因而影响传感器中的有效电容。电容由任何合适的电容传感电路(未显示)进行监视，电容传感电路例如为RC振荡器，其振荡频率和/或是否发生振荡取决于电阻值与传感器的有效电容的组合。振荡继而触发了联接到输出放大器上的输出级，以产生指示液体存在的输出信号。电容传感电路优选设置在液体传感器18或其附近(例如，作为液体传感器18本身的一部分)，或者电容传感电路可设置在抽吸单元12或设置在沿着电连接器20的点。在美国专利No.5,576,619中描述了一种合适的电容传感器和电容传感电路，其内容通过引用而结合在本文中。
已经使用来自SIE传感器公司的电容式“智能”传感器来测试本发明。尺寸35mm(长度)x22mm(宽度)x10mm(高度)的传感器固定在身体接口装置14的外壁上。只要引入液体，传感器就检测到两种测试液体，水和盐溶液的存在，并在几毫秒之内将激励信号提供至抽吸单元12。来自传感器的电场能够穿透很多种透明或不透明的塑料构件(例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及丙烯酸树脂)，并具有极大的敏感度。
超声传感器利用声纳原理而在超声频率范围内工作。换能器在设定的频率下谐振，从而将电能转化成超声频率范围内的声能。超声波被向液体收集区域发射。如果该区域没有液体，那么从壁反射能量，或者，如果该区域中存在液体，那么从液体反射能量。通过测量反射波到达的时间延迟，并将其与液体收集区域为空时所采用的一个或多个预先校准的时间延迟进行比较，从而能够可靠且快速地检测出液体的存在。在美国专利No.3,960,007中描述了超声液体传感器的一个示例，其内容通过引用而结合在本文中。商业上可得到的超声传感器可从ZEVEX公司获得。
压电或压电谐振传感器也按照与上述超声传感器类似的方式使用高频，例如超声能量或声信号。超声信号或声信号可穿透透明或不透明的塑料壁。在美国专利No.3,948,098中描述了压电传感器的一个示例，其内容通过引用而结合在本文中。
已经用从GEMS传感器公司获得的压电谐振传感器来测试本发明。直径40mm的传感器附接到身体接口装置14的外壁上，并在引入液体时立刻检测出液体的存在。
利用图3中所示的布置，将液体传感器18设置在身体接口装置14的外侧，或至少设置在身体接口装置14的液体收集区域14a的外侧。身体接口装置14通常由在电容传感器的情况下传感电场可穿过，或者在超声和/或压电传感器的情况下超声振动可穿过的塑料制成。身体接口装置14的壁被合适地薄薄地制成，以向传感器提供对身体接口装置内的液体的所需灵敏度。备选地，如果整个身体接口装置14不由这种材料制成，那么，身体接口装置14可包括窗口部分，该窗口部分由电场或超声振动可容易地穿过的材料制成。在图5所示的备选实施例中，身体接口装置14的外壳可成形为带有或不带有隔膜24的凹腔26，其用于容纳和保持电容性的、超声性的或压电性的非接触式液体传感器18。这种设计还增加了传感器18和身体接口装置14的液体收集区域14a之间的接口面积。
在图4所示的备选实施例中，身体接口装置14配置成供电光传感器使用。身体接口装置14包括窗口区域22，该窗口区域由对于电光传感器所使用的光辐射(optical radiation)透明的材料制成。例如，光辐射可位于红外范围和/或可见范围和/或紫外范围内。这里使用的术语“光(optical)”意味着辐射处于基本上服从光学定律的频率范围内。电光传感器包括电光发射器、电光接收器以及用于根据电光接收器的电输出而检测液体的存在的传感电路。传感电路优选设置在液体传感器18(例如，作为液体传感器18的一部分)，或者传感电路设置在抽吸单元12或设置在沿着电连接器20的点。在美国专利No.4,354,180中描述了电光传感器的一个示例，其内容通过引用而结合在本文中。
在图5所示的又一备选实施例中，身体接口装置14配置成供作为液体传感器18的温度传感器使用。身体接口装置14包括液体不可渗透的隔膜24，如果身体排泄的液体(在本情况中，为尿液)与隔膜24接触，那么，该隔膜容许温度传感器18暴露于温度的增加。同时，隔膜24防止传感器18与液体发生物理接触。隔膜24可由导热材料制成，或者可由其它足够薄的材料(例如薄膜)制成，从而不提供显著的隔热。温度传感器18的使用可提供体液离开身体的可靠且快速的指示，不需要传感器分散在大面积上。液体，例如尿液，在大约37℃的温度下离开身体，这明显高于环境室温(通常大约23℃)，并且也高于定位在人体皮肤附近的传感器的环境温度(通常大约32℃)。
通过检测(i)温度的快速变化，例如在两秒之内增加1℃和/或(ii)温度上升到例如36℃的阈值以上，可检测出液体的存在。
在本实施例中，隔膜24类似于短袜而成形，其限定了用于容纳和保持传感器18的凹腔26。这种设计还增加了传感器18和身体接口装置14的液体收集区域14a之间的接口面积。然而，如果需要，隔膜24可以是身体接口装置14的壁中的简单窗口，类似于窗口22。
应该懂得，可以如期望地将图3-5中所示的不同配置相互混和，或供不同的液体传感器使用。
在所有前述实施例中，液体传感器18与身体接口装置14分离，或者至少可分离。液体传感器18可通过各种可能的布置而相对于身体接口装置14保持在运行位置：
(a)在一种形式中，可拆分的附接装置(未显示)可用于可释放地将液体传感器18附接到身体接口装置14。例如，可拆分的附接装置可包括可剥离的粘合剂或可剥离的机械紧固件，例如维可牢尼龙搭扣(Velcro)，或基于干涉配合的机械联接，或其它机械装置。
(b)在另一形式中，可使用粘合剂或机械联接而将传感器永久地保持在合适位置。
(c)在另一形式中，可通过例如一条内裤的外衣(图2)30而将液体传感器18保持在运行位置。在所示的形式中，内裤30包括用于将液体传感器18保持在合适位置的保持器32。保持器32包括例如用于将液体传感器18附接到内裤30上的可拆分的附接装置，或者用于容纳液体传感器18的凹腔或吊带。在一个备选的形式中，内裤30可不包括专用保持器，但相反可包含身体接口装置14，以将液体传感器18保持在身体接口装置14的凹部26中(图5)。
抽吸单元12包括电源40、电子控制单元42以及吸力源44。电源40选自以下一个或多个：可更换的电池、可充电的电池、辐射收集面板以及主电源。优选电源40包括可充电的电池和主电源的组合；这种组合容许当抽吸系统10不与主电源连接时进行便携运行，以及当抽吸系统10与主电源联接时自动对电池充电。附加地或备选地，电源40包括辐射收集面板，例如用于从环境光线产生电的光电面板或单电池，其可改善运行的独立性或用于对可充电的电池进行充电。电源40为电子控制单元42、液体传感器18(如果需要的话)提供电力，并提供吸力源44所需的任何电力。电力控制单元42和液体传感器18可具有与吸力源44分离的电源。在本实施例中，吸力源44是电动泵44a，其在电子控制单元42的控制下，响应于液体传感器18检测到液体而运行。泵44a可以是基于振动膜、蠕动、体积置换、弹簧、重力、虹吸、热恢复金属驱动或管道泵的吸力装置。软管16通过泵44a而联接到液体收集室46。液体收集室46可与抽吸单元12分离，并通过合适的连接器而联接到抽吸单元12上，或者液体收集室46可与抽吸单元12集成和/或被包含在抽吸单元12中。
当液体传感器18指示未检测到液体时，控制单元42将泵44a控制在静态。泵44a不被激励而不产生吸力，或者泵44a周期性地或低速地运行以产生低的吸力(这可鼓励身体接口装置14抱紧皮肤，并产生更好的对皮肤的密封)。
当液体传感器18检测到排泄的液体的存在时，控制单元42激励泵44a以通过软管16产生吸力，从而将液体从身体接口装置14吸引到液体收集室46中。只要液体传感器18继续检测到液体，或者在液体检测已经结束后的预定的时间间隔，控制单元42可操作泵44a。一旦被液体收集室46收集，则可测量输出的液体体积，或者可目测检查液体，或送至生化测试或分析。
在一个备选的形式中，吸力源44可包括被抽成低压真空的真空室和用于控制从真空室对软管16施加吸力的电子控制阀，以替代泵44a直接对软管16施加吸力。为了将真空室抽成真空，可设有泵。
当为了同一个病人或为了装配到新的病人上而需要更换身体接口装置14时，可将液体传感器18与当前的身体接口装置14和/或内裤30分离。当前身体接口装置14和/或内裤30被丢弃，并且，相同的液体传感器18可用于供更换的身体接口装置14和/或更换的内裤30使用。在非接触式液体传感器永久地附接到身体接口装置14的情况下，沿着电连接器20和软管16而装备快速连接器，以容许身体接口装置14的更换。
应该懂得，与现有技术相比，本文所描述的抽吸系统10提供了显著的优势，并可解决或减轻现有技术的许多缺陷，尤其是在不与体液电接触的情况下进行液体的有效检测的方面。在不与排泄液体相接触的情况下，身体接口装置的一次性和液体传感器18的重复使用性使得抽吸系统10非常卫生且具有成本效率。抽吸系统10还是极其通用的，并且，单个抽吸系统10或不同的实施例可具有很多种应用。例如，本发明可在急性护理、家庭护理以及长期护理的情形或机构中使用。本发明可供轮椅病人和卧床病人使用，并能够作为完全便携的装置来实现。本发明可使抽吸系统10分离，从而保护了病人的尊严和隐私。本发明还可供导液管使用，用于检测导液管中的液体(尿液)存在，或用于从短的导液管收集尿液，该短的导液管从身体突出短距离而进入身体接口装置14中。虽然所述本发明尤其适合于除去尿液，但是本发明可找到用于除去其它体液和分泌物的用途。
在不脱离所主张的本发明的精神和范围的情况下，可对本发明做出许多修改、改进和等同。