注射流體加溫器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一方面涉及一種注射流體加溫器，該注射流體加溫器包括具有上壁結(jié)構(gòu)和相對的下壁結(jié)構(gòu)的外殼。該外殼包封：流體通道或通路，該流體通道或通路在上壁結(jié)構(gòu)與下壁結(jié)構(gòu)之間延伸通過外殼；以及流體入口端口和流體出口端口，該流體入口端口和流體出口端口聯(lián)接至流體通道或通路的相對的端部以允許注射流體流通過外殼。殼體以熱傳導(dǎo)電絕緣材料形成，并且加熱元件連結(jié)至殼體且熱聯(lián)接至殼體。流體通道或通路延伸通過殼體或繞殼體延伸，使得熱能通過與殼體材料的直接物理接觸而被傳遞至注射流體。
【專利說明】注射流體加溫器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一個方面涉及一種注射流體加溫器，該注射流體加溫器包括外殼，該外殼具有上壁結(jié)構(gòu)和相對的下壁結(jié)構(gòu)。外殼包封:流體通道或通路，該流體通道或通路在上壁結(jié)構(gòu)與下壁結(jié)構(gòu)之間延伸通過外殼；以及流體入口端口和流體出口端口，該流體入口端口和流體出口端口聯(lián)接至流體通道或通路的相對的端部以允許注射流體流通過外殼。殼體以熱傳導(dǎo)電絕緣材料形成，并且加熱元件連結(jié)至殼體且熱聯(lián)接至殼體。流體通道或通路延伸通過外殼或繞外殼延伸，使得熱能通過與外殼材料的直接物理接觸而被傳遞至注射流體。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如血液的靜脈流體或注射流體通常用在醫(yī)院里和用在例如緊急情況或戰(zhàn)區(qū)的場所中。注射流體對幾乎所有的醫(yī)療手術(shù)和應(yīng)用都很重要。這種注射通常從靜脈注射(IV)流體袋或容器傳送至患者的血管中。需要將血液或靜脈流體加溫至某個溫度范圍(例如，36攝氏度與37攝氏度之間)以避免可能導(dǎo)致患者體溫過低的溫度下降。
[0003]存在用于在對患者提供藥之前加熱或加溫注射流體的各種常規(guī)裝置和技術(shù)。然而，這些常規(guī)裝置和技術(shù)存在許多缺陷。常規(guī)流體加溫器是龐大且笨重的，這使得常規(guī)流體加溫器在它們必須例如由士兵、救援人員或救護(hù)人員步行運(yùn)輸以到達(dá)難以接近的救災(zāi)現(xiàn)場的情況下不適用于便攜應(yīng)用?，F(xiàn)有注射流體加溫器的笨重和龐大的屬性也使得難以或不可能將這些現(xiàn)有注射流體加溫器以方便且安全的方式固定或附接至患者的身體。現(xiàn)有流體加溫器的其他缺點(diǎn)在于，它們由使其制造昂貴的大量的獨(dú)立的部件構(gòu)成并且因大批的獨(dú)立的接合部件而趨于減小可靠性。
[0004]現(xiàn)有的流體加溫器的另一缺點(diǎn)在于，缺少用于將在流體加溫期間消耗在能源中的熱能采集和聯(lián)接至注射流體的機(jī)構(gòu)。這導(dǎo)致存儲在能源——諸如可充電電池或不可充電電池——中的能量的低效率使用，并且因此導(dǎo)致對比加溫給定體積或給定量的注射流體嚴(yán)格所需的能源更大、更重且更昂貴的能源的需要。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，該問題通過將由便攜式能源所產(chǎn)生的過量的熱能傳導(dǎo)至注射流體以加熱注射流體來解決。因而，確保了保持在便攜式能源中的能量被有效使用。
[0005]W02003/049790A1描述了一種包括具有入口通道和出口通道的用于加熱注入流體的系統(tǒng)。曲折形狀的流體通路形成在設(shè)置在一對熱接觸板之間的獨(dú)立的管殼中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的第一方面涉及一種流體加溫器，該流體加溫器包括外殼，該外殼具有上壁結(jié)構(gòu)和相對的下壁結(jié)構(gòu)。
[0007]該外殼包括:
[0008]-流體通道或通路，該流體通道或通路在上壁結(jié)構(gòu)與下壁結(jié)構(gòu)之間延伸通過外殼;
[0009]-流體入口端口和流體出口端口，該流體入口端口和流體出口端口聯(lián)接至流體通道或通路的相對的端部以允許注射流體流動通過外殼。殼體以熱傳導(dǎo)電絕緣材料形成，并且加熱元件連結(jié)至殼體且熱聯(lián)接至殼體。流體通道或通路延伸通過殼體或繞殼體延伸，使得熱能通過與殼體材料的直接物理接觸而被傳遞至注射流體。注射流體加溫器的外殼可以包括由合適的制造過程諸如注塑成型制造的熱塑性材料或彈性化合物。外殼可以起保護(hù)外殼免于機(jī)械震動、沖擊和外部環(huán)境中的污染物的作用。外殼可以包括具有矩形的、橢圓形的或圓形的截面輪廓一即沿著橫向于流體入口和流體出口處的注射流體流的方向的截面一一的形狀。
[0010]外殼的流體入口端口和出口端口允許注射流體流動通過注射流體加溫器,其中，冷注射流體或未加熱的注射流體在入口端口處進(jìn)入，而經(jīng)加熱的或經(jīng)加溫的注射流體以它的方式通過出口端口離開到達(dá)患者。
[0011]殼體在本注射流體加溫器中具有有利的多功能作用:充當(dāng)用于連結(jié)至殼體的加熱元件一例如厚膜和/或薄膜電阻器一的物理支架；以及充當(dāng)通過殼體材料與流體之間的物理接觸將熱能直接傳輸至注射流體的熱交換器或熱板。該性質(zhì)能夠提供僅需要待被制造和組裝的最少的獨(dú)立的部件的緊湊的注射流體加溫器。殼體材料優(yōu)選地包括陶瓷材料諸如氧化鋁(Al2O3)、硝酸鋁或氧化鈹，所有這些材料均非常適合作為用于大范圍的加熱元件材料特別是厚膜電阻器和薄膜電阻器的基質(zhì)材料。陶瓷材料還具有良好的導(dǎo)熱系數(shù)和良好的電絕緣性質(zhì)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員將領(lǐng)會，由于殼體的材料與要被分配至患者的身體的注射流體直接接觸，因此殼體的材料優(yōu)選是生物上可兼容的，例如生物上可兼容的陶瓷材料諸如氧化鋁(Al2O3)。替代性地，可以使用生物上不可兼容的材料諸如陶瓷硝酸鋁或氧化鈹。
[0012]為了具有充分的電絕緣性質(zhì),殼體優(yōu)選地包括具有大于IX IO9歐姆*米(0hm*m)的具體的電阻率的材料以滿足正式需求。為了具有充分的導(dǎo)熱性質(zhì)，殼體優(yōu)選地由下述材料制成:該材料具有大于0.5ff/(m.K)，更優(yōu)選地大于1.0ff/(m.K)，甚至更優(yōu)選地大于
10.0ff/ (m.K)的具體導(dǎo)熱系數(shù)。
[0013]殼體可以例如通過模塑或加工固體物制造成單個統(tǒng)一元件。流體通道可以具有延伸通過元件的中央部分的大體上直的矩形形式。在替代性實(shí)施方式中，殼體包括多個獨(dú)立結(jié)構(gòu)，所述多個獨(dú)立結(jié)構(gòu)在各自制造后例如通過膠合、釬焊、壓配、焊接等連結(jié)在一起。在一個這種實(shí)施方式中，外殼包括形成在獨(dú)立的上殼體和下殼體中的上壁機(jī)構(gòu)和下壁結(jié)構(gòu)，上殼體與下殼體連結(jié)至彼此。在該實(shí)施方式中，流體通道可以在上殼體和下殼體之間延伸，例如通過形成在殼體的上壁結(jié)構(gòu)和下壁結(jié)構(gòu)的面對的表面中以形成延伸通過殼體的流體通路的配合的凹槽或溝槽來形成。流體通道可以具有多種不同的形狀，但是優(yōu)選地具有使注射流體與殼體(用作熱交換器)之間的接觸面積最大以增大流體加溫器的流體加熱能力(例如以每分鐘公升數(shù)表示)的形狀。在一個實(shí)施方式中，流體通道在垂直于入口端口和出口端口處的注射流體流延伸的截面平面內(nèi)具有曲折形狀。如果殼體具有平板狀結(jié)構(gòu)，則該平面可以與殼體的縱向軸線正交。在替代性實(shí)施方式中，流體通道包括沿著板狀殼體的縱向軸線延伸的大致直的通道。在后一種實(shí)施方式中，流體通道優(yōu)選地延伸通過殼體的寬度的大致部分以使注射流體與殼體之間的接觸面積最大化。流體通道可以形成為具有0.1mm
與5cm之間-諸如0.5mm與2cm之間-的高度的大致矩形的直管道。如果殼體具有平
板狀結(jié)構(gòu)，則其高度可以小于4.0cm,優(yōu)選地小于1.0cm。[0014]在注射流體加溫器的又一實(shí)施方式中，流體通道繞殼體延伸，使得流體通道包括設(shè)置在殼體的上壁結(jié)構(gòu)與外殼的上壁結(jié)構(gòu)之間的第一通道部段。流體通道還包括設(shè)置在殼體的下壁結(jié)構(gòu)與外殼的下壁結(jié)構(gòu)之間的第二通道部段。在該實(shí)施方式中，殼體的上壁結(jié)構(gòu)和下壁結(jié)構(gòu)都與注射流體物理接觸，以在殼體與注射流體之間提供大的接觸面積以便確保熱能的有效傳遞。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將領(lǐng)會，在替代性實(shí)施方式中流體通道可以僅包括繞殼體延伸的單個通道部段。
[0015]加熱元件優(yōu)選地連結(jié)至上壁結(jié)構(gòu)的背向流體通道的表面和/或下壁結(jié)構(gòu)的背向流體通道的表面，以使供給至加熱元件的電氣驅(qū)動電壓或電流與注射流體絕緣并且防止對加熱元件的電氣端子或部件的腐蝕沖擊。在一個這種實(shí)施方式中，加熱元件包括薄膜電阻器或厚膜電阻器，該薄膜電阻器或厚膜電阻器例如通過絲網(wǎng)印刷或其他合適的連結(jié)機(jī)構(gòu)直接連結(jié)在上壁結(jié)構(gòu)和/或下壁結(jié)構(gòu)的背向流體通道的表面上。因此，在這些實(shí)施方式中，上壁結(jié)構(gòu)和下壁結(jié)構(gòu)的電絕緣性質(zhì)用來使注射流體與施加至加熱元件或加熱這些加熱元件的元件的DC或AC電壓/電流電絕緣。該厚膜電阻器或薄膜電阻器可以自然地包括多個電阻器元件或單獨(dú)的電阻器，所述多個電阻器元件或單獨(dú)的電阻器以串聯(lián)或并聯(lián)的方式聯(lián)接以根據(jù)應(yīng)用的需求提供任何期望的電阻值。厚膜電阻器或薄膜電阻器可以覆蓋上壁結(jié)構(gòu)的背向流體通道的表面的總面積的相當(dāng)大的部分和/或下壁結(jié)構(gòu)的背向流體通道的外表面的總面積的相當(dāng)大的部分。厚膜電阻器或薄膜電阻器的總電阻可以寬泛地例如從0.001歐姆變化至10千歐。上壁結(jié)構(gòu)和下壁結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱性質(zhì)確保了消耗在厚膜電阻器中的熱能被有效地傳導(dǎo)至流體通道。上壁結(jié)構(gòu)和下壁結(jié)構(gòu)的背向流體通道的表面可包括用于將電力接收至厚膜電阻器或薄膜電阻器的一對電氣聯(lián)接端子。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，加熱元件包括包封在殼體的上壁結(jié)構(gòu)與下壁結(jié)構(gòu)之間的便攜式能源，諸如可充電電池、不可充電電池、超級電容器等。該實(shí)施方式提供了完全便攜的注射流體加溫器，該完全便攜的注射流體加溫器能用在例如緊急狀況或戰(zhàn)區(qū)中的場所中，從而允許在不引起患者降溫的情況下注射諸如血液的流體。對運(yùn)輸加溫器的醫(yī)務(wù)人員而言，結(jié)合有小尺寸、低重量的本注射流體加溫器的簡單具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。
[0017]根據(jù)該實(shí)施方式，便攜式能源優(yōu)選地通過與殼體的直接物理接觸熱聯(lián)接至流體通道以將消耗在便攜式能源中的熱能及其損耗熱傳導(dǎo)至流體通道和流動通過流體通道的注射流體。在本文的上下文中，“直接物理接觸”意指在沒有任何干預(yù)通路或大氣空氣層或其他氣態(tài)物質(zhì)的情況下接觸。殼體的材料、形狀和尺寸、流體通道和便攜式能源優(yōu)選地構(gòu)造成使得便攜式能源的殼體與注射流體之間的熱電阻小于100°C /W，優(yōu)選地小于25°C /W，甚至更優(yōu)選地小于10°C /W。
[0018]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將領(lǐng)會，消耗在便攜式能源中的熱能例如因其內(nèi)阻抗可以專門被用于加熱注射流體，或者其可以補(bǔ)充消耗在諸如上述的厚膜電阻器或薄膜電阻器的加熱元件中的熱能。在后一種情況下，兩種類型的熱源有助于注射流體的加熱。以此方式，注射流體通過便攜式能源產(chǎn)生的過量的熱被加溫或加熱，而不是被浪費(fèi)至周圍空氣。因此，使存儲在便攜式能源中的能量被有效使用。
[0019]殼體可以包括具有小于2.0cm、優(yōu)選地小于1.0cm的高度的平板狀結(jié)構(gòu)。
[0020]本發(fā)明的另一 方面涉及一種注射流體加溫器，該注射流體加溫器包括外殼，該外殼具有上壁結(jié)構(gòu)和相對的下壁結(jié)構(gòu)。流體通道或通路在上壁結(jié)構(gòu)與下壁結(jié)構(gòu)之間延伸通過殼體。流體入口端口和流體出口端口聯(lián)接至流體通道或通路的相對的端部以允許注射流體流通過外殼。加熱元件熱聯(lián)接至流體通道以將熱能傳遞至注射流體并且加熱元件包括便攜式能源，諸如可充電電池、不可充電電池、超級電容等。本發(fā)明的該方面提供了例如在緊急情況或戰(zhàn)區(qū)中用于多種有益場所使用的充分便攜的注射流體加溫器，從而允許在不引起患者降溫的情況下注射流體或血液。對于運(yùn)輸加溫器的醫(yī)務(wù)人員而言，結(jié)合有小尺寸、低重量的便攜的注射加溫器的簡單具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。外殼可以包括熱塑性材料或彈性化合物并且通過注塑成型制造。外殼可以充分包封或環(huán)繞加熱元件和便攜式能源，以保護(hù)這些加熱元件和便攜式能源免于機(jī)械震動和沖擊以及外部環(huán)境中的污染物。因?yàn)楸銛y式能源熱聯(lián)接至流體通道，所以消耗在便攜式能源中的熱能例如因便攜式能源的內(nèi)阻抗，而傳遞至注射流體以加熱注射流體，而不是浪費(fèi)至周圍空氣。因此，存儲在便攜式能源中的能量被有效使用，這使得便攜式能源的尺寸、重量和能量存儲能力被減小，或替代性地以為給定尺寸、重量或能力的便攜式能源提供更高的能量存儲能力。在便攜式能源與流體通道之間的熱聯(lián)接優(yōu)選地通過這些部件之間的直接或間接物理接觸來提供。在本文上下文中，“直接或間接的物理接觸”意指在沒有任何干預(yù)通路或大氣空氣層或其他氣態(tài)物質(zhì)的情況下接觸，諸如通過如下面所描述的電絕緣熱傳導(dǎo)能源殼體接觸。便攜式能源與注射流體之間的熱電阻優(yōu)選地小于100°C /W，優(yōu)選地小于25°C /W，甚至更優(yōu)選地小于10°C /W。
[0021]便攜式能源優(yōu)選地包封在優(yōu)選地設(shè)置在外殼內(nèi)側(cè)的環(huán)繞的電絕緣熱傳導(dǎo)能源殼體中。在后面的實(shí)施方式中，能源殼體與外殼可以同軸地對準(zhǔn)以形成例如在所有側(cè)部上環(huán)繞能源殼體的流體通道。在后面的實(shí)施方式中，流體通道繞或包繞能源殼體的整個周界延伸，以使從便攜式能源至注射流體的熱能傳輸最大化。同時，實(shí)現(xiàn)了便攜式能源的有效的液體冷卻。
[0022]能源殼體和外殼中的每一者可以具有大致圓形的、橢圓形的或矩形的截面輪廓。因此，流體通道可以形成在能源殼體的外表面與外殼的上壁結(jié)構(gòu)和下壁結(jié)構(gòu)之間。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，能源殼體可以包括以上結(jié)合外殼的材料討論的陶瓷材料中的任一種陶瓷材料。加熱元件還可以包括例如通過絲網(wǎng)印刷直接連結(jié)至能源殼體的背向流體通道的表面的薄膜電阻器或厚膜電阻器。
[0023]能源殼體可以通過可充電電池或不可充電電池的殼或外殼形成或形成為包封現(xiàn)有的獨(dú)立的電池殼體以形成獨(dú)立的電池隔間的獨(dú)立的殼體。
[0024]以上結(jié)合本發(fā)明的第一方面和第二方面描述的注射流體加溫器中的每一個注射流體加溫器可以有利地包括溫度傳感器，該溫度傳感器用于確定在流體通道中的諸如在出口端口處或靠近出口端口處的合適的位置處的注射流體的溫度。控制器回路可以操作性地聯(lián)接至溫度傳感器并且聯(lián)接至加熱元件以控制加熱元件的瞬時電力消耗。控制回路適于基于來自溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)根據(jù)注射流體的期望溫度和目標(biāo)溫度調(diào)節(jié)加熱元件中的電力消耗?？刂破骰芈穬?yōu)選地包括可編程微處理器諸如數(shù)字信號處理器和執(zhí)行控制算法的合適的編程代碼或指令?？删幊涛⑻幚砥骺梢允乾F(xiàn)成的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)類型的微處理器，該微處理器優(yōu)選地包括合適的輸入端口和輸出端口以及諸如電可擦除只讀存儲器(EEPROM)或閃速存儲器的外圍設(shè)備。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，控制器回路替代性地可以通過適當(dāng)?shù)臉?gòu)造的可編程邏輯，諸如現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)裝置或包括集成在專用集成電路(ASIC)上的組合邏輯和存儲器的硬連接電路?？刂破麟娐穬?yōu)選地連結(jié)至上壁結(jié)構(gòu)的背向流體通道的表面或下壁結(jié)構(gòu)的背向流體通道的表面。如果可獲得足夠的表面區(qū)域，控制器電路可以設(shè)置在在上壁結(jié)構(gòu)或下壁結(jié)構(gòu)的與厚膜電阻器或電阻器相同的表面上。根據(jù)本發(fā)明的以上實(shí)施方式，使用殼體作為控制電路的支架提供了注射流體加溫器的進(jìn)一步減小的尺寸并且減小了在這些注射流體加溫器的制造期間必須組裝的獨(dú)立部件的數(shù)量。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，控制器電路包括構(gòu)造成用于將調(diào)制的驅(qū)動信號傳送至加熱元件以在加熱元件中消耗電力的一個或更多個半導(dǎo)體晶體管和/或半導(dǎo)體二極管。半導(dǎo)體晶體管可以包括一個或更多個電力金屬氧化物(MOS)晶體管或絕緣晶體(IGBTs)?？刂破麟娐房刂瓢雽?dǎo)體晶體管以跨越加熱元件例如厚膜電阻器施加PWM(調(diào)制的脈沖寬度)，使得已知量的電力被消耗在加熱元件中?？刂破麟娐房梢赃m于通過調(diào)節(jié)PWM驅(qū)動信號的工作周期來調(diào)節(jié)消耗在加熱元件中的電力的量。在加熱元件的操作期間消耗在控制器回路中的一個或更多個半導(dǎo)體晶體管和/或半導(dǎo)體二極管中的過量的熱能也可以通過將這些半導(dǎo)體連結(jié)至上壁結(jié)構(gòu)和/或下壁結(jié)構(gòu)的背向流體通道的表面來傳輸至流體通道。通過一個或更多個半導(dǎo)體晶體管和/或半導(dǎo)體二極管中的阻抗的且電容性的寄生損失引起過量的熱能。
[0025]溫度傳感器可以包括半導(dǎo)體基傳感器，該半導(dǎo)體基傳感器放置在例如放置出口端口處或靠近出口端口處的流體通道中，使得能夠準(zhǔn)確測量經(jīng)加熱的或經(jīng)加溫的注射流體的溫度。注射流體溫度數(shù)據(jù)可以以數(shù)字代碼格式或作為通過控制器回路中的數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換器)的類似物抽樣的類似電壓、電荷或電流信號傳輸至控制器回路。
[0026]溫度傳感器的有利實(shí)施方式包括厚膜電阻器或薄膜電阻器，優(yōu)選地包括加熱元件的厚膜電阻器或薄膜電阻器。由于厚膜電阻器的電阻嚴(yán)格取決于溫度的，因此這些厚膜電阻器對溫度感測特別有用并且控制器回路可以適于測量厚膜電阻器的瞬時電阻?？刂破魍ㄟ^適當(dāng)?shù)挠?jì)算算法或查閱表根據(jù)經(jīng)確定的瞬時電阻大致能夠確定電阻器的溫度。此外，如果厚膜電阻器和殼體的上壁結(jié)構(gòu)和下壁結(jié)構(gòu)與流體通道具有良好的熱接觸，則厚膜電阻器的溫度與注射流體的溫 度大約相同，使得電阻溫度是能夠通過確定的校正系數(shù)調(diào)節(jié)的注射流體溫度的良好估計(jì)。
[0027]另外，本發(fā)明的第三方面涉及一種在對患者提供藥期間加溫注射流體的方法，該方法包括:
[0028]-提供根據(jù)本發(fā)明的上述方面和實(shí)施方式中的任一方面和實(shí)施方式的注射流體加溫器，
[0029]-例如用套環(huán)或帶將注射流體加溫器緊固至患者，
[0030]-將出口端口連接至插入患者靜脈中的維氟隆導(dǎo)管(Venflon)或靜脈注射導(dǎo)管，-將入口端口連接至包括大量注射流體的流體袋或容器。如果必要，可以在出口端口與維氟隆導(dǎo)管(Venflon)或IV導(dǎo)管之間插入短的延伸管。同樣地，可以在入口端口與流體袋或容器之間聯(lián)接延伸管。
[0031]制造具有很緊湊的尺寸的本注射流體的能力使得能夠用諸如帶、石膏、繃帶、橡皮筋等的合適的粘合設(shè)備或物質(zhì)將注射流體加溫器方便地直接緊固在患者的身體上，例如腿上或手臂上。這簡化了流體傳送過程并且使意外分離的風(fēng)險最小化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]下面將結(jié)合附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在附圖中:[0033]圖la)和圖lb)分別示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的注射流體加溫器的豎向剖視圖和水平俯視圖；
[0034]圖2a)和圖2b)分別示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的注射流體加溫器的豎向剖視圖和水平俯視圖；
[0035]圖2c)和圖2d)分別示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的注射流體加溫器的豎向剖視圖和水平俯視圖；
[0036]圖3a)和圖3b)分別示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的注射流體加溫器的豎向剖視圖和水平俯視圖；
[0037]圖4a)和圖4b)分別示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式的注射流體加溫器的豎向剖視圖和水平俯視圖；以及
[0038]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施方式的電池供電的注射流體加溫器的豎向剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]圖1a)示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的注射流體加溫器100的豎向剖視圖。注射流體加溫器100包括以熱傳導(dǎo)電絕緣材料形成的殼體104，該熱傳導(dǎo)電絕緣材料優(yōu)選地包括陶瓷材料諸如氧化鋁(Al2O3)。殼體104的尺寸可以根據(jù)注射流體加溫器100的具體需求特別是其流體加溫能 力來變化。
[0040]殼體104封裝或包封在外殼102內(nèi)，該外殼102以通過注塑成型的合適的聚合材料例如熱塑性材料或彈性化合物形成。外殼102可以成形和定尺寸為保護(hù)殼體104免于機(jī)械震動和沖擊。一對袋帽或帽部112、114覆蓋外殼102的相應(yīng)的進(jìn)入開口并且優(yōu)選地用來密封外殼102的內(nèi)部容積或使外殼102的內(nèi)部容積與液體、灰塵和外部環(huán)境中的其他污染物隔離。描繪的注射流體加溫器100的原型通過具有5.1cm長度、3.3cm寬度和2.1cm厚度的外殼102生產(chǎn)。殼體104具有板狀形式并且包括上壁結(jié)構(gòu)107和相對的下壁結(jié)構(gòu)105，該上壁結(jié)構(gòu)107和相對的下壁結(jié)構(gòu)105通過沿豎向平面一即垂直于與殼體104的外表面平行的水平平面的平面一突出的曲折形狀的流體通道或通路103分開。流體通道103在分別在上壁結(jié)構(gòu)107與下壁結(jié)構(gòu)105之間延伸通過殼體104。在本實(shí)施方式中，上壁結(jié)構(gòu)107和下壁結(jié)構(gòu)105形成在通過諸如膠合、釬焊、壓配、焊接等的合適手段連結(jié)至彼此的獨(dú)立的上殼體和下殼體中。流體通道103在流體入口端口 110與流體出口端口 108之間延伸以允許注射流體流動通過殼體104。流體入口端口 110聯(lián)接至流體通道103的第一端部，而流體出口端口聯(lián)接至流體通道103的相對的端部。流體通道在大致分別垂直于在入口端口110和出口端口 108處的注射流體的流動(通過箭頭111指示)延伸的描繪的豎向截面平面內(nèi)具有曲折形狀。諸如血液或IV溶液的冷的或未加熱的注射流體從諸如流體袋的流體源流動通過IV管路或管道118、通過流體入口端口 110、在流體出口端口 108外通過流體通道103。出于靜脈注射治療的目的，加熱或加溫的注射流體從流體出口端口 108通過IV管路或管道116朝向插入患者的靜脈中的IV導(dǎo)管(例如維氟隆導(dǎo)管(Venflon))流動。
[0041]流體通道103的曲折形狀通過分別形成在殼體104的上壁結(jié)構(gòu)107和下壁結(jié)構(gòu)105中的一對配合的凹槽或溝槽來做出。因此，熱能通過與殼體104的經(jīng)加熱的壁結(jié)構(gòu)的直接接觸傳遞至流體通道103中的注射流體。使用像氧化鋁那樣的生物兼容的陶瓷材料允許注射流體在流體通道103中與殼體材料直接物理接觸，并且確保了有效熱傳遞和具有少量獨(dú)立部件的注射流體加溫器的簡化結(jié)構(gòu)。一組厚膜電阻器106a-106f像注射流體加溫器100的加熱元件那樣起作用并且被絲網(wǎng)印刷在上壁結(jié)構(gòu)107與下壁結(jié)構(gòu)105的分別背向流體通道103的表面上。通過將PWM(調(diào)制的脈沖寬度)驅(qū)動信號在該組厚膜電阻器上的應(yīng)用，電力在其中消耗以便如下面更詳細(xì)地解釋那樣加熱厚膜電阻器。厚膜電阻器106a、106b和106c被絲網(wǎng)印刷在上壁結(jié)構(gòu)107的背向流體通道103的外表面上，并且厚膜電阻器106d、106e和106f被絲網(wǎng)印刷在下壁結(jié)構(gòu)107的背向流體通道103的外表面上。由于該組厚膜電阻器106a-106f在沒有任何干預(yù)空氣間隙的情況下分別與上壁結(jié)構(gòu)107和下壁結(jié)構(gòu)105良好的物理接觸，因此向在流體通道103中流動的注射流體提供了有效的熱聯(lián)接，使得熱能傳遞至注射流體以對該流體加溫。厚膜電阻器優(yōu)選地覆蓋相應(yīng)的外表面區(qū)域的大部分，這確保了電阻器分別 與殼體104的上壁結(jié)構(gòu)107和下壁結(jié)構(gòu)105之間的良好的熱聯(lián)接。如通過PWM(調(diào)制的脈沖寬度)驅(qū)動信號所看到的，該組厚膜電阻器106a-106f的總電阻優(yōu)選地位于0.001歐姆與6250歐姆之間，諸如0.1歐姆與I千歐(IO3歐姆)之間。
[0042]用于本實(shí)施方式的殼體104的陶瓷材料的性質(zhì)產(chǎn)生若干顯著優(yōu)點(diǎn)。一個優(yōu)點(diǎn)在于，陶瓷材料具有良好的導(dǎo)熱性，使得加熱元件(例如厚膜電阻器組)中產(chǎn)生的熱能傳遞至注射流體并且具有低的能耗。此外，陶瓷材料用作加熱元件自身的支架并且最終用作使施加至加熱元件的PWM電壓與注射流體絕緣并且因此與患者絕緣的電絕緣體。
[0043]注射流體加溫器100優(yōu)選地包括溫度傳感器(未示出)，用以確定在流體通道103中——例如在出口端口 108處——的注射流體的溫度，以判定注射流體溫度處于某個可允許范圍內(nèi)，例如在36攝氏度與37攝氏度之間?？刂破骰芈?未示出)操作性地聯(lián)接至溫度傳感器并且聯(lián)接至該組厚膜電阻器106a-106f，以控制該組中的瞬時電力消耗。該組厚膜電阻器106a-106f中的瞬時電力消耗優(yōu)選地通過根據(jù)注射流體的期望溫度或目標(biāo)溫度調(diào)節(jié)前述施加至電阻器組的PWM驅(qū)動信號的工作周期來進(jìn)行控制。該調(diào)節(jié)例如可以基于來自溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)通過合適的反饋環(huán)路和由控制器回路執(zhí)行的控制算法來起作用。控制器回路優(yōu)選地包括可編程微處理器，諸如數(shù)字信號處理器和實(shí)施控制算法的合適的程序代碼或指令。可編程微處理器可以是現(xiàn)成的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)型的微處理器，該微處理器優(yōu)選地包括合適的輸入端口和輸出端口以及諸如EEPROM或閃速存儲器的外圍設(shè)備。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，控制器回路替代性地可以通過適當(dāng)構(gòu)造的可編程邏輯一諸如FPGA裝置或包括集成在專用集成電路(ASIC)上的組合邏輯和存儲器的組合的硬連接電路——來實(shí)施。控制器回路優(yōu)選地連結(jié)至上壁結(jié)構(gòu)107的外表面或下壁結(jié)構(gòu)105的外表面，使得其鄰近厚膜電阻器106a、106b和106c (請參照圖1b)或厚膜電阻器106d、106e和106f設(shè)置。以此方式，上壁結(jié)構(gòu)107或下壁結(jié)構(gòu)105也起控制器回路的支架的作用，并且可以熱聯(lián)接至控制器回路，使得控制器中消耗的熱能能夠被導(dǎo)向通過殼體104至注射流體?？刂破骰芈穬?yōu)選地通過可充電電池或不可充電電池供電，使得整個注射流體加溫器100是便攜的。在替代性方案中，控制器回路可以通過諸如切換模式電源的主操作電源通電。
[0044]圖1b)示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的注射流體加溫器100的俯視圖。移除了熱塑性外殼102的蓋子或上壁，使得上壁結(jié)構(gòu)107的背向殼體104的流體通道的表面是可見的。厚膜電阻器106a、106b和106c布置在上壁結(jié)構(gòu)107的覆蓋如前述的可觸及的表面區(qū)域的大部分的外表面上。厚膜電阻器106a、106b和106c中的每一個厚膜電阻器包括設(shè)置在彼此下方的多個電阻器部段。這些電阻器部段可以以串聯(lián)或并聯(lián)的方式聯(lián)接以提供厚膜電阻器的期望電阻值。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，多個電阻器部段可以用等同電阻的單個電阻器代替。同樣地，厚膜電阻器106a、106b和106c可以用等同電阻的單個電阻器代替。如所示，外圍邊緣部沒有被厚膜電阻106a、106b和106c覆蓋并且可以用于控制器回路的附接，從而提供了很緊湊的且機(jī)械上堅(jiān)固的總結(jié)構(gòu)，其中，個別部件以良好的熱接觸放置。
[0045]圖2a)示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的注射流體加溫器200的豎向剖視圖。注射流體加溫器的本實(shí)施方式和上述第一實(shí)施方式中的相似特征設(shè)置有對應(yīng)的附圖標(biāo)記以便易于比較。注射流體加溫器200包括以熱傳導(dǎo)電絕緣材料形成的殼體204，該熱傳導(dǎo)電絕緣材料優(yōu)選地包括諸如氧化鋁(Al2O3)的陶瓷材料。殼體204的尺寸可以根據(jù)注射流體加溫器200的具體需求，具體是其流體加溫能力而變化。殼體204封裝或包封在通過關(guān)聯(lián)的一對螺帽或帽部212、214保持在一起的外側(cè)或外部外殼202內(nèi)。出于相同的目的，關(guān)聯(lián)的一對螺帽或帽部212、214可以以前述材料中的一種材料形成。外部外殼202包括注射流體進(jìn)入(通過箭頭211所示)的流體入口端口 210和相對設(shè)置的流體出口端口 208，在注射流體加溫器200的操作期間，注射流體在該流體出口端口 208處離開。
[0046]殼體204包括具有上壁結(jié)構(gòu)207和相對的下壁結(jié)構(gòu)205的板狀形式，上壁結(jié)構(gòu)207和相對的下壁結(jié)構(gòu)205通過在上壁結(jié)構(gòu)207與下壁結(jié)構(gòu)205的面對的表面之間延伸的流體通道或通路203分離。在本實(shí)施方式中，上壁結(jié)構(gòu)207和下壁結(jié)構(gòu)205形成在獨(dú)立的上殼體和下殼體中，獨(dú)立的上殼體和下殼體在制造之后通過合適的手段諸如膠合、釬焊、壓配、焊接等彼此連結(jié)。與本注射流體加溫器的上述第一實(shí)施方式中的曲折形狀相比，流體通道203在本實(shí)施方式中具有大致直的水平形狀。流體通道203優(yōu)選地在上壁結(jié)構(gòu)207與下壁結(jié)構(gòu)205的面對的表面的大部分下方延伸以使流動通過流體通道203的注射流體的流動速率最大化。同樣地，通過面對的表面的注射流體與上壁結(jié)構(gòu)207和下壁結(jié)構(gòu)205之間的直接物理接觸面積被最大化，以提高通過上壁結(jié)構(gòu)207和下壁結(jié)構(gòu)205至注射流體的直接熱能傳遞。流體通道203的高度優(yōu)選地處于0.1mm與5cm之間。選擇用于本實(shí)施方式的直通道或通路設(shè)計(jì)的顯著優(yōu)點(diǎn)在于較小的壓降。流體通道203可以包括多個豎向支柱，所述多個豎向支柱機(jī)械地連接上壁結(jié)構(gòu)207和下壁結(jié)構(gòu)205以改進(jìn)殼體204的機(jī)械強(qiáng)度，特別是針對豎向定向的震動的強(qiáng)度。
[0047]一組厚膜電阻器206a_206d用作注射流體加溫器200的加熱元件。該組厚膜電阻器206a-206d絲網(wǎng)印刷在上壁結(jié)構(gòu)207和下壁結(jié)構(gòu)205的分別背向流體通道203的表面上或與替代性緊固機(jī)構(gòu)牢固地連結(jié)或附接。該組厚膜電阻器優(yōu)選地連結(jié)至上壁結(jié)構(gòu)207和下壁結(jié)構(gòu)205的外表面，使得實(shí)現(xiàn)對壁結(jié)構(gòu)的有效熱聯(lián)接，即低熱電阻，并且因此實(shí)現(xiàn)對在流體通道203中流動的注射流體的有效熱聯(lián)接。該組厚膜電阻器的單獨(dú)的電阻器優(yōu)選地布置成在沒有干預(yù)空氣間隙的情況下與所討論的壁結(jié)構(gòu)鄰接。以此方式，消耗在該組厚膜電阻器206a-206d中的熱能有效地傳遞至注射流體以對流體加溫。厚膜電阻器優(yōu)選地覆蓋相應(yīng)的表面區(qū)域的大部分，這也確保了厚膜電阻器分別與殼體204的上壁結(jié)構(gòu)207和下壁結(jié)構(gòu)205之間的良好的熱聯(lián)接。如通過PWM(調(diào)制的脈沖寬度)驅(qū)動信號所看到的，該組厚膜電阻器206a-206d的總電阻優(yōu)選地處于0.001歐姆與6250歐姆之間，諸如在0.1歐姆與I千歐(IO3歐姆)之間。[0048]注射流體加溫器200可以包括溫度傳感器(未示出)，用以確定在流體通道203中，例如在出口端口 208處，的注射流體的溫度。該溫度傳感器可以用于判定注射流體溫度處于特定的可允許范圍內(nèi)，例如在36攝氏度與37攝氏度之間?？刂破骰芈?未示出)操作性地聯(lián)接至溫度傳感器并且聯(lián)接至該組厚膜電阻器206a-206d以通過與上述結(jié)合第一注射流體加溫器實(shí)施方式100相同的方式控制該組中的瞬時電力消耗。
[0049]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將領(lǐng)會，該組厚膜電阻器206a_206d與殼體204之間的牢固的連結(jié)提供了一種加熱元件和熱交換器的緊湊的統(tǒng)一的組件，其中，在本注射流體加溫器200中計(jì)算出少的部件。
[0050]圖2b)示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的注射流體加溫器200的俯視圖。移除了熱塑性外殼202的蓋子或上壁，使得殼體204的上壁結(jié)構(gòu)207的外表面被暴露出來。厚膜電阻器206a、206b布置在上壁結(jié)構(gòu)207的覆蓋可觸及的表面區(qū)域的大部分的外表面上。厚膜電阻器206a、206b的每一個厚膜電阻器包括沿寬度方向設(shè)置的多個單獨(dú)的電阻器部段。這些電阻器部段可以以串聯(lián)或并聯(lián)的方式聯(lián)接以提供討論中的厚膜電阻器的所期望的電阻值。
[0051]圖2c)示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的注射流體加溫器250的豎向剖視圖。注射流體加溫器的本實(shí)施方式和上述第二實(shí)施方式的相似特征和元件設(shè)置有對應(yīng)的附圖標(biāo)記以便易于比較。外部外殼252包括注射流體進(jìn)入(通過箭頭261示出)的流體入口端口 260和相對布置的流體出口端口 258，在注射流體加溫器250的操作期間，注射流體在該流體出口端口 258處離開。殼體254封裝或包封在通過關(guān)聯(lián)的一對關(guān)聯(lián)的螺帽或帽部262、264保持在一起的外側(cè)或外部外殼552內(nèi)。
[0052]在本注射流 體加溫器250中，流體通道包括設(shè)置在殼體254的上壁結(jié)構(gòu)257和外部外殼252的上壁結(jié)構(gòu)之間的第一通道部段或上通道部段253a。在殼體254的下壁結(jié)構(gòu)255與外部外殼252的下壁結(jié)構(gòu)的向內(nèi)定向表面之間布置有第二通道部段253b。以此方式，流體通道繞殼體254延伸，而不是像上述第二實(shí)施方式中那樣通過殼體204。上壁結(jié)構(gòu)257和下壁結(jié)構(gòu)255可以是在它們制造后相連結(jié)的獨(dú)立的部件。殼體204優(yōu)選地以熱傳導(dǎo)電絕緣材料形成，該熱傳導(dǎo)電絕緣材料優(yōu)選地包括諸如氧化鋁(Al2O3)的陶瓷材料。上流體通道253a和下流體通道253b優(yōu)選地在上外部外殼和下外部外殼的面對表面的大致部分的下方延伸，以使流動通過流體通道的注射流體的流速最大化。同樣地，注射流體與上壁結(jié)構(gòu)257和下壁結(jié)構(gòu)255之間通過面對的表面的直接物理接觸被最大化，以提高通過上壁結(jié)構(gòu)257和下壁結(jié)構(gòu)255至注射流體的直接熱能傳遞。上流體通道253a和下流體通道253b的直的通道或通路設(shè)計(jì)導(dǎo)致小的壓降。
[0053]該組厚膜電阻器256a_256d用作注射流體加溫器250的加熱元件。該組厚膜電阻器206a-206d絲網(wǎng)印刷在上壁結(jié)構(gòu)257和下壁結(jié)構(gòu)255的分別背向流體通道253a、253b的表面上，或者與替代性緊固機(jī)構(gòu)牢固地連結(jié)或附接。該上組厚膜電阻器206a-206b連結(jié)至上壁結(jié)構(gòu)257并且面向連結(jié)至下壁結(jié)構(gòu)255的下組厚膜電阻器206c-206d，使得在其間形成小的中間容積。上壁結(jié)構(gòu)257和下壁結(jié)構(gòu)255u優(yōu)選地以密封的方式連結(jié)至彼此，使得注射流體被防止進(jìn)入小的中間容積和使厚膜電阻器短路。該組厚膜電阻器256a-256d優(yōu)選地連結(jié)至上壁結(jié)構(gòu)207和下壁結(jié)構(gòu)205，使得實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)的壁結(jié)構(gòu)的有效的熱聯(lián)接，即低熱電阻，并且因此也實(shí)現(xiàn)對在上壁流體通道253a、253b中流動的注射流體的有效的熱聯(lián)接。如上所述，該組厚膜電阻器的單獨(dú)的電阻器優(yōu)選地設(shè)置成在沒有干預(yù)空氣間隙的情況下與所討論的壁結(jié)構(gòu)鄰接，以確保從該組厚膜電阻器206a-206d通過上壁結(jié)構(gòu)257和下壁結(jié)構(gòu)255至注射流體的有效熱傳遞。
[0054]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將領(lǐng)會，該組厚膜電阻器256a_256d與殼體254之間的牢固的連結(jié)提供了一種加熱元件和熱交換器的緊湊的統(tǒng)一的組件，其中，在本注射流體加溫器250中計(jì)算出少的部件。
[0055]圖2d)示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的注射流體加溫器250的俯視圖。移除了熱塑性外殼252的蓋子或上壁，使得殼體254的上壁257的外表面被暴露出來。厚膜電阻器206a、206b設(shè)置在上壁結(jié)構(gòu)207的背向上流體通道的內(nèi)表面上。厚膜電阻器206a、206b覆蓋上壁257的可觸及的表面區(qū)域的大部分。厚膜電阻器206a，206b中的每一個厚膜電阻器包括沿寬度方向設(shè)置的多個單獨(dú)的電阻器部段。這些電阻器部段可以以串聯(lián)或并聯(lián)的方式聯(lián)接以提供所討論的厚膜電阻器的期望電阻值。
[0056]圖3a)示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的注射流體加溫器300的豎向剖視圖。在注射流體加溫器的本實(shí)施方式和上述第一實(shí)施方式中的相似特征提供有對應(yīng)的附圖標(biāo)記以易于比較。注射流體加溫器300包括以熱傳導(dǎo)電絕緣材料形成的殼體304，該熱傳導(dǎo)電絕緣材料優(yōu)選地包括諸如氧化鋁(Al2O3)的陶瓷材料。殼體304的尺寸可以根據(jù)注射流體加溫器300的具體需求變化，特別是根據(jù)其流體加溫能力變化。殼體304封裝或包封在外側(cè)外殼302及其關(guān)聯(lián)的一對螺帽或帽部312、314內(nèi)，該對螺帽或帽部312、314出于相同的目的可以以前述材料中的一種材料形成。殼體304包括板狀上壁結(jié)構(gòu)307和獨(dú)立的相對的板狀下壁結(jié)構(gòu)305。分別在板狀上壁結(jié)構(gòu)307與板狀下壁結(jié)構(gòu)305之間夾持有鋁熱交換器309，并且所述鋁熱交 換器309例如通過直接物理接觸或通過一層合適的熱化合物熱聯(lián)接至板狀上壁結(jié)構(gòu)307與板狀下壁結(jié)構(gòu)305。在金屬熱交換器309中形成有流體通道303，使得注射流體與金屬熱交換器物理接觸，以從金屬熱交換器接收熱能。上壁結(jié)構(gòu)307和下壁結(jié)構(gòu)305可以通過諸如膠合、釬焊、壓配、焊接等的任何合適的手段和制造過程連結(jié)或緊固至金屬熱交換器309的相對側(cè)。厚膜電阻器306a、306b和306c絲網(wǎng)印刷在上壁結(jié)構(gòu)307的背向金屬熱交換器309的外表面上，并且厚膜電阻器306d、306e和306f絲網(wǎng)印刷在下壁結(jié)構(gòu)307的背向其中形成流體通道303的金屬熱交換器309的外表面上。流體通道303在設(shè)置在金屬熱交換器309中的流體入口端口 310和流體出口端口 308之間延伸。流體通道303具有與注射流體加溫器的上述第一實(shí)施方式中的形狀相似的曲折形狀。流體通道303優(yōu)選地在上壁結(jié)構(gòu)307和下壁結(jié)構(gòu)305的寬度的大致部分的下方延伸，以提高通過流體通道303的注射流體的流動速率。同樣地，注射流體在流體通道303內(nèi)側(cè)與上壁結(jié)構(gòu)307和下壁結(jié)構(gòu)305之間的直接物理接觸被最大化以提高熱能傳遞。流體通道303的高度優(yōu)選地處于0.1mm與5cm之間。與例如陶瓷材料相比,金屬熱交換器309的顯著優(yōu)點(diǎn)在于其較低的熱電阻，由此增加了流體加溫能力，從而允許較高的流體流動速率。盡管以注射流體加溫器的尺寸和復(fù)雜性為代價，但是金屬熱交換器309也增加了殼體304的表面面積和機(jī)械強(qiáng)度。
[0057]圖3b)示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的注射流體加溫器300的俯視圖。移除了熱塑性外殼302的蓋子或外壁，使得殼體304的上壁307的外表面被暴露出來。金屬熱交換器309的邊緣部段沿長度方向伸出或突出至陶瓷殼體304的外表面307的外側(cè)。流體入口端口 310形成在左側(cè)邊緣部段309a的下面，而流體出口端口形成在右側(cè)邊緣部段309b的下面。厚膜電阻器306a、306b和306c設(shè)置在上壁307的覆蓋可觸及的表面區(qū)域的大部分的外表面上。厚膜電阻器306a、306b和306c中的每一個厚膜電阻器包括沿寬度方向設(shè)置的多個單獨(dú)的電阻器部段。這些電阻器部段可以以串聯(lián)或并聯(lián)的方式聯(lián)接以提供所討論的厚膜電阻器的期望電阻值。由于厚膜電阻器306a、306b和306c與上壁結(jié)構(gòu)307處于良好的熱接觸，上壁結(jié)構(gòu)307進(jìn)而與金屬熱交換器309處于良好的熱接觸，因此消耗在厚膜電阻器306a、306b和306c中的熱能有效地傳輸或聯(lián)接至流體通道303中的注射流體。
[0058]圖4a)示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的注射流體加溫器400的豎向剖視圖。注射流體加溫器的本實(shí)施方式和上述第一實(shí)施方式中的相似特征設(shè)置有對應(yīng)的附圖標(biāo)記以便易于比較。注射流體加溫器400包括以熱傳導(dǎo)電絕緣材料形成的殼體404，該熱傳導(dǎo)電絕緣材料優(yōu)選地包括諸如氧化鋁(Al2O3)的陶瓷材料。殼體404的尺寸可以根據(jù)注射流體加溫器400的具體需求變化，特別是根據(jù)其流體加溫能力變化。殼體404封裝或包封在外側(cè)外殼402及其關(guān)聯(lián)的一對螺帽或帽部412、414內(nèi)，出于相同的目的，該對螺帽或帽部412、414可以以前述材料中的一種材料形成。殼體404包括矩形板狀上壁結(jié)構(gòu)407和獨(dú)立的相對的矩形板狀下壁結(jié)構(gòu)405。分別在板狀上壁結(jié)構(gòu)407與板狀下壁結(jié)構(gòu)405之間夾持有鋁熱交換器409，并且該鋁熱交換器409例如通過直接物理接觸或通過一層合適的熱化合物熱聯(lián)接至板狀上壁結(jié)構(gòu)407和板狀下壁結(jié)構(gòu)405。鋁熱交換器409具有帶有平的上表面和下表面的矩形結(jié)構(gòu)，該平的上表面和下表面與板狀上壁結(jié)構(gòu)407和板狀下壁結(jié)構(gòu)405配合，以允許這些部件之間的良好的熱聯(lián)接(即，低熱電阻)。具有矩形截面輪廓的直的流體通道403中央地延伸通過金屬熱交換器409，使得注射流體與金屬熱交換器409物理接觸，以從該金屬熱交換器409接收熱能。上壁結(jié)構(gòu)407和下壁結(jié)構(gòu)405可以通過諸如膠合、釬焊、壓配、焊接等的合適的緊固過程連結(jié)或緊固至金屬熱交換器409的相對側(cè)。厚膜電阻器406a、406b絲網(wǎng)印刷在上壁結(jié)構(gòu)407的背向金屬熱交換器409的外表面上，并且厚膜電阻器406c、406d絲網(wǎng)印刷在下壁結(jié)構(gòu)405的背向其中形成流體通道403的金屬熱交換器409的外表面上。流體通道403在設(shè)置在金屬熱交換器409中的流體入口端口或狹縫410與流體出口端口或狹縫408之間延伸。流體通道403優(yōu)選地在上壁結(jié)構(gòu)407和下壁結(jié)構(gòu)405的寬度的大致部分的下方延伸，以提高通過流體通道403的注射流體的流動速率。同樣地，注射流體和流體通道403的上壁結(jié)構(gòu)和下壁結(jié)構(gòu)之間的直接物理接觸面積被最大化以提高熱能傳遞。流體通道403的高度優(yōu)選地處于0.1mm與5cm之間。與金屬熱交換器309中的上述曲折流體通道形狀相比，金屬熱交換器409的直的通道形狀的顯著優(yōu)點(diǎn)在于其較小的壓降。金屬熱交換器409也增加了殼體404的表面區(qū)域和機(jī)械強(qiáng)度。
[0059]圖4b)示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式的注射流體加溫器400的俯視圖。移除了熱塑性外殼402的蓋子或外壁，使得陶瓷殼體404的上壁407的外表面被暴露出來。上壁407覆蓋下面的金屬熱交換器403。流體入口端口 410形成為在金屬熱交換器409的中央部分中的矩形狹槽，而流體出口端口 408在其相對端部中同樣形成為金屬熱交換器409的中央部分中的矩形狹槽。厚膜電阻器406a、406b設(shè)置——優(yōu)選地絲網(wǎng)印刷——在上壁結(jié)構(gòu)407的覆蓋可觸及的表面區(qū)域的大部分的外表面上。厚膜電阻器406a、406b中的每一個厚膜電阻器包括沿寬度方 向設(shè)置的多個單獨(dú)的電阻器部段。這些電阻器部段可以以串聯(lián)或并聯(lián)的方式聯(lián)接以提供所討論的厚膜電阻器的期望電阻值。由于厚膜電阻器406a、406b與上壁結(jié)構(gòu)407處于良好的熱接觸，上壁結(jié)構(gòu)407進(jìn)而與金屬熱交換器409處于良好的熱接觸，因此消耗在厚膜電阻器406a、406b中的熱能有效地傳輸至流體通道403中的注射流體。自然地，相同種類的有效的熱能傳遞從厚膜電阻器406c、406d進(jìn)行至注射流體。
[0060]圖5示出了根據(jù)前面所討論的本發(fā)明的第二且獨(dú)立的方面的電池供電的注射流體加溫器500的豎向剖視圖，其中，加熱元件包括便攜式能源，諸如一個或更多個可充電電池、不可充電電池、超級電容器等。注射流體加溫器500包括外側(cè)外殼502，該外側(cè)外殼502可以以合適的聚合材料——例如通過注塑成型的熱塑性材料或彈性化合物——形成。外側(cè)外殼502可以成形和定尺寸成保護(hù)電池殼體或殼504免于機(jī)械震動和沖擊。一對螺帽或帽部512、514覆蓋外側(cè)外殼502的相對應(yīng)的進(jìn)入開口并且優(yōu)選地用于密封外側(cè)外殼502的內(nèi)部容積或使外側(cè)外殼502的內(nèi)部容積與液體、灰塵和外部環(huán)境中的其他污染物隔離。外側(cè)外殼502的尺寸可以根據(jù)注射流體加溫器500的具體需求變化，特別是根據(jù)其流體加溫能力變化。
[0061]外側(cè)外殼502包括具有帶有半圓筒形上壁結(jié)構(gòu)507和相對的半圓筒形下壁結(jié)構(gòu)505的圓筒形形狀。電池殼504優(yōu)選地以諸如陶瓷材料例如氧化鋁(Al2O3)的熱傳導(dǎo)電絕緣材料形成，以使三個可充電電池519a、519b和519c與流體通道503電絕緣。電池殼504優(yōu)選地具有符合外側(cè)外殼502的內(nèi)部輪廓的圓筒形形狀，但是其中，截面直徑足夠小以在外側(cè)外殼502的內(nèi)表面與電池殼504之間留出環(huán)狀圓筒形通路503。環(huán)狀圓筒形通路503形成在流體入口端口 510與流體出口端口 508之間水平地延伸的流體通道或通路，以允許注射流體流通過外側(cè)外殼502。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，三個可充電電池519a、518b、519c可以具有除了電池殼504和與電池殼504相適應(yīng)的外側(cè)外殼502的圓筒形形狀之外的許多其他形狀。在一個這種實(shí)施方式中，可充電電池中的每個可充電電池具有矩形截面輪廓，并且流體通道503具有對應(yīng)的截面輪廓。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，包封三個可充電電池的獨(dú)立的電池殼504在便攜式注射流體加溫器的其他實(shí)施方式中可能是多余的。在這些其他實(shí)施方式中 ，可充電電池的每個外側(cè)外殼可以具有熱傳導(dǎo)電絕緣性質(zhì)并且因此與注射流體直接接觸。諸如血液或IV溶液的冷的或未加熱的流體從諸如流體袋的流體源流動通過IV管路或管道518、通過流體入口端口 510、在流體出口端口 508的外部處通過流體通道503。加熱或加溫的注射流體出于靜脈治療目從流體出口端口 508通過IV管路或管道516朝向插入患者靜脈中的IV導(dǎo)管(即維氟隆(Venflon)導(dǎo)管)流動。可充電電池519a、519b、519c根據(jù)本發(fā)明的本實(shí)施方式用作加熱兀件。因?yàn)殡姵貧?04的外表面與(流動的)注射流體之間的直接物理接觸，電池殼504的外表面將由電池所產(chǎn)生的熱能傳導(dǎo)至流體通道503中的注射流體?？沙潆婋姵?19a、519b和519c優(yōu)選地例如借助直接物理接觸或借助通過熱化合物的干預(yù)層或具有良好熱傳導(dǎo)性的固體材料的干預(yù)層的熱接觸來與電池殼504處于良好的熱接觸。
[0062]注射流體加溫器500優(yōu)選地包括溫度傳感器(未示出)，用以確定在流體通道503中——例如在出口端口 508處——的注射流體的溫度，以判定注射流體溫度處于某個可允許范圍內(nèi)，諸如36攝氏度與37攝氏度之間?？刂破骰芈?未示出)操作性地聯(lián)接以確定或設(shè)定從三個可充電電池519a、519b、519c得到的放電電流，以便控制因其相應(yīng)的內(nèi)阻抗而內(nèi)部地消耗在可充電電池519a、519b、519c內(nèi)的電力的瞬時量。在可充電電池519a、519b、519c中的該內(nèi)部電力消耗引起熱能的產(chǎn)生，該熱能如上所述通過熱傳導(dǎo)電池殼504熱聯(lián)接至注射流體。以此方式，注射流體通過由可充電電池519a、519b、519c產(chǎn)生的過量的熱被加溫或加熱，而不是將過量的熱浪費(fèi)至周圍空氣，使得存儲在可充電電池519a、519b、519c中的能量被有效使用?？刂破骰芈房梢允褂脕碜詼囟葌鞲衅鞯臄?shù)據(jù)來控制內(nèi)部地消耗在可充電電池內(nèi)的瞬時電能消耗，使得在出口端口處的期望的注射流體溫度在注射流體傳送至患者的期間被保持。
[0063]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，上述使用可充電電池519a、519b、519c的內(nèi)部電能消耗來加熱注射流體可以用諸如前述一組厚膜電阻器的獨(dú)立的加熱元件來增補(bǔ)。該組厚膜電阻器可以絲網(wǎng)印刷在電池殼504的合適的內(nèi)部表面區(qū)域上(即，流體通道的相對側(cè)上)，以便與注射流體電絕緣，特別是在電池殼材料包括合適的陶瓷材料的情況下與注射流體電絕緣。以此方式，該組厚膜電阻器中消耗的電力和可充電電池中的內(nèi)部電力消耗均得到了有效的使用?？刂破骰芈穬?yōu)選地包括可編程微處理器，諸如數(shù)字信號處理器和執(zhí)行如前所述的控制算法的合 適的程序代碼或指令。
【權(quán)利要求】
1.一種注射流體加溫器，包括: -外殼，所述外殼具有上壁結(jié)構(gòu)和相對的下壁結(jié)構(gòu)；所述外殼包封有: -流體通道或通路，所述流體通道或通路在所述上壁結(jié)構(gòu)與所述下壁結(jié)構(gòu)之間延伸通過所述外殼， -流體入口端口和流體出口端口，所述流體入口端口和所述流體出口端口聯(lián)接至所述流體通道或通路的相對的端部以允許注射流體流通過所述外殼， -殼體，所述殼體以熱傳導(dǎo)電絕緣材料形成， -加熱元件，所述加熱元件連結(jié)至所述殼體并且熱聯(lián)接至所述殼體； 其中，所述流體通道或通路延伸通過所述殼體或圍繞所述殼體延伸，使得熱能通過與殼體材料的直接物理接觸傳遞至所述注射流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注射流體加溫器，其中，所述殼體包括形成在分開的上殼體和下殼體中的上壁結(jié)構(gòu)和下壁結(jié)構(gòu)，所述上殼體與所述下殼體連結(jié)至彼此。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的注射流體加溫器，其中，所述流體通道包括配合的凹槽或溝槽，所述配合的凹槽或溝槽形成在所述殼體的所述上壁結(jié)構(gòu)和所述下壁結(jié)構(gòu)的面對的表面中以形成延伸通過所述殼體的流體通路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的注射流體加溫器，其中，所述流體通道包括: -第一通道部段，所述第一通道部段設(shè)置在所述殼體的所述上壁結(jié)構(gòu)與所述外殼的所述上壁結(jié)構(gòu)之間；以及 -第二通道部段，所述第二通道部段設(shè)置在所述殼體的所述下壁結(jié)構(gòu)與所述外殼的所述下壁結(jié)構(gòu)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中的任一項(xiàng)所述的注射流體加溫器，其中，所述加熱元件連結(jié)至所述上壁結(jié)構(gòu)的背向所述流體通道的表面和/或所述下壁結(jié)構(gòu)的背向所述流體通道的表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的注射流體加溫器，其中，所述上壁結(jié)構(gòu)和所述下壁結(jié)構(gòu)的至少一個背向所述流體通道的表面包括用于將電力接收至厚膜電阻器或薄膜電阻器的一對電聯(lián)接端子。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的注射流體加溫器，其中，所述加熱元件包括包封在所述殼體的所述上壁結(jié)構(gòu)與所述下壁結(jié)構(gòu)之間的便攜式能源，諸如可充電電池、不可充電電池、超級電容器等。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的注射流體加溫器，其中，所述便攜式能源與所述流體通道之間的熱電阻小于100°C /W，優(yōu)選地小于25°C /W，甚至更優(yōu)選地小于10°C /W。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的注射流體加溫器，其中，所述殼體包括具有小于2.0cm、優(yōu)選地小于1.0cm的高度的平板狀結(jié)構(gòu)。
10.一種注射流體加溫器，包括: -外殼，所述外殼具有上壁結(jié)構(gòu)和相對的下壁結(jié)構(gòu)， -流體通道或通路，所述流體通道或通路在所述上壁結(jié)構(gòu)與所述下壁結(jié)構(gòu)之間延伸通過所述外殼， -流體入口端口和流體出口端口，所述流體入口端口和所述流體出口端口聯(lián)接至所述流體通道或通路的相對的端部，以允許注射流體流通過所述外殼，-加熱元件，所述加熱元件熱聯(lián)接至所述流體通道以將熱能傳遞至所述注射流體； -其中，所述加熱元件包括便攜式能源，諸如可充電電池、不可充電電池、超級電容器坐寸O
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的注射流體加溫器，其中，所述便攜式能源包封在所述外殼的所述上壁結(jié)構(gòu)與所述下壁結(jié)構(gòu)之間，使得所述流體通道至少部分地圍繞所述便攜式能源的外表面延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的注射流體加溫器，還包括: -環(huán)繞所述便攜式能源的電絕緣熱傳導(dǎo)的能源殼體， -其中，所述流體通道形成在所述能源殼體的外表面與所述外殼的所述上壁結(jié)構(gòu)和所述下壁結(jié)構(gòu)之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的注射流體加溫器，其中，所述能源殼體和所述外殼同軸地對準(zhǔn)以形成環(huán)繞所述能源殼體的流體通道。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的注射流體加溫器，其中，所述能源殼體的和所述外殼中的每一者均包括大致圓形的、橢圓形的或矩形的截面輪廓。
15.根據(jù)權(quán)利要 求12至14中的任一項(xiàng)所述的注射流體加溫器，其中，所述能源殼體包括陶瓷材料；并且 -所述加熱元件還包括薄膜電阻器或厚膜電阻器，所述薄膜電阻器或所述厚膜電阻器例如通過絲網(wǎng)印刷直接連結(jié)至所述能源殼體的背向所述流體通道的表面。
16.根據(jù)權(quán)利要求10至15中的任一項(xiàng)所述的注射流體加溫器，其中，所述便攜式能源與所述流體通道之間的熱電阻小于100°C /W，優(yōu)選地小于25°C /W，甚至更優(yōu)選地小于IO0C /W。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的注射流體加溫器，其中，所述殼體包括陶瓷材料，諸如氧化鋁(Al2O3)、硝酸鋁或氧化鈹。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的注射流體加溫器，包括: -溫度傳感器，所述溫度傳感器用于確定在例如所述出口端口處的所述流體通道中的所述注射流體的溫度， -控制器回路，所述控制器回路操作性地聯(lián)接至所述溫度傳感器并且聯(lián)接至所述加熱元件以控制所述加熱元件的瞬時電力消耗， -其中，所述控制器回路適于基于來自所述溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)根據(jù)所述注射流體的期望溫度或目標(biāo)溫度來調(diào)節(jié)所述元件中的電力消耗。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的注射流體加溫器，其中，所述控制器回路連結(jié)至所述上壁結(jié)構(gòu)的背向所述流體通道的所述表面或所述下壁結(jié)構(gòu)的背向所述流體通道的所述表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的注射流體加溫器，其中，所述控制器回路包括一個或更多個半導(dǎo)體晶體管和/或半導(dǎo)體二極管，所述一個或更多個半導(dǎo)體晶體管和/或半導(dǎo)體二極管將調(diào)制的驅(qū)動信號傳送至所述加熱元件以調(diào)節(jié)所述加熱元件中的所述瞬時電力消耗。
21.根據(jù)權(quán)利要求18至20中的任一項(xiàng)所述的注射流體加溫器，其中，所述溫度傳感器包括厚膜電阻器或薄膜電阻器，優(yōu)選地包括所述加熱元件的厚膜電阻器或薄膜電阻器。
22.—種在對患者提供藥期間加溫注射流體的方法，包括下述步驟: -提供根據(jù)權(quán)利要求1至22中的任一項(xiàng)所述的注射流體加溫器，-將所述注射流體加溫器緊固至所述患者，-將所述出口端口連接至插入所述患者的靜脈中的維氟隆導(dǎo)管或靜脈注射導(dǎo)管，-將所述入口端 連接至包括大量注射流體的流體袋或容器。
【文檔編號】A61M5/44GK104010682SQ201280058074
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月13日
【發(fā)明者】烏爾里克·克羅·安德森 申請人:美酷有限公司