用于输液流量设定的校正装置、输液流量自动调节装置及利用流量调节器流量系数的最佳目标流量调节方法

摘要

本发明涉及一种通过调节输液装置的输液流量调节器使其对准目标流量后，根据一次流量实测对准对应目标流量的输液流量调节器上对应于目标流量的刻度的用于输液流量设定的校正装置、输液流量自动调节装置及利用流量调节器流量系数的最佳目标流量调节方法，特别是涉及一种将影响流量的因素区分为输液流量调节器刻度位置和输液装置的安装状态（除刻度位置之外的所有因素：输液高度、输液种类、输液温度、气压变化、输液针粗细、患者血管的抵抗性等），根据随输液流量调节器刻度位置及输液装置的安装状态变化的流量变化信息，通过一次流量实测推测输液装置的安装状态后，获得对应目标流量的输液流量调节器刻度的用于输液流量设定的校正装置、输液流量自动调节装置及利用流量调节器流量系数的最佳目标流量调节方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过调节输液装置的输液流量调节器使其对准目标流量后，根据 一次流量实测对准对应目标流量的输液流量调节器上对应于目标流量的刻度的用于输液 流量设定的校正装置、输液流量自动调节装置及利用流量调节器流量系数的最佳目标流量 调节方法，特别是涉及一种将影响流量的因素区分为输液流量调节器刻度位置和输液装置 的安装状态（除刻度位置之外的所有因素：输液高度、输液种类、输液温度、气压变化、输液 针粗细、患者血管的抵抗性等），根据随输液流量调节器刻度位置及输液装置的安装状态变 化的流量变化信息，通过一次流量实测推测输液装置的安装状态后，获得对应目标流量的 输液流量调节器刻度的用于输液流量设定的校正装置、输液流量自动调节装置及利用流量 调节器流量系数的最佳目标流量调节方法。

背景技术

图1是普通输液装置的安装状态示意图，图2是常用输液装置用于调节输液流量的 输液流量调节器结构示意图。

如图1所示，进行输液治疗时，将输液装置2连接在输液瓶1上，通过输液装置2的输液针 30将输液瓶1内的输液液体射于患者。其原理是输液瓶内的液体在由输液瓶1和输液针30之 间的高度差产生的水压的作用下流入患者体内。

所述连接于输液瓶1的用于输入液体的输液装置2包括设置于上端、并插设在输液瓶1 的密闭盖、用于输出输液瓶1内液体的插针11；通过插针11流出的液体以液滴12（drop）（单 位：gtt）形态滴落于内部空间并将液滴积集在内部空间下部后排出的滴注室10；插入患者 静脉的输液针30；用于连接滴注室10和输液针30的连接管20；设置于连接管20的中间部位、 用于调节输液流量的输液流量调节器40及调滚40′。

在滴注室10内低落的液滴12呈水珠形态，制作滴注室10时要尽量保证滴注具有一定量 的体积。比如，将滴注室10制作成每1cc的输液为20滴（drop）时，那么一个液滴的体积为1/ 20cc，而每1cc的输液为60滴（drop）时，一个液滴的体积则为1/60cc。因此，只要测定在滴注 室10内滴落的液滴周期即可算出通过输液装置2注入的输液流量。

可以通过流量调节器位置的调节来对准实际临床处方中的目标流量。具体而言，在考 虑根据除输液流量调节器之外所有因素（输液高度、输液种类、输液针粗细、患者血管的抵 抗性等），通过测定滴落于滴注室的液滴数量，并以此为基准调节流量调节器的位置。

这种设置于输液装置的流量调节器基于调节件的形状及流量调节原理包括有调滚40′ （rollerclamp）和输液流量调节器40。所述调滚40′通过上下移动由滚轮构成的操作部41′ 来改变流路截面积，通过微调距离来决定最高速度和最低速度，因此，不但不易调节，而且 无法指示准确的刻度。

为了弥补调滚40′的不足，提高输液的精密度，开发使用了可通过改变内部流路来调节 流量的输液流量调节器40（IVFlowRegulator），如图1或图2所示。所述输液流量调节器40 （IVFlowRegulator）通过旋转操作部41来改变旋转角度，从而改变流量。在操作部41旋转 角度的调节范围内标示刻度42，并将操作部41对准与目标流量相对应的刻度42，以此完成 流量调节。

如图1所示，通常，设有输液流量调节器40(IVFlowRegulator)的输液装置上均设有 调滚40′。

但是，如果在临床现场对利用输液装置2注射的液体流量进行实测，就会发现所述液体 流量与刻度42之间有很大的误差。这是因为标示在输液流量调节器40的刻度42未考虑可影 响实际输液速度的变数（输液高度、输液种类、输液针粗细、患者血管的抵抗性等），而只是 在某一高度上、用一种液体进行实验后标示出来的。实际临床现场与试验室条件大不相同， 特别是由于未考虑患者的血管抵抗性（幼儿、年轻人、老人的血管抵抗性均不同），因此，根 据标示的速度调节处方速度对患者的治疗显得十分重要。如果处方流量和实际输入流量差 距较大，那么就会有很大的危险性。

申请人在韩国第10-1058539号授权专利中，提出了标示输液流量调节器40刻度时先确 定基准点后，将刻度流量和基准点流量之间的相对比例也作为刻度进行标示，从而只要在 基准点测定流量后再对准对应目标流量比例的刻度即可根据目标流量输入液体的技术方 案。也就是通过一次实测的流量即可对准目标流量，因此，可以迅速找出对应于目标流量的 刻度。

但是，现使用的输液流量调节器是通过改变圆型流路的深度来调节流量的，因此，根据 刻度变化而形成的流型不是直线。

韩国授权专利第10-1058539号的技术方案中，为了以相对比例标示输液流量调节器刻 度，需要所述输液流量调节器实现线性化，因此，会提高产品化成本，降低商业利用率。

此外，由于输液流量调节器的刻度以比例标示，因此，校正速度时，为了找出对应目标 流量的刻度而测定一次流量时输液流量调节器的基准点要始终固定在相同位置，并且，在 输液过程中调整速度时需要以流量调节器的标示位置为基准点重新移动。

并且，由于速度以比例标示，与现使用的实际标示单位不同，因此，不符合通用习惯、不 便于使用。

发明内容

本发明的目的是弥补现有技术的不足，提供一种即使输液装置的安装状态发生变 化也能根据其变化情况迅速而准确地找出对应于目标流量的输液流量调节器的调节位置 并对其进行调节，同时反映液滴体积的变化，可提高流量准确度的用于输液流量设定的校 正装置、输液流量自动调节装置及利用流量调节器的流量系数的最佳目标流量调节方法。

为了达到上述目的本发明采用的技术方案如下：

本发明用于输液流量设定的校正装置，操作部的操作范围内标有标示刻度，为了依照 输液治疗处方确定的目标流量注射输液，在设有通过操作部指示刻度的变更来调节输液流 量的输液流量调节器的输液装置，获得操作部应指示的标示刻度，它包括用于输入所述目 标流量、操作部指示的任意初始刻度及操作部指示初始刻度时测定的实测流量的输入部； 储存有可根据输液装置的安装状态而变化的且测定的情境变数X、根据操作部指示的刻度 而变化的系数C及通过输液装置输入的输液流量Q之间的关系式中代入情境变数X及流量Q 测定值而获得的每个标示刻度的系数C值的存储部；将对应于所述初始刻度的系数C的值C₁和所述实测流量代入所述关系式并获得情境变数X的值X₁后，将获得的情境变数X的值X₁和 所述目标流量代入所述关系式而得出系数C的值C₂的设定值计算部；用于输出对应于从所 述设定值计算部获得的系数C的值C2的标示刻度的输出部。

所述关系式为Q=CX，表示流量Q分别与情境变数X和系数C成正比。

所述情境变数X是随输液装置安装状态的改变而发生变化的输液瓶和输液针之间的水 压差。

所述情境变数X是随输液装置安装状态的改变而发生变化的输液瓶和输液针之间的高 度差

本发明的有益效果是：可事先获得以影响通过输液装置注射的输液流量的输液装置安 装状态的因素和输液流量调节器调节刻度的因素作为变数的关系式和基于输液流量调节 器调节刻度的因素，利用在任意刻度测定的一次实测流量即可找出对应安装状态的准确的 目标刻度，从而可迅速、准确地调节流量。

另外，本发明为便携式装置，只需储存基于输液流量调节器调节刻度的因素，因此，可 以用一个便携装置对多种输液流量调节器进行流量调节。

附图说明

图1是普通输液装置的安装状态示意图。

图2是常用输液装置用于调节输液流量的输液流量调节器的结构示意图。

图3是本发明用于输液流量设定的校正装置的使用状态示意图。

图4是本发明用于输液流量设定的校正装置的结构框图。

图5是本发明利用流量调节器流量系数的最佳目标流量调节方法流程图。

图6是穆迪图（MoodyChart）。

图7是对输液流量调节器刻度的流量变化及对刻度的总流量系数值的坐标图。

图8是对输液流量调节器刻度的流量变化及对刻度的层流总流量系数值的坐标图。

图9是滴注体积对滴注速度的变化坐标图。

图10是本发明利用流量调节器流量系数的最佳目标流量调节方法的流量对刻度的坐 标图。

图11是本发明输液流量自动调节装置的使用状态示意图。

图12是图11中流量传感器及电动器的结构示意图。

图13是本发明输液流量自动调节装置的结构示意图。

图中，1、输液瓶；2、输液装置；10、滴注室；20、连接管；30、输液针；40、输液流量调节器； 41、操作部；42、标示刻度；100、用于输液流量设定的校正装置；110、输入部；120、输出部； 130、存储部；140、流量计算部；150、设定值计算部；300、输液流量自动调节器；310、控制器； 311、输入部；312、输出部；313、存储部；314、控制部；320、流量传感器；321、发光元件；322、 受光元件；323、把持部；330、电动器；331、步进电机；332、齿轮；333、轴承；334、操作部把持； 335、本体把持；336、壳体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明，以便本领域的技术人员实施。

<用于输液流量设定的校正装置>

图3是本发明用于输液流量设定的校正装置的使用状态示意图，图4是本发明用于输液 流量设定的校正装置的结构框图。

如图3、图4所示，本发明用于输液流量设定的校正装置100，在输液瓶1上连接输液装置 2，并将拟注射的输液流量调节到根据输液治疗处方决定的目标流量。

如图1及图2所示，所述输液装置2包括滴注室10、连接管20、输液针30及输液流量调节 器40。因该结构为公知技术，因而只做简单说明。

滴注室10，将插针11插入于输液瓶1的密封盖，使输液瓶1内的液体通过插针11流出。通 过插针11流出的液体在滴注室10的内部空间以液滴12形态滴落，并在滴注室10内部空间的 底部维持一定水位而流入连接管20。

输液针30插入于患者的静脉。连接管20用于连接滴注室10和输液针30，通过输液针30 注射输液。

输液流量调节器40设置于连接管20，通过运作操作部41来调节经过连接管20流动的输 液流量。输液流量调节器40的种类很多，本发明实施例中采用的是在操作部41的操作范围 内标示有刻度，可通过改变操作部41指示的刻度来改变调节输液流量的输液流量调节器 40。

如上所述，将输液装置2连接于输液瓶1，给患者注射输液时，为了能以目标流量注射输 液，需要获得并输出输液流量调节器40的操作部41应指示的刻度，为此，本发明包括输入部 110、输出部120、存储部130、流量计算部140及设定值计算部150。

所述输入部110用于获得根据输液治疗处方确定的目标流量、输液流量调节器40的操 作部41指示的任意初始刻度及输液流量调节器40的操作部41指示初始刻度的状态下测定 获得的实测流量。此时，以数值形式接收所述目标流量及所述初始刻度。所述实测流量可以 利用其他流量测定装置或者采用医院通常使用的方法，用表观察测定液滴滴落周期后计入 液滴体积而获得，并可通过所述输入部110输入。但是，本发明的实施例中，输入部110上设 有可对液滴进行计数的计数输入键111、并设有下述的流量计算部140，因此，只要输入液滴 滴落时的计数便可算出流量。

所述输出部120用于输出在下述设定值计算部150获得的目标刻度的位置，所述目标刻 度表示为了以目标流量注射输液而输液流量调节器40的操作部41应指示的刻度位置，当把 操作部41对准所述目标刻度时，通过输液装置2注射的流量即为目标流量。

所述存储部130用于储存输液流量调节器40的特性信息和滴注室10的特性信息。

首先，输液流量调节器40的特性信息由表示随输液装置的安装状态发生变化的可测定 的情境变数X、随输液流量调节器的操作部41所指示的刻度位置改变而发生变化的系数C及 通过输液装置注射的输液流量Q之间关系的预先设定的关系式Q=f（C，X）构成。即，流量Q可 以用随情境变数X和系数C值而变化的函数来表示。所述情境变数X和系数C具有正交性 （othongonal），即使情境变数X发生变化，系数C也不会改变。通过下面对常用的输液流量调 节器的关系式Q=f（C，X）导出过程的说明，可以理解正交性。

另外，在每个标示刻度上分别测定情境变数X及流量Q，代入所述关系式Q=f（C，X），计 算出对标示刻度的系数C后一同储存于存储部130。具体而言，在不同的标示刻度42上变换 输液装置的安装状态（即，情境变数X）而测出流量Q后，将情境变数X和流量Q的测定值代入 所述关系式Q=f（C，X）算出系数C，从而求出每个标示刻度42的系数C。如果因实验性误差而 导致在每个标示刻度42上按情境变数X分别求出的系数C值难以完全一致时，平均将在每个 刻度上变换安装状态而获得的系数C值，以此确定对标示刻度的系数C值。

每个标示刻度42之间的系数C值，可以利用接近值进行估算，或者利用对系数C值实施 曲线求律法（curvefitting）而获得的曲线函数来计算。将标示刻度的系数C的函数储存于 所述存储部130后加以利用的方式属于储存而利用数据方式的变化形式，均不超出本发明 的权利范围。

本发明的实施例中，将所述情境变数X定为随输液装置的安装状态变化的水位差，即， 输液瓶1和输液针30之间的高度差，或者定为水压差，即，输液瓶1和输液针30之间的水压 差。在此，可以把高度差视为水位差。输液时，输液瓶的水位逐渐变低从而导致水位差变小， 但是，应用本发明时，因水位变低而产生的误差在输液治疗的允许误差范围内。因此，本发 明中将高度差和水位差视为相同含义来使用。

本发明的实施例，根据通过输液瓶1注射的输液的流动是紊流还是层流来选择不同的 关系式Q=f（C，X）。如果输液的流动为层流，那么所述系数C为层流总流量系数；如果输液的 流动为紊流，那么所述系数C为总流量系数。如下所述，我们把现有商用输液装置1设定为层 流，因此，对现有的输液装置1采用关系式Q=CX。

所述关系式Q=f（C，X）中的流量Q可以是下述通过滴注速度获得的流量，但是，此时的 流量为适用随滴注速度而变化的滴注体积的流量。

其次，滴注室10的特性信息是根据滴注速度（单位时间内的滴注数：单位时间内滴落的 滴注数量）的大小而设定的滴注体积信息。

通常，假设在滴注室10内滴落的液滴12的体积为常数，并预先将其设定为一定值后对 液滴12进行计数，以此计算流量。但是，申请人在实际测量时发现，液滴12的体积随滴注速 度的不同而发生变化，因此，利用对应滴注速度的液滴12的体积，以获得准确的流量。即，输 液装置1的输液流量可以通过在滴注室10内滴落的液滴12得出，但由于所述液滴12的体积 随滴注速度发生变化，因此，下述流量计算部140采用对应于滴注速度的滴注体积来计算流 量。

所述流量计算部140，当设置于所述输入部110的系数输入键111输入计数时计算出计 数输入（即，计数输入键111的点摁）时间差而算出滴注速度（单位时间内的滴注数）后，滴注 速度乘以滴注体积得出流量。由此得出的流量为实测流量。

滴注速度变化时滴注体积也会发生变化，因此，如上所述，根据滴注室10的特性信息利 用对应于实测流量的滴注体积。

所述设定值计算部150，根据通过输入部110输入的目标流量及初始刻度和从所述流量 计算部140获得的实测流量，计算出目标刻度后通过所述输出部120输出。所述目标刻度是 通过操作输液流量调节器140的操作部41而指示的位置的标示刻度，以使输液流量达到目 标流量。

具体而言，将对应于输入的初始刻度的系数C的值C₁及获得的所述实测流量代入所述 关系式Q=f（C，X）求出情境变数X的值X₁后，将求出的情境变数X的值X₁及所述目标流量代入 所述关系式Q=f（C，X）求出系数C的值C₂，然后把对应于系数C的值C2的标示刻度位置作为 目标刻度输出于输出部120。即，从实测流量及初始刻度获得情境变数即输液装置的安装状 态后，在输液装置的安装状态下找出用于获得目标流量的目标刻度后输出。

所述输液流量调节器140的标示刻度42通常用流量标示，但是，如果用所述系数C值代 替流量的话，那么本发明实施例中用于输液流量设定的校正装置100将每个标示刻度位置 以系数C值储存。

另外，本发明用于输液流量设定的校正装置100的标示刻度42上标有流量时，如果将实 际测定流量时的初始刻度作为目标流量而获得实测流量的话，那么实际测定流量时可以不 输入所述初始刻度。这是因为此时所要输入的所述初始刻度值与目标流量相同。

<利用流量调节器流量系数的最佳目标流量调节方法>

图5是利用所述用于输液流量设定的校正装置100调节输液流量的调节方法流程图。

如图5所示，本发明利用流量调节器流量系数的最佳目标流量调节方法包括目标流量 输入阶段S10；初始刻度输入阶段S20；实测流量获得阶段S30；情境变数值获得阶段S40；系 数值获得阶段S50及输液流量设定阶段S60。

在目标流量输入阶段S10，根据输液治疗处方输入已确定的目标流量。

在初始刻度输入阶段S20，输入操作部41指示的任意初始刻度。所输入的初始刻度为获 得实测流量时输液流量调节器40的操作部41指示的标示刻度。当使用在标示刻度上标有流 量的输液流量调节器时，如果让所述操作部41指示与目标流量相同流量的位置上的标示刻 度后获得实测流量，那么本发明的输液流量调节方法可以不包括初始刻度输入阶段S20，执 行所述目标流量输入阶段S10后执行下述的实测流量获得阶段S30，此时的初始刻度与目标 流量相同。

在实测流量获得阶段S30，在调节输液流量调节器的操作部41指示初始刻度的状态下 测定流量而获得实测流量。本发明通过计数输入键111对液滴12进行计数，因此，所述实测 流量获得阶段S30包括将每次液滴12滴落时按下计数输入键111次数作为计数输入而进行 所定次数输入的计数输入阶段S31；通过计数输入的时间差计算滴注速度（单位时间内液滴 的滴注数）的滴注速度计算阶段S32；选择对应于算出的滴注速度并预先设定的滴注体积 S33后，在选择的滴注体积乘以滴注速度以获得实测流量的实测流量计算阶段S34。所述预 先设定的滴注体积根据滴注速度均不同，因此，按滴注速度大小分别设定后，选择对应于通 过所述滴注速度计算阶段S32获得的滴注速度值。实测流量获得阶段S30可采用本发明人发 明、申请并授权的韩国第10-0706954号名称为“输液滴注速度测定装置”的流量测定方式， 此时也要选择对应于滴注速度的滴注体积。

在本发明的所述计数输入阶段S31，通过计数输入键111输入液滴12的计数，但是，也可 以不设置计数输入键111，而采用其他组件对液滴12进行计数。

比如，作为对液滴12进行计数的组成部分，输液流量设定用校正装置100可以包括：可 插入滴注室10的“u”字型通道、设置于通道一侧的发光元件及设置于通道另一侧而用于感 应发光元件散发的光线的受光元件。将滴注室10插入通道之后，在发光元件发光的状态下， 通过受光元件感应的光的变化对液滴12进行计数。换句话说，发光元件散发的光线透过滴 注室10后被受光元件感应，由于当液滴12滴落时扰乱（接收的光线在液滴的作用下散射或 反射）光线，因此，可以通过光线的扰乱与否来感应液滴12的滴落，进而对液滴12进行计数。

又比如，作为对液滴12进行计数的组成部分，用于输液流量设定的校正装置100可包括 照像机及图像处理器。即，用照像机拍摄滴注室10，获得滴注室10图像后通过图像处理器解 读图像，提取液滴12图像。以此，感应液滴12的图像出现及滴落情况，从而对液滴12进行计 数。

另外，在计数输入阶段S31及滴注速度计算阶段S32可以获得滴注速度，因此，如果使用 其它装置获得滴注速度，而用于输液流量设定的校正装置100不设置用于执行计数输入阶 段S31及滴注速度计算阶段S32的组件，那么应通过输入部110输入滴注速度。

在情境变数值获得阶段S40，将对应于在所述初始刻度输入阶段S20输入的初始刻度的 系数C的值C1和在所述实测流量获取阶段S30获得的实测流量代入关系式Q=f（C，X）而获得 情境变数X的值X1。所述情境变数X的值X1表示输液装置2的安装状态，本发明的实施例中的 情境变数X为由输液瓶1和输液针30之间的高度差产生的水位差或水压差。

在系数值获得阶段S50，将在所述情境变数值获得阶段S40获得的情境变数X的值X1和 在所述目标流量输入阶段S10输入的目标流量代入关系式Q=f（C，X）而得出系数C的值C2。

在输液流量设定阶段S60，将对应于在所述系数值获得阶段S50获得的系数C的值C2处 的标示刻度作为目标刻度输出于输出部120，使输液流量调节器40的操作部41对准目标刻 度。

如果在输液流量调节器40的标示刻度42上未标示流量，而标示的是每个标示刻度处的 系数C值，那么输出的是在系数值获得阶段S50获得的系数C的值C2。

<关系式Q=f（C，X）的具体实施例>

下面对所述关系式Q=f（C，X）的具体实施例进行说明。

首先，对用于数学式的主要变数做出定义。

P：压力；H：水位；Q：流量；ρ：输液密度；μ：粘性系数；ν：运动粘度系数；g：重力加速度；L： 流路长度；D：流路截面直径；A：流路截面积；V：流速；Vi：理论流速；Re：雷诺数；Cd：流量系 数；f：摩擦系数；C_T：总流量系数；C_L：层流总流量系数。

如图3所示，输液瓶1和输液针30之间的高度差产生的水位差和水压差的关系以数学式 1表示，水压差可以用水位差表示。

数学式1

从所述数学式1中可看出，由水位差产生的压力差作用于流量调节器的前后端而成为 使其流动的原动力。通常，流量调节器通过调节对前后端压差的流动阻力来改变流量。

但是，滴注输液时的流量与普通流量调节器的使用范围相比，其数值非常小，因此，用 普通流量调节器难以精密地调节流量。即，为了获得高流量调节分辨率需要非常大的流动 阻力。

精密输液流量调节器的流路内的流动为管内流动。表示在管内流动的流动阻力形成的 压差的关系式如数学式2所示（F.M.White,”FluidMechanics”,2^ndEd.,McGraw-Hill, 1986,ISBN0-07-069673-X,p.303.Eq.6.30）。

数学式2

数学式2中用水位差表示压力损失，f为摩擦系数（FrictionFactor），可以在图6穆迪 图（MoodyChart）中获得其数值。

从数学式2中可看出，流路截面的直径越小或流路的长度越长，流动阻力越大。因此，输 液流量调节器形成又窄又长的的流路，在流路的一端注入输液，而输液的输出点则沿着流 路可变。输液的输出点可通过改变操作部41的旋转角度来改变。当改变操作部41的旋转角 度时流路的长度会发生变化，从而可改变流动阻力。总而言之，即使输液流量调节器前后端 的压差相同，当流动阻力变化时流量也会发生变化。

用于表示对流量调节器前后端压力的流量的流体力学变数为流量系数，因此，流路的 长度发生变化时流量调节器的流量系数也发生变化。流量系数（dischargecoefficient） Cd以下述数学式3表示。

数学式3

理论流量Vi对前后端压差具有如数学式4所示的关系，因此，数学式3可以表示为数学 式5。

数学式4

数学式5

将所述数学式1代入数学式5可得出实际流速V的数学式6，从式中可看出流速与水位差 的平方根成正比。

数学式6

数学式6的流速V乘以流路截面积A可得出流量Q公式，但是为了方便，统一常数而把总 流量系数C_T定义为下述数学式7后得出流量Q的数学式8。

数学式7

数学式8

另外，将所述数学式6整理为下述水位差数学式9后，与所述数学式2相比较，流量系数 Cd可以以数学式10表示。

数学式9

数学式10

从所述数学式7和数学式8中可看出，流量Q与随输液装置2的安装状态发生变化的水位 差的平方根和总流量系数成正比。并且，从数学式1中可看出，流量Q又与压力差的平方根成 正比。

所述水位差（或压差）随输液装置2的安装状态发生变化。

从数学式7和数学式10中可知，总流量系数C_T为取决于流路截面面积A和流路长度L的 变数，可以通过操作输液流量调节器40操作部41来改变。即，根据输液流量调节器40的操作 部41对准的标示刻度42来决定所述总流量系数C_T，并改变流量。

从数学式8中可知，总流量系数C_T是用于实现水位差和流量间关系标准化的变数，因 此，在输液流量调节器4的每个刻度42上测定不同水位的流量即可求出每个标示刻度42的 总流量系数C_T值。随着求出每个刻度的总流量系数值，如果水位差已知，那么不仅可以算出 对应于刻度的流量，而且只要测定对应刻度的流量即可算出水位差。因此，所述数学式8可 用作本发明中使用的所述关系式Q=f(C,X)。

图7是常用的输液流量调节器根据对每个水位差更换标示刻度而测定的流量制定的对 刻度的流量及标示刻度的总流量系数的坐标图。其中，实线表示在不同水位差分别测定的 流量，点线表示利用所述水位差和流量算出的总流量系数。分别测定了水位差为72cm、 101cm、150cm及199cm时对每个标示刻度的流量，并将水位差和流量代入数学式8中计算出 了总流量系数。

但是，如图7所示，总流量系数值对相同标示刻度并不收敛。这与理论上解释的预期效 果不同，表明对水位差的流量未被标准化为总流量系数。总之，对常用的输液流量调节器来 说不能把所述数学式8用作关系式Q=f(C,X)。

这里要注意的是，所述数学式8是用于管内紊流流动（turbulentflow）的一般表达式， 层流流动时的表达式有所不同。

图6所示的穆迪图是对通过下述数学式11表示的雷诺数Re（ReynoldsNumber）的摩擦 系数f坐标图，根据雷诺数Re的大小分有三个区域。即，雷诺数Re小于2300的区域为层流区 （LaminarFlowZone），雷诺数Re大于2300的区域为过度区（TransitionalorCritical Zone）及紊流区（TurbulentFlowZone）。

数学式11

从数学式11中可知，雷诺数与流速V成正比，但是，如图6穆迪图所示，在紊流区 （TurbulentFlowZone）摩擦系数f几乎与雷诺数无关，接近于水平，因此，雷诺数为与流速 无关的常数。

也就是说，用输液流量调节器40调节流量时，当输液为紊流时，可以把所述数学式8作 为本发明的关系式Q=f(C,X)使用。

但是，由于常用的输液流量调节器40的流路较窄，并且输液具有一定的粘度，因此，流 路内的流动很有可能是层流。申请人对常用的输液流量调节器40的雷诺数Re进行了计算， 其值大约为60，与用于判断管内流动是否为层流的数值2300相比其值非常小。也就是说，可 以断定常用输液装置的输液流量调节器40中的输液流动为完全层流（FullyLaminar）。

如图6所示，层流区中的摩擦系数f以数学式12表示。

数学式12

即，在层流区摩擦系数f与雷诺数Re（ReynoldsNumber）成反比，而不是常数，此时，所 述雷诺数Re与流速成正比，因此，摩擦系数f与流速成反比。

将有关层流的所述数学式12和有关流量系数的所述数学式10代入有关流速的所述数 学式6，并整理成数学式13及数学式14。

数学式13

数学式14

由此，将代表出现于所述数学式14中的变数的层流总流量系数C_L定义为下述数学式 15，进而得出有关流量的数学式16。

数学式15

数学式16

其结果，如数学式16所示，完全层流的输液流量调节器的流量与水位差简单地成正比， 与表示紊流的流量和水位差关系的数学式8相比有差别，紊流的流量与水位差的平方根成 正比。

申请人将如上所述的对实际常用的输液流量调节器的流量测定试验结果标准化成为 在所述数学式15及数学式16中重新定义的层流总流量系数。图8是所述流量测定试验结果 和新定义的层流总流量系数坐标图。实线表示按不同水位差对每个标示刻度分别进行测定 的流量，点线表示根据水位差和流量求出的层流总流量系数。

如图8所示，可以确认，即使水位差不同，在每个标示刻度上获得的层流总流量系数C_L值也几乎相同，因此，可以将所述数学式16作为本发明的关系式Q=f(C,X)使用，应用于常用 的输液流量调节器40。

如上所述，本发明的关系式Q=f(C,X)可根据通过输液流量调节器40调节流量的输液是 层流还是紊流来选择适当的关系式。

并且，为了获得图7及图8而测定的流量不是对从滴注室10滴落的液滴进行计数后测定 的值，而是通过测定流出输液针的实际输液的流量来获得的。

但是，在实际医疗现场都是通过对液滴进行计数的方式来测定流量的，因此，易发生误 差。观察结果表明，输液液滴的体积随滴注速度不同而发生变化。申请人为了得到滴注速度 和液滴体积的关联性，对不同滴注速度的液滴体积进行了测定。

图9是滴注速度（Droprate）与液滴体积间关系及每ml内的滴注数坐标图，用于表示液 滴体积随滴注速度的改变而变化。如图9所示，滴注速度（DropRate）变大时液滴体积（ml perDrop）也随着变大。

因此，在本发明利用流量调节器流量系数的最佳目标流量调节方法中的实测流量获得 阶段S30，通过滴注速度乘以液滴体积来获得流量时，根据图9所示的滴注速度和液滴体积 之间的关联性选定对应于滴注速度的液滴体积后乘以滴注速度。

图10是本发明利用流量调节器流量系数的最佳目标流量调节方法中对标示刻度的流 量变化示意图。

图10是根据输液治疗处方将目标流量设定为80?/h时，为了以目标流量注射输液而寻 找输液流量调节器40的目标刻度的过程图。为了防止混乱，以便进行说明，在第一次测定时 的变数上下标“try”，通过第一次测定时的变数求出的设定目标值上下标“set”。与上述本 发明实施例的说明中使用脚注的系数C值相比较时，C₁与下述的C_try相同，C₂与下述的C_set相 同。

图10是在水位差为72cm、101cm、150cm、199cm时分别以实验值获得的流量坐标表。图中 说明了近似化为以试验值获得的坐标图而获得流量的过程，但是，实际在用于输液流量设 定的校正装置中寻找目标刻度时，也可以不利用以实验值获得的标示刻度的流量坐标图。

在用于输液流量设定的校正装置中，按每个刻度储存有根据所述数学式16事先通过实验获得的系数C（在此为层流总流量系数C_L）值。

首先，在输液流量调节器40将操作部41对准标示目标流量80?/h的初始刻度210后测 定流量，获得的实测流量为Q_uy为150?/h。在此，也可以不把所述初始刻度210作为标有目标 流量的标示刻度，但是，为了便于使用，通常把初始刻度210作为标有目标流量的标示刻度， 这是因为即使标示在输液流量调节器40的标示刻度上的流量值和实际流量之间有误差，但 是接近于实测流量。在这一过程中，通过所述目标流量输入阶段S10和初始刻度输入阶段 S20将目标流量及初始刻度输入至用于输液流量设定的校正装置，通过实测流量获得阶段 S30获得实测流量。

其次，根据通过实验获得并储存在用于输液流量设定的校正装置100的每个标示刻度 的系数C值，对应初始刻度210的系数C_uy值为0.977，将系数C_uy值0.977及实测流量Q_uy值150 ?/h代入所述数学式16，并四舍五入得出

。

即，获得基于输液装置安装状态的情境变数（在此是水位差ΔH）。此过程是在情境变数 获得阶段S40进行的。

如图10所示，在标示刻度中标有目标流量（与初始刻度相同）80?/h的位置210，具有接 近实测流量150?/h值220的曲线200为，因此，利用所述曲线200可以实现近 似化（图10中的①过程）。

然后，将水位差和目标流量80?/h代入所述数学式16

算出系数C（在此为层流总流量系数C_L），得出为了获得目标流量而设定 的系数C_set=0.519。此过程在所述系数值获得阶段S50进行。继而可找出对应C_set=0.519的刻 度，也就是目标刻度45?/h。找出的目标刻度45?/h通过所述输液流量设定阶段S60输出于 输出部120，使输液流量调节器的操作部41对准目标刻度45?/h。

结合图10说明如下，在为了近似化而选择的的曲线200中找出对应目标 流量80?/h的点230（图10中的②过程），该点230的标示刻度240为45?/h，45?/h便成为目 标刻度（图10中的③过程）。

如上所述，本发明为层流时采用所述数学式16获得对输液流量调节器 40的标示刻度的层流总流量系数C_L值并储存于用于输液流量设定的校正装置中，此时，可 从在初始刻度实测一次的流量值中找出对应目标流量的标示刻度位置，从而可迅速调节流 量。

并且，本发明可通过流量的实测得知输液装置的安装状态，因此，即使不考虑安装状 态，也能找出反映安装状态的准确刻度。

<输液流量自动调节装置>

图11是将输液流量自动调节装置设置于输液装置时的使用状态示意图，图12是图11中 的流量传感器320及电动器330的结构示意图，图13是本发明输液流量自动调节装置的结构 示意图。图13中还图示有设置于滴注室10的流量传感器320和设置于输液流量调节器40的 电动器330的剖面图。

本发明的输液流量自动调节装置300设置于输液装置2，所述输液装置2在重力作用下 通过连接管20和输液针30将输液瓶1内的输液注射于患者，输入目标流量时测定一次输液 流量后再操作一次输液流量调节器40的调节部41使其自动调节至目标流量。

并且，本发明的输液流量自动调节装置300调好目标流量之后继续对流量进行实测及 监测，当实测流量超出目标流量时，根据实测流量操作一次输液流量调节器40的操作部41， 使其调节至目标流量。

所述输液流量自动调节装置300包括设置于滴注室10、用于检测通过连接管20流动的 输液流量的流量传感器320；设置于输液流量调节器40、用于调节操作部41操作位置的电动 器330及根据检测的流量控制电动器330而将流量调节成目标流量的控制器310。

所述流量传感器320包括在合页323a的作用下向两端张开、插放滴注室10后回缩而把 持滴注室10的把持部323和设置于把持部323内侧的发光元件321及受光元件322。把持部 323的内侧面与滴注室10相接触，所述把持部323的内侧面上设有向把持的滴注室10散发光 的发光元件321和用于接收贯穿滴注室10的光的受光元件322。由于液滴12滴落时接受的光 发生扰乱，因此，可以通过受光的扰乱与否对液滴进行计数，并将液滴的计数信号传送至控 制部314。所述把持部323上设有用于观察滴注室10内部的窗口323b，通过窗口可以用肉眼 观查液滴12的滴落。

所述电动器330包括以可拆卸的方式把持随操作部41的操作位置改变流路而调节流量 的输液流量调节器40的把持件和用于调节操作部41的操作位置的电动器。适用于本发明的 输液流量调节器40，其本体43的下端设有以垂直轴为基准旋转的操作部41，沿其侧周面标 有标示刻度42，并设有符合该结构的把持件及电动件。

所述电动器330的把持件以可拆卸的方式把持输液流量调节器40，保证本体43不动，操 作部41可旋转。为此，它包括壳体366；用于把持输液流量调节器40的操作部41、通过设置于 下端的轴承333以可旋转的方式支撑于本体336的操作部把持334和设置于壳体336并位于 操作部把持334的上端、把持输液流量调节器40本体43而使其不与用于旋转操作部41的操 作部把持334一起旋转的本体把持335。

本发明实施例中的操作部把持334和本体把持335呈可插设把持件的结构，作为被把持 件的操作部41和本体43表面上设有用于防滑的凸起41a、43a，用于插设被把持件的所述操 作部把持334和本体把持335的内侧面设有对应于被把持件上的凸起41a、43a的凹槽334a、 335b，以便将被把持件的凸起41a、43a夹持在凹槽334a、335b内。

并且，设有依次贯穿所述操作部把持334的用于插设操作部41的凹孔内部底面和壳体 336的设有所述操作部把持334的部位的穿孔336a，让连接于输液流量调节器40操作部41下 端的连接管（端部连接有输液针的连接管）穿过后，将操作部41插入于操作部把持334内。

所述本体把持335呈沿长度方向切割的“C”字型短管状，其内侧设有突凸，通过切割部 位插入连接管10而贯穿至内部，然后通过下端入口插入输液流量调节器40本体43，使其挂 在突凸。

所述壳体336上设有可将本体把持335滑向操作部把持334的导轨336b。

基于上述结构，依次经过增大本体把持335和操作部把持334之间的距离、将输液流量 调节器40的操作部41插入操作部把持334、将本体把持335移向操作部把持334、将输液流量 调节器40的本体43插入本体把持334等步骤实现输液流量调节器40的把持。

所述电动器330的电动件用于旋转在轴承333作用下可旋转的所述操作部把持334，它 包括可调节旋转位置和旋转角度的步进电机（steppingmotor）331和用于减小步进电机 331的旋转力、旋转所述操作部把持334的齿轮332。所述步进电机331可根据下述控制部314 的脉冲信号精确地调节旋转位置及旋转角度，可以用可感应旋转位置和调节旋转角度的其 它电机代替。当然也可以省略齿轮332，直接用设置于步进电机331旋转轴的齿轮来旋转操 作部把持334，所述操作部把持334的外周面设有齿轮槽。

如图2所示，为了适用于不同制造商制造的各种输液流量调节器，可改变所述电动器 330的把持件及传动件的结构。即使输液流量调节器40的种类不同，本发明也能制作适合于 输液流量调节器40的电动器330来替换。并且，为了便于使用，所述电动器330可拆卸地安装 于控制器310的壳体上，所述控制器310壳体的外周面上设有用于拆装所述电动器330的挂 槽310a，所述电动器330的壳体336上设有可挂在挂槽310a的挂钩，未图示。

所述控制器310包括使用者用于输入的输入部311、显示可供使用者查看信息的输出部 312、用于储存信息的存储部313、根据所述流量传感器320检测的流量控制所述电动器330 以自动调节流量的控制部314。

所述存储部313里储存有输液流量调节器40的特性信息和滴注室10的特性信息。

输液流量调节器40的特性信息包括表示随输液装置2的安装状态发生变化的可测定的 情境变数X、根据输液流量调节器40的操作部41位置的变化而变化的系数C及通过输液装置 注射的输液流量Q之间关系并预先设定的关系式Q=f（C，X）信息和在关系式中代入情境变数 X及流量Q的测定值而获得的操作部41每个操作位置的系数C的值。

此时，对应于系数C值的操作部41操作位置的信息为用于调节步进电机331的旋转位置 及旋转角度的脉冲信号类型和输出于输出部120的输液流量调节器40的标示刻度信息。

如上所述，本发明的实施例中，判定通过输液装置注射的输液为层流，因此，所述关系 式由Q=f（C，X）构成，表示流量Q分别与情境变数X及系数C成正比，所述情境变数X由取决于 输液装置的安装状态的、输液瓶1和输液针30之间的水压差或高度差构成。

另外，如果输液流量调节器40的类型与图11及图13中所示的类型不同，是如图2所示的 其他类型的输液流量调节器，那么输液流量调节器40的特性信息也会不同。为了适用于各 种类型的输液流量调节器40，最好储存各种不同类型输液流量调节器40的特性信息，通过 输入部311选用类型。

如上所述，滴注室10的特性信息是根据滴注速度（单位时间滴注数：单位时间内滴落的 液滴数）的大小而设定的滴注体积信息，滴注室10的特性信息因制造商不同而有所不同，因 此，量好按制造商类型储存，以便选用。并且，滴注体积信息最好按滴注室10的类型分别储 存使用。例如，对每1cc的输液为20滴（drop）的成人用滴注室和每1cc的输液为60滴的幼儿/ 小儿用滴注室的滴注体积信息分别进行存储，以便在调节输液流量时使用通过输入部311 选择的各种类型的滴注体积信息。

所述输入部311用于输入目标流量，也用于附加用户操作。所谓附加用户操作包括指示 安装有流量传感器320及电动器330的初始化设定输入、滴注室10类型的选择、输液流量调 节器40类型的选择、输入目标流量后指示流量调节动作开始的输入、为了流量调节动作的 初始化而进行的复位输入等。

用所述电动器330把持输液流量调节器40时，将操作部41的初始操作位置预设在封闭 流路的位置，控制部314根据初始操作位置调节电动器330的步进电机331的旋转位置及旋 转角度。因此，用所述电动器330把持输液流量调节器40时，如果操作部41未在封闭流路的 位置，那么要先将其调节至封闭流路的位置后输入初始化设定。

所述输出部312用于显示供使用者查看的信息。

所述控制部314根据所述输入部311的输入信息执行初始化模式、流量调节模式及流量 监测模式。

初始化模式是一种使用者将流量传感器320安装于滴注室10、将所述电动器330安装于 输液流量调节器40后通过所述输入部311进行初始化设定输入，并选择输液流量调节器40 类型及滴注室10的类型而执行的模式。

进行初绍化设定输入时，所述控制部314将操作部41的现操作位置认知为封闭流路的 位置，因此，所述控制部314将现操作位置认知为操作部41位置移动的基准点。

并且，所述控制部314从存储部313加载与在初始化模式通过输入部311选择的类型相 对应的输液流量调节器特性信息和滴注室的特性信息，以备流量调节模式。

流量调节模式是执行初始化模式之后根据使用者通过所述输入部311输入的目标流量 及流量调节动作开始的指示而执行的模式。

所述控制部314在流量调节模式中一收到目标流量，就控制所述电动器330将操作部41 调节至事先设定好的初始操作位置，在此状态下，根据所述流量传感器320感应的流量信号 和滴注室的特性信息获得实测流量，然后根据实测流量获得操作部41的目标操作位置，并 通过控制所述电动器330将操作部41调节至目标操作位置。

所述流量传感器320感应的流量信号为感应滴落液滴的信号，因此，所述控制器314先 从流量信息计算出滴注速度，从滴注室的特性信息中选择对应于算得的滴注速度的滴注体 积，并乘以滴注速度来获得实测流量。

可以先不设定所述初始操作位置，可以将标在输液流量调节器40的标示刻度中与目标 流量一致的刻度位置定为初始操作位置。

目标操作位置的获得过程如下：将对应于初始操作位置的系数C的值C1和在初始操作 位置获得的实测流量代入所述关系式Q=f（C，X）获得情境变数X的值X1，将情境变数X的值 X1和目标流量代入所述关系式后得出系数C的值C2，将对应于系数C的值C2的操作位置作为 目标操作位置。

所述电动器的330的控制通过向步进电机331传送对应操作部41操作位置的脉冲信号 来实现。

在流量调节模式下，将通过输入部110输入的目标流量值及标示在输液流量调节器40 操作部41的操作范围内的标示刻度中对应于目标操作位置的标示刻度值输出于所述输出 部120，供使用者确认。

按照如上所述的流量调节模式，实测一次流量后便调节一次输液流量调节器40的操作 部41，以此将通过输液装置2注射的流量调节为目标流量。

所述流量调节模式之后进行流量监测模式，把操作部41调至对应目标流量的目标操作 位置的状态下，检查所述流量传感器320感应的流量的变化，以监测相对于目标流量的误 差。

如果流量监测模式所感应的流量和目标流量之间的误差大于预先设定的允许误差，那 么所述控制部314就会改变目标操作位置，将流量调节成目标流量。即，将事先调节好的目 标操作位置作为初始操作位置，执行获得所述目标操作位置的程序。具体而言，通过控制电 动器330，将在事先调节好的目标操作位置感应的流量和系数C的值C2代入关系式，得出情 境变数X的值X2后，将情境变数X的值X2和所述目标流量代入所述关系式，得出系数C的值 C3，然后将对应于系数C的值C3的操作位置调节成以后的目标操作位置。

在流量检测模式，即使在注射输液的过程中输液装置的安装状态发生变化，从而导致 情境变数X改变，也可以调节一次操作部41的位置，使其以目标流量滴注，并将滴注的流量 维持在目标流量。

所述控制部314通过输入部311接收复位信号时，为了终止输液的注射，通过控制所述 电动器330将操作部41调到流路封闭位置。

另外，所述控制部314通过所述输入部311接收总注射量，执行所述流量监测模式的同 时计算通过流量传感器320感应的流量，当算出的流量达到总注射量时将操作部41调节至 封闭流路位置。另外，也可以输入总注射时间，并在监测模式的起始点确认滴注时间，当达 到总注射时间时将操作部41调节至封闭流路位置。