一种用于监测高水平消毒装置的状态的方法和装置与流程

一种用于监测高水平消毒装置的状态的方法和装置
1.相关申请
2.本技术要求在2019年6月21日申请的澳大利亚临时专利申请2019902171的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明总体涉及医疗器械消毒的方法和装置，具体涉及能对医疗器械如超声波换能器进行高水平消毒并能监测与医疗器械的相关温度的方法和装置。


背景技术：

4.在医疗行业中，已经提出了用于各种不同装置和设备的各种不同类型的灭菌和消毒方法和系统。特定装置或设备所需的杀菌或消毒程度主要取决于使用该装置或设备的方式以及该装置或设备的使用者之间交叉污染的可能性。
5.在超声诊断机器领域中，采用了用于接触人体的超声换能器，以便生成适当的图像供健康护理专业人员分析。这种换能器根据需要成像的身体区域而用于各种不同的应用中，包括手术中的组织活检和静脉插管。在这方面，换能器可以用于与具有健康和完整皮肤的个体接触，直到具有皮肤撕裂伤、以及其他状况的个体——其中换能器可以与粘膜和血液以及其他身体分泌物直接接触。由于这种换能器在具有各种不同条件的个体上的使用范围很大，因此换能器的表面与换能器表面上携带着的各种微生物接触的可能性增加。因此，在使用之后，这种换能器经历高水平的消毒或杀菌过程以消除可能存在于换能器表面上的任何生物体是至关重要的。
6.为了实现这种高水平消毒程度，目前存在四种能够满足这种要求的方法。这些方法包括：化学浸渍或浸泡、化学气溶胶、表面擦拭和uvc辐照。
7.化学浸渍或浸泡是需要将超声换能器放置成使得超声换能器浸入化学试剂中的方法。这种系统的一个例子是civco医疗溶液(civco medical solutions)制造的gus消毒浸泡站(gus disinfection soak station)。这种过程通常需要换能器浸入化学试剂中的浸泡时间的范围从大约8分钟到45分钟。虽然可以实现适当水平的消毒，但是该方法的缺点在于化学试剂是危险的，并且任何暴露于化学试剂的情况都可能伤害操作者和患者，并且如果没有适当控制的话可能对医疗器械造成损害。此外，通过这种消毒方法产生的化学废物可能对环境造成显著的危害。此外，由于处理化学品需要小心谨慎，因此该方法通常是手动操作的并且耗费时间。
8.化学气溶胶是一种将超声换能器置于充满雾化过氧化氢的腔室的方法。采用这种方法的这种商业可用的系统的一个例子是由nanosonics有限责任公司(nanosonics ltd.)开发的品牌为trophon的系统。通常，根据特定条件，将换能器放置在腔室内7至12分钟。再次地，由于使用了化学试剂，这种方法的缺点是残留在换能器上的化学试剂可能伤害操作者和患者。
9.通过使用表面擦拭物可以达到所需的消毒水平。这种方法使用不同的化学擦拭组
合来手动擦拭换能器的表面。存在于擦拭物内的消毒化学溶液能够接触医疗器械的表面以减少医疗器械表面上微生物的存在。这种方法需要预清洁、消毒和冲洗的步骤。使用表面擦拭物的这种商业可用的方法的一个实例是使用由tristel制造的二氧化氯制剂。然而，这种方法的缺点是它需要手工施加，并且由于擦拭物在仪器表面上的不均匀接触而易于出现人为误差，并且成本高且耗费时间。
10.实现这种高水平消毒的剩下的方法是通过使用uvc辐照，典型地是通过汞蒸气管照射。通过对医疗用具的表面照射特定波长的紫外线，可以利用照射除去表面存在的微生物。这种方法要求医疗器械定位在具有多个围绕其分布的气体放电灯(汞蒸气管)的外壳内，以用作消毒的光源。有几种可用的商业系统，这些商业系统利用uvc辐照来消毒超声换能器。然而，所有这些系统都使用汞蒸气管作为uvc光源。这种管对可能暴露于从管泄漏的汞蒸气的操作者造成潜在的危险。此外，汞灯在消毒外壳内和超声换能器的表面上产生大量的热。在一些情况下，这种热量可能导致超声换能器超过温度安全极限，从而导致对装置的永久损坏和/或显著地限制超声换能器可工作寿命。此外，这些汞蒸气管的处理对环境有害，并且需要额外的成本和复杂度来以安全的方式进行处理。这样的处理问题是显著的，并且已经由联合国在2013年在《关于汞的水俣公约》(minamata convention on mercury)中提出，其中制定了国际条约以保护人类健康和环境免受人为排放和施放汞和汞化合物的危害。该条约制定了对各种含汞产品的控制措施，各种含汞产品的制造、进口和出口在2020年将完全被禁止。
11.除了与使用汞蒸气管有关的问题之外，这种管仅能发射波长为254nm的uvc，这对于杀菌功效而言是不充分的，需要更长的暴露时间以实现所需的消毒水平。
12.最近，本技术人提出了一种装置，该装置利用安装在外壳的内壁上的uvc led发射uvc光以照射位于外壳内的医疗器械的所有表面。在申请人的共同未决的澳大利亚临时专利申请号2019902886的申请中公开了这种装置，该专利申请以引用方式并入本文。虽然该装置已经证明在提供用于实现高水平消毒的改进手段方面是有效的，但是由于在该装置中采用了大量uvc led并且需要uvc led照射医疗器械的所有表面，任何有缺陷或有故障的uvc led都可能导致消毒过程受到损害。
13.在其它类型的照射消毒系统中，已经有采用光学传感器来检测存在的照射量，并且当照射降到低于某一水平时，指示照射源内是否有故障。然而，这种故障检测系统具有许多缺点。对于具有多个led的装置，精确的光学监测系统需要多个光学感测单元，从而增加了实施这种系统的成本。此外，由于来自不同led的光具有彼此干涉的趋势，所以光学感测系统的精度显著降低。另外，考虑到消毒腔室内的有限空间和弯曲表面，难以以能够以任何精度确定最佳照射特性的方式适当地定位光学感测单元。
14.因此，需要提供一种监测存在于这种消毒设备中的uvc led的运行状态以检测uvc led的任何不活动并确保维持期望的消毒条件的系统和方法。
15.上述对现有提案或产品的参考和描述并不旨在并且不应被解释为对本领域公知常识的陈述或承认。特别地，上述现有技术的讨论不涉及本领域技术人员通常知晓或公知的内容，而是帮助理解本发明的发明步骤，其中本发明的相关现有技术的提案的标识仅是本发明的一部分。


技术实现要素：

16.根据一个或多个方面的本发明如独立权利要求中所限定。本发明的一些可选和/或优选特征在从属权利要求中限定。
17.因此，在本发明的一个方面，提供了一种监测uvc辐照消毒装置内的各个辐照发射器的功能的方法，该方法包括：
18.向至少一个辐照发射器供应恒定电流源；
19.感测该至少一个辐照发射器两端的电压；
20.感测由该至少一个辐照发射器汲取的电流；
21.对照预定的值分析感测的电压和感测的电流；以及
22.基于所述分析确定该至少一个辐照发射器的故障状态。
23.在一个实施例中，分析感测的电压的步骤包括将感测的电压值与预定的超高电压值、预定的超低电压值、预定的高电压和预定的低电压进行比较。
24.在一种形式中，分析感测的电流的步骤包括将感测的电流值与预定的超低电流值、预定的低电流值和预定的高电流值进行比较。
25.在另一种形式中，确定该至少一个辐照发射器的故障状态的步骤包括确定当感测的电压大于预定的超高电压值时，感测的电流是否小于预定的超低电流值，并且如果是，则确定辐照发射器处于表示电路故障的故障状态。
26.在又一种形式中，确定至少一个辐照发射器的故障状态的步骤包括识别感测的电压小于预定的超低电压，以及确定辐照发射器处于表示短路的故障状态。
27.在另一种形式中，确定该至少一个辐照发射器的故障状态的步骤包括：当感测的电压大于预定的超低电压值但小于预定的低电压值、并且感测的电流小于预定的高电流值但大于预定低电流值时，确定辐照发射器是否处于表示过高温度的故障状态。
28.确定该至少一个辐照发射器的故障状态的步骤包括：当感测的电压大于预定的低电压值但小于预定的高电压值、并且感测的电流小于预定的高电流值但大于预定的低电流值时，确定辐照发射器是否处于正常操作状态。
29.当确定辐照发射器处于代表过高温度的故障状态时，关闭uvc辐照消毒装置以使辐照发射器冷却。
30.相应地，根据本发明的另一方面，提供了一种用于监测uvc辐照消毒装置中的各个辐照发射器的功能的装置，该装置包括：
31.电源，该电源用于供应电力以激活一个或多个辐照发射器；
32.电压感测单元，该电压感测单元用于感测至少一个辐照发射器两端的电压值；
33.电流感测单元，该电流感测单元用于感测由该至少一个辐照发射器汲取的电流值；
34.分析模块，该分析模块构造成接收感测的电压值和感测的电流值，并且分析所述感测的电压值和感测的电流值，以基于所述分析确定该至少一个辐照发射器的操作状态。
35.电压感测单元与被感测的该至少一个辐照发射器并联连接。
36.电流感测单元与被感测的该至少一个辐照发射器串联连接。
37.其中电压感测单元和电流感测单元可以一起包含在单个单元中
38.分析模块可包括比较器，该比较器将感测的电压值与预定的超高电压值、预定的
超低电压值、预定的高压值和预定的低电压值进行比较。
39.该比较器还将感测的电流值与预定的超低电压值、预定的高电压值和预定的低电压值进行比较。
40.如果比较器确定感测的电压大于预定的超高电压值并且比较器确定感测的电流值小于预定的超低电压值，则分析模块确定表示电路故障的故障状态。
41.如果比较器确定感测的电压值小于预定的超低电压值，则分析模块确定表示短路的故障状态。
42.如果比较器确定感测的电压大于预定的超低电压值但小于预定的低电压值、并且比较器确定感测的电流值小于预定的高电流值但大于预定的低电流值，则分析模块确定表示过高温度的故障状态。
43.如果比较器确定感测的电压大于预定的低电压值但小于预定的高电压值、并且比较器确定感测的电流值小于预定的高电流值但大于预定的低电流值，则分析模块确定正常操作状态。
44.还可以提供显示器，该显示器用于向装置的用户显示所确定的故障状态或所确定的正常操作状态。显示器还向用户提供信息以解决故障状态。
45.在一个实施例中，至少一个热传感器邻近一个或多个辐照发射器安装以测量与一个或多个辐照发射器相关联的温度。
46.在分析模块确定代表过高温度的故障状态时，温度能够通过与从热传感器获得的辐照发射器的感测的温度进行比较来确认。
47.根据又一方面，提供了一种用于对医疗器械进行消毒的高水平消毒装置，包括：消毒外壳，该消毒外壳用于容纳待消毒的医疗器械；消毒辐照装置，该消毒辐照装置安装在消毒外壳周围，用于将消毒照射递送到该消毒外壳内的医疗器械的表面；以及根据上述任一方面所描述的检测和控制模块，相对于消毒外壳安装，用于监测消毒辐照装置的各个辐照发射器的功能。
附图说明
48.从以下优选实施方案的非限制性描述中可以更好地理解本发明，其中：
49.图1是根据本发明实施例的检测和控制设备的简化图；
50.图2是描述图1的装置的检测和控制模块所采取的步骤的流程图；
51.图3描绘了用于与图1的检测和控制装置一起使用的电路的替代实施例；
52.图4示出了用于图1的检测和控制设备的电路的另一替代实施例；
53.图5示出了用于图1的检测和控制设备的电路的又一替代实施例；
54.图6是描述根据本发明的led的电压、温度和电流之间的关系的电流-电压图；以及
55.图7为适合与本发明的系统和方法一起使用的高水平消毒外壳的变型的结构图。
具体实施方式
56.现在将具体参照附图描述本发明的优选特征。然而，应当理解，参照附图示出和描述的特征不应被解释为限制本发明的范围。
57.下面将关于本发明在用于医疗超声装置的换能器中进行消毒的应用来描述本发
明。然而，应当理解，本发明可用于需要对元件进行高水平消毒的各种不同的应用，包括医疗和非医疗应用。
58.还将关于消毒设备来描述本发明，该消毒设备利用安装在外壳的内壁上的uvc led来发射uvc光以照射位于外壳内的医疗器械的所有表面。在申请人的共同未决的澳大利亚临时专利申请号2019901886的申请中公开了此类设备，该申请以引用方式并入本文。
59.首先参考图7，示出了适用于本发明的系统和方法的消毒装置的消毒外壳10。消毒外壳10包括以邻接方式布置以形成具有八边形多面体形状的外壳的多个侧壁模块11。基部模块12延伸跨过外壳10的基部，并且盖模块13覆盖外壳10的顶部，使得外壳10被完全封闭。侧壁模块和基部模块的内表面中的每一个具有安装在其上的多个uvc led 14。uvc led 14各自可控以发射uv光来照射安装在外壳10内的超声换能器15的表面以用于消毒。
60.侧壁模块11通常包括盖构件，该盖构件被配置为与框架接合以便以直立的方式安装和支撑侧壁模块11。在侧壁模块11的表面上提供发光安装板以使uvc led 14能够被安装在侧壁模块11的表面上，使得uvc led 14被定向为朝向外壳10的内部空间。uvc led 14是可控的以便接收电力，使得uvc led 14可以发射uv光。就这一点而言，发光安装板的后表面可以被配置为提供到uvc led中的每一个的有线连接，使得led每个是可单独寻址的。侧壁模块11的后表面提供有散热器(未示出)，该散热器背向外壳10的内部空间并且与发光安装板和uvc led接触以便将uvc led产生的任何热量耗散为远离外壳空间。基部模块12虽然具有不同的形状，但是以与侧壁模块11相同的方式进行配置。
61.在如图7所示的布置中，消毒外壳10具有围绕消毒外壳10的内表面分布的uvc led，其中用于uvc led 14中的每一个的芯片直接安装到模块11、12的发光板。该布置使得能够以期望的方式控制消毒外壳的照射强度，因为led中的每一个被定位成照射安装在其中的超声换能器15的每个表面。
62.基于消毒腔室10的上述构造，应当理解，如果uvc led 14中的一个或多个变得不活动或以其他方式不能操作以照射超声换能器的表面，则消毒水平将会受损。led 14不活动的可能原因可包括：由于led老化或电路板故障而导致的电路断开；由于不当的电压条件或电路板故障而导致的短路；以及由于自然老化、高温条件和/或不稳定的电流或电压而导致的led的辐射效率的降低。
63.因此，根据本发明，提出了一种用于确定uvc led的操作状态的监测装置。这样的监测装置旨在使用电流和电压监测方法来检测任何led失活问题并识别任何检测的led失活的位置以及对led失活的类型进行分类以及如何解决该问题。
64.参照图1，描述了根据本发明实施例的用于led电源电路的电压和电流感测装置20。装置20通过与led 14和led电源25并联连接的电压传感器22感测led 14两端的电压。装置20还与和led 14串联连接的电流传感器24连接，以感测led电源25的环路中由led 14汲取的电流。
65.存在能够同时感测电路的电压和电流并且以图1所示的方式连接的各种ic(integrated circuit,集成电路)。在这点上，电压传感器22与led电源25并联连接，并且电流传感器24与led电源25串联连接。在这样的布置中，当电源25运行并且紫外led 14的电路连接时，由led 14汲取的电压和电流可以被同时感测并且馈送到检测和控制模块20。
66.在本实施例中，用于led 14的电源25是“恒定电流源”，这意味着在操作期间，无论
负载侧如何变化，都产生恒定电流。通常，当led运行时，led产生导致温度上升的热量。这种情况导致led 14的内阻减小并且由led 14汲取的电流增大。如果从电源25供应给led 14的电流没有被调节，则由led 14汲取的电流的增大将使由led 14产生的热量加速，并且因此加速led 14的衰耗。为此，本发明的系统和方法采用用于led 14的“恒定电流源”。
67.本发明的检测和控制模块20能够以下面的方式进一步处理和分析感测到的电压和电流，如图2的流程图中所描绘的。
68.在优选实施例中，检测和控制模块20执行三个主要步骤26、27和28。
69.在步骤26中，从电压传感器22和电流传感器24接收电流和电压感测数据。在步骤28中，通过滤波和调节测量来预处理所接收的数据，以去除可能对该过程产生不利影响的任何误差读数或残余的电压和电流读数。
70.步骤30包括进行读数的分析和控制，以识别故障状态和解决故障所需的适当动作。
71.分析和控制步骤30根据以下规则进行。
72.·
预设超高电压(ultra-high voltage,uhv)、高电压(high voltage,hv)、低电压(low current,lv)、超低电压(ultra-low voltage,ulv)；预设超低电流(ultra-low current,ulc)、低电流(low current,lc)、高电流(high current,hc)。
73.·
当led 14的输入电压(vi)≥uhv，同时led 14的输入电流(ci)＜ulc时，确定电路断开时的故障状态。
74.·
当led 14的输入电压vi＜ulv时，故障状态被确定为具有短路的故障。
75.·
当ulv≤vi＜lv，并且lc≤ci＜hc时，确定具有过高温度的故障状态。在这种情况下，led 14是可恢复的，但是必须将其冷却以恢复其正常辐射状态。
76.■
同时，热传感器可以用于验证或确认led 14的高温。
77.·
当lv≤vi《hv，并且lc≤cl《hc时，确定正常操作条件，并且系统可以正常继续工作。
78.由于系统中使用的uvc led的物理性质，检测和控制步骤30能够从而测量的输入电压推断led 14的温度。因此，对于用于驱动led 14的恒定给定电流，led 14的电压将随着led 14的温度上升而降低。这在图6中描绘的曲线图中进行了示出，其中所描绘的电流-电压曲线反映了led 14的电压和电流之间的关系，其中曲线由于led 14的温度的上升而向左移位。在该曲线图中，t0《t1《t2并且假定工作电流恒定为i0，led的电压为u0《u1《u2。
79.本发明的检测和控制步骤30还能够根据评估结果识别/推荐解决检测到的故障状态所需的必要处理。在这方面：
80.·
对于由于断开连接和短路的确定的故障状态，需要更换/修理led 14或电路；以及
81.·
对于过高的温度故障状态，应当关闭消毒装置直到led 14的温度下降到安全水平，然后机器可以再次工作。
82.可以理解的是，由于uvc led的电特性可以变化，因此可以校准不同uvc led的电压和电流的预设值以适配每个uvc led。
83.根据本发明，消毒装置具有uvc led阵列，该uvc led阵列被布置成辐射uvc光以覆盖包含在消毒外壳内的医疗器械的消毒表面。通常，并且如图3-图5的系统40、41和42中所
描绘的，驱动电路45(即，恒定电流源)可为一个led 14或一组led 14供电，如所示出的。每个驱动电路可配备有一个电压和电流感测单元48。在每个外壳40、41和42中，检测和控制模块能够通过访问来自感测单元48的感测数据来识别led 14故障的位置。
84.因此，本发明的系统和方法涉及监测消毒设备的操作以确定uvc led的任何问题，并且在问题出现的情况下，通过监测led的电信号来识别问题的类型。
85.这通过在uvc led的每个驱动单元上增加电压和电流感测单元并且使用感测的电压和电流值来评估相关联的uvc led的工作状态来实现。该工作状态包括：故障状态(由于断开连接、短路、过高的温度)以及正常或工作状态。
86.由于本发明的性质，安装在消毒腔室周围的多个led阵列内的故障led的实际位置可以简单地识别感测单元位置。
87.这样的系统和方法能够提供uvc led的适当和及时的警告——该适当和及时的警告是关于故障和故障类型以及已发生故障led的位置或定位的。这可以在器件的现有结构内实现，因为电压和电流感测器件的附加部件可以简单地附加到系统电路而不是附加到器件的整体结构。
88.本系统和方法可以如图3至图5中所描绘的方式变化。就这一点而言，uvc led的恒定电流驱动器45可以驱动一个led(图1)、或者具有串联连接(图3)、并联连接(图4)和串-并联连接(图5)的一组led。因此，附加在驱动器上的感测单元48可以用于一个led、或者具有串联连接、并联连接和串-并联连接的一组led。
89.还应当理解，在消毒装置的单个消毒过程期间，每个led的温度通常可以从初始的低温上升到高温。类似地，利用恒定电流驱动器，led的电压将随时间下降。因此，通过电压变化的动态监测，led的温度可以与消毒外壳的总体温度一起通过led的电压来确定。
90.本系统甚至可以在制造消毒装置之前校准预设值。可替代地，也可以现场进行预设值的校准。在这方面，如果消毒装置已经进行了长时间冷却，则可以假定led的温度与室温相同。为了易于使用，可以运行校准程序以使led工作较短的时间，因此温度将不会升高并且该温度的电压和电流可以用于校准。
91.应当理解，在以上提供的本发明的描述中，术语“存储介质”可以是能够存储计算机程序的介质，诸如rom、ram、磁盘或光盘，除非另外明确地定义和定义。术语“处理器单元”可以是cpld(complex programmable logic device,复杂可编程逻辑器件)、fpga(field-programmable gate array,现场可编程门阵列)、mcu(microcontroller unit,微控制器单元)、plc(programmable,可编程逻辑控制器。具有数据处理功能的芯片或电路，有例如cpu(central processing unit,中央处理单元)。术语“电子装置”可以是具有数据处理功能和存储功能的任何装置，并且通常可以包括固定终端和移动终端。固定终端，例如台式电脑。移动终端，例如移动电话、平板电脑和移动机器人。此外，在稍后描述的本发明的不同实施例中涉及的技术特征可以彼此组合，只要它们彼此不构成冲突。
92.以上仅是本发明的优选实施例，并不是要限制本发明。在本发明的精神和原理内进行的任何修改、等同替换和改进都应当包括在本发明的保护范围内。
93.在整个说明书和权利要求书中，除非明确地进行相反陈述或上下文另有要求，否则词语“包括”及其派生词旨在具有包含性而非排他性的含义。也就是说，词语“包括”及其派生词将被认为表示不仅包括其直接引用的所列出的部件、步骤或特征，而且包括未具体
列出的其它部件、步骤或特征，除非明确地进行相反陈述或者上下文另外要求。
94.说明书和权利要求中使用的方位术语，例如垂直、水平、顶部、底部、上部和下部，应被解释为相关的，并且基于通常将以特定方位考虑部件、项目、物品、装置、设备或仪器的前提，通常外壳在最上面。
95.本领域技术人员将理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对本文所述的本发明的方法进行许多修改和变化。