CN109010971A - 泵装置 - Google Patents

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Abstract

泵装置。本发明涉及一种泵装置，其具有至少一个泵以及抽吸元件，该抽吸元件与泵连接并且具有抽吸口，其中，泵被构造成通过在抽吸元件中产生减压，在腔体中抽吸流体，尤其是在患者身体的腔体中抽吸流体，其中，泵装置此外还包括具有第一处理装置的加速度测量装置、以及控制装置，该控制装置连接到第一处理装置并且基于该第一处理装置的信号来控制抽吸元件中的减压。其特征在于具有第二处理装置，其根据第一处理装置的信号在有限的反应时间段中减小抽吸元件中的减压，并且其中，最大尖状加速度或加速度的时间导数形式的摇晃、以及旋转速率中的至少一个用作加速度变化，监测该加速度变化是否超过固定的阈值。

Description

泵装置
本申请是申请日为2014年10月21日，申请号为201480057616.0(国际申请号为PCT/EP2014/072577)，发明名称为“用于操作泵装置的方法以及泵装置”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及加工领域，具体地，精密加工和电子技术，并且可尤其有利地应用于医疗技术领域中。
具体地，例如，本发明可应用于带有用于将流体吸入患者身体的腔体内的泵的泵装置。除此之外，还可料想到医疗领域之外的通过泵装置将流体吸出腔体的应用。
背景技术
特别地，在医疗部门中，对用于患者体内流体传递的泵的技术要求高。在这个背景下，例如，已知吸取患者血管***中的第一位置的血液并且将该血液传递到血管***的内部或外部的第二位置的血泵。
出于此目的，一方面布置在患者体内而另一方面也可布置在患者体外的泵连接到导管，导管至少部分位于患者的血管***中并且在那里包括抽吸口。例如，这种导管可包括在患者心室内的抽吸口。
关于吸取或抽吸血液的已知问题涉及以下事实：这种导管可由于主要的减压在吸力作用下将其自身附接到血管壁，从而抽吸口被关闭并且使得血液不可能被进一步吸取。此外，血管壁由此可变得永久受损。
根据目前工艺水平，例如，已知将引线端例如布置在导管的抽吸口的区域中，以便以机械方式在抽吸口和血管壁之间建立最小距离。然而，一方面，无法通过这种措施来完全防止与血管壁接触，另一方面，这种引线往往会持久地碰撞血管壁，从而同样带来组织刺激的危险。
对照目前工艺水平的背景，因此，本发明的目的是形成避免了概述的问题并且允许经由抽吸口持久可靠地抽吸流体的泵装置的操作方法和对应的泵装置。
发明内容
通过根据专利权利要求1的本发明特征来实现关于泵装置的操作方法的本目的并且通过关于根据专利权利要求10的本发明特征来实现关于泵装置的本目的。
因此，本发明涉及一种用于操作泵装置的方法，所述泵装置包括至少一个泵以及连接到这个泵的抽吸元件，所述抽吸元件具有抽吸口，所述泵通过在所述抽吸元件中产生减压将流体吸入腔体中，特别地，患者身体的腔体中，其中，在所述泵装置操作期间测量并且监测加速度。该目的是通过以下来实现的：在假设出现超过固定阈值的加速度变化或源自这个加速度变化的变化的情况下，至少在有限的反应时间段中减小抽吸元件中的减压。
本发明是基于以下认识：由于形成腔体进而例如形成患者身体或带腔体的其它主体的血管加速并且泵装置的部分(特别地，抽吸元件)因为其没有相对于腔体壁固定而执行据此相对于腔体壁的相对移动，导致具有抽吸口的抽吸元件抽吸附接在血管壁上或者通常抽吸附接在腔体壁上。换句话讲，在假设包括腔体的血管加速从而容易碰撞腔体壁因此存在抽吸附接危险的情况下，腔体中的泵装置的部分移动。
在出现某些加速状况的情况下，可以通过至少暂时减小抽吸元件中的减压来大大降低这种危险。一旦移动已经停止移动或者成为稳定状况，就可再次增大抽吸压力。
基本上，根据目前现有技术已知的是根据加速度变化来控制旋转的血泵。在美国专利申请US 2008/0183287中描述了通过加速度传感器监测患者的体力活动并且根据加速度变化来控制血泵速度的***。这里，控制涉及在患者的身体活动增加的情况下通过血泵来增加心脏辅助的目的，以及因此，在出现持久高加速度时有用地增大泵功率的目的。
相比之下，本发明的目的并不是通过加速度测量来检测患者身体的生理负担，而是仅仅是确定因个体的、摇晃状移动造成的尖状、突然的加速度，在极端情况下，该加速度可导致泵装置的部分在患者体内一次性偏转，从而使具有抽吸口的抽吸元件可能碰撞血管壁或心室的内壁，造成了抽吸附接在这个壁上的风险。据此，不排除假设增加的强体力活动而将泵功率持久增加超过平均(而非最大)加速度值。
突然的、尖状加速度由此被理解为可例如随着站立过程出现的短时加速度。在一些实施方式中，短时可由此少于10秒，优选地少于5秒并且特别优选地少于2秒，由此在该时间框架内超过相对于例如至少0.5m/s2或例如1m/s2的大小的阈值。例如，可使用大于1m/s2(优选地，大于3m/s2或5m/s2)的加速率阈值作为加速率阈值。在一些实施方式示例中，除了测得的加速度信号之外，检测其它变化(诸如，例如，泵单元相对于重力方向的瞬时相对倾斜)，并且使用这些变化进行关于是否存在相关尖状或突然的加速度的分类。
在一些实施方式中，过滤加速度信号并且例如过滤出高频分量。在高频分量之中，由此，例如，通过滤波器去除超过100Hz，优选地超过80Hz，特别优选地超过60Hz的分量，即，滤波器的截止频率处于所提及的值。滤波器可由此在控制装置中实现作为电路或作为软件或固件。
然而，除了医疗领域之外，本发明还可应用于通过抽吸导管或其它抽吸元件例如从流体罐吸走流体的装置。这例如出现在机动车领域中，例如，风挡雨刷设备的雨刮流体罐中，其中由电动泵通过伸入罐中的软管抽吸雨刮液。如果机动车在启动雨刮器设备时加速，则抽吸软管可在罐中移动，碰撞罐的壁。泵功率可暂时降低，以避免此处有抽吸附接。因此，本发明例如还可应用于从燃料罐抽吸燃料。
在抽吸元件的固定轴方向相对于重力方向径向加速或对准的背景下的(泵装置或抽吸元件的)旋转速率也可用作源自加速度的变化。
本发明的有利设计设想到在有限的反应时间段中减小泵功率。通过减小泵功率来直接减小抽吸元件中的减压。本申请的背景下的抽吸压力将被理解为抽吸元件和环绕抽吸元件的介质的流体压力之间的压力差，其中，以使得当抽吸元件中的绝对流体静压低于抽吸元件的环境中的流体静压时抽吸压力为正的方式来定义抽吸压力。这个背景下的抽吸压力的减小意味着压力梯度的减小，即，抽吸元件中的压力和抽吸元件的环境中的压力之间的压力差的减小。针对这个定义而言，抽吸压力越小，通过抽吸口吸入抽吸元件中的流体的速度越不快且不密集。
本发明此外可通过在使用旋转泵的情况下将这种旋转泵的速度在有限的反应时间段中减小以有利方式进行构造。旋转泵可相对于泵功率以快速方式来启动，并且可按无级方式来控制泵功率。可通过控制转子的电子驱动电机的电功率或者通过控制驱动泵的微型涡轮机的功率，或者另外通过设置固定安装在泵壳体中的转子叶片或推进器，实施泵功率的控制。
泵功率减小期间的反应时间经常被理解为可从最开始起被设置其长度的时间间隔。由此，对于抽吸压力将减小的所有出现情况，反应时间段都可以是固定相同的，或者反应时间段还可取决于导致抽吸压力减小的状况，即，取决于测得的加速度变化。常常在反应时间段完成之后，再次增大抽吸压力，这可例如通过增大泵功率来实施。如果同时再次满足用于减小抽吸压力的条件，则反应时间段也可被延长另外的反应时间段。少于20秒、少于10秒或少于5秒的时间间隔可被理解为例如反应时间。泵功率减小的时间间隔的长度(还有其它)取决于尖状、突然的加速度。由此，优选地在检测到尖状、突然的加速度之后就直接减小泵功率，以避免抽吸效果。
例如，抽吸压力的减小可被定义为减小至少30％或50％或70％或者将泵功率减小至少对应百分比。这些减小幅度还可用于定义反应时间段的开始和结束。
关于本发明的有利设计的其它可能性设想到，至少在有限的反应时间段内，抽吸元件中的阀至少部分关闭。还可通过关闭抽吸元件中的阀来暂时减小抽吸压力，使得可防止抽吸元件抽吸附接。
本发明的其它有利设计设想到，相比于在所述反应时间段末尾时抽吸压力的增大和/或泵功率的增大和/或抽吸元件中的阀打开，在所述反应时间段开始时，更快速地实现抽吸压力的减小和/或泵功率的减小和/或所述阀的关闭。
这个设计是基于以下构思：假设出现造成担心抽吸元件相对于将从中吸取流体的腔体的壁相对移动，有必要在抽吸元件碰撞相应壁之前非常快速地减小抽吸压力。如果在加速之后状况变正常，则可通过合适控制再次增大抽吸压力，而没有特别急迫的需要。相比之下，适度缓慢增大抽吸压力可增大由于因抽吸压力突然增大而会引起的摇晃导致抽吸元件被不期望地设置成运动的风险。抽吸附接的风险也可因这种移动而增大。
本发明的其它有利设计设想到，最大尖状加速度或加速度的时间导数形式的摇晃、或者抽吸元件的旋转速率或重力方向相对于固定轴的对准用作加速度变化，监测加速度变化是否超过阈值。例如直接在患者身体上或者包括将从中吸取流体的腔体的装置上测得的最大加速度对于腔体中抽吸元件的偏转进而对于抽吸附接的风险是决定性的。在加速度结束之后的弹性恢复力引起将抽吸元件恢复成常常作用于抽吸元件的几乎中性位置。
造成抽吸元件相对于腔体壁移位的增大的风险的其它效果是加速度突然改变进而摇晃(颤动)。假设身体移动，这种摇晃特别地引起抽吸元件大偏转。
根据本发明，监测测得的加速度是否超过定义的固定阈值，或者测量加速度并且连续地评价加速度的时间导数，以能够监测摇晃是否超过特定阈值。
此外，可有利地设计本发明，使得固定时间间隔中的加速度的时间积分用作加速度变化，监测加速度变化是否超过阈值。由此，加速度被进行时间积分的时间间隔能被不断地更新为滚动的时间间隔。考虑到短加速推动的程度弱于据此持续超过特定最小时间段的加速。
可在一个或更多个方向上通过患者身体的部分上的加速度传感器来测量加速度，或者通过泵上或启动单元上的传感器以直接方式来测量加速度。在任一种情况下，可在一个或更多个方向上测量加速度。
可通过简单固定在患者外部的加速度传感器用特别简单的方式来测量患者身体的加速度。有利地，这种加速度传感器被紧固于患者的腹部上而非手和足上。
特别实用的是，一个或多个加速度传感器能够被直接紧固于泵上或泵的启动单元上，使得还可按直接方式来监测泵或启动单元的加速度。由此，在医疗领域中，假设泵与患者身体结合成一体或者泵以被称为固定方式的牢固方式紧固于患者身体上，使得泵直接遵循身体的移动。相比之下，抽吸元件以仅仅部分固定的方式悬于腔体中并且假设出现加速度，可按受限制方式在腔体中移动。
直接在泵或泵的启动单元上的对应加速度传感器的固定实现了以下优点：安装到患者身体上用的劳力减少，包括加速度传感器的完整泵装置可按关闭方式预先组装。
除了上述类型的操作方法之外，本发明还涉及一种泵装置，所述泵装置具有至少一个泵以及与所述泵连接并且具有抽吸口的抽吸元件，其中，所述泵被构造成在腔体中，特别地，患者体内，通过在所述抽吸元件中产生减压来抽吸流体，其中，所述泵装置此外包括具有加速度传感器和第一处理装置的加速度测量装置、以及控制装置以及第二处理装置，所述控制装置连接到所述第一处理装置并且基于所述第一处理装置的信号来控制所述抽吸元件中的减压，在各情况下，根据所述第一处理装置的信号，所述第二处理装置在有限的反应时间段内将所述抽吸元件中的减压减小。
例如，第一处理装置可监测测得的或连续确定的加速度变化并且检测是否超过阈值。为此，第一处理装置还可例如连续地将随时间推移的加速度值求积分，并且监测在滚动的时间段上的积分，同样地，监测是否超过阈值。
然后，一出现超过阈值，第一处理装置就可将信号传递到第二处理装置，所述信号影响泵或阀的启动并且引起在反应时间段内抽吸压力减小。
附图说明
本文中，本发明通过实施方式示例的方式在附图中呈现并且进行后续说明。示出：
图1示意性呈现了带有经由主动脉引入心室内的心导管泵的患者的身体，
图2放大地呈现了通过主动脉弓引入并且带有心脏泵的心导管，
图3是相对于时间的加速度传感器的测量数据和以影响抽吸压力的形式的反应，
图4是示意性的泵装置的控制和数据处理部分，以及
图5示意性呈现旋转泵。
具体实施方式
图1示意性示出带有心室2的患者1的身体，血泵3被引入心室内。心脏泵由此连接到心室(在这种情况下，心脏的左心室，即，泵是左心室辅助装置，也称为LVAD)的心尖4。在图2中用放大方式呈现血泵3。
在本实施方式示例中，被直接引入心尖中的血泵的入口件5包括抽吸口6，血液通过抽吸口6被抽吸。在本实施方式示例中，通过带有切向出口7的轴流血泵传递血液。出口7通过插管8或柔性管状物体连接到主动脉。另选地，出口还可连接到肺动脉(用RVAD)或肩动脉。设置有螺旋物并且可借助血泵的定子10被设置成旋转从而将血液吸入抽吸口的转子9位于入口件中。可从其公开的全部内容以引用方式用于本申请的WO2012149946、WO2011054545或WO2012150045中推导出这种泵的示例。
合适的血泵的其它示例是德国柏林的Berlin Heart GmbH的或系列的血泵。在使用这些泵时，这些泵经由插管连接到心脏，使得抽吸元件可以是泵本身的入口以及将泵连接到心脏的插管的入口。
血泵包括控制装置11，控制装置11例如可布置在泵壳体12内或者布置在体内或体外的(例如，控制单元的)额外外壳中。控制装置连接到至少一个加速度传感器(以无线方式或有线地)。加速度传感器以使得传感器测量一个或更多个方向上的加速度的方式进行构造。在呈现的示例中，呈现三个加速度传感器，尽管一个加速度传感器也可以是充分的。
加速度传感器13布置在直接携带在身体上的外部控制单元中。加速度传感器14布置在身体上或皮下并且经由无线连接与控制装置通信。加速度传感器15布置在泵壳体内，从而在一种变型中，可布置在血泵的部分内，血液通过部分流过，或者在其它变型中，可布置在血泵的没有接触被传递的血液的部分中，即，在这种变型中，加速度传感器可布置在例如定子外壳内或外壳的外部区域上。在每种情况下可用于布置加速度传感器的不同位置具有互不相同的优点和缺点。作为抽吸元件的入口件5呈现在血泵的远端。在一些实施方式中，抽吸口可被流体可渗透栅格覆盖。
图3示出示图，其中，在x轴上绘制时间(单位：秒)，而在y轴上的示图的上部部分呈现加速度。呈现两条垂直虚线t1、t2，其中，时间点t1对应于第一时间点，在该时间点，监测的加速度超过阈值s1。根据示图的下部部分清楚的是，直到时间点t1之前，在y轴上绘制的并且用p指示的抽吸压力是恒定的。泵装置的启动装置的作用是，在超过阈值s1时，抽吸压力立即减小。这在图3的下部表现出来，在图3中，在时间点t1之后，抽吸压力下降，并且只有经过反应时间段16之后，抽吸压力再次大致达到之前的高水平增益，例如，达至少70％。在反应时间段16期间，几乎没有流体被通过抽吸口抽吸，使得血管壁上的抽吸元件不太可能进行抽吸附接。
反应时间段可被定义为抽吸压力减小最小百分比或定义的绝对值的时间段，或者被定义为在超过关于监测到的加速度变化的阈值(在时间点t1)时开始并且在开始反应时间段之前抽吸压力重新增大至抽吸压力的所定义最小百分比(例如，70％)时完成的时间段。
结果，在时间点t2出现超过第二阈值s2，在时间点t2，测量在与第一加速度相反方向上的加速度。有用的是只监测加速度的大小，使得压力减小的启动独立于加速度方向出现。还可认识到，在图3的下部，在时间点t2之后的反应时间段内，抽吸元件中的抽吸压力减小，在时间点t2，发生超过加速度变化的阈值。以上引用的描述是关于示例性的变化和时间。
图4示出具有第一处理装置17和第二处理装置18的控制装置11a。呈现传感器引线19，传感器引线19将控制装置11a连接到图4中未呈现的加速度传感器或者陀螺仪。控制装置17的输入处的传感器引线连接到数字/模拟转换器20或通过合适的数据总线(I2C总线或SPI总线)直接连接到控制装置，控制装置将对应的加速度信号以数字化形式导向第一处理装置17。在输入区17a中，连续地监测加速度值，并且视情况而定，连续地计算更复杂的加速度变化(诸如，固定时间内的加速度积分或振动)。在比较模块17b中发生与所定义阈值的连续比较，并且在假设超过阈值的情况下，视情况而定，发生生成信号。对应信号被导向第二处理装置18。第二处理装置18检验压力是否已经下降，因为在这之前不久已经检测到有足够的加速度，并且第二处理装置18检验反应时间是否因此而延长。如果第一次出现超过加速度阈值，则以使得泵功率在反应时间段内暂时减小的方式，第二处理装置18启动包括转子9和定子10的电机。因此，电机的供给电流或电压减小，使得转子的速度降低。为此，第二处理装置18包括时基18a和信号输出18b。
图5以放大形式示出带有泵壳体22的旋转泵(即，轴流泵)的更详细呈现。泵壳体容纳转子23，转子23以主动、轴向磁性方式安装在轮毂和壳体壁或两个轮毂24a、24b之间，例如通过至少一个控制线圈来控制转子23。此外借助布置在轮毂中或壳体中的磁体21将转子被动地径向安装。另选地，转子也可水动力地安装或者可通过水动力和磁力轴承的组合来安装。为了减小抽吸元件中的抽吸压力，转子23的速度降低，或者转子可在磁场的作用下变形，使得在假设恒定旋转的情况下，其泵功率减小。
然而，此外还可提供用虚线26示意性呈现的阀。例如，这个阀可具有虹彩光阑或瓣阀的形式并且在各情况下可受外部控制。阀可布置在泵壳体22中以及血泵的抽吸元件中或者出口元件的区域中。反应时间段内的抽吸元件中的抽吸压力的减小还可通过相应阀的关闭或部分关闭来实现。
通过本发明，形成简单可靠的装置，以便防止泵的抽吸元件抽吸附接于腔体的壁上，流体将被传递到腔体之外。
附图标记的列表
1 患者身体
2 心室
3 血泵
4 心尖
5 入口件
6 抽吸口
7 出口
8 插管
9 转子
10 定子
11，11a 控制装置
12 泵壳体
13 第一加速度传感器
14 第二加速度传感器
15 第三加速度传感器
16 反应时间段
17 第一处理装置
17a 输入部分
17b 比较模块
18 第二处理装置
18a 时基
18b 信号输出
19 传感器引线
20 数字/模拟转换器
21 永磁体
22 泵壳体
23 转子
24a，b 轮毂
25 传递元件
26 阀
t1，t2 时间点
s1，s2 加速度阈值

Claims (10)

1.一种泵装置，所述泵装置具有至少一个泵(5)以及抽吸元件(12)，所述抽吸元件(12)与所述泵(5)连接并且具有抽吸口(13)，其中，所述泵(5)被构造成通过在所述抽吸元件中产生减压，在腔体(2)中抽吸流体，尤其是在患者身体的腔体中抽吸流体，其中，所述泵装置此外还包括具有第一处理装置(17)的加速度测量装置、以及控制装置，所述控制装置连接到所述第一处理装置并且基于所述第一处理装置的信号来控制所述抽吸元件中的所述减压，
其特征在于具有第二处理装置(18)，所述第二处理装置(18)根据所述第一处理装置(17)的信号在有限的反应时间段(16)中减小所述抽吸元件(12)中的所述减压，并且其中，最大尖状加速度或加速度的时间导数形式的摇晃、以及旋转速率中的至少一个用作加速度变化，监测所述加速度变化是否超过固定的阈值(s1、s2)。
2.根据权利要求1所述的泵装置，其特征在于，在所述泵的操作期间由所述加速度测量装置测量并且监测加速度。
3.根据权利要求1所述的泵装置，其特征在于，在有限的反应时间段(16)中减小泵功率以减小所述抽吸元件(12)中的所述减压。
4.根据权利要求3所述的泵装置，其特征在于，在使用旋转泵(5)的情况下，在有限的反应时间段(16)中减小所述旋转泵(5)的速度。
5.根据权利要求1所述的泵装置，其特征在于，至少在有限的反应时间段(16)中至少部分地关闭所述抽吸元件中的阀(26)。
6.根据权利要求1或5所述的泵装置，其特征在于，相比于在所述反应时间段的结束之后所述抽吸元件(12)中相应的抽吸压力的增大、泵功率的增大以及阀(26)的打开，在所述反应时间段(16)的开始处更快速地进行所述抽吸压力的减小、所述泵功率的减小以及所述阀(26)的关闭中的至少一个。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的泵装置，其特征在于，固定时间间隔中加速度的时间积分用作加速度变化，监测所述加速度变化是否超过阈值(s1、s2)。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的泵装置，其特征在于，所述泵通过在所述抽吸元件(12)中产生所述减压，在患者身体的腔体(2)中抽吸流体。
9.根据权利要求8所述的泵装置，其特征在于，在一个或更多个方向上测量所述患者身体(1)的一部分的加速度。
10.根据权利要求8所述的泵装置，其特征在于，在一个或更多个方向上测量所述泵(5)或所述泵(5)在所述患者身体(1)中或上的启动单元(7)的加速度。
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