CN110088472B - 医用液体的容积泵和血液治疗设备及其控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于医用的液体的容积泵(1)，所述容积泵具有泵腔(5)和排出体(15)，并且本发明涉及一种具有容积泵(1)的血液治疗设备。此外，本发明涉及一种用于控制用于输送医用的液体的容积泵(1)的方法。根据本发明的容积泵(1)具有：与排出体(20)有效连接的操作体(20)，用于使所述排出体移动或变形以将液体输送到所述泵腔或从所述泵腔输出；和用于移动所述操作体(20)的驱动装置(21)。为了操控所述驱动装置(21)以及入口阀(12)和出口阀(13)，设有控制单元(14)。所述操作体(20)经由填充有气体的工作腔(19)与所述排出体(15)有效连接，所述工作腔具有封闭的体积。为了实现高的输送精度，在所述排出体(15)运动时所述工作腔(5)中的压力保持恒定。

Description

医用液体的容积泵和血液治疗设备及其控制的方法

技术领域

本发明涉及一种用于输送医用液体的容积泵，该容积泵具有泵腔和排出体，并且涉及一种具有容积泵的血液治疗装置。此外，本发明涉及一种用于控制容积泵以输送医用液体的方法。

背景技术

已知的容积泵具有泵腔和排出体。由于排出体在泵腔中的运动引起的体积变化，进行流体的输送。在已知的活塞泵中，排出体是在空心柱体中引导的活塞，所述活塞由驱动单元操作。

在医疗技术中，使用隔膜泵来输送医用液体。隔膜泵的优点在于，通过隔膜将驱动单元与待输送的液体分开。在医疗技术中，对隔膜泵提出了很高的要求。隔膜泵应该具有高的输送精度。例如，具有高的输送精度的隔膜泵用于透析。

在透析仪中，使用隔膜泵，其具有在设备侧的组件并且规定为仅一次性使用的组件，所述规定为仅一次性使用的组件能够构成为盒(一次性)。盒具有泵腔，泵腔由弹性的隔膜封闭。在设备侧的组件包括操作体，通过该操作体使隔膜变形，使得在泵腔中发生体积变化，由此输送医用液体。在抽吸阶段，泵腔的出口由出口阀封闭，而泵腔的入口在压力阶段由入口阀封闭。

隔膜泵的一次性用品侧的组件能够耦联到在设备侧的组件上，使得操作体能够使隔膜变形。由于隔膜泵的两件式设计，操作体和隔膜之间的持久的连接是不可行的。

从现有技术中已知用于在工作机器中产生高压的活塞隔膜泵，其中隔膜通过工作腔有效连接，该工作腔填充有液压油作为工作流体。由此，应减轻隔膜的负荷并延长其使用寿命。

发明内容

本发明所基于的目的是实现一种在医疗技术中使用以输送医用液体的容积泵，该容积泵允许在设备侧的组件与一次性用品侧的组件分离。尤其地，本发明所基于的目的是实现一种呈两件式结构形式的容积泵，所述容积泵用于以高的输送精度输送医用液体。另外，本发明的目的是提供一种具有容积泵的血液治疗装置和提出一种用于控制隔膜泵的方法，其中将容积泵分离成在设备侧的组件和一次性用品侧的组件是可行的。

根据本发明，这些目的一种容积泵、一种医疗设备和一种用于控制用于医用的液体的容积泵的方法来实现。本发明的有利的实施形式在下文中描述。

根据本发明的用于医用液体的容积泵具有泵腔；排出体；与排出体有效连接的操作体，用于使排出体移动或变形以将液体输送到泵腔中或者从泵腔中输出；以及用于移动操作体的驱动装置。为了操控驱动装置和入口阀和出口阀，设置有控制单元。控制单元构成为，使得在抽吸阶段打开入口阀而关闭出口阀，以及在压力阶段关闭入口阀而打开出口阀。

原则上，排出体能够不同地构成。在一个优选实施形式中，容积泵是隔膜泵，其具有可变形的隔膜作为排出体，该隔膜封闭泵腔。然而，排出体也能够是空心柱体中的活塞。

在根据本发明的容积泵中，操作体并非固定地与排出体连接，而是操作体经由填充有气体的工作腔与排出体有效连接，所述工作腔具有封闭的体积。由于操作体与排出体之间不存在固定的连接，所以根据本发明的容积泵允许如下两件式的结构形式，所述结构形式具有在设备侧的组件和规定为一次性使用的一次性用品侧的组件。

在操作体运动时，排出在工作腔中所封入的气体体积，使得经由所述气体体积操作排出体。由排出体排出的气体体积对应于由排出体从泵腔排出的液体的体积。

根据本发明的容积泵设有在设备侧的操作装置和一次性用品侧的泵装置，其中驱动装置、操作体和工作腔是在设备侧的操作装置的组成部分，而排出体和泵腔是一次性用品侧的泵装置的组成部分。但也可行的是，并不设置在设备侧的操作装置和在一次性用品侧的泵装置。

在具有在设备侧的操作装置和在一次性用品侧的泵装置的实施形式中，在设备侧的操作装置和在一次性用品侧的泵装置优选构成为，使得一次性用品侧的泵装置可耦联到在设备侧的操作装置上。当泵装置耦联到操作装置上时，经由在工作腔中所封入的气体的体积在操作体与排出体之间建立有效连接，使得操作体能够操作排出体，例如使其移动或变形。

工作腔能够不同地构成。优选地，工作腔是柱体(空心柱体)，活塞作为操作体在其中引导。在活塞在空心柱体中运动时，在空心柱体中所封入的气体体积被排出，使得经由气体体积操作排出体。

驱动装置为了驱动操作体优选具有电动机，该电动机由控制单元操控制。

为了精确地设定输送量和输送速率，根据本发明的容积泵在经由在工作腔中所封入的气体体积尤其空气体积将操作体和排出体耦联时提出控制单元的特别的构成方案。

在一个优选实施形式中，控制单元具有压力测量装置，例如电子压力传感器，用于测量工作腔中的压力。控制单元构成为，使得在压力阶段，根据利用压力测量装置测量的压力来操控出口阀，使得在移动操作体时工作腔中的压力p保持恒定。在此，前提条件是，温度T也不改变，在实践中会以此为出发点。

另外，控制单元优选构成为，使得驱动装置***控，以至于，输送量对应于预设的期望输送量，或输送速率对应于预设的期望输送速率。在压力阶段，即当排出体将液体从泵腔排出时，工作腔中的实际压力是恒定的，以至于所输送的液体体积根据操作体的移动路径产生。为了输送特定的期望输送量，控制单元预设操作体移动过的特定的路径段，而为了设定特定的期望输送速率，控制单元给排出体的运动预设特定的速度。该实施形式具有以下优点：可经由操作体的移动路径来设定期望流量，其中为了设定工作腔中的恒定的压力不操控操作体，而是由控制单元对应地操控出口阀。

一个特别优选的实施例提出用于测量操作体的移动路径的路径传感器，其中控制单元构成为，使得基于所测量的操作体的移动路径，计算实际输送量或实际输送速率并且操控驱动装置，使得实际输送量对应于期望输送量或实际输送速率对应于期望输送速率。

在一个替选的实施形式中，控制单元构成为，使得在压力阶段，不操控出口阀，而是根据利用压力测量装置所测量的压力操控驱动装置，以至于工作腔中的压力在操作体移动时保持恒定。另外，控制单元优选构成为，使得操控出口阀，使得实际输送量对应于期望输送量或实际输送速率对应于期望输送速率。在所述替选的实施形式中，通过控制操作体的运动来保持压力恒定。操作体的运动确定实际流量。在该实施形式中通过如下方式设定期望流量：由控制单元相应地操控出口阀。

根据本发明的容积泵尤其用作为医疗仪器中的隔膜泵以输送医用治疗液体，例如在血液治疗设备(透析设备)中，用于精确计量抗凝血剂溶液。

根据本发明的用于控制用于医用液体的容积泵的方法，其中容积泵包括：泵腔；排出体；与排出体有效连接的操作体，用于使排出体移动或变形；用于移动操作体的驱动装置；和入口阀和出口阀，所述方法的特征在于，排出体由操作体经由所封闭的空气体积来操作，所述空气体积封入在工作腔中。

在第一特别优选的实施形式中，根据工作腔中的压力操控出口阀，使得在操作体移动时工作腔中的压力保持恒定，并且移动操作体，使得输送量对应于预设的期望输送量或输送速率对应于预设的期望输送速率。

在第二替选的实施形式中，根据工作腔中的压力操控操作体，使得在操作体移动时工作腔中的压力保持恒定，并且操控出口阀，使得输送量对应于预设的期望输送量或输送速率对应于预设的期望输送速率。

附图说明

下面参考附图详细说明本发明的实施例，

附图示出：

图1示出根据本发明的容积泵的一个实施例的简化示意图，

图2示出原理图以阐明控制容积泵的出口阀和操作体的第一实施形式，以及

图3示出原理图以阐明控制容积泵的出口阀和操作体的第二实施形式的示意图。

具体实施方式

图1示出医学治疗设备尤其透析设备的极为简化的示意图，其具有根据本发明的容积泵1。透析设备具有体外的血液回路2，其仅示意性地示出。借助于容积泵1输送医用液体以执行治疗，该医用液体在容器3中提供。在本实施例中，利用容积泵1将抗凝血剂溶液输送给体外的血液回路2。

容积泵1包括泵装置4，泵装置具有泵腔5，所述泵腔5是规定为一次性使用的盒6(一次性用品)的组成部分，所述盒***透析设备的容纳单元7中。泵腔5具有入口8和出口10，入口管路9连接到所述入口上，出口管路11连接到所述出口上。入口管路9与用于治疗液体特别是抗凝血剂溶液的容器3，并且出口管路11与体外的血液回路2连接。液体尤其是抗凝血剂溶液到泵腔5中的流入利用入口阀12来调节，而液体从泵腔5的流出利用出口阀13来调节。能够构成为电磁阀或气动阀的入口阀12和出口阀13由控制单元14操控，控制单元能够是治疗设备的中央的控制单元的组成部分。

能够具有柱形的泵送空间的泵腔5，由柔性隔膜15严密地密封，柔性隔膜15施加到盒6的上侧上。

此外，容积泵1具有在设备侧的操作装置16，在一次性用品侧的泵装置4能够密封地耦联到该操作装置上。通过泵装置4和操作装置16的彼此相对置的接触面17、18进行所述密封。

操作装置16具有工作腔19，所述工作腔能够具有柱形的工作空间，该工作空间能够密封地耦联到操作装置4的泵腔5上。操作体20在工作腔19中纵向可移动地引导，所述操作体能够是活塞。操作体20的驱动利用驱动装置21进行，所述驱动装置能够具有电动机22，该电动机经由未示出的耦联机构操作活塞。

当泵装置16耦联到操作装置4上时，在操作装置的工作腔19中在操作体20即活塞的端面之间封有空气体积，使得活塞的冲程运动导致排出体(隔膜)15变形，由此液体从泵腔5排出。在此，由活塞排出的空气体积对应于从泵腔排出的液体的体积。

用于操控驱动装置21以及入口阀12和出口阀13的控制单元14例如能够具有通用处理器，用于连续处理数字信号的数字信号处理器(DSP)，微处理器，专用集成电路(ASIC)，由逻辑元件构成的集成电路(FPGA)或其他集成电路(IC)或硬件部件，以便执行用于调节压力或流量的各个方法步骤。数据处理程序(软件)能够在硬件部件上运行以执行所述方法步骤。

控制单元21操控入口阀12和出口阀13，使得在抽吸阶段中入口阀12打开而出口阀13关闭，并且在压力阶段中入口阀12关闭而出口阀13打开。

在图1中，仅示意性地示出所有构件。入口阀和出口阀也能够具有在一次性用品侧的和在设备侧的部件。

为了设定精确的输送量或输送速率，控制单元14针对操作体20的驱动装置21以及入口阀12和出口阀13进行如下控制(调节)。

本发明基于理想气体的热状态方程(p V＝n R_m T，其中p是压力，V是体积，n是物质量，R_m是气体摩尔常数，以及T是温度)。如果工作腔19中的压力p和温度T保持恒定，那么根据普适气体方程在操作体(活塞)的冲程运动期间封入在工作腔中的空气体积不改变。因此压力保持恒定。控制单元14具有压力测量装置23，例如电子压力传感器，所述压力测量装置测量工作腔19中的实际压力。

接下来描述所述控制的两个替选的实施形式。图2和图3图解说明对压力和流量的调节。各个构件在图2和3中设有与图1中相同的附图标记，其中泵腔19和工作腔5以极其简化的方式示出。

在第一实施例中，控制单元14配置成，使得在压力阶段中控制单元根据由压力传感器23测量的压力操控出口阀13，使得工作腔19中的压力p在活塞20的冲程运动期间保持恒定。在此，控制单元14利用压力传感器23测量实际压力p_ist，并将实际压力与期望压力p_soll进行比较，所述期望压力应保持恒定。为了提高或降低实际压力，出口阀13的阀体相应地打开或关闭，使得压力恒定。

在第一实施形式中，经由操作体的移动路径调节容积泵的输送量，该移动路径通过路径传感器24测量。控制单元14配置为，使得实际输送量或实际输送速率基于操作体的所测量的移动路径计算。对应于输送量的排出的空气体积由通过路径传感器24测量的移动路径x与工作腔19的横截面积或活塞20的端面面积的乘积来计算。控制单元14操控驱动装置21，使得实际输送量对应于期望输送量，或者实际输送速率Q_ist对应于期望输送速率Q_soll。

在所述替选的实施例中，控制单元14配置为，使得在压力阶段中根据利用压力传感器23测量的压力来操控驱动装置21，使得在操作体移动时工作腔中的压力p保持恒定。为了将实际压力p_ist提高或降低到恒定的期望压力p_soll，控制单元14提高或降低操作体的进给速率。为此，能够提高或降低电动机22的转速。在此，出口阀13由控制单元14操控，使得实际输送量对应于期望输送量，或者实际输送速率Q_ist对应于期望输送速率Q_soll。为了提高或降低输送量或输送速率，进一步打开或关闭出口阀。

Claims (9)

1.一种用于医用的液体的容积泵，所述容积泵具有泵腔（5）；排出体（15）；与所述排出体有效连接的操作体（20），所述操作体用于使所述排出体移动或变形以将所述液体输送到所述泵腔中或从所述泵腔输出；和用于移动所述操作体（20）的驱动装置（21），其中设有入口阀（12）和出口阀（13）以及控制单元（14），所述控制单元用于操控所述驱动装置（21）以及所述入口阀（12）和所述出口阀（13），

所述操作体（20）经由填充有气体的工作腔（19）与所述排出体（15）有效连接，所述工作腔具有封闭的体积，以及

所述容积泵具有在设备侧的操作装置（16）和在一次性用品侧的泵装置（4），其中所述驱动装置（21）、所述操作体（20）和所述工作腔（19）是在设备侧的操作装置（16）的组成部分，而所述排出体（15）和所述泵腔（5）是在一次性用品侧的泵装置（4）的组成部分，

其特征在于，

所述控制单元（14）具有用于测量所述工作腔（19）中的压力的压力测量装置（23），其中所述控制单元（14）构成为，使得在压力阶段中根据利用所述压力测量装置测量的压力操控出口阀（13），以至于在所述操作体（20）移动时所述工作腔（19）中的压力保持恒定。

2.根据权利要求1所述的容积泵，其特征在于，所述控制单元（14）构成为，使得操控所述驱动装置（21），以至于所述容积泵的输送量对应于预设的期望输送量或所述容积泵的输送速率对应于预设的期望输送速率。

3.根据权利要求2所述的容积泵，其特征在于，所述控制单元（14）具有用于测量所述操作体（20）的移动路径的路径传感器（24），其中所述控制单元（14）构成为，使得基于所述操作体的所测量的移动路径，计算实际输送量或实际输送速率，并且操控所述驱动装置（21），以至于所述实际输送量对应于期望输送量或所述实际输送速率对应于期望输送速率。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的容积泵，其特征在于，在设备侧的所述操作装置（16）和在一次性用品侧的所述泵装置（4）构成为，使在一次性用品侧的所述泵装置能够耦联到所述操作装置上，以至于经由在所述工作腔（19）中封入的气体体积能够在所述操作体（20）和所述排出体（15）之间建立有效连接。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的容积泵，其特征在于，所述排出体（15）是封闭所述泵腔（5）的隔膜。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的容积泵，其特征在于，所述工作腔（19）是柱体，并且所述操作体（20）是在所述柱体中引导的活塞。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的容积泵，其特征在于，所述驱动装置（21）具有电动机（22）。

8.一种医疗设备，其具有至少一个根据权利要求1至7中任一项所述的容积泵（1）。

9.一种用于控制用于医用的液体的容积泵的方法，所述容积泵具有：泵腔（5）；排出体（15）；与所述排出体有效连接的操作体（20），所述操作体用于使所述排出体移动或变形；用于移动所述操作体的驱动装置（21）；以及入口阀（12）和出口阀（13），所述排出体（15）通过所述操作体（20）经由封闭的气体体积操作，所述气体是封入在工作腔中的气体，

其特征在于，根据所述工作腔中的压力操作所述出口阀（13），使得在所述操作体（20）移动时所述工作腔中的压力保持恒定，并且移动所述操作体，使得所述容积泵的输送量对应于预设的期望输送量或者所述容积泵的输送速率对应于预设的期望输送速率。

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