DE3685508T2

DE3685508T2 - Infusionspumpe mit verfuegbarer kassette.

Info

Publication number: DE3685508T2
Application number: DE8686302220T
Authority: DE
Inventors: Martyn S Abbott
Original assignee: McGaw Inc
Current assignee: B Braun Medical Inc
Priority date: 1985-03-27
Filing date: 1986-03-26
Publication date: 1993-02-04
Anticipated expiration: 2006-03-27
Also published as: EP0197705A1; EP0450736A1; EP0197705B1; JPS61257661A; CA1268386A; DE3685508D1; US4657490A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft die Abgabe eines Fluids an einen Patienten durch Druckbeaufschlagung des Fluids, und betrifft insbesondere die Abgabe durch eine Infusionspumpe, die eine preiswerte verfügbare Kassette enthält.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Infusion von Fluiden, z. B. Medikamenten und Plasmen, in einen Patienten ist eine tägliche Angelegenheit auf dem medizinischen Gebiet. Zwei gewöhnliche Infusionsverfahren sind die intravenöse Abgabe von Fluiden durch die Schwerkraft und entweder die intravenöse oder intraarterielle Abgabe durch tatsächliches Puinpen der Fluide zur Abgabe an den Patienten.
Bei der Pumpenabgabe wird eine Infusionspumpe verwendet, um das Fluid zu beaufschlagen. Herkömmliche Vorrichtungen erfordern oft einen komplexen Kassettenmechanismus, der in direkten Kontakt mit dem abzugebenden Fluid kommt.
Peristaltische Pumpen, die auf eingesteckte Rohrsegmente wirken, sind jedoch auf diesem Gebiet verwendet worden. Ein Beispiel einer peristaltischen Pumpe, die in dem US-Patent 4,155,362 offenbart ist, weist ein Rückschlagventil auf, um eine Schwerkraftentleerung aus der Pumpenkammer zu verhindern.
Eine weitere relativ einfache Pumpenanordnung ist in dem US-Patent 4,142,524 offenbart, in dem eine Kassette vorgesehen ist mit Einlaß- und Auslaßventilen zu und von einer Pumpenkammer. Die Pumpe drückt eine Gummischeibe auf die Kassette, um das Volumen der Kassettenkammer um einen bekannten Betrag zu verkleinern, um eine vorbestimmte Menge pro Pumpenhub abzugeben. Ein noch einfacheres verfügbares Element ist in der Pumpenanordnung des US-Patentes 4,199,307 offenbart, in der eine kuchenförmige elastische Pumpenkammer mit oberen und unteren Ventilen und einem aktivierenden Pumpenkolben versehen ist, der ein bekanntes Volumen beim Pumphub verschiebt. Eine weitere Pumpenanordnung ist im US-Patent 4,322,201 offenbart, welche das Ziel hat, einen fortlaufenden, ununterbrochenen Fluidfluß durch Abwechseln zwischen zwei Pumpenkammern bereitzustellen, deren jede das Prinzip der rollenden Membran bzw. Diaphragmas einsetzt. Eine dritte rollende Membrankammer wird eingesetzt, um den Druck in der Vorrichtung zu Steuerzwecken mechanisch zu messen.
Die US-A-4,276,004 zeigt eine Pumpe zur parenteralen Verabreichung eines Fluids an einen Patienten mit einer wählbaren Geschwindigkeit, die aufweist:
eine flexible Kassette, die einen Flußpfad zwischen einem Einlaß und einem Auslaß definiert, und eine Pumpenkammer, die in dem Flußpfad angeordnet ist; einen Instrumentenkörper mit einer Abteilung, die die Kassette aufnimmt und die Pumpenkammer begrenzt; eine Pumpeneinrichtung, die mit dem Instrumentenkörper benachbart der Abteilung zum Begrenzen der Pumpenkammer verbunden ist, wobei die Pumpeinrichtung einen bewegliche Nabe aufweist, die umfangsmäßig umgeben ist von sich radial erstreckenden pedalförmigen Abschnitten, von denen jeder an der Nabe mit seinem inneren Ende und an einem Abschnitt des Instrumentenkörpers mit seinem äußeren Ende angelenkt ist; und einer Aktivierungseinrichtung, die zum Aktivieren der Pumpeneinrichtung vorgesehen ist, um die Nabe und die pedalförmigen Abschnitte zu veranlassen, eine relative Drehung durchzuführen.
Der vorgenannte Stand der Technik besitzt jedoch nicht die Vorteile der vorliegenden Erfindung beim Vorsehen eines extrem einfachen verfügbaren Elementes in Kombination mit einer relativ direkten Pumpwirkung, die genau ist und die eine fehlerfreie und verläßliche Drucküberwachung und Selbstprüf-Diagnose liefert.
Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Kassette gebildet wird durch die Verbindung von zwei flexiblen Plastikblättern, daß die Nabe und die pedalförmigen Abschnitte eine Oberfläche definieren zum Kontaktieren der Außenfläche eines flexiblen Blattes, um das Volumen der Pumpenkammer zu vermindern und das Fluid darin mit Druck zu beaufschlagen, und daß die Aktiviereinrichtung die Nabe und die pedalförmigen Abschnitte veranlaßt, sich in die Abteilung zu bewegen, um das Volumen der Pumpenkammer mit einer Rate zu vermindern, die von der gewählten Rate abhängt.
Die US-A-4,236,880 offenbart eine verfügbare Kassette, und zwar zur Verwendung bei einem parenteralen Verabreichungs- Pumpenkörper, wobei die Kassette aufweist:
ein erstes flexibles und im wesentlichen flaches Blatt; ein zeites flexibles und im wesentlichen flaches Blatt, das an das erste Blatt gebunden ist; einen engen Einlaßdurchgang, der zwischen den Blättern gebildet ist, durch Binden des ersten und zweiten Blattes längs beabstandeter paralleler Linien; einen engen Auslaßdurchgang, der zwischen den Blättern gebildet ist, durch Binden des ersten und zweiten Blattes längs beabstandeter paralleler Linien; und eine Pumpenkammer zwischen den Blättern, die mit dem Einlaß und Auslaß in Verbindung steht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine verfügbare Kassette vom zuvor genannten Typ vorgesehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkammer zur Ausdehnung aus ihrem normalerweise flachen Zustand durch Einführung eines Fluids mit einem Druck von 10 Inch (25,4 cm) von Wasser durch den Einlaß in die Pumpenkammer geeignet ist, während der Auslaß geschlossen ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung kann erzielt werden durch Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, wobei
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Infusionspumpe ist, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
Figur 2 ist eine Querschnittsansicht der Infusionspumpe längs der Linie 2-2 in Figur 1.
Figur 3 ist eine Vorderansicht der Pumpe vor der Befestigung der verfügbaren Kassette.
Figur 4 ist eine Vorderansicht der verfügbaren Kassette.
Figur 5 ist eine Seitenansicht der verfügbaren Kassette.
Figur 6 ist eine teilweise Schnittansicht des Pumpelementes, das in der eingefahrenen Position gezeigt ist.
Figur 7 ist eine teilweise Querschnittsansicht, die das Pumpenelement der Infusionspumpe in der ausgefahrenen Position zeigt.
Figuren 8, 9 und 10 erläutern schematisch den Arbeitsablauf der Infusionspumpe; und
Figur 11 ist eine schematische Zeichnung der elektronischen Steuerungen in der Infusionspumpe.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Wie in Figur 1 erläutert, besteht das Pumpensystem aus einem Instrument 10, in dem eine verfügbare Kassette 12 zum Betrieb angebracht ist. Ein Versorgungsbehälter 14, der das zu infundierende Fluid enthält, ist mit dem Einlaß 16 der Kassette 12 durch ein Rohr 18 verbunden. Das Auslaßrohr 20 erstreckt sich von dem Auslaß 24 der Kassette 12 zu dem Patienten 22.
Die Kassette 12 ist, wie man am besten in den Figuren 4 und 5 sieht, durch ein erstes flexibles Blatt 26 und zweites flexibles Blatt 28 gebildet, die aus einem geeigneten flexiblen Blattmaterial gebildet sein können, z. B. Polyvinyl- Chlorid. Die Kassette 12 kann zusammengesetzt werden durch Binden der Blätter 26 und 28 über eine ausgewählte Bindungsfläche 30, die gestrichelt in Figur 4 gezeigt ist. Das Bindungsgebiet 30 weist eine Bindung längs beabstandeter paralleler Linien 32 auf, um einen Kassetten-Einlaßdurchgang 16 zu bilden, der sich von einem Ende der Kassette zwischen den Blättern 26 und 28 erstreckt. Der Einlaßdurchgang 16 erstreckt sich zu einer Versorgungskammer 34 mit einem allgemein kreisförmigen Aufbau. Ein Übergangsdurchgang 36 erstreckt sich von der einen Seite der Versorgungskammer 34 gegenüber dem Einlaßdurchgang 16, und steht mit einer Pumpenkammer 38 in Verbindung. Die Bindung längs der parallelen Linien 40, die sich von der Pumpenkammer 38 erstrecken, bildet einen Auslaßdurchgang 24.
Somit ist longitudinal durch die Mittelfläche der Kassette 12 ein fortlaufender Fluidpfad vorgesehen, der sich vom Einlaß 16 durch die Zuführkammer 34, den Übergangs-Durchgang 36, und die Pumpenkammer 38 zu dem Kassettenauslaß 24 erstreckt. Das Versorgungsrohr 18 ist in den Einlaßdurchgang 16 eingesetzt und durch eine geeignete Einrichtung gebunden, z. B. durch Lösungsmittel-Bindung. In gleicher Weise wird das Patientenrohr 20 in den Auslaßdurchgang 24 eingeführt und daran gebunden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kassette, wie in Figur 5 gezeigt, im wesentlichen flach. Dies erlaubt die Herstellung der Kassette aus einem flachen Blatt ohne die Notwendigkeit irgendeiner Formungsoperation. Abhängig von dem für die Blätter 26 und 28 benutzten Material kann es wünschenswert sein, ein leichtes Relief durch Vakuumbildung in einem oder beiden der Blätter längs des offenen Flußpfades bereitzustellen, der durch die Kassette gebildet ist, um die Adhäsion der ungebundenen Bereiche während der Lagerung zu minimieren.
Die Flexibilität der Kassette muß ausreichend sein, wobei Fluid mit einem relativ kleinen Druck an dem Einlaß 16 bereitgestellt wird, wobei der Auslaß 24 geschlossen ist, so daß Fluid in die Kassette fließt und diese füllt, was die Kammer 34 und 38 veranlaßt, durch Dehnen der Blätter 26 und 28 mit Fluid sich zu wölben. Vier Befestigungslöcher 42 sind in den Rändern der Kassette vorgesehen, um die Kassette in dem Instrument 10 zu positionieren und zu befestigen.
Die Vorderfläche des Instrumentenkörpers ist funktionell geteilt in eine Daten-Anzeige/Bedienungseingabekonsole 44 und einen Kassetten-Aufnahme- und -Betätigungsabschnitt 46, der hinter einer oder mehreren Türen (nicht gezeigt in Figur 1) verborgen ist. Die Details des Aufbaus des Kassetten-Aufnehme/Betätigungsabschnitts 46 sind am besten in den Figuren 2 und 3 erläutert. Die beweglichen Elemente, die auf der Kassette 12 arbeiten, wenn sie in der Betriebsposition ist, sind an der Konsole 48 feldförmig angeordnet, die an einem Instrumentenkörper befestigt ist. Wenn man von oben schaut, sind die Hauptelemente: ein Einlaßventil 50, ein Druck-Auffüllelement 52, ein Übertragsventil 54, ein Pedalanordnungs-Pumpelement 56, sowie ein Abgabeventil 58.
Die Pedalanordnung 56 weist eine Mittelnabe 60 auf, die durch eine Vielzahl von pedalförmigen Abschnitten 62 umgeben ist, um die bewegliche Pressfläche zu bilden, die den Pumpdruck in der Vorrichtung erzeugt. Wie am besten in den Figuren 6 und 7 gezeigt ist, wird die Nabe 60 durch Presspassung des männlichen Nabenelementes 60a und des weiblichen Nabenelementes 60b gebildet. Eine kreisförmige Vertiefung 64 nahe der Außenkante der Nabe 60 ist zwischen zwei Nabenlementen gebildet. Jeder Pedalabschnitt 62 ist auf der Hinterfläche seines Innenendes mit einem glatten hakenförmigen Kurvenabschnitt 66 versehen, der einer glatten Kurve entspricht, die an der Nabenvertiefung 64 vorgesehen ist. Das Innenende jedes Pedalabschnitts 62 ist schwenkbar aufgenommen in der Nabenvertiefung 64, wobei die komplementären glatten Kurven jedes Elementes eine relative Schwenkbewegung jedes pedalförmigen Abschnitts bezüglich der Nabe um eine Achse neben der Vertiefung 64 ermöglichen. Die Instrumentenkörper-Konsole 48 ist mit einer ringförmigen Pedalaufnahme 68 versehen, die die Nabe 60 umfangsmäßig einfaßt und das Außenende jedes pedalförmigen Abschnitts 62 hält. Die gegenüberliegenden Flächen der Pedalaufnahmen-Vertiefung 68 und das Außenende jedes pedalförmigen Abschnitts 62 sind ebenfalls für eine glatte Schwenkbewegung der pedalförmigen Abschnitte bezüglich des Instrumentenkörpers um eine Achse benachbart der Aufnahme 68 geformt.
Ein beweglicher Wagen 74 ist hinter der Nabe 60 angebracht und trägt eine Antriebsschraube 76, die in Eingriff ist mit den Windungen einer gewindeten Motorwelle 78, die durch den Schrittmotor 80 gedreht wird. Das Vorderende des Wagens 74 ist vertieft, um eine Ladezelle 82 aufzunehmen. Die Ladezelle 82 hat eine mittlere kraftmessende Membran, die einer Metallkugel 84 gegenüberliegt, die in einer hinteren mittleren Vertiefung 86 aufgenommen ist, die an der Nabe 60 gebildet ist. Somit wirkt die Drehung des Schrittmotors 80 durch die Zusammenwirkung der gewindeten Motorwelle 78 und der Wagenschraube 76, um den Wagen 74 vorwärts anzutreiben. Diese Wirkung überträgt eine Kraft durch die Ladezelle 82 und die Metallkugel 84 auf die Nabe 80, was die Nabe vorwärtsbewegt. Die Translationsbewegung der Nabe 60 veranlaßt jeden pedalförmigen Abschnitt 62, nahe jedem seiner Enden zu verschwenken. Die Pedalanordnung bildet somit einen Stumpfkegel von veränderlicher Höhe, wenn sich die Nabe zwischen den extremen Positionen bewegt, die in den Figuren 6 und 7 erläutert sind.
Das Druck-Auffüllelement 52 wird an dem Vorderende der Auffüll-Welle 88 getragen, die entweder vorwärts oder rückwärts durch den Hebel 90 angetrieben wird, der von dem Wagen 74 betätigt wird. Wenn, wie in Figur 2 zu sehen, der Wagen 74 sich nach vorne bewegt, um die Pedalanordnung 56 nach vorne zu drücken, verursacht die Wirkung des Auffüll-Hebels 90, daß die Welle 88 und das Druck-Auffüllelement 52 zurückgezogen werden. Wenn der Motor 18 in der entgegengesetzten Richtung angetrieben wird, um den Wagen 74 wegzuziehen, ermöglicht der Hebel 90, daß das Druck-Auffüllelement 52 sich vorwärtsbewegt. Die Feder 92 spannt das Druck-Auffüllelement 52 in seine Vorwärtsposition und somit den Wagen 74 in eine rückwärtige Richtung.
Das Einlaßventil 50 und Übertragventil 54 haben abgerundete Flächen zum Eingreifen des Flußpfades der Kassette und werden in Tandemart durch den Einlaß-Ventilhebel 94 betrieben, der durch das Elektromagnetventil 96 angetrieben wird. Wenn eines der zwei Ventile in der offenen oder rückwärtigen Position ist, befindet sich das andere notwendigerweise in der geschlossenem oder vorderen Position. Bevorzugt sind die Teile so zusammengesetzt, daß in der Mitte des Bewegungspfades des Ventilhebels 94 beide Ventile geschlossen sind, um eine Überbrückung des Fluids zu verhindern. Die Vorspannung auf dem Einlaß-Ventilhebel 94 wird bereitgestellt durch die Feder 98, die die Einlaß-Ventilwelle umgibt, welche die Anordnung in den Zustand des offenen Einlaßventils und des geschlossenen Übertragsventils vorspannt.
Das Abgabeventil 58 wird durch einen Schrittmotor 102 betrieben, der über den Abgabe-Ventilhebel 104 wirkt, und wird vorgespannt in die geschossene Position durch die Feder 106. Der lineare Schrittmotor 102 ist geeignet, das Abgabe-Begrenzungsventil 58 in einer Position von der völlig zurückgezogenen oder geöffneten Position aus zu positionieren, wie gezeigt, und zwar in eine vollständig ausgefahrene oder geschlossene Position.
Die Betätigungskonsole 48 ist mit Befestigungszapfen 108 versehen, die den Befestigungslöchern 42 in der Kassette 12 entsprechen. Eine Betätigungstür 110 ist an der Konsole 48 durch Scharniere 112 angebracht und wird durch eine Klinke 113 verschlossen. Obwohl in Figur 3 nicht gezeigt, ist eine zweite äußere Tür 111 (Figur 1) vorzugsweise im Einsatz, um die Tür 110 einzuschließen. Als doppelte Prüfung für die Patientensicherheit führt eine Öffnung dieser äußeren Tür 111 zu einem Pumpenstopp und zu einem Alarmton. In der Innenfläche der Tür 110 ist eine konkave Vertiefung 114 angeordnet, um der Pedalanordnung 56 gegenüberzuliegen, wenn die Tür geschlossen ist, und eine ähnliche konkave Vertiefung 116 liegt dem Druck-Auffüllelement 52 gegenüber. Die Vertiefungen 114 und 116 sind mit Luft-Belüftungslöchern durch die Vorderseite der Tür versehen, um das Schließen der Tür mit in Position gebrachter Kassette 12 zu erleichtern. Wenn die Kassette an Zapfen 43 befestigt ist, ist die Pumpenkammer 38 der Kassette zwischen der Pedalanordnung 56 und Türvertiefung 114 gefangen. Die Versorgungskammer 34 ist gleichermaßen gefangen zwischen dem Druckelement 52 und der Türvertiefung 116. In der Arbeitsposition ist das Ventil 50 benachbart dem Einlaßdurchgang 16, um den Einlaß abzuschließen, wenn das Ventilelement 50 ausgedehnt ist. In gleicher Weise kann das Ventil 54 aktiviert werden, um den Übertragsdurchgang 36 zu verschließen. Das Abgabeventil 50 kann aktiviert werden, um selektiv den Auslaß 24 der Kassette 12 zu sperren, und zwar auf eine Öffnung beliebiger Größe. Die Pumpabteilung, die zwischen der steifen Wand der Vertiefung 114 und der Pedalanordnung 56 definiert ist, muß vollständig durch die fluidgefüllte Pumpenkammer 38 gefüllt werden, wenn sich die Pedalanordnung 56 in ihrer zusammengezogenen Position befindet, die in Figur 6 erläutert ist, und die Pumpenkammer 38 ist gewölbt bzw. ausgebaucht mit Fluid bei einem geringen Fluiddruck von etwa 10 Inch Wasser. Die Volumenabmessung des Pumpens wird dann geliefert durch die Genauigkeit des Volumens, das zwischen den extremen Positionen der Pedalanordnung 56 verschoben wird, wie in den Figuren 6 und 7 erläutert ist, und die Anpassung des Blatts 28 an die sich bewegende Kegelstumpf-Fläche, die die Pedalanordnung 56 zeigt.
Da das zum Aufbau der Kassette verwendete Material flexibel ist, paßt es sich der Oberfläche der Pedalelemente an, so daß die Position der Pedalanordnung das Volumen des zwischen ihr und der halbkugelförmigen Oberfläche auf der anderen Seite eingeschlossenen Fluids sehr präzise definiert. Dies ermöglicht, daß die Volumeneigenschaften dieser Anordnung fast vollständig durch die Bewegung der Nabe und somit der pedalförmigen Abschnitte definiert werden, nicht jedoch durch die mechanischen Eigenschaften des verfügbaren Elementes. Das durch die Pedalanordnung verschobene Volumen variiert in linearer Weise bei translatorischer Bewegung der Nabe 60.
Wie in Figur 11 erläutert, wird das System unter der Steuerung eines Mikroprozessorsystems 120 betrieben. Der Mikroprozessor steuert, wie in Figur 11 erläutert, die Bewegung des Elektromagneten 96 zwischen seinen zwei Positionen: (1) einem offenen Einlaßventil, wobei das Übertragsventil geschlossen ist, und (2) einem geschlossenen Einlaßventil, wobei das Übertragsventil offen ist. In gleicher Weise steuert der Mikroprozessor 120 den Abgabeventil-Schrittmotor 102, um die gesamte oder teilweise Beschränkung zu wählen, die durch das Abgabeventil 58 auf den Kassettenauslaß 24 ausgeübt wird. Der Mikroprozessor 120 wählt ferner gemäß der durch den Benutzer an der Eingabekonsole 44 gewählten Rate die Rate der Bewegung des Pump-Schrittmotors 80. Eine fortlaufende Steuerung über den Betrieb und die Diagnose von unzulässigen Zuständen wird prinzipiell geliefert durch die Ladezelle 82, welche direkt die Kraft mißt, die von der Pedalanordnung 56 auf die Pumpenkammer 38 ausgeübt wird. Diese Daten werden fortlaufend an den Mikroprozessor 120 durch den A/D-Wandler 122 geliefert.
Ein typischer Betriebszyklus ist in den Figuren 8 bis 11 erläutert. Figur 8 erläutert den Zustand des Betätigungsgliedes und dieses ist verfügbar, wenn der Abgabeabschnitt des Zyklus begonnen hat. An dieser Stufe ist die Pumpenkammer 38 vollständig mit Fluid gefüllt, welches die Abteilung einnimmt, wobei die Pedalanordnung 56 voll zurückgezogen ist. Das Abgabeventil 58 und Übertragsventil 54 sind geschlossen, wobei das Fluid in der Pumpenkammer 38 vollständig festgehalten ist. Das Einlaßventil 50 ist geöffnet, so daß das Fluid die Versorgungskammer 34 erreichen kann, wenn das Druck-Auffüllelement 52 zurückgezogen ist. In diesem ursprünglichen Zustand beginnt der Mikroprozessor die erste Stufe des Abgabezyklus durch Einstellen des Pumpenkammer- Schrittmotors 80 zum Vorlauf, um die Druckbeaufschlagung des Fluids in der Pumpenkammer 38 einzuleiten. Während der ersten wenigen Betriebsschritte bleiben die Ventile 58 und 54 geschlossen, um die ursprüngliche Druckbeaufschlagung zu ermöglichen. Die Erhöhung der zum Vorschub der Pedalanordnung 56 erforderlichen Kraft wird durch die Ladezelle 82 gemessen, wobei diese Daten an den Mikroprozessor 120 gegeben werden. Dieser Zustand dient als Diagnose, um die Einnahme einer vollen Last des Fluids in der Pumpenkammer 38 zu verifizieren. Ein Versagen bei der Druckbeaufschlagung in den ersten Schritten des Motors 80 zeigt einen Systemfehler an. Dieser könnte darin liegen, daß die Fluidversorgung entleert ist, so daß die Pumpenkammer 38 nicht gefüllt wurde, oder daß der Versorgungsbehälter 14 sich auf einer unzureichenden Höhe befindet, so daß die Schwerkraftfüllung in den Einlaß 16 der Kassette stattfindet. Eine dritte Möglichkeit liegt darin, daß ein Ventilfehler im Ventil 54 oder 58 vorliegt und ein Leck aus der Kammer 38 ermöglicht. In jedem dieser Fälle wird der Betrieb des Instrumentes durch den Mikroprozessor 120 gestoppt und ein Alarm ausgegeben.
Wenn jedoch eine normale Druckbeaufschlagung stattfindet, beauftragt der Mikroprozessor 120 das Abgabeventil 58, sich zu öffnen, wenn der Motor 80 weiterläuft, um Fluid durch Auslaß 24 an den Patienten abzugeben, wie in Figur 9 erläutert. Die kontinuierliche Überwachung der Ladezelle 82 ermöglicht, daß der Mikroprozessor eine fortlaufende Steuerung über das Abgabeventil 58 ausübt, um den Auslaß 24 selektiv zu beschränken. Dies ermöglicht, daß die Vorrichtung gewährleistet, daß eine Schwerkraftentleerung bei einer höheren Rate als der erforderlichen Rate nicht stattfindet. Der Mikroprozessor ist ferner programmiert mit einer gewählten Maximaldruckgrenze, die von dem Benutzer durch die Anzeige/Eingabekonsole 44 eingestellt wird, welche in der fortlaufenden Drucküberwachung verwendet wird. Die Erhöhung des Drucks über den gewählten Maximaldruck, auch bei weit geöffnetem Abgabeventil 58, führt zu einem Alarm und einem Abschalten des Instruments, was anzeigt, daß ein Verschluß vorliegt, der die Aufmerksamkeit der Krankenschwester erfordert, und daß das Fluid den Patienten nicht erreicht. Die Fähigkeit, eine maximale Druckgrenze durch den Benutzer auszuwählen, ermöglicht einen relativ schnellen Verschluß bzw. Verstopfungsalarm, auch bei relativ gering gewählten Infusionsraten.
Vorzugszweise ist der Miroprozessor programmiert, um einen relativ konstanten Druck in der Druckkammer 38 aufrecht zu erhalten, und zwar durch selektive Beschränkung des Abgabeventils 58, wobei ein solcher konstanter Druck gerade unterhalb des maximalen Pumpdrucks liegt, der durch den Benutzer gewählt ist. Dies ist hilfreich bei der Gewährleistung, daß keine Änderungen bei der volumetrischen Abgabe auftreten, die aus dem Betrieb bei veränderlichen Pumpdrücken stammen.
Während das Fluid durch Vorschub der Pedalanordnung 56 abgegeben wird, wird das Druck-Auffüllelement 52 automatisch weggezogen, und Fluid erreicht die Versorgungskammer 34 durch den offenen Einlaß 16. Wenn die Pedalanordnung 56 ihre voll ausgedehnte Position erreicht hat, die in Figur 7 erläutert ist, schließen die Ventile 50 und 58 und das Ventil 54 öffnet. Der Mikroprozessor 120 kehrt sodann zum Zwecke einer schnellen Rückziehung der Pedalanordnung 56 und einer schnellen Ausdehnung des Druck-Auffüllelementes 52 den Schrittmotor 80 um, wie in Figur 10 erläutert. Dies ermöglicht einen sehr schnellen Übertrag von Fluid in die Pumpenkammer 38, welche die Vorrichtung für den nächsten Abgabezyklus vorbereitet. Während des Pumpabschnitts des Abgabezylus wurde Energie in der Feder 92 unmittelbar hinter dem Druck- Auffüllelement 52 gespeichert. Diese Energie wird benutzt, um den Übertrag von Fluid zu bewirken, um die mechanische Last auf dem Hauptpumpenmotor drastisch zu reduzieren. Der Zweck hiervon ist es, während des Fluid-Übertragsschrittes eine erhöhte Motorgeschwindigkeit zu ermöglichen, die Ihrerseits die Zeit vermindert, die gebraucht wird, um die Übertragung zu bewirken, da sie grundsätzlich nur durch die maximale Arbeitsgeschwindigkeit des Hauptpumpenmotors 80 beschränkt ist.
Wenn der Übertrag von Fluid vollzogen ist, öffnet sich das Ventil 15 und das Ventil 54 schließt und das System ist in dem Zustand, der in Figur 8 angezeigt ist. Ein mechanischer Stopp an der Welle 88 begrenzt den Betrag der Bewegung des Auffüllkolbens 52, um das Pumpen von Fluid zurück zum Fluidbehälter 14 zu vermeiden, wenn sich das Ventil 50 öffnet.
Es ist zu verstehen, daß die Kassette und das Instrument ohne eine Versorgungskammer, ein Druck-Auffüllelement 52, und ein Übertragsventil 54 ausgelegt werden können, in diesem Fall jedoch würde die Auffüllzykluszeit abhängen von der Flußrate in die Pumpenkammer 38, die von den natürlichen Schwerkräften vorgegeben wäre. Die Verwendung der Vorrichtung in der erläuterten Form ermöglicht es, daß das Instrument die Zeit steuert, die durch die Auffüllung der Pumpenkammer 38 verstreicht, und um zu bewirken, daß der Schritt schnell verläuft, um die Dauer des Auffüllzyklus zu begrenzen.

Claims

1. Pumpe zur parenteralen Verabreichung eines Fluids an einen Patienten mit einer wählbaren Geschwindigkeit, mit:

einer flexiblen Kassette (12), die einen Flußpfad zwischen einem Einlaß (16) und einem Auslaß (24) definiert, und einer in dem Flußpfad angeordneten Pumpenkammer (38);

einem Instrumentenkörper (10), der eine Abteilung (46) aufweist, die die Kassette (12) aufnimmt und die Pumpenkammer (38) begrenzt;

einer Pumpeinrichtung, die mit dem Instrumentenkörper neben der Abteilung (46) verbunden ist, um die Pumpenkammer (38) zu begrenzen, wobei die Pumpeinrichtung einen beweglichen Stempel (60) aufweist, der an seinem Umfang durch sich radial erstreckende speichenförmige Abschnitte (62) umgeben ist, von denen jeder mit seinem inneren Ende (66) an dem Stempel (60) und mit seinem äußeren Ende (68) an einem Teil des Instrumentenkörpers schwenkbar angebracht ist; und einer Aktivierungseinrichtung, die zum Aktivieren der Pumpeneinrichtung vorgesehen ist, um den Stempel (60) und die speichenförmigen Abschnitte (62) zu veranlassen, eine relative Drehung durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kassette (12) durch die Verbindung von zwei flexiblen Plastikblättern (26, 28) gebildet ist, daß der Stempel (60) und die speichenförmigen Abschnitte eine Oberfläche definieren zum Kontaktieren der Außenfläche eines flexiblen Blatts (28) und zum Drücken des Blattes (28) gegen das äußere flexible Blatt (26), um das Volumen der Pumpkammer (38) zu verringern und das Fluid darin unter Druck zu setzen, und daß die Aktivierungseinrichtung den Stempel und die speichenförmigen Abschnitte veranlaßt, sich in die Abteilung zu bewegen, um das Volumen der Pumpenkammer (38) mit einer Geschwindigkeit zu vermindern, die von der gewählten Geschwindigkeit abhängt.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kassette ein disponierbares Element (12) ist, das gänzlich aus der Verbindung von zwei im wesentlichen flachen Plastikblättern (26, 28) gebildet ist, einem Zuführrohr (18) das an den Kassetteneinlaß (16) gebunden ist, und einem Patientenrohr (20), das an den Kassettenauslaß (24) gebunden ist.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkammer (38) durch Verbinden der zwei Blätter (26, 28) um eine ungebundene kreisförmige Fläche herum gebildet ist und der Flußpfad zwischen der Pumpenkammer (38) und dem Einlaß (16) und Auslaß (24) durch Verbinden der Blätter (26, 28) längs zweier beabstandeter paralleler Linien gebildet ist, die sich von der kreisförmigen Fläche aus erstrecken.

4. Pumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zuführkammer (34) in dem Flußpfad der Kassette zwischen dem Einlaß (16) und der Pumpenkammer (38), einer Auffüll-Druckeinrichtung (52), die durch den Instrumentenkörper zur Bewegung hin auf und weg von der Zuführkammer (34) getragen wird;

einem Einlaßventil (50), das durch den Instrumentenkörper neben dem Einlaß des disponierbaren Elementes getragen wird;

einem Übertragsventil (54), das durch den Instrumentenkörper neben dem Flußpfad zwischen der Zuführkammer (34) und der Pumpkammer (38) getragen wird;

einem Abgabeventil (58), das durch den Instrumentenkörper neben dem Auslaß (24) getragen wird; und

einer Steuereinrichtung (120), um zu ersten Zeiten das Abgabeventil (58) und das Einlaßventil (50) zu schließen, und das Übertragsventil (54) zu öffnen, und schnell die Pumpeinrichtung (60) von der Pumpkammer (38) zurückzuziehen, während die Auffüll-Druckeinrichtung (52) schnell zu der Zuführkammer (34) hin geschoben wird, wodurch die Pumpkammer (38) schnell gefüllt wird; und zu zweiten Zeiten das Abgabeventil (58) und Einlaßventil (50) zu öffnen und das Übertragsventil (54) zu schließen und die Pumpeinrichtung (80) zu aktivieren, um das Volumen der Pumpkammer (38) mit einer durch die gewählte Abgabegeschwindigkeit bestimmten Geschwindigkeit zu vermindern, während die Auffüll-Druckeinrichtung (52) zurückgezogen wird.

5. Pumpe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Druck-Erfassungseinrichtung (82), die mit der Pumpeinrichtung (80) verbunden ist, um direkt die Kraft zu messen, die durch die Pumpeinrichtung (80) auf die Pumpkammer (38) ausgeübt wird.

6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck-Erfassungseinrichtung (82) eine Meßzelle bzw. Wägedose ist, die wirksam zwischen dem Stempel (60) und der Aktivierungseinrichtung (80) geschaltet ist.

7. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (120) auf die von der Druck-Erfassungseinrichtung (82) getätigte Erfassung eines Druckverlustes in der Pumpenkammer (38) anspricht, um zu veranlassen, daß das Abgabeventil (50) schließt und der Druck in der Pumpkammer (38) steigt und eine Schwerkraftentleerung des Fluids aus der Pumpkammer (38) verhindert ist.

8. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (102) zu dritten Zeiten das Abgabeventil (58) und das Übertragsventil (54) veranlaßt zu schließen und das Pumpelement (60), in der Pumpenkammer (38) vorzurücken, und daß eine Alarmeinrichtung vorgesehen ist, um den Betrieb der Pumpe in dem Falle abzuschalten, daß die Druck-Erfassungseinrichtung keinen Druck- Aufbau anzeigt bzw. dient, was einen Verlust an Fluid, das in der Pumpkammer gehalten ist, anzeigt.

9. Pumpe nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einschluß-Abschalteinrichtung, um die Pumpe abzuschalten, wenn die Druck-Erfassungseinrichtung (82) erfaßt, daß der Druck in der Pumpenkammer (38) einen vorgewählten maximalen Pumpendruck übersteigt.

10. Pumpe nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die auf die Druck-Erfassungseinrichtung (82) anspricht, um den Verschluß des Abgabeventils (58) während der Abgabe einzustellen, um einen konstanten Druck in der Pumpenkammer aufrechtzuerhalten.

11. Pumpe nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Begrenzen der Bewegung der Außenfläche eines ersten Blattes (26); und

eine Einrichtung zum Drücken des Stempelabschnitts (60) des Pumpenelementes zu dem ersten Blatt hin, so daß die speichenförmigen Abschnitte (62) schwenken, wobei die Mittel-Stempelabschnitte (60) und die speichenförmigen Abschnitte (62) gegen das zweite Blatt (28) über im wesentlichen die gesamte Oberfläche des zweiten Blattes neben dem Pumpenelement gedrückt werden, um das Volumen der Pumpkammer zu verringern und Fluid von dort zu pumpen.

12. Infusionspumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungseinrichtung eine konkav gekrümmte Oberfläche von konstantem Radius aufweist, gegen die die Außenseite des ersten Blattes begrenzt ist.

13. Infusionspumpe nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Einlaßventil (50), das zwischen einer ersten und einer zweiten Position betriebsbereit ist, um den Einlaßdurchgang (16) zu schließen, während es in der ersten Position dazu dient, einen Fluidfluß in die Pumpkammer (38) zu verhindern und den Einlaßdurchgang zu öffnen, um zu ermöglichen, daß Fluid in die Pumpkammer in der zweiten Position fließt; und

ein Abgabeventil (58) zum Öffnen und Schließen des Auslaßdurchgangs (24), so daß sich das Abgabeventil öffnet, um zu ermöglichen, daß Fluid von der Pumpkammer durch das Abgabeventil zu dem Patienten fließt, wenn die Bewegung der Pumpe das Fluid mit einem vorbestimmten Pumpdruck beaufschlagt.

14. Infusionspumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die disponierbare Kassette (12) ferner eine Zuführkammer (34) aufweist, die zwischen zwei Blättern (26, 28) aufwärts von der Pumpkammer (38) definiert ist, wobei der Einlaßdurchgang (16) die Zuführkammer (34) erreicht, wobei die disponierbare Kassette (12) ferner einen Mitteldurchgang (36) aufweist, der die Zuführkammer (34) und Pumpkammer (38) verbindet.

15. Infusionspumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Infusionspumpe ferner eine Einrichtung (82) zum Messen des Fluiddrucks in der Pumpkammer (38) aufweist, wobei das Auslaßventil (58) eine elektronische Steuerung (102) aufweist, die auf den von der Druck-Meßeinrichtung (82) gemessenen Fluiddruck anspricht, um die Öffnung des Auslaßventils (58) zu steuern, um die Pumpkammer (38) mit einem vorgewählten Pumpdruck zu beaufschlagen.

16. Infusionspumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck-Meßeinrichtung (82) ferner einen Einschluß durch Messen des Ansteigens des Fluiddrucks in der Pumpkammer über einen vorbestimmten maximalen Pumpdruck mißt, wenn die Pumpe das Volumen der Pumpkammer vermindert.

17. Infusionspumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte maximale Pumpdruck variabel ist, wobei bei geringen Flußgeschwindigkeiten ein verminderter vorbestimmter Pumpdruck verwendet werden kann, um eine Schnellmessung eines Einschlusses zu ermöglichen.

18. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kassette (12) disponierbar ist und eine Zuführkammer (34) aufweist, die zwischen den zwei Blättern (26, 28) aufwärts von der Pumpkammer (38) definiert ist, wobei der Einlaßdurchgang (16) die Zuführkammer (34) erreicht, wobei die disponierbare Kassette (12) ferner einen Mitteldurchgang (36) aufweist, der die Zuführkammer (34) und die Pumpkammer (38) verbindet;

einen Rahmen (110) zum Tragen der disponierbaren Kassette mit einer ersten Oberfläche zum Begrenzen der Bewegung des ersten Blattes (26), wobei die Oberfläche das erste Blatt mit einer im allgemeinen konkaven Form mit konstantem Radius begrenzt;

wobei der bewegliche Stempel (60) und die speichenförmigen Abschnitte der Pumpeinrichtung eine Oberfläche definieren zum Kontaktieren der Außenfläche des zweiten Blattes (28) und zum Drücken des zweiten Blattes (28) zu der ersten Oberfläche hin, um das Volumen der Pumpkammer zu verringern und das Fluid darin unter Druck zu setzen;

eine Kolbenachse (74), die mit dem beweglichen Stempel (60) zusammenwirkt zu einer linearen Bewegung in einer ersten Richtung, um den beweglichen Stempel (60) und die speichenförmigen Abschnitte (62) gegen das zweite Blatt (28) zu drücken;

eine Meßzelle (82), die an der Kolbenachse angebracht ist, um die durch die Kolbenachse (74) auf den Stempel (60) ausgeübte Kraft zu messen;

einen Schrittmotor (80) der mit der Kolbenachse (74) durch die Meßzelle (82) verbunden ist, um eine Kraft auf die Kolbenachse auszuüben,

ein Abgabeventil (58) zum Verändern des Querschnitts des Auslaßdurchgangs (24) zwischen dem Verschluß des Durchgangs und dem offenen unverformten Querschnitt des Auslaßdurchgangs;

einer Einrichtung zum Betreiben des Abgabeventils (58) in Reaktion auf die Kraft, die auf den Mittelabschnitt durch die Kolbenachse ausgeübt ist, welche durch die Meßzelle (82) gemessen wird, um zu veranlassen, daß das Fluid von der Druckkammer in einem vorbestimmten Pumpendruck abgepumpt wird;

ein Übertragsventil (54) zum Schließen und Öffnen des Mitteldurchgangs (36) zwischen der Zuführkammer (34) und der Pumpenkammer (38);

ein Einlaßventil (50) zum Öffnen und Schließen des Einlaßdurchgangs (16) zu der Zuführkammer (34); und eine Mikroprozessor (102)-gesteuerte Einrichtung zum elektronischen Veranlassen des Schrittmotors (80), die Kolbenanordnung (74) in der ersten Richtung zu bewegen, wobei das Mittelventil (154) und Ausgangs-Begrenzungsventil (158) die Mittel-(36) und Auslaß (24) -Durchgänge schließen, um einen Alarm zu erzeugen, wenn der Fluiddruck in der Pumpenkammer nicht innerhalb einer vorbestimmten Bewegung ansteigt, um ein defektes Instrument anzuzeigen, wobei die Mikroprozessor-(102) gesteuerte Einrichtung bei Messung eines Anstieg des Fluiddrucks fortfährt, den Schrittmotor (80) so auszurichten, daß sich die Kolbenanordnung (74) in der ersten Richtung bewegt und die Einrichtung zum Betreiben des Abgabeventils (58) gesteuert wird, um Fluid von der Pumpenkammer (38) mit einem vorbestimmten Pumpendruck zu dem Patienten zu pumpen, wobei das Übertragsventil (54) geschlossen ist und gleichzeitig der Einlaßdurchgang (16) offengehalten wird, um zu ermöglichen, daß Fluid von der Quelle in die Zuführkammer (34) abfließt, wobei die Steuereinrichtung die Geschwindigkeit des von der Infusionspumpe gepumpten Fluids steuert, und zwar durch Steuern der Geschwindigkeit des Schrittmotors (80), um eine vorbestimmte Geschwindigkeit zu haben, bis ein vorbestimmtes Volumen von der Pumpkammer (38) gepumpt wurde, wobei die Steuereinrichtung nachfolgend die Auslaß- (24) und Einlaß (16) -Durchgänge mit dem Auslaß-Begrenzungsventil (58) und Einlaßventil (50) verschließt, während der Mitteldurchgang (36) geöffnet ist und die Kolbenanordnung (74) sich in einer Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung so bewegt, daß Fluid von der Zuführkammer (34) zu der Pumpkammer (38) geführt bzw. gesaugt wird, um den Pumpzyklus zu vollenden.

19. Disponierbare Kassette zur Verwendung mit einem Pumpenkörper (10) für parenterale Verabreichung, wobei die disponierbare Kassette (12) aufweist:

ein erstes flexibles und im wesentlichen flaches Blatt (26);

ein zweites flexibles und im wesentlichen flaches Blatt (28), das an das erste Blatt gebunden ist;

einen engen Einlaßdurchgang (16), der zwischen den Blättern (26, 28) gebildet ist, und zwar durch Verbinden des ersten und zweiten Blattes längs beabstandeter paralleler Linien;

einen engen Auslaßdurchgang (24), der zwischen den Blättern (26, 28) gebildet ist, und zwar durch Verbinden des ersten und zweiten Blattes längs beabstandeter paralleler Linien; und

eine Pumpenkammer (38) zwischen den Blättern (26, 28) welche mit dem Einlaß (16) und dem Auslaß (24) verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkammer (38) einer Ausdehnung von ihrem normalerweise flachen Zustand fähig ist, und zwar durch Einführung von Fluid mit einem Druck von 10 Inch Wasser (25, 4cm) durch den Einlaß in die Pumpenkammer, während der Auslaß (24) geschlossen ist.