DE3889684T2 - Pumpenkontrollsystem. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Fluidzuführsysteme und insbesondere Steuertechniken zum Steuern der Zuführung von Parenterallösungen durch Intravenöspumpen.
• Pumpsysteme zur intravenösen oder intraarteriellen Zuführung von Fluiden sind allgemein bekannt und täglich in allen Krankenhäusern der Welt im Gebrauch. Diese Systeme werden allgemein für die intravenöse oder intraarterielle Zuführung solcher Fluide wie Glukoselösungen und Blutplasma und für die Zuführung von Medikamenten verwendet, jeweils mit kontrollierten Zuführraten auf der Basis dessen, was der Patient benötigt und, im Falle von Medikamenten, der zugeführten Konzentration des Medikaments.
• Die parallel eingereichte europäische Anmeldung EP-A-0 282 324, die die Priorität der US-A-4 784 576 beansprucht, zeigt eine neue Pumpendrucksensorkombination, bei der ein von einem Motor angetriebener, flexibler Balken abwechselnd eine wegwerfbare Pumpenkassette zusammendrückt und auseinanderzieht. Die Bewegung des flexiblen Balkens verursacht eine relative Bewegung von Kondensatorplatten, die an dem flexiblen Balken und an einem entsprechenden Sensorbalken befestigt sind. Durch Messen der Änderung der Kapazität der Kondensatorplatten kann eine Meßgröße für die Pumpkraft und damit für die von der Kassette gepumpte Lösung erhalten werden. Ein solches System ist für den Benutzer vorteilhaft, da die Verwendung einer wegwerfbaren Kassette sicherstellt, daß für jeden Infusionsvorgang eine neue, sterile Kassette verwendet werden kann. Das System ist auch wirtschaftlich, da die Kassette aus billigem Polymermaterial hergestellt wird.
• Die Verwendung einer Kunststoffkassette bringt jedoch Schwierigkeiten bei der Genauigkeit der Fluidmessung mit sich. Wenn die Pumpkraft an die Kassette angelegt wird, deformiert sich das Kunststoffmaterial und gibt nach, und das Volumen der Kassette ändert sich. Dieses Phänomen wird Kassetten-Nachgiebigkeit oder Komplianz genannt. Entsprechend entspannt sich die Kunststoffkassette auf ein anderes Volumen, wenn die Pumpkraft weggenommen wird und beim Füllvorgang in der Kassette bezüglich des Einlaßdruckes ein negativer Druck erzeugt wird, was Deplianz genannt wird. Die sich ändernde Komplianz und Deplianz der Kassette führt zu Fehlern in der Fluidzuführrate.
• Die vorliegende Erfindung ist in den Ansprüchen definiert.
• Erfindungsgemäß wird eine Technik zum Bestimmen der Kassetten-Komplianz und -Deplianz geschaffen. Die gemessene Kassetten-Komplianz oder -Deplianz wird dazu verwendet, das tatsächliche Fluidvolumen zu bestimmen, das in einem Pumpzyklus gepumpt wird, und dieses tatsächliche Volumen wird dann dazu verwendet, die Pumprate für eine genau gesteuerte Fluidzufuhr zu kalibrieren.
• Die Genauigkeit der Deplianz- und Komplianzmessung beruht auf dem genauen Wissen der Fluiddrücke in der Kassette während des Pumpzyklusses. Dies erfordert wiederum eine hohe Genauigkeit bei der Erfassung der Pumpkräfte, die von den Balken-Kondensatorplatten gemessen werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Plattenkapazität dadurch gemessen, daß die Platten mit einem Wechselstromsignal versorgt werden. Mit den Kapazitätsänderungen ändert sich auch die Amplitude des erfaßten Wechselstromsignals. Die Amplitude des Wechselstromsignals wird daher erfaßt, um ein Signal zu erhalten, das die Pumpkraft darstellt. Dieses Signal wird dann dazu verwendet, ein digitales Signal zu erzeugen, das quantitativ die Pumpkraft angibt.
• Nachdem die gewünschte Pumprate bezüglich der Auswirkungen der Kassetten-Komplianz kalibriert wurde, muß die Pumpe so gesteuert werden, daß die erwünschte Fluidzuführrate erhalten wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Pumpenmotor durch einen Rückkoppelkreis genau geregelt. Im Rückkoppelkreis wird der Motor durch ein Signal angesteuert, das proportional einem Regelkreis-Fehlerfaktor ist. Der Regelkreis-Fehlerfaktor wird teilweise durch eine erste vorgegebene Zahl bestimmt. Wenn sich der Motor dreht, wird seine Position durch einen Positionssensor überwacht. Das Positionssignal vom Sensor wird zusammen mit einem von der gewünschten Fluidzuführrate abgeleiteten Pumpengeschwindigkeits-Steuersignal dazu verwendet, eine Kontrollzahl zu bestimmen. Die Kontrollzahl wird von der ersten vorgegebenen Zahl subtrahiert, um den Regelkreis-Fehlerfaktor zu erzeugen. Diese Steuertechnik ergibt insbesondere bei kleinen Fluidzuführraten, bei denen die Genaugkeit besonders wichtig ist, eine exakte Steuerung.
• In der zum Stand der Technik gehörenden US 4 457 753 ist eine Intravenös-Meßeinheit beschrieben, die eine Meßkammer aufweist, die eine Vorrichtung enthält, um den Fluidabgabedruck anzuzeigen. Die Vorrichtung befindet sich im Weg des abgegebenen Flusses und ist so angeordnet, daß Blasen aus der die Meßeinheit verlassenden Flüssigkeit entfernt werden.
• Die FR-A-248 296 beschreibt einen Kondensatorplatten- Differentialkraftsensor. Zwei im wesentlichen parallele Kondensatorplatten sind durch eine mittlere Platte getrennt, um zwei Kapazitäten in Reihe zu bilden. Jede Kapazität steuert die Frequenzrate eines entsprechenden Oszillators. Eine Änderung in der Kondensatorplattenstellung, die von einer Differentialkraft verursacht wird, ergibt eine entsprechende Änderung in den beiden Ausgangsfrequenzen, und die Differenz zwischen den Frequenzwerten stellt ein Maß für die angelegte Kraft dar.
• Die DE-A-26 09 699 beschreibt eine Intravenöspumpe mit einer elektronischen Geschwindigkeitssteuerlogik. Die Logikschaltung weist eine Kompensation für den Füllzyklus der Pumpe auf, während der der Pumpenmotor zu reversieren ist. Die Logikschaltung beinhaltet auch eine auf einem digitalen Oszillator basierende Schaltung mit Zählern, um Pumpensteuerimpulse mit einer dem pro Einheitszeit zu pumpenden Volumen entsprechenden Rate abzugeben. Ein kodierter Sensor überwacht die Position des Pumpenmotors und zeigt an, wenn der Motor steht.
• In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es zeigen:
• Fig. 1, teilweise in Form eines Blockschaltbildes und teilweise in schematischer Form, ein gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebautes Pumpenkontrollsystem;
• Fig. 2, teilweise in Form eines Blockschaltbildes und teilweise in schematischer Form, Einzelheiten der Schaltung zur Erfassung der Kraft und der Kraftkalibrierungs- und Detektoranordnung der Fig. 1;
• Fig. 3 Wellenformen zur Darstellung des Prinzips der erfindungsgemäßen Technik zur Bestimmung des nicht gepumpten Volumens;
• Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Bestimmung des ungepumpten Volumens;
• Fig. 5, teilweise in Form eines Blockschaltbildes und teilweise in schematischer Form, Einzelheiten der Motorsteuerung der Fig. 1;
• Fig. 5a in Form eines Blockschaltbildes das Prinzip der bei der Fig. 5 verwendeten Motorsteuerung; und die
• Fig. 6 und 7 Flußdiagramme für die Bestimmung der Pumpengeschwindigkeits-Kontrollzahlen bei der Motorsteuerung der Fig. 5 und 5a.
• In der Fig. 1 ist ein gemäß dem Prinzip der vorliegenden Erfindung aufgebautes Pumpenkontrollsystem gezeigt. Das Kontrollsystem steuert den Betrieb einer motorbetriebenen Pumpe mit einem Pumpenkassettensystem, die genauer in der oben erwähnten, parallelen europäischen Anmeldung EP-A-0 282 324 (88 302 126.3) beschrieben ist.
• Wie in der Fig. 1 gezeigt, weist das System dieser Anmeldung einen Gleichstrommotor 44 auf, der mit Energie versorgt wird, um eine Motorwelle 46 in Drehung zu versetzen. Mit der Welle 46 ist ein Antriebsrad 50 verbunden, das eine Steuerkurvennut 52 enthält. Der äußere Umfang des Antriebsrades ist gezahnt, um längs des Umfanges des Rades gleichmäßig beabstandete Einkerbungen und Zähne 56 zu bilden. Bei der Drehung des Antriebsrades laufen die Zähne 56 durch einen optischen Positionskodierer 90. Die Zähne am Rad unterbrechen zwei Lichtstrahlen, die auf die Zähne 56 und die dazwischenliegenden Einkerbungen gerichtet sind. Die Lichtstrahlen haben einen Abstand, der einem Viertel des Abstandes zwischen einer Einkerbung und einem Zahn entspricht, und die Lichtstrahlen werden von zwei Lichtsensoren aufgenommen. Bei der Unterbrechung der Lichtstrahlen von den Zähnen erzeugen die Sensoren zwei Rechteckwellen, die relativ zueinander um 90º phasenverschoben sind. Bei der aufgebauten Ausführungsform befinden sich am Umfang des Rades 32 Zähne, und die um 90º phasenverschobenen Signale ergeben daher eine Positionsauflösung von 1/128 einer Radumdrehung.
• Am Rand des Antriebsrades 50 ist ein Magnet 94 angebracht. Wenn der Magnet am Positionskodierer 90 vorbeiläuft, schließt er einen magnetischen Reedschalter im Kodierer. Das Schließen des Reedschalters setzt das System darüber in Kenntnis, daß der Pumpzyklus eine Ausgangsstellung oder Bezugsstellung erreicht hat.
• In der Steuerkurvennut 52 läuft ein Nocken 15. Der Nocken folgt der Nut, wenn sich deren radialer Abstand von der Welle 46 während des Pumpzyklusses ändert. Diese Änderung veranlaßt, daß sich der Nocken und die Balken, an denen er angebracht ist, seitlich bewegen, wie es durch einen Pfeil 16 angezeigt ist. Die Steuerkurvennut und der Nocken wandeln somit die Drehung der Motorwelle in eine linear hin- und hergehende Bewegung um.
• Bei der Hin- und Herbewegung des Nockens bewegt dieser die Unterseite eines Sensorbalkens 70 und eines flexiblen Balkens 68, an denen er angebracht ist. Der flexible Balken 68 ist an seiner Oberseite an einem Schwenkzapfen 62 befestigt, und bei der Bewegung der Unterseite biegt sich der Balken um diesen Zapfen. Der Sensorbalken biegt sich beim Betrieb der Pumpe nicht. Zwischen dem Schwenkzapfen und dem Antriebslager ist am flexiblen Balken ein sich seitlich erstreckendes Pumpenbetätigungselement 74 angebracht. Das Pumpenbetätigungselement ist mit Spitzen versehen, so daß es selbstschneidend ist, wenn es mit dem Antriebsaufnahmestück 146 der Pumpenkassette 77 in Eingriff gebracht wird. Das Antriebsaufnahmestück 146 befindet sich an der Außenseite einer Membran der Pumpenkassette. Das Antriebsaufnahmestück und die Membran sind aus einem Polymermaterial wie Polyethylen, so daß das Aufnahmestück 146 leicht auf das mit Spitzen versehene Pumpenbetätigungselement aufgeschraubt werden kann, und so daß die Membran leicht in eine Fluidkammer in der Kassette hinein und daraus heraus verschoben werden kann, wenn sie vom Betätigungselement angetrieben wird. Wenn die Membran vom Betätigungselement in die Fluidkammer geschoben wird, steigt der Druck in der Kammer an, bis dieser ein Auslaßventil an der Unterseite der Kassette aufdrückt. Die Flüssigkeit wird dann durch das Auslaßrohr 88 ausgepumpt. Wenn das Betätigungselement die Membran zurückzieht, schließt das Auslaßventil, und der abnehmende Kammerdruck öffnet ein Einlaßventil an der Oberseite der Kassette, wodurch die Kammer mit Flüssigkeit gefüllt werden kann, die von einem Einlaßrohr 80 zugeführt wird. Der vollständige Pumpzyklus besteht daher aus einem Füllvorgang und einem Pumpvorgang.
• An der Oberseite des flexiblen Balkens 68 ist eine Kondensatorplatte 64 angebracht und an der Oberseite des Sensorbalkens eine Kondensatorplatte 66. Wenn sich der flexible Balken während des Pumpzyklusses biegt, bewegen sich die beiden Kondensatorplatten relativ zueinander. Ihre Kapazität ändert sich daher entsprechend, wodurch eine Meßgröße für die vom Pumpenbetätigungselement 74 auf die Kassettenmembran ausgeübte Kraft erzeugt wird. Diese Kraft kann entweder positiv oder negativ sein, und sie steht mit dem Fluiddruck in der Kammer der Pumpenkassette in Beziehung.
• Die Kondensatorplatten 64 und 66 stehen über Zuleitungen 40 und 42 mit der Krafterfassungsschaltung 100 in Verbindung. Die Schaltung versorgt die Kondensatorplatten 64 und 66 mit Energie und dekodiert die Signale davon, um ein Signal zu erzeugen, das die Kraft des Pumpenbetätigungselementes auf die Kassette 77 darstellt. Dieses Signal wird an die Kraftkalibrations- und Detektorschaltung 102 angelegt, die eine quantitative Meßgröße für die Kraft erzeugt. Die Kraftmessung wird von Druckumwandlungsroutinen 104 verwendet, die ein Signal, das den Fluiddruck in der Kassette darstellt, und ein Signal ableiten, das den Kassetten-Auslaßgegendruck darstellt. Ein Ratenumwandlungs-, Anzeige-, Alarm- und Steuer-Subsystem 120 erzeugt eine visuelle Anzeige der verschiedenen Betriebsparameter im System, überwacht das System auf Fehlerzustände und stellt ein Benutzer-Interface zur Eingabe von System-Betriebsparametern bereit. Insbesondere erlaubt das Subsystem 120 die Eingabe der gewünschten Durchflußrate durch den Benutzer, die von der Motorsteuerung verwendet wird, um eine Pumpenbetriebsrate festzulegen.
• Die Kassettendruckmessung wird zusammen mit den Positionssignalen von einer Motorsteuerung 110 an ein Subsystem 106 zur Bestimmung des ungepumpten Volumens geführt, um eine Bestimmung des Prozentsatzes des Fluidvolumens der Kassette zu ermöglichen, das aufgrund der Kassetten-Komplianz und Deplianz nicht gepumpt wurde. Ein Maß für das tatsächlich gepumpte Fluidvolumen wird zu einem Raten-Geschwindigkeitskonverter 108 geführt, der ein Signal für die Steuerung der Pumpenmotorgeschwindigkeit erzeugt. Das Geschwindigkeitssteuersignal wird an die Motorsteuerung 110 geführt, die eine Regelung des Pumpenmotors 44 durchführt. An den Gleichstrommotor werden über eine Zuleitung 48 Motoransteuersignale angelegt, und über Zuleitungen 92 werden Positionssignale zurückgeführt, um den Motor-Regelkreis zu schließen.
• In der Fig. 2 sind die Krafterfassungsschaltung 100 und die Kraftkalibrations- und Detektorschaltung 102 genauer dargestellt. Ein Taktsignal CLK mit, zum Beispiel, 100 kHz wird an den Takteingang eines "D"-Typ-Flip-Flops 130 geführt. Der -Ausgang des Flip-Flops 130 ist mit dem D-Eingang des Flip- Flops verbunden, so daß das Flip-Flop das CLK-Signal fortlaufend durch zwei teilt. Das Flip-Flop 130 erzeugt ein Signal CLK1, das an eine der Kondensatorplatten und an den Steuereingang eines Schalter 152 gelegt wird. Das komplementäre Signal wird an einen Abgleichkondensator 132 gelegt, und das Signal CLK1 wird auch zu dem Steuereingang eines Schalters 154 geführt. Der Abgleichkondensator 132 ist so eingestellt, daß die Streukapazitäten im System aufgehoben werden. Die Kondensatorplatten 64 und 66 weisen eine Kapazität Cs auf, die sich mit dem Abstand der Platten ändert, typischerweise über einen Bereich von etwa 1 pF. Die sich ändernde Kapazität der Platten spiegelt sich in einer Amplitudenmodulation des angelegten Wechselstrom-CLK1-Signals am Ausgang eines Verstärkers 140 wider.
• Das modulierte Kapazitätssignal wird an den Eingang des Verstärkers 140 zurückgeführt. Der Verstärker 140 weist einen Rückkoppelwiderstand 144 und einen Rückkoppelkondensator 142 auf. Die Verstärkung in dieser Verstärkungsstufe ist für die angelegten Wechselstromsignale gleich Cs/Cf, wobei Cf die Kapazität des Kondensators 142 ist. An einem zweiten Eingang des Verstärkers 140 liegt eine Bezugsspannung V/2 an. Die Schaltung der Fig. 2 ist dafür vorgesehen, von einer herkömmlichen +5V-Gleichstromspannungsquelle versorgt zu werden. Diese Versorgungsspannung wird an einen (nicht gezeigten) Spannungsteiler angelegt, der eine dazwischenliegende, niederohmige Spannung V/2 erzeugt. Durch Bezug der Kapazitätserfassungsschaltung auf diesen dazwischenliegenden Spannungspegel läßt sich das Wechselstrom-Kapazitätssignal wirkungsvoll auf diesen Spannungspegel beziehen, der zwischen den beiden Versorgungsspannungspegeln liegt. Am Ausgang des Verstärkers 140 ist der nominelle Signalpegel etwa gleich 50 mV von Spitze zu Spitze.
• Das Wechselstromsignal am Ausgang des Verstärkers 140 ist kapazitiv an die beiden Eingänge eines Synchrondetektors 150 gekoppelt, der die Amplitudenmodulation des Kapazitätssignales synchron erfaßt. Auch sind die Ausgänge der beiden synchron gesteuerten Schalter 152 und 154 mit den Eingängen des Synchrondetektorverstärkers 156 verbunden. Da die Schalter von den gleichen CLK1- und -Wellenformen geschaltet werden, die den Kondensatorplatten 64 und 66 zugeführt werden, weist der Schaltvorgang konstant eine bekannte Phasenbeziehung zum Kapazitätssignal auf. Diese Schalter betreiben abwechselnd den Verstärker 156 so, daß er eine hohe negative oder eine hohe positive Verstärkung synchron zum Wechselstromkapazitätssignal aufweist. Der Synchrondetektor 150 erzeugt somit einen Gleichspannungspegel, der die Kapazität der Kondensatorplatten 64 und 66 darstellt und daher die Betätigungskraft repräsentiert. Bei der gezeigten Ausführungsform hat der Synchronverstärker eine Verstärkung von etwa 20. Die "Zacken", die beim Schalten der an den Verstärker 156 angelegten Signale auftreten, werden durch Kondensatoren 158 und 162 herausgefiltert.
• Das vom Synchrondetektor 150 erzeugte Gleichstromsignal wird in einem Verstärker 160 weiter verstärkt, um schließlich ein Gleichstromsignal am Ausgang des Verstärkers 160 zu erzeugen, das die Betätigungskraft an der Kassette darstellt. Das Kraftsignal wird danach erfaßt und kalibriert, um eine quantifizierte digitale Meßgröße für die Kraft zu ergeben.
• Das der Kraft entsprechende Gleichstromsignal wird an den nichtinvertierenden Eingang eines Komparators 170 gelegt, der den Pegel dieses Signals mit dem Pegel eines Signals vergleicht, das von einem Digital-Analog-(D/A-)-Konverter 182 bereitgestellt wird. Die Hysterese des Komparators wird durch die relativen Werte von Widerständen 172 und 174 bestimmt, die dafür vorgesehen sind, den Komparator 120 mit einer solchen Hysterese zu versehen, daß er die Zustände definitiv ohne Kippen ändert. Das vom Komparator erzeugte Vergleichssignal nimmt einen von zwei Zuständen an, und es zeigt an, ob das die Kraft darstellende Signal größer oder kleiner als das vom Computer erzeugte Signal vom D/A-Konverter ist.
• Der Zustand des Vergleichssignals wird von einem Subsystem 180 für eine sukzessive Approximation erfaßt, das mittels Computersteuerung versucht, das die Kraft darstellende Signal mit einem digitalen Acht-Bit-Signal auf einem Bus 188 in Übereinstimmung zu bringen. Das Subsystem 180 bewirkt dies mit einer sukzessiven Approximation durch Beginnen mit dem höchstwertigen Bit und dem Einstellen der Bits in Folge auf dem Bus 188 entsprechend der erfaßten Änderung im Zustand des Vergleichssignals. Die sukzessive erneuerten Signale auf dem Bus 188 werden immer wieder in ein Analogsignal umgewandelt und mit dem die Kraft darstellenden Signal verglichen, bis alle acht Bits bestimmt sind. Nach acht Iterationen stimmt das digitale Signal auf dem Bus 188 mit dem die Kraft darstellenden Signal bis auf einen Teil in 256 überein. Diese iterative Technik beseitigt das Erfordernis nach einem diskreten Analog- Digital-(A/D-)-Konverter am Ausgang des Verstärkers 160.
• Nachdem das Acht-Bit-Kraftsignal auf dem Bus 188 bestimmt ist, wird es an eine Kraft-Nachschlagetabelle 184 angelegt, die ein entsprechendes digitales Signal erzeugt, das eine Quantifizierung der Betätigungskraft darstellt. Das kann hardwaremäßig erfolgen, wie es in der Fig. 2 gezeigt ist, wobei die Kraft-Nachschlagetabelle freigegeben wird, wenn eine Übereinstimmung erhalten wird. Genausoleicht kann es aber auch softwaremäßig erfolgen. Da acht Iterationen des Vergleichs mit sukzessiver Approximation immer eine Übereinstimmung ergeben, wartet das System, bis acht Iterationen der sukzessiven Approximation erfolgt sind, bevor ein Wert von der Kraft-Nachschlagetabelle 184 akzeptiert wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Tabelle einen genauen Kraftwert anzeigen.
• Während der Herstellung und Kalibrierung der Anordnung der Fig. 1 kann die Kraft-Nachschlagetabelle aus empirischen Krafteinstellungen berechnet werden. Die Kassette 77 wird dazu durch eine Einrichtung ersetzt, mit der aufeinanderfolgend zwölf bekannte Kräfte an das Pumpenbetätigungselement 74 angelegt werden können. Die Kräfte können zum Beispiel über einen Bereich von +7,5 lbs. bis -3 lbs. verteilt sein. Nachdem jede Kraft angelegt ist, wird der digitale Wert auf dem Bus 188 angezeigt und aufgezeichnet. Wenn alle zwölf Werte aufgezeichnet sind, werden sie in eine Kurvenanpassungsroutine eingegeben, die eine Kurve mit 256 diskreten Kraftwerten an die zwölf Messungen anpaßt. Die 256 Kraftwerte werden dann in einen Festwertspeicher eingegeben, der als Kraft-Nachschlagetabelle für das System dient.
• Nachdem ein Kraftwert von der Kraft-Nachschlagetabelle 184 akzeptiert wurde, wandelt die Druck-Umwandlungsroutine (Fig. 1) die gemessene Kraft in mehrere Druckwerte um, die das System wissen muß. Zum Beispiel kann durch Teilen des Kraftwertes durch die effektive Fläche der Kassetten-Fluidkammer der Fluiddruck in der Kassette in Pfund pro Quadratzoll (p.s.i.) erhalten werden. Die Fluidkammerfläche kann leicht empirisch dadurch bestimmt werden, daß eine bekannte Kraft an die Kassette angelegt wird und der sich ergebende Kammerdruck in p.s.i. gemessen wird. Die Verbindung der Kraft in Pfund mit dem sich ergebenden Druck in p.s.i. ergibt die effektive Fläche in Quadratzoll. Wenn zum Beispiel festgestellt wird, daß die Kassette eine Fläche von 0,5 Quadratzoll hat und der Kraftwert 6,25 Pfund ist, ist der Kassettendruck gleich dem Quotienten aus den beiden Werten, das heißt gleich 12,5 p.s.i. Um den Fluiddruck auf der Infusionsseite oder den Gegendruck zu bestimmen, wird der zum Öffnen des Kassetten-Auslaßventiles erforderliche Druck oder Öffnungsdruck dann vom Kassettendruck subtrahiert. Wenn der Auslaß-Öffnungsdruck zum Beispiel gleich 5 p.s.i ist, ergibt eine Kassettendruck von 12,5 p.s.i. einen Gegendruck von 7,5 p.s.i. Dieser Gegendruck wird fortlaufend vom Subsystem 120 überwacht, um festzustellen, ob er in einem annehmbaren Bereich bleibt.
• Bei der Bestimmung der Drücke können auch andere Faktoren berücksichtigt werden, die auf die gemessene Kraft einwirken. Es kann zum Beispiel das Pumpenbetätigungselement oder das Antriebsrad federbelastet sein, um das Spiel der mechanischen Komponenten des Systems zu beseitigen, und die Federkraft kann die erfaßte Betätigungskraft beeinflussen und sollte als Faktor in die Kraftberechnung eingehen. Bei der Verwendung einer Kunststoffkassette kann die Kassette elastische Kräfte ausüben, die eine Funktion des Pumpenbetriebszyklusses und der Pumpengeschwindigkeit sind. Auch ist bei einer Kunststoffkassette zu erwarten, daß sie mit der Zeit eine gewisse Spannungsrelaxation des Kunststoffmateriales der Kassette als Funktion des Pumpenbetriebszyklusses zeigt. Alle diese Faktoren können bei der Umwandlung der Kraft in Druckmeßwerte berücksichtigt werden.
• Die Kassettendruckmeßwerte werden dazu verwendet, das tatsächliche Volumen der Flüssigkeit zu bestimmen, das während jedes Pumpzyklusses von der Pumpenkassette gepumpt wird. Die Fig. 3 zeigt das Prinzip der Bestimmung des von der Kassette gepumpten Volumens. Die Kurve 200 in der Fig. 3a stellt die Nockenhöhe oder die Änderung des Abstandes der Steuerkurvennut 52 von der Antriebswelle 46 über einen Pumpzyklus dar. Der Pumpzyklus ist in seine beiden Betriebsphasen aufgeteilt, dem Pumpvorgang, bei dem Flüssigkeit durch das Auslaßrohr 88 abgegeben wird, und dem Füllvorgang, bei dem die Flüssigkeit die Kassette über das Einlaßrohr 80 wieder füllt. An der Oberseite der Abbildung ist die Nockenposition in Graden eines vollen Zyklusses gezeigt und auch in Form der 128 verschiedenen Phasen des Positionssensorsignals, das die Position des Nockens angibt. Der Pumpvorgang erstreckt sich bei diesem Beispiel von der Position 0 bis zur Position 64 und der Füllvorgang von der Position 64 bis zur Position 128, obwohl die beiden Vorgänge auch ungleich verteilt sein können, falls erforderlich.
• Die Kurve 202 der Fig. 3b zeigt eine typische Druckreaktion für eine vollständig unnachgiebige, d.h. starre Kassette. In diesem Fall steigt der Druck unmittelbar zu Beginn des Pumpvorganges auf den Maximaldruck an. In der Darstellung der Fig. 3b ist der Maximaldruck bei +12,5 p.s.i. gezeigt. Wenn bei der Nockenposition 64 der Zyklus vom Pumpen zum Füllen übergeht, fällt der Kassettendruck sofort auf den Fülldruck ab, der hier bei -2 p.s.i. gezeigt ist. Diese Drücke ändern sich von einem Vorgang zum andern als Funktion von Faktoren wie dem Gegendruck am Auslaß der Kassette und dem Einlaßüberdruck, der sich aus der Höhe der Fluidquelle über der Kassette ergibt.
• Bei einer Polymerkassette wie der Kassette 77 verläuft die Kurve der Druckreaktion nicht wie bei der Kurve 202 dargestellt, sondern zeigt Auswirkungen der Komplianz und Deplianz. Die Kurve der Druckreaktion für eine Kassette mit 50 % Komplianz ist in der Fig. 3c gezeigt. Aufgrund der Komplianz von 50 % steigt der Kassettendruck allmählich über die erste Hälfte des Pumpvorganges (Positionen 0 bis 32) an, wie es durch die Linie 210 angezeigt ist. Bei der Position 32 ist die Komplianz ausgeglichen und der Druck nimmt einen gleichmäßigen Maximaldruckwert Ppump an, wenn sich das Auslaßventil bei seinem Öffnungsdruck (Aufbrechdruck) öffnet. Der Druck bleibt gleich, wie es durch die Linie 212 gezeigt ist, bis bei der Position 64 der Füllvorgang beginnt. Dann wirkt sich die Deplianz der Kassette auf den Druck aus, der bis zur Position 96 langsam abnimmt, wie es durch die Linie 214 angezeigt ist. Danach bleibt der Fülldruck auf einem Wert Pfill, bis der Füllvorgang bei der Position 128 beendet ist.
• Das Ausmaß der Kassettenkomplianz kann durch Messen der Druckänderung während der Komplianzphase des Pumpzyklusses bestimmt werden, die bei der Linie 210 dargestellt ist. Vorzugsweise wird jedoch die Kassettendeplianz über die Auswirkungen der Deplianz während des Füllvorganges bei der Linie 214 gemessen. Der Grund dafür liegt darin, daß zu diesem Zeitpunkt der Fluidkammerdruck unabhängig vom distalen Druck ist. Wenn der Füllvorgang beginnt, schließt sich das Auslaßventil der Kassette, wodurch die Kassettendeplianz von Auswirkungen des Druckes an der Infusionsseite isoliert wird. Wenn der Druckvorgang für die Komplianzbestimmung verwendet wird, ist das Auslaßventil entweder offen oder beginnt sich zu öffnen. Der Druckwert, bei dem sich das Ventil tatsächlich öffnet, ist eine Funktion von Variablen, die außerhalb der Kontrolle des Systems liegen, wie der Möglichkeit, daß eine Bewegung des Patienten den Gegendruck an der Infusionsseite plötzlich erhöht oder erniedrigt. Eine solche Bewegung hat nicht nur zur Folge, daß sich das Auslaßventil von einem Pumpzyklus zum anderen bei verschiedenen Drücken öffnet; der sich ändernde Gegendruck in die Pumpenkassette kann auch die Komplianz während der Zeit ändern, während der sie gemessen wird. Diese Schwierigkeiten und Ungenauigkeiten werden vermieden, wenn die Deplianz während des Füllvorganges gemessen wird.
• Mit gleichzeitigem Bezug zu dem Flußdiagramm der Fig. 4 kann die Technik zur Bestimmung des Volumens der Flüssigkeit, das wegen der Kassetten-Komplianz und -Deplianz nicht gepumpt wird, verstanden werden. Der Vorgang beginnt mit dem Erhalt eines Ausgangsstellungssignals vom Positionssensor 90. Es ist dies das Signal, das durch das Schließen des Reedschalters erzeugt wird, wenn der Magnet 94 dem Schalter gegenübersteht. Das Ausgangsstellungssignal setzt das System davon in Kenntnis, daß sich der Nocken der Position 64 nähert und der Füllvorgang dabei ist, zu beginnen. Das System beginnt dann schnell damit, den Kassettendruck bei den entsprechenden Nockenpositionen aufzunehmen. Diese Messungen werden am Ende des Pumpvorganges beginnen, wenn die Kassette noch unter der Einwirkung des Drucks Ppump steht, wie es durch die Abtastpunkte auf der Linie 212 gezeigt ist. Wenn der Füllvorgang beginnt, schließt sich das Kassetten-Auslaßventil, und das System fährt fort, Datenpaare für den Druck und die Position aufzunehmen, wenn die Auswirkungen der Deplianz in Erscheinung treten, wie es durch die Abtastpunkte auf der Linie 214 dargestellt ist. Schließlich wird ein stabiler Fülldruckpegel Pfill erreicht, und das System nimmt eine Anzahl von Datenpaaren auf diesem Endpegel auf.
• Dann bestimmt das System den absoluten Druckwert Ppump. Es tut dies durch Akkumulieren und Mitteln von aufeinanderfolgenden der anfänglichen Druck-Meßwerte, bis ein Meßwert erhalten wird, der gleich 97 % des akkumulierten Mittelwertes ist. Dieser Vorgang ergibt einen Wert für Ppump. Ein ähnlicher Vorgang wird dazu verwendet, um den absoluten Druckpegel Pfill zu bestimmen. Später erfolgende Druckmessungen werden dadurch akkumuliert und gemittelt, daß bezüglich des Zeitpunktes der Gewinnung rückwärts vorgegangen wird, bis ein Meßwert erhalten wird, der gleich 103 % des akkumulierten Mittelwertes ist. Dieser Mittelungsvorgang ergibt den Pfill-Druckpegel.
• Es wird dann ein Kurvenanpassungsvorgang verwendet, um die Linie 214 zu bestimmen. Die für die Kurvenanpassung verwendeten Datenpaare sind jene, die im Bereich von 106 % des Pfill-Pegel bis 93 % des Ppump-Pegels liegen. Für eine Kassette mit geringer Deplianz können dies nur einige wenige der Datenpunkte sein, während eine Kassette mit hoher Deplianz über hundert solcher Meßwerte ergeben kann. Die an diese Datenpunkte angepaßte Kurve DEPL definiert die Deplianzkurve in Form der Änderung des Kassettendruckes mit der Änderung der Nockenposition.
• Die obigen drei Messungen werden dann dazu verwendet, die Zahl der Nockenpositionen zu berechnen, während denen die Kassette einer Deplianz unterlag. Diese Berechnung erfolgt durch Teilen der Differenz zwischen Ppump und Pfill durch die Deplianzkurve DEPL. Die Berechnung ergibt die Zahl der Nockenpositionen, für die sich die Kassette von der Komplianzkraft entspannt hat und aufgrund dieser volumetrischen Änderung nicht gefüllt wurde. Dieses Intervall ist in der Fig. 3 als "Zahl der Positionen ohne Füllung" angezeigt umd umfaßt bei diesem Beispiel 32 Positionen.
• Die Zahl der Nockenpositionen, die während der Deplianz vorliegt, wird dann dazu verwendet, um das ungepumpte Volumen zu bestimmen. Es ist dies das Flüssigkeitsvolumen, das während des Pumpzyklusses in der Kassette verbleibt und das während der Komplianz das vergrößerte Fluidkammervolumen ausfüllt. Das ungepumpte Volumen wird durch Teilen der Zahl der Deplianzpositionen durch die Gesamtzahl der Füllpositionen und dann dem Multiplizieren dieses Verhältnisses mit dem nominellen Kassettenvolumen bestimmt. Das Kassettenvolumen kann empirisch durch Messen der Verschiebung der Kassettenmembran bestimmt werden, wenn diese in die Fluidkammer vorgeschoben wird. Bei der aufgebauten Ausführungsform wurde das Kassettenvolumen zu 350 ul gemessen. Bei diesem Beispiel war dann das ungepumpte Volumen gleich (350 ul)*(32 Pos./64 Pos.), das heißt gleich 175 ul.
• Das Flüssigkeitsvolumen, das während des Pumpzyklusses dann tatsächlich gepumpt wird, kann dann leicht durch Subtrahieren des ungepumpten Volumens vom nominellen Kassettenvolumen bestimmt werden. Bei dem obigen Beispiel ist das in einem Zyklus tatsächlich gepumpte Volumen gleich 175 ul.
• Diese Vorgehensweise ist für jedes Verhältnis von Pumppositionen zu Füllpositionen anwendbar, das bei einem gegebenen System vorliegen kann. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, die Kassette während eines Viertels des Pumpzyklusses schnell zu füllen und dann während der verbleibenden drei Viertel des Zyklusses zu pumpen. Ein solches Pump-Füll- Verhältnis kann verwendet werden, um über den größten Teil des Pumpzyklusses an der Injektionsstelle einen ausreichenden Gegendruck aufrechtzuerhalten und um zum Beispiel eine Vene offenzuhalten, und ist zum Beispiel bei sehr kleinen Infusionsraten wünschenswert.
• Die Bestimmung des tatsächlich gepumpten Volumens wird bei jedem Pumpzyklus ausgeführt, um die Infusionsrate genau zu messen und um eine genaue laufende Messung über das Flüssigkeitsvolumen zu erhalten, das dem Patienten zugeführt wurde. Während die Auswirkungen der Komplianz beim Gebrauch ein und derselben Kassette im wesentlichen konstant bleiben, wurden Komplianzänderungen von bis zu 20 % beim Übergang von einer Kassette zu einer anderen beobachtet.
• Das Prinzip des Regelkreises für den Motor 44 der Fig. 1 ist in der Fig. 5a gezeigt. Im Prinzip wird dazu ein Zähler 240 mit einer gleichmäßigen Rate durch vorgegebene Impulse N hochgezählt. Das Ausgangssignal des Zählers ist ein Fehlersignal "Zählerstand", das mit der Zeit einen Pegel erreicht, das den Gleichstrommotor 244 aktiviert. Wenn der Motor aktiviert ist, wird seine Positionsänderung vom Positionskodierer 290 erfaßt, der ein Positionssignal P abgibt. Das Positions-Signal P wird mit einem Geschwindigkeitssteuerfaktor K multipliziert, um das Produkt KP zu erzeugen. Der Term KP setzt den Zähler 240 herab, wodurch der Zählerstand in der Art einer Regelung verringert wird. Der Steueralgorithmus für die Motorsteuerung kann daher ausgedrückt werden durch
• Zählerstand = N - KP.
• Diese Steuertechnik hat sich bei der Steuerung eines Pumpensystems als besonders genau erwiesen, insbesondere bei sehr kleinen Infusionsraten. Die Rate, mit der der Zähler 240 hochgezählt wird, ist immer genau bekannt, da der Zähler mit einer festen Rate hochgezählt wird. Die Infusionsrate wird durch das Subtrahieren des Termes KP von dieser festen Zahl N der bekannten Rate gesteuert. Bei sehr kleinen Infusionsraten wird der Motor so gesteuert, daß er ein- und ausgeschaltet wird, und es ist wünschenswert, dies ohne Oszillationen oder abrupte Änderungen in der Pumpbewegung durchzuführen. Durch Steuern der negativen Rückkopplung über den Term KP wird ein gleichmäßiger Betrieb erreicht. Wenn der Zählerstand einen Pegel erreicht, bei dem der Motor aktiviert wird, wird die Positionsänderung sofort erfaßt und der Zähler 240 um den Term KP herabgesetzt. Bei niedrigen Infusionsraten wird die Verringerung den Zählerstand unter den Pegel für die Motoraktivierung herabsetzen, wodurch der Motor aufgrund der negativen Rückkopplung abgeschaltet wird. Der Zähler wird dann wieder mit einer gleichmäßigen Rate hochgezählt, bis der Motor erneut aktiviert wird, und das Steuermuster wird somit auf diese kontrollierte, sich wiederholende Weise fortgesetzt.
• Bei dieser Steuertechnik werden für relativ hohe Infusionsraten relativ kleine K-Werte verwendet, während für sehr kleine Infusionsraten relativ große K-Werte Verwendung finden. Diese Beziehung ergibt sich aus der festen Rate des zunehmenden Terms N. Die Beziehung ermöglich die Verwendung von großen Werten für K bei kleinen Infusionsraten, bei denen für eine genaue Steuerung der niedrigen Infusionsrate eine hohe Auflösung erforderlich ist.
• Der Term K kann auf zwei Arten ausgedrückt werden:
• K = f/Rate (1), und
• K = NR/VR (2),
• wobei Rate die Durchflußrate in ml/Std., NR die Anzahl von N Impulsen in einem Pumpzyklus (oder für eine Umdrehung des Pumpenmotors), VR das Volumen in ul, das bei einer Umdrehung gepumpt wird, und f ein Umwandlungsfaktor ist. Der Term K wird in der Einheit Anzahl von N Impulsen pro ul ausgedrückt. Im ersten der beiden Ausdrücke wird daher f in der Einheit (N Impulse)(ml)/(ul)(Std.) ausgedrückt. Es sei nun die feste Rate von N gleich einem Impuls (oder einer Aufwärtszählung) pro 2,5 msek oder gleich einer Impulsrate von 400 Impulsen pro Sekunde. Der Umwandlungsfaktor kann dann direkt aus einer Umwandlungsrechnung zu 1440 (N Impulse)(ml)/(ul)(Std.) bestimmt werden.
• Ein einfaches Beispiel veranschaulicht die Anwendung dieser Ausdrücke bei der Ausführung der erfindungsgemäßen Steuertechnik. Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Raten- Geschwindigkeitskonverter die gewünschte Durchflußrate vom Bediener über das Subsystem 120 zugeführt erhält. Die gewünschte Durchflußrate sei gleich 100 ml/Std. und das bei jeder Umdrehung des Pumpenmotors gepumpte Volumen gleich 350 ul. Der Ausdruck (1) wird dann berechnet zu
• K = 1440/Rate = 1440/100 = 14,4
• Wenn die Gleichung (2) nach der Anzahl von Impulsen N für eine Pumpenmotorumdrehung aufgelöst wird, ergibt sich
• NR = KVR (3).
• Dieser Ausdruck (3) wird zu
• NR = (l4,4)(350) = 5040,
• das heißt zu 5040 Impulsen N pro Pumpenmotorumdrehung. Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, daß es für eine Pumpenumdrehung 128 erfaßte Motorpositionen gibt. Teilen von 5040 durch 128 ergibt einen K-Wert von 39,375. Jedesmal, wenn ein Positionssignal P erzeugt wird, wird daher der Zähler idealerweise um 39,375 herabgesetzt, um das Pumpensystem mit der gewünschten Rate von 100 ml/Std. zu betreiben.
• Über eine bestimmte Zeit wird sich der Zählerstand um einen gegebenen Pegel stabilisieren, während N und KP immer weiter ansteigen. Mit der Zeit wird so
• N ≈ KP,
• wobei in diesem Beispiel jede Seite des Ausdrucks ein Vielfaches von 5040 ist.
• Mit Bezug zu den Fig. 5, 6 und 7 werden der Raten-Geschwindigkeitskonverter 108 und die Motorsteuerung 110 der Fig. 1 genauer erläutert. Die Berechnung des K-Wertes wird im Subsystem 300 ausgeführt, dem das Ausgangspositionssignal, die Bestimmung des zuletzt gepumpten Volumens von Subsystem 106 der Fig. 1 für das ungepumpte Volumen und die vom Bediener eingegebene gewünschte Durchflußrate zugeführt wird. Am Sub-System 300 liegen auch Zeitgeber-Interruptsignale von einem 2,5 msek-Zeitgeber 302 an. Der Zeitgeber 302 liefert die Zeitgeber-Interruptimpulse zu einem durch acht teilenden Zähler 304 und zu einem Eingang eines Schalters 306 mit zwei Positionen. Das Ausgangssignal des Zählers 304 wird zu einem zweiten Eingang des Schalter 306 geführt. Der Arm des Schalters 306 liefert Impulse N zum Addiereingang eines 16-Bit- Addierers 340. An einem anderen Eingang des Addierers 340 werden immer dann die K-Werte subtrahiert, wenn ein P-Signal auftritt. Die niedrigwertigeren acht Bits (0-7) des Ausgangssignales des Addierers 340 werden an den Eingang eines D/A- Konverters 350 geführt. Das nächste, höchstwertige Bit 8 des Addiererausgangs wird zu einem Grenzwertdetektor 344 geführt und das Vorzeichenbit 16 des Addierers 340 zu einem D/A-Sperr- Subsystem 342. Der Ausgang des Subsystems 342 ist mit einem Sperreingang des D/A-Konverters 350 verbunden. Der Ausgang des Grenzwertdetektors 344 ist mit einem Eingang des Subsystems 342 verbunden.
• Der Ausgang des D/A-Konverters 350 ist mit einem Impulsbreitenmodulator 352 verbunden, der Impulse mit einer Breite erzeugt, die dem Pegel des Eingangssignales am Modulator entsprechen. Die Impulse vom Modulator 352 werden über einen MOSFET 354 an eine Spule 360 der Motorschaltung gelegt. Die Spule 360 speichert die Energie der angelegten Impulse und gibt sie frei, um über den Motor 44 eine Gleichspannung zu erzeugen, die zu einer Versorgungsspannungsquelle Vb geführt wird. In Reihe mit dem Motor 44 sind Abschaltschalter 364a und 364b vorgesehen, die geöffnet sind, wenn eine Spule 364c aktiviert ist. Mit dem Motor 44 und der Spule 360 ist eine Diode 362 verbunden.
• Die Drehung der Welle des Motors 44 und seines Antriebsrades hat zur Folge, daß die Zähne des Rades die Lichtstrahlen im optischen Kodierer 90 unterbrechen. Die um 90º phasenverschobenen Positionssignale des Kodierers werden zu einer Positionsänderungs-Erfassungsschaltung 390 geführt. Das Ausgangspositionssignal wird zum Subsystem 300 geführt. Von der Erfassungsschaltung 390 wird ein Positionsänderungssignal P für das Subsystem 300 und den Addierer 340 sowie für das Subsystem 106 zur Bestimmung des ungepumpten Volumens erzeugt (Fig. 1).
• Im Betrieb wird die im Addierer 340 akkumulierte Gesamtsumme kontinuierlich durch die Addition eines N-Impulses alle 2,5 msek erhöht, wenn der Schalter 306 wie in der Fig. 5 gezeigt eingestellt ist. Dies ist die Position des Schalters für relativ hohe Durchflußraten. Bei sehr kleinen Durchflußraten wird der Schalter auf seine andere Position gestellt. Die Zeitgeber-Interruptimpulse, die alle 2,5 msek erscheinen, werden dann durch acht geteilt, um alle 20 msek einen N-Impuls zu erzeugen. Der Zweck dieser Skalierung wird im folgenden noch erläutert.
• Jedesmal, wenn von der Schaltung 390 eine Anderung der Motorposition erfaßt wird, wird ein P-Impuls erzeugt, was den Addierer 340 veranlaßt, den Wert K von seiner akkumulierten Gesamtsumme zu subtrahieren. Die im Addierer 340 akkumulierte Gesamtsumme wird daher alle 2,5 msek oder 20 msek durch die N-Impulse erhöht und periodisch immer dann um die Größe K verringert, wenn ein P-Impuls erzeugt wird.
• Die niedrigeren acht Bits des Addierers 340 werden zum D/A-Konverter 350 geführt, der den Zählerstand in einen Analogspannungspegel umwandelt. Diese Bits stellen den Ausdruck N - K*P dar. Der Ausgangspegel des D/A-Konverters moduliert seinerseits die Breite der Impulse, die vom Impulsbreitenmodulator 352 erzeugt werden, und die Impulsbreite bestimmt den Gleichspannungspegel, der an den Motor 44 angelegt wird, und damit dessen Geschwindigkeit. Bei der angeführten Ausführungsform stellt ein Zählerstand des Addierers von etwa 32 die Schwelle dar, bei der der Motor genügend aktiviert wird, um mit der Drehung zu beginnen. Zählerstände über 32 veranlassen den Motor, sich mit proportional höheren Drehzahlen zu drehen. Wenn der Zählerstand des Addierers 256 erreicht, ändert das Bit 8 des Addierers seinen Zustand und zeigt damit einen Überdrehzahlzustand an. Dieses Bit wird vom Grenzwertdetektor 344 erfaßt und dazu verwendet, mittels Software die Pumpe abzuschalten. Wenn der Zählerstand des Addierers zum erstenmal 256 erreicht, werden die niedrigeren Bits 0-7 anfänglich auf dem Zählerstand 255 festgehalten, um eine hohe Motorgeschwindigkeit aufrechzuerhalten, während das System den Pumpenbetrieb überwacht, um festzustellen, ob der Zustand nur vorübergehend ist. Wenn ja, wird der Addierer in Kürze auf einen Zählerstand unter 256 heruntergezählt. Wenn jedoch der Zählerstand für eine nicht mehr akzeptierbare Zeitspanne über 256 bleibt, löst der Grenzwertdetektor 344 das D/A-Sperr-Subsystem 342 aus, und der D/A-Konverter wird gesperrt, wodurch die Spannung vom Motor genommen wird.
• Wie oben erwähnt, sind die Werte von K relativ groß, wenn das System mit sehr kleinen Durchflußraten arbeitet. Es ist zu erwarten, daß die Subtraktion dieser großen Werte vom Zählerstand des Addierers zur Folge hat, daß eine negative Zahl im Addierer akkumuliert wird, bis die Impulse N die Gesamtsumme wieder zurück auf eine positive Zahl erhöhen. Wenn der Addierer eine negative Zahl enthält, veranlaßt das Vorzeichenbit 16 des Addierers, daß das D/A-Sperr-Subsystem den D/A-Konverter sperrt. Das verhindert, daß der D/A-Konverter auf die Werte der negativen Zahlen so anspricht, als wären sie positiv, und es spart auch Batterieenergie in dem System, während der Addierer auf eine positive Zahl zurück hochgezählt wird.
• Mit dem Motor sind eine Fehlererfassungs-Zenerdiode 370 und ein Widerstand 372 verbunden, und Widerstände 374 und 376 schließen die Verbindungsstelle der Diode 370 mit dem Widerstand 372 an die Basis eines Transistors 380 an. Die Spule 364c ist zwischen die Kollektoren der Transistoren 380 und 382 und Erde geschaltet. Um ein Weglaufen des Motors durch einen Komponentenfehler wie einem Kurzschluß des MOSFETs 354 zu verhindern, überwacht die Zenerdiode 370 ständig die Motor-Aktivierungsspannung. Eine übermäßige Motorspannung hat zur Folge, daß die Diode 370 leitend wird, wodurch der Transistor 380 eingeschaltet wird. Die Spule 364c wird damit aktiviert, um die Schalter 364a und 364b zu öffnen und dadurch den Motor von der Leitung zu trennen.
• Der Transistor 382 reagiert auf einen unkontrollierten Motorbetrieb in einem (nicht gezeigten) Motor-Abschaltsystem. In diesem System wird normalerweise vom Mikroprozessor des Steuersystems periodisch auf einen Laufzeitüberwacher zugegriffen. Wenn der Mikroprozessor anhand der Positionsänderungssignale feststellt, daß sich der Motor dreht, ohne daß er entsprechend angesteuert wird, beendet der Mikroprozessor die Zugriffe auf den Laufzeitüberwacher. Nach einer vorgegebenen Zeitspanne, während der kein Zugriff vom Mikroprozessor erfolgt ist, veranlaßt der Laufzeitüberwacher, daß das Pumpenabschaltsystem den Transistor 382 und die Spule 364c aktiviert, wodurch die Schalter 364a und 364b geöffnet werden und der Motor von der Leitung getrennt wird.
• Um Batterieleistung zu sparen, wird der optische Kodierer nur Periodisch betrieben. Bei jedem Zeitgeber-Interrupt wird einer der Lichtstrahlsender im optischen Kodierer 90 aktiviert und das Ausgangssignal des entsprechenden Strahlsensors erfaßt und gespeichert. Nach dem Verstreichen von 2,5 msek veranlaßt der nächste Zeitgeber-Interrupt, daß die Erfassungsschaltung 390 aktiviert wird und das andere optische Signal erfaßt. Die Zustände der beiden Sensorsignale werden mit den vorher aufgezeichneten Zuständen verglichen. Wenn keine Änderung festgestellt wird, wird kein Ausgangssignal abgegeben. Wenn jedoch eine Änderung im Zustand eines der Signale festgestellt wird, erzeugt die Erfassungsschaltung 390 an ihrem Ausgang einen Positionsänderungsimpuls P. Mit dieser Vergleichstechnik können sowohl positive als auch negative Drehrichtungen erfaßt werden, und die Subsysteme, die die Positionssignale verwenden, sind dafür vorgesehen, entsprechend zu reagieren. Die Anzahl von Impulsen P, die seit dem letzten Ausgangspositions-Signal aufgetreten sind, und damit ein Maß für die gegenwärtige Nockenposition wird durch einen P-Impulszähler im Subsystem 300 akkumuliert.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Funktionen des Subsystems 300 für die Berechnung von K vorteilhaft durch Mikroprozessor-Softwareroutinen ausgeführt, die in den Flußdiagrammen der Fig. 6 und 7 dargestellt sind. Am Anfang des Flußdiagramms der Fig. 6 wird das Gesamtvolumen der Lösung, die die Pumpe bisher während des Infusionsvorganges zugeführt hat (gepumptes Gesamtvol.) durch Hinzuaddieren des während des letzten Pumpzyklusses gepumpten Volumens, das vom Subsystem 106 gemessen wurde, zu der laufenden Akkumulation auf den neuen Stand gebracht. Die gemessene Durchflußrate (netto) bei dem Vorgang wird dann durch Teilen des gepumpten Gesamtvolumens durch die Zeit, für die die Pumpe gearbeitet hat (Gesamtpumpzeit), berechnet. Die während des letzten Pumpzyklusses gemessene Durchflußrate wird durch Teilen des zuletzt gepumpten Volumens durch die Dauer der letzten Pumpenumdrehung berechnet. Ein Langzeit-Durchflußratenfehler (netto) wird durch Subtrahieren der gemessenen Netto-Durchflußrate von der vom Bediener gewünschten Durchflußrate (Soll-Durchflußrate netto) bestimmt. Ein Kurzzeit-Durchflußratenfehler über den vorhergehenden Pumpzyklus (letzter Durchflußratenfehler) wird durch Subtrahieren der zuletzt gemessenen Durchflußrate vom Durchflußratensollwert bei der letzten Pumpenumdrehung berechnet. Um ein schnelles Ansprechen auf große Änderungen in der Durchflußrate zu erhalten, wird ein Ableitungsterm durch Mitteln einer gewichteten Summe von einigen der letzten Durchflußratenfehlern berechnet. Es wird dann eine Soll-Durchflußrate für die nächste Pumpenumdrehung, die einzustellende Durchflußrate, durch Gewichten und Aufsummieren des Netto- Durchflußratensollwertes und des Netto-Durchflußratenfehlers, des letzten Durchflußratenfehlers und der Ableitung des letzten Durchflußratenfehlers berechnet. Die Wahl von Werten für die Gewichtungsfaktoren G1, G2 und G3 stellt ein Mittel zur Auswahl der erwünschten Reaktion des Systems auf Änderungen in den sich variierenden Lang- und Kurzzeit-Betriebsparametern dar.
• Bei der Berechnung der einzustellenden Durchflußrate, ausgedrückt in ml/Std., wird die Kassetten-Komplianz berücksichtigt, da die Berechnung mit dem Volumen beginnt, das beim letzten Pumpzyklus tatsächlich gepumpt wurde, wie es vom Subsystem zur Messung der Komplianz gemessen wurde. Die tatsächliche Zahl erscheint daher im allgemeinen größer als die vom Bediener eingestellte, gewünschte Durchflußrate. Wenn die Kassette zum Beispiel eine Komplianz von 50 % aufweist, kann die für die gewünschten 100 ml/Std. Infusionsrate einzustellende Durchflußrate als Ergebnis der Komplianz-Korrektur als 200 ml/Std. erscheinen. Aus der vorstehenden Beschreibung ist jedoch ersichtlich, daß die Berechnung der einzustellenden Durchflußrate das System kontinuierlich gemäß der gewünschten Durchflußrate steuert.
• Nachdem die Zahl für die einzustellende Durchflußrate bestimmt ist, gibt es mehrere Wege, zu dem richtigen K-Wert für den Motor-Regelkreis zu gelangen. Bei einem direkten Vorgehen wird die Zahl für die einzustellende Durchflußrate dazu verwendet, direkt auf eine Nachschlagetabelle für K-Werte zuzugreifen.. Jeder Zahl für die einzustellende Durchflußrate entspricht in der Tabelle ein korrespondierender K-Wert oder eine Reihe von K-Werten, die im Pumpzyklus zu verschiedenen Zeiten zu verwenden sind. Zum Beispiel kann die Zahl für die einzustellende Durchflußrate zwei K-Werten entsprechen, einem zur Verwendung während des Pumpvorganges und einem anderen zur Verwendung während des Füllvorganges. Es können mehr als zwei K-Werte verwendet werden, um die Pumpe zum Beispiel innerhalb des Zyklusses zuerst zu beschleunigen und dann zu verlangsamen.
• Es wurde eine solche K-Wert-Nachschlagetabelle erstellt, es hat sich jedoch gezeigt, daß sie einen beträchtlichen Speicherplatz benötigt. Demgemäß ist es vorzuziehen, wenn K entsprechend Softwareroutinen berechnet wird, die im Flußdiagramm der Fig. 7 dargestellt sind. In jedem Pumpzyklus werden, beginnend an einem vorgegebenen Punkt des Pumpzyklusses wie dem Auftreten des Ausgangspositionssignales, neue K-Werte berechnet. Das Programm stellt zuerst fest, ob die Zahl für die einzustellende Durchflußrate in den Bereich hoher Durchflußraten (schnell), mittlerer Durchflußraten oder kleiner Durchflußraten (langsam) fällt. Wenn die Zahl in einem hohen Bereich liegt, wie bei 740 ml/Std. für das folgende Beispiel, schreitet das Programm in der linken Spalte des Flußdiagrammes fort.
• Der erste Schritt ist in jedem Zweig des Flußdiagramms die Berechnung des Zeitgeber-Interrupt-Zählerstandes TC pro Pumpenumdrehung. Angenommen, die Komplianzmessung habe ergeben, daß 300 ul tatsächlich bei jedem Pumpzyklus gepumpt werden. Mit den obigen Ausdrücken (1) und (3) ergibt sich NR = (1440/740)(300) = 584 TC/Umdr.
• Der nächste Schritt ist die Verteilung von 584 TC/Umdr. auf die 128 Pumpenpositionen. Das Teilen von 584 durch 128 ergibt einen anfänglichen KO-Wert von vier für jede Position, mit einem Rest von 72. Die 128 Pumpenpositionen sind in vier Gruppen von jeweils 32 Positionen aufgeteilt, zwei für den Pumpvorgang und zwei für den Füllvorgang. Die KO-Werte sind bei diesem Beispiel für jede Position in den vier Gruppen gleich 4, 4, 4 und 4.
• Der Rest 72 wird nun in Inkrementen von 32 auf jede Gruppe von 32 Positionen aufgeteilt, beginnend mit der Gruppe der letzten 32 Füllpositionen. Die Zahl 32 wird vom Rest 72 subtrahiert, mit dem Ergebnis eines weiteren Restes 40. Da der weitere Rest positiv ist, werden die K-Werte für die Positionen in der letzten Gruppe auf fünf erhöht, und die Abfolge der vier Gruppen ist nun 4, 4, 4, 5.
• Der Rest 40 wird wieder um 32 verringert und ergibt erneut einen positiven Rest von diesmal 8. Der positive Rest macht es erforderlich, daß eine weitere Gruppe erhöht wird, und die Abfolge der vier Gruppen ist nun 4, 4, 5, 5.
• Der Rest 8 wird wieder um 32 verringert und ergibt diesmal ein negatives Ergebnis. In Reaktion auf dieses negative Ergebnis verläßt die Routine die Schleife, und die K-Werte für den nächsten Zyklus sind in der Abfolge der Gruppen gleich 4, 4, 5, 5.
• Das heißt, daß für die ersten 32 Impulse P des Pumpzyklusses ein K-Wert von 4 verwendet wird. Die Summe der K-Werte für diesen Viertelzyklus ist daher gleich 128. Der gleiche K-Wert 4 wird während der zweiten Hälfte des Pumpvorganges verwendet, und der Gesamt-K-Wert während des Pumpens ist daher gleich 256.
• Gleichermaßen wird für die 64 P-Impulse des Füllvorganges ein K-Wert von 5 verwendet, mit dem Ergebnis einer Akkumulation von 320 K-Werten über den Füllvorgang. Während des Pumpens und Füllens wird eine Gesamtsumme von 576 K-Werten von der Zählerstand-Gesamtsumme des Addierers subtrahiert, und 576 N-Impulse erhöhen den Addierer während dieser Zeit. Dies weicht um 1,4 % von den erwünschten 584 TC/Umdr. ab, was heißt, daß die Pumpe etwas schneller arbeitet als mit der erwünschten Geschwindigkeit. Dieser kleine Fehler wird während der erneuten Berechnung der Zahl für die einzustellende Durchflußrate korrigiert, nachdem der neue Pumpzyklus beendet ist.
• Um den mittleren Zweig des Flußdiagramms zu erläutern, wird angenommen, daß der Durchflußraten-Sollwert gleich 85 ml/Std. ist, und daß das bei einer Umdrehung gepumpte, gemessene Volumen gleich 302,2 ul ist. Aus den Ausdrücken (1) und (3) ergibt sich ein NR = (1440/85)(302,2) = 5120 TC/Umdr. Bei dieser mittleren Infusionsrate wird ein vorgegebener K-Wert verwendet, um die Füllrate bei einer effektiven Durchflußrate von etwa 175 ml/Std. zu halten. Der vorgegebene K-Wert ist für jede Position während des Füllens gleich 16 für eine Gesamtsumme der K-Akkumulation von 1024 über die 64 Füllpositionen. Die Zahl 5120 für TC/Umdr. wird um diesen K-Akkumulationswert verringert, um eine Zahl 4096 zu ergeben, die über den Pumpzyklus zu verteilen ist. DAs Teilen von 4096 durch die 64 Pumppositionen ergibt einen K-Wert von 64, der beim Erscheinen eines jeden Impulses P während des Pumpvorganges zu subtrahieren ist. In diesem Beispiel wird daher bei jeder Position während des Füllens vom akkumulierten Addierer-Zählerstand ein K von 16 abgezogen, und während des Pumpens wird ein K von 64 abgezogen, mit dem Ergebnis einer K-Gesamtsumme von 5120 gleich der erwarteten Anzahl von Impulsen N. Es ist ersichtlich, daß die K-Werte für die mittlere Rate wesentlich größer sind als die Werte 4 und 5, die bei dem Beispiel für die hohe Rate verwendet wurden.
• Der dritte Zweig des Flußdiagramms für die kleine Rate stellt eine Modifikation des Vorganges für die mittlere Rate dar. Bei diesen sehr kleinen Durchflußraten sind die für TC/Umdr. zu erwartenden Werte sehr groß. Zum Beispiel ergibt eine Rate von einem ml/Std. bei einer Kassette, die 300 ul pro Umdrehung pumpt, eine Zahl für TC/Umdr. von 432 000. Um einen positiven Gegendruck während des größten Teils des Pumpzyklusses aufrechtzuerhalten, wird jedoch die Kassette wieder mit der effektiven Rate von 175 ml/Std. gefüllt, was einen Gesamt- K-Wert von 1024 erfordert. Die Zahl TC/Umdr. wird um diese Größe TCfill verringert. Der Pumpzyklus beginnt mit der gleichen Rate von 175 ml/Std., und es wird der Kassettendruck überwacht, bis sich der Auslaßdruck stabilisiert, nachdem der Auslaß-Öffnungsdruck erreicht ist und das Auslaßventil öffnet. Das kann zum Beispiel zehn Pumppositionen erfordern, was sich zu einem K-Wert von 160 akkumuliert. Diese Zahl, TCöffnen genannt, wird ebenfalls von der Zahl TC/Umdr. abgezogen. Nach diesen beiden Vorgängen hat sich die Pumpe schnell gefüllt und schnell angepumpt, um an der Infusionsstelle einen positiven Gegendruck zu erzeugen.
• Die erniedrigte Zahl TC/Umdr. liegt jedoch immer noch über 430 000, und diese Zahl wird nun über die verbleibende Anzahl Positionen des Pumpvorganges, in diesem Beispiel 54, verteilt, um die erwünschte Durchflußrate von einem ml/Std. zu erhalten. Es ergibt sich daher ein sehr großes K von fast 8000. Um das System für diesen großen Wert zu skalieren, werden die K-Werte durch acht geteilt, woraus sich ein K für die verbleibenden Positionen des Pumpvorganges, KPR, von annähernd 1000 ergibt. Entsprechend wird der Schalter 306 so eingestellt, daß der Zeitgeber-Interrupt-Impulszug durch acht geteilt wird, wodurch die Anzahl der Impulse N skaliert wird.
• Alternativ zur Ausführung der Skalierung am Ende der Berechnungen, wie es in der Fig. 7 gezeigt ist, kann es vorzuziehen sein, die Berechnungen mit vorskalierten Zahlen zu beginnen. Da das tatsächliche Pumpen der Flüssigkeit erst beginnt, wenn der Auslaß-Öffnungsdruck nach den ersten zehn Pumppositionen erreicht ist, wird die Flüssigkeit nur wahrend der letzten 54 von 64 Pumppositionen gepumpt. Das während eines vollen Pumpzyklusses gepumpte Volumen, hier 350 ul, muß daher mit 54/64 multipliziert werden. Daraus ergibt sich ein Volumen pro Umdrehung von 295,3 ul. Die Ausdrücke (1) und (3) werden mit diesem Wert und unter Verwendung eines skalierten Wertes von f/8 = 1440/8 = 180 gelöst. Es ist daher
• NR = (180/1)(295,3) = 53 154 TC/Umdr.
• Der K-Wert TCfill wird mit acht skaliert, um 1024/8 = 128 zu ergeben, und der Wert TCöffnen wird gleichermaßen skaliert, mit dem Ergebnis 160/8 = 20. Die Subtraktion dieser beiden Werte von 53 154 ergibt eine Zahl von 53 006 für TC/Umdr., die über die 54 Pumppositionen zu verteilen ist, über die Flüssigkeit zugeführt wird. Der K-Wert pro Pumpposition ist daher annähernd 982. Die skalierten Werte von 2 für jede der 64 Füllpositionen und 2 für jede der zehn Pumppositionen, bis sich das Auslaßventil öffnet, werden während dieser Phasen des Pumzyklusses verwendet.
• Es ist ersichtlich, daß sich bei dieser sehr kleinen Durchflußrate von einem ml/Std. die Pumpe in etwa zwanzig Sekunden um eine Position vorwärts bewegt. Es ist auch ersichtlich, daß jede Subtraktion eines K-Wertes in der Größenordnung von 1000 den Zählerstand des Addierers auf eine erhebliche negative Zahl bringt, die die Start-Stop-Betriebsweise des Motors hervorruft, die zur Aufrechterhaltung der sehr kleinen Infusionsrate erforderlich ist.

Claims (25)

1. Vorrichtung zum Erfassen der Nachgiebigkeit einer Flüssigkeitspumpenkammer (77) in einem Flüssigkeitspumpensystem, das in einem Füllzyklus und einem Pumpzyklus betrieben werden kann, wobei die Vorrichtung eine Einrichtung (64, 66, 100) zum Messen des Druckes in der Kammer während des Pumpens, eine Einrichtung (64, 66, 100) zum Messen des Druckes in der Kammer während des Füllens und eine Einrichtung (110, 106) zum Bestimmen des Abschnittes (210; 214) eines Zyklusses, über den der Druck in der Kammer einem Übergang zwischen einem im wesentlichen stabilen Pumpdruck (Ppump) und einem im wesentlichen stabilen Fülldruck (Pfil) unterliegt, zur Erfassung der Nachgiebigkeit der Kammer aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Flüssigkeitspumpensystem die Flüssigkeit durch abwechselnd bewegte Einrichtungen (74) zum Verschieben der Flüssigkeit in die und aus der Pumpenkammer (77) in abwechselnden Pump- und Füllzyklen pumpt, und wobei die Bestimmungseinrichtung eine Einrichtung (110) zum Bestimmen der Verschiebung der Verschiebungseinrichtung in der Kammer und eine Einrichtung (106) zum Messen der Änderung der Verschiebung der Verschiebungseinrichtung beim Durchlaufen des Überganges zwischen den Druckpegeln (Ppump; Pfil) des Druckes in der Kammer aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Einrichtung (106) zum Bestimmen des Verhältnisses des genannten Abschnittes (210; 214) des Zyklusses, in dem der Übergang auftritt, zum Gesamtzyklus (210, 212; 214, 216), um eine Meßgröße für die Nachgiebigkeit anzuzeigen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, mit einer Einrichtung (106) zum Bestimmen des Produkts aus dem genannten Verhältnis und dem nominellen Volumen der Kammer, um das Flüssigkeitsvolumen zu bestimmen, das aufgrund der Nachgiebigkeit nicht gepumpt wurde.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, mit einer Einrichtung (106) zum Subtrahieren des Flüssigkeitsvolumens, das wegen der Nachgiebigkeit nicht gepumpt wurde, vom nominellen Volumen, um das Flüssigkeitsvolumen zu bestimmen, das vom Pumpensystem gepumpt wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Zyklus (214, 216), in dem der bestimmte Übergang (214) auftritt, ein Füllzyklus ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Fülldruckpegel (Pfil) ein minimaler Druckpegel und der Pumpdruckpegel (Ppump) ein maximaler Druckpegel ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Einrichtung. (64, 66, 100) zum Messen des Druckes ein Paar von Kondensatorplatten (64, 66), die relativ zueinander in Reaktion auf den Kammerdruck beweglich sind, eine Einrichtung (130) zum Anlegen eines Wechselstromsignales an die Platten und eine Einrichtung (140, 142, 144) zum gleichzeitigen Erfassen der Amplitudenmodulation des Wechselstromsignales aufweist, die durch Änderungen in der Kapazität der Platten hervorgerufen wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, mit einer Einrichtung (182, 180, 170) zum Digitalisieren eines Signales, das den durch die Druckmeßeinrichtung bestimmten Druck darstellt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Digitalisierungseinrichtung eine Einrichtung (182, 170, 180) zum Ausführen einer sukzessiven Approximation des den Druck darstellenden Signals aufweist.

11. Flüssigkeitspumpensystem mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, einer Flüssigkeitspumpenkammer (77), und mit einer Einrichtung (110, 108> zum Steuern der Pumprate des Flüssigkeitspumpensystems gemäß der erfaßten Kassetten- Nachgiebigkeit.

12. Flüssigkeitspumpensystem nach Anspruch 11, wobei die Einrichtung zum Steuern der Pumprate eine Einrichtung (110) zum Steuern der Geschwindigkeit eines Pumpenmotors (224) umfaßt, mit

einer Einrichtung (290; 90) zum Erfassen der Bewegung des Pumpenmotors;

einer Einrichtung (108; 300) zum Berechnen eines Geschwindigkeitssteuerfaktors auf der Basis einer gewünschten Pumprate und dem bezüglich der Kammer-Nachgiebigkeit korrigierten Pumpenkammervolumen;

einer Einrichtung (302) zum Schaffen einer Quelle von Signalen, die mit einer vorgegebenen Rate wiederkehren;

einer Zähleinrichtung (240; 340), die entsprechend den wiederkehrenden Signalen hochgezählt wird und die entsprechend der erfaßten Motorbewegung und dem Geschwindigkeitssteuerfaktor heruntergezählt wird, um ein Motorsteuersignal zu erzeugen; und mit

einer Einrichtung (350, 352) zum Versorgen des Pumpenmotors mit Energie in Reaktion auf das Motorsteuersignal.

13. Flüssigkeitspumpensystem nach Anspruch 12, wobei die Einrichtung zum Erfassen der Motorbewegung einen Positionssensor (90) aufweist.

14. Flüssigkeitspumpensystem nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Zähleinrichtung (240; 340) immer dann um einen Betrag K heruntergezählt wird, wenn eine Änderung in der Motorposition in einer gegebenen Richtung erfaßt wird, wobei der Betrag K vom Geschwindigkeitssteuerfaktor abhängt.

15. Flüssigkeitspumpensystem nach Anspruch 14, wobei die wiederkehrenden Signale durch einen Term N, die Änderungen in der Motorposition durch einen Term P und das Motorsteuersignal durch den Ausdruck N minus (K mal P) dargestellt werden.

16. Flüssigkeitspumpensystem nach Anspruch 12, 13, 14 oder 15, wobei die Einrichtung zum Versorgen des Motors mit Energie einen Digital-Analog-Konverter (350) und einen Impulsbreitenmodulator (352) aufweist.

17. Flüssigkeitspumpensystem nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Pumpenkammer (77) einen Einlaß und einen Auslaß sowie ein Ventil am Auslaß umfaßt, das sich nach Erreichen eines gegebenen Druckpegels in der Kammer öffnet, wobei das Pumpensystem in einem Füllzyklus, in dem die Kammer mit Flüssigkeit gefüllt wird, und einem Pumpzyklus betrieben werden kann, während dem Druck auf die Flüssigkeit in der Kammer ausgeübt wird, und wobei das System eine Einrichtung (100) zum Betreiben des Pumpensystems mit einer ersten vorgegebenen Rate während des Füllzyklusses, eine Einrichtung (100, 120, 108, 106) zum Betreiben des Pumpensystems mit einer zweiten vorgegebenen Rate während eines anfänglichen Abschnittes des Pumpzyklusses, bis der gegebene Druckpegel erreicht ist, und zum Betreiben der Pumpe danach während des Pumpzyklusses mit einer Rate, die einen gewünschten Flüssigkeitsfluß ergibt, aufweist.

18. Flüssigkeitspumpensystem nach Anspruch 17, wobei die erste und die zweite vorgegebene Rate jeweils größer ist als die Rate, die den gewünschten Flüssigkeitsfluß ergibt.

19. Flüssigkeitspumpensystem nach Anspruch 17 oder 18, wobei die erste und die zweite vorgegebene Rate im wesentlichen einander gleich sind.

20. Verfahren zum Erfassen der Nachgiebigkeit einer Flüssigkeitspumpenkammer (77) in einem Flüssigkeitspumpensystem, das in einem Füllzyklus und einem Pumpzyklus betrieben werden kann, wobei das Verfahren das Messen des Druckes in der Kammer (77) während des Pumpens, das Messen des Druckes in der Kammer (77) während des Füllens und das Bestimmen des Abschnittes (210; 214) eines Zyklusses, über den der Druck in der Kammer einem Übergang zwischen einem im wesentlichen stabilen Pumpdruck (Ppump) und einem im wesentlichen stabilen Fülldruck (Pfil) unterliegt, zur Erfassung der Nachgiebigkeit der Kammer umfaßt.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Flüssigkeitspumpen-System die Flüssigkeit durch abwechselnd bewegte Einrichtungen (74) zum Verschieben der Flüssigkeit in die und aus der Pumpenkammer (77) in abwechselnden Pump- und Füllzyklen pumpt, und wobei der Bestimmungsschritt das Bestimmen der Verschiebung der Verschiebungseinrichtung (74) in der Kammer (77) und das Messen der Änderung der Verschiebung der Verschiebungseinrichtung (74) beim Durchlaufen des Überganges zwischen den Druckpegeln (Ppump; Pfil) des Druckes in der Kammer umfaßt.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, mit einem Schritt des Bestimmens des Verhältnisses des genannten Abschnittes (210; 214) des Zyklusses, in dem der Übergang auftritt, zum Gesamtzyklus (210, 212; 214, 216), um eine Meßgröße für die Nachgiebigkeit anzuzeigen.

23. Verfahren nach Anspruch 22, mit einem Schritt des Bestimmens des Produkts aus dem genannten Verhältnis und dem nominellen Volumen der Kammer, um das Flüssigkeitsvolumen zu bestimmen, das aufgrund der Nachgiebigkeit nicht gepumpt wurde.

24. Verfahren nach Anspruch 23, mit einem Schritt des Subtrahierens des Flüssigkeitsvolumens, das wegen der Nachgiebigkeit nicht gepumpt wurde, vom nominellen Volumen, um das Flüssigkeitsvolumen zu bestimmen, das vom Pumpensystem gepumpt wird.

25. Verfahren zum Steuern der Pumprate eines Flüssigkeitspumpensystems, wobei das Verfahren das Erfassen der Nachgiebigkeit einer Pumpenkammer des Systems und das Bestimmen des tatsächlichen Volumens der gepumpten Flüssigkeit nach Anspruch 24 umfaßt, und wobei zur Steuerung der Rate der Flüssigkeitszuführung die Pumprate gemäß dem tatsächlich gepumpten Flüssigkeitsvolumen eingestellt wird.