-
Hintergrund der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Mittel zur Bestimmung des Betriebszustands
einer medizinischen Pumpe. Im Speziellen betrifft diese Erfindung ein
Mittel zur Bestimmung des Flüssigkeitsstatus
in Flüssigkeits-Verdrängerpumpen
zur Verabreichung von Flüssigkeiten
an einen Patienten.
-
Die
moderne medizinische Versorgung beinhaltet oftmals die Verwendung
medizinischer Pumpen zur Verabreichung von Flüssigkeiten und/oder flüssiger Medizin
an Patienten. Medizinische Pumpen ermöglichen die kontrollierte Verabreichung
von Flüssigkeiten
an einen Patienten und solche Pumpen haben Schwerkraft-Flusssysteme größtenteils
ersetzt, hauptsächlich
auf Grund der viel größeren Genauigkeit
der Pumpe im Hinblick auf Verabreichungsraten und Dosierungen und
auf Grund der Möglichkeit
flexibler, aber kontrollierter Verabreichungs-Schemata. Unter den
modernen medizinischen Pumpen werden oftmals diejenigen, die eine Membran
oder Pumpenkassette beinhalten, bevorzugt, da sie für eine genauere
kontrollierte Geschwindigkeit und ein genauer kontrolliertes Volumen
sorgen als andere Arten von Pumpen.
-
Ein
typisches Verdrängerpumpensystem schließt einen
Pumpen-Geräteantrieb
und eine Wegwerf-Kassette ein. Die Wegwerf-Kassette, die ausgebildet ist, um nur
für einen
einzigen Patienten und für einen
Flüssigkeits-Zuführzyklus
verwendet zu werden, ist typischerweise eine kleine Kunststoffeinheit, deren
Einlass und Auslass jeweils durch einen Schlauch mit dem Flüssigkeits-Zuführbehälter und mit
dem Patienten, dem die Flüssigkeit
verabreicht wird, verbunden sind. Die Kassette schließt eine Pumpenkammer
ein, wobei die Strömung
der Flüssigkeit
durch die Kammer von einem Plunger oder Pumpen-Element 38 gesteuert
wird, der/das kontrolliert von dem Geräteantrieb aktiviert wird.
-
Zum
Beispiel kann die Kassettenkammer eine Wand haben, die von einer
flexiblen Membran geformt wird, welche vom Plunger und vom Antrieb hin-
und herbewegt wird, um Flüssigkeit
zum Strömen
zu bringen. Die Pumpen-Antriebsvorrichtung schließt den Plunger
oder das Pumpen-Element 38 zur Steuerung der Strömung der
Flüssigkeit
in die und aus der Pumpenkammer in der Kassette ein und sie schließt auch
Kontrollmechanismen ein, um sicherzustellen, dass das Fluid an den
Patienten mit einer voreingestellten Geschwindigkeit, auf vordefinierte
Art und Weise und nur für
einen bestimmten, im Voraus ausgewählten Zeitraum oder eine im
Voraus ausgewählte
Gesamtdosierung, verabreicht wird.
-
Die
Flüssigkeit
tritt in die Kassette durch einen Einlass ein und wird unter Druck
durch einen Auslass gedrückt.
Die Flüssigkeit
wird zum Auslass befördert,
wenn der Pumpen-Plunger zur Verdrängung der Flüssigkeit
die Membran in die Pumpenkammer drückt. Während des Einlasshubs zieht
sich der Pumpen-Plunger zurück,
die Membran, welche die Pumpenkammer bedeckt, zieht sich aus ihrer
zuvor vollständig
verschobenen Anordnung zurück
und die Flüssigkeit
wird dann durch den offenen Einlass und in die Pumpenkammer gezogen.
In einem Pumpenhub drückt
der Pumpen-Plunger
die Membran zurück
in die Pumpenkammer, um die darin enthaltene Flüssigkeit durch den Auslass
zu drücken.
Daher strömt
die Flüssigkeit
aus der Kassette in einer Reihe getrennter Impulse und nicht in
einem kontinuierlichen Fluss.
-
Eine
der Anforderungen an eine medizinische Pumpe ist, dass sie erkennen
kann, wann sie unter bestimmten abnormen Bedingungen arbeitet und
dass sie den Benutzer auf diese Probleme aufmerksam machen kann.
Im Speziellen sollte es die Pumpe erkennen, wenn die Strömung der
Flüssigkeit blockiert
ist, sich keine Flüssigkeit
in der Leitung befindet, sich keine Kassette in der Pumpe befindet,
ob die Pumpe korrekt angesaugt hat und ob die Ventile in der Pumpe
korrekt schließen.
-
Frühere Pumpen,
die alle diese Informationen liefern konnten, nutzten mindestens
zwei Sensoren, die mit der Pumpenkammer oder Schläuchen verbunden
waren, um dem Steuerungssystem Informationen bezüglich der Flüssigkeitsbedingungen
zuzuführen.
-
Die
Nutzung mehrerer Sensoren benötigt mehr
physischen Platz in der Pumpe und führt möglicherweise zu höheren Herstellungs-Stückkosten.
-
-
Daher
ist es ein Hauptziel dieser Erfindung, Mittel bereitzustellen, um
einen einzigen Drucksensor zur Unterscheidung zwischen Betriebszuständen in
einer medizinischen Pumpe zu verwenden.
-
Diese
und andere Ziele werden für
den Fachmann ersichtlich sein.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Eine
medizinische Pumpe zur Verwendung mit einer Kassette, die eine Pumpenkammer
hat, ist offenbart mit den Merkmalen, die in Anspruch 1 dargelegt
sind. Die Pumpe schließt
ein Pumpen-Element
mit einer Kolbenschieber-Gruppe ein, das die Pumpenkammer während eines
Pumpenzyklus intermittierend unter Druck setzt. Die Kolbenschieber-Gruppe
hat einen Kolbenkopf, der mit einem Hauptkörper verbunden ist, wobei ein
einziger Drucksensor dazwischen positioniert ist. Eine Nockenwelle ist
mit dem Pumpen-Element, einem Einlass-Steuerelement und einem Auslass-Steuerelement zum
Verschließen
der Pumpenkammer gegenüber
der Strömung,
wenn die Pumpenkammer unter Druck gesetzt wird, verbunden. Ein Positionssensor
erfasst die Position des Pumpen-Elements.
Ein Prozessor empfängt
Druck- und Positionsdaten vom dem Druck- und Positionssensoren.
Der Prozessor verarbeitet diese Daten, um den Betriebszustand der
Pumpe zu bestimmen. Die erfassten Betriebszustände schließen Folgendes ein: blockierte
Flüssigkeitsströmung, keine
Flüssigkeit
in der Leitung, keine Kassette mit der Pumpe verknüpft, korrekte
Pumpenansaugung oder korrekte Ventilabdichtung.
-
Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
ein schematisches Diagramm der Kassettenpumpe, das die funktionellen
Komponenten der Pumpe und der Kassette darstellt;
-
Die 2 und 3 sind
perspektivische Ansichten einer Kassette zur Verwendung mit der Pumpe
der vorliegenden Erfindung;
-
4 ist
eine interne Seitenansicht der Pumpe der vorliegenden Erfindung;
-
5 ist
eine perspektivische Ansicht des Pumpen-Elements der vorliegenden Erfindung;
-
6A ist
eine perspektivische Ansicht des Einlass-Steuerelements der vorliegenden Erfindung;
-
6B ist
eine perspektivische Ansicht des Auslass-Steuerelements der vorliegenden Erfindung;
-
7 ist
eine Seitenansicht der Nockenwelle der vorliegenden Erfindung;
-
8 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 7, welche
den Kolbenvorsprung der Nockenwelle der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
9 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 7, welche
den Einlass-Vorsprung der Nockenwelle der vorliegenden Erfindung
darstellt;
-
10 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in 7, welche
den Auslass-Vorsprung der Nockenwelle der vorliegenden Erfindung
darstellt;
-
11 ist
eine Endansicht von Sensormagneten, die sich an der Nockenwelle
der Pumpe der vorliegenden Erfindung befinden;
-
12 ist
ein Graph, der Kraftdaten aus einem Pumpenzyklus zeigt, die einen
anormalen Lufthub darstellen;
-
13 ist
ein Graph, der Kraftdaten aus einem Pumpenzyklus zeigt, die einen
normalen Flüssigkeitshub
darstellen;
-
14 ist
ein Graph, der Kraftdaten zeigt, welche die Anwesenheit und Abwesenheit
einer Kassette in der Pumpe darstellen;
-
15 ist
ein Graph, der Kraftdaten aus einem Pumpenzyklus zeigt, die erschwerte
Auslass-Strömung
darstellen; und
-
16 ist
ein Graph, der Strömungsgeschwindigkeits- Testdaten zeigt,
die mit einer großen Bandbreite
von Kassetten und Pumpen, welche die vorliegende Erfindung verwenden,
erfasst wurden.
-
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
-
1 ist
ein schematisches Diagramm, das die funktionellen Komponenten einer
medizinischen Pumpe 10 darstellt, welche in Verbindung
mit einer Wegwerf-Kassette 12 verwendet wird, um einem
Patienten eine Flüssigkeit
zu verabreichen. Es wird für Personen
mit grundlegenden Fachkenntnissen deutlich sein, dass der Begriff "medizinische Pumpe", wie hierin verwendet,
Folgendes einschließt,
aber nicht darauf beschränkt
ist: enterale Pumpen, parenterale Infusionspumpen, bewegliche Pumpen
oder jede Flüssigkeits-Verdrängerpumpen-Vorrichtung
zur Verabreichung von Flüssigkeiten
an einen Patienten.
-
Die
medizinische Pumpe 10 und die Kassette 12 sind
mit mehreren Komponenten zur Implementierung der vorliegenden Erfindung
dargestellt. Für Personen
mit grundlegenden Fachkenntnissen wird offensichtlich sein, dass
die Pumpe 10 und die Kassette 12 viel mehr Komponenten
einschließen
als diejenigen, die in 1 dargestellt sind. Es ist jedoch nicht
notwendig, dass alle diese Komponenten gezeigt werden, um eine beispielhafte
Ausführungsform zur
Praktizierung der vorliegenden Erfindung zu offenbaren. Die an den
Inhaber des vorliegenden Patents übertragene und gleichzeitig
anhängige
nicht vorläufige
Anmeldung U.S.-Seriennummer 29/166,389
mit dem Titel PUMP CASSETTE offenbart die spezielle Kassette 12,
die unten beschrieben ist. Pumpenkassetten und Kassettenpumpen im
Allgemeinen sind im Fachgebiet der Verabreichung medizinischer Flüssigkeiten
gut bekannt, wie durch die an den Inhaber der vorliegenden Anmeldung übertragenen
U. S.-Patente Nummer 4,818,186; 4,842,584 und 5,000,664 verdeutlicht
wird, deren gesamte Offenbarung und Zeichnungen hierin speziell
durch die Bezugnahme eingeschlossen sind.
-
Kassette 12 schließt ein Gehäuse 14 ein,
an dem sich eine Einlass-Öffnung 16 zur
Aufnahme der Flüssigkeit
befindet, die aus einem IV-Beutel oder anderem Flüssigkeitsbehälter (nicht
dargestellt) strömt. In ähnlicher
Weise verbinden Flüssigkeits leitungen (nicht
dargestellt) eine Auslass-Öffnung 18 am
Gehäuse 14 mit
dem Körper
eines Patienten.
-
Eine
Pumpenkammer 20 ist in Flüssigkeits-Strömungsaustausch
zwischen der Einlass-Öffnung 16 und
der Auslass-Öffnung 18 angeschlossen. Die
Pumpenkammer 20 arbeitet, um Flüssigkeit durch die Kassette 12 zu
dosieren.
-
Ein
Einlass-Ventil 22 befindet sich zwischen der Einlass-Öffnung 16 und der
Pumpenkammer 20. Das Einlass-Ventil 22 arbeitet,
um den Flüssigkeitsaustausch
zwischen der Einlass-Öffnung 16 und
der Pumpenkammer 20 physikalisch zu öffnen und zu schließen.
-
Ähnlich befindet
sich ein Auslass-Ventil 24 zwischen der Pumpenkammer 20 und
der Auslass-Öffnung 18.
Das Auslass-Ventil 24 arbeitet, um den Flüssigkeitsaustausch
zwischen der Pumpenkammer 20 und der Auslass-Öffnung 18 physikalisch zu öffnen und
zu schließen.
Die Pumpenkammer 20, das Einlass-Ventil 22 und
das Auslass-Ventil 24 sind alle operativ mit der Pumpe 10 verbunden,
um die Strömung
der Flüssigkeit
durch die Kassette 12 zu steuern.
-
Unter
Bezugnahme auf die 2 und 3 ist eine
Ausführungsform
der Kassette 12 dargestellt. Es wird für Personen mit durchschnittlichem
Fachwissen ersichtlich sein, dass eine Kassette mit einer anderen
Konstruktion als derjenigen, die in 2 bis 3 dargestellt
ist, mit der Pumpe 10 verwendet werden kann, ohne von der
vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
Unter
Bezugnahme auf die 1 ist ein Prozessor 26 in
die Pumpe 10 eingeschlossen und führt verschiedene Operationen
aus, die unten detaillierter beschrieben sind. Eine Anzeige/Eingabevorrichtung 28 kommuniziert
mit dem Prozessor 26 und ermöglicht es dem Benutzer, Ausgaben
vom Prozessor 26 zu erhalten und/oder Informationen in
den Prozessor 26 einzugeben. Für Personen mit durchschnittlichem Fachwissen
wird offensichtlich sein, dass die Anzeige/Eingabevorrichtung 28 als
separate Anzeigenvorrichtung und separate Eingabevorrichtung bereitgestellt
werden kann.
-
Ein
Speicher 30 kommuniziert mit dem Prozessor 26 und
speichert Code und Daten, die für
den Prozessor 26 notwendig sind, um die Betriebsbedingungen
der Pumpe 10 zu berechnen und auszugeben. Im Speziellen
speichert der Speicher 30 einen Algorithmus-Code 32,
der gemäß der vorliegenden Erfindung
gebildet wird zur Verarbeitung von Daten, um den Betriebszustand
der Pumpe 10 zu bestimmen.
-
Diese
Algorithmen, Gütefaktor-Berechnungen
und andere Details des Verfahrens zur Verwendung von Druck- und
Positionsdaten, um den Betriebszustand der Pumpe 10 zu
bestimmen, welche hierin nicht behandelt werden, können mit
Bezug auf die an den Inhaber der vorliegenden Anmeldung übertragene
und gleichzeitig anhängige
nicht vorläufige
Anmeldung mit dem Titel METHOD FOR DISCRIMINATING BETWEEN OPERATING
CONDITIONS IN MEDICAL PUMP bestimmt werden, die Priorität aus den
vorläufigen
Anmeldungen U. S.-Seriennummer 60/418,914 und 60/418,986 beansprucht,
deren Offenbarung und Zeichnungen hierin durch die Bezugnahme spezifisch
und vollständig eingeschlossen
sind. Die Offenbarungen und Zeichnungen der vorläufigen Anmeldungen U. S.-Seriennummer
60/418,986 und 60/418,914 sind ebenfalls hierin durch die Bezugnahme
spezifisch und vollständig
eingeschlossen.
-
Ein
Elektromotor 34, gesteuert vom Prozessor 26, wird
von einer Stromversorgung (nicht dargestellt) mit Energie versorgt,
um als Antriebsmaschine zum drehbaren Antreiben einer Welle 36 zu
dienen. Der Motor 34 ist ein 6-Volt-Dauermagnet-GS-Getriebemotor
mit einem 249:1-Getriebe (nicht dargestellt) am Ausgang der Motorwelle 36.
Dieser Motor 34 läuft mit
verschiedenen Geschwindigkeiten, abhängig von den Strömungsraten.
Beim Abwärtshub
oder Förderabschnitt
des Hubs läuft
der Motor 34 direkt von der Stromversorgung (nicht dargestellt).
Der Aufwärtshub,
Rückzugs-
oder Füllabschnitt
des Hubs wird mit einer Spannung betrieben, die vom Prozessor 26 festgesetzt
wird, so dass die Rückzugszeiten
ungefähr
1,3, 1,4, 1,6 oder 2,0 Sekunden betragen, wobei höhere Strömungsraten
schnellere Rückzugsgeschwindigkeiten
erfordern.
-
Ein
Pumpen-Element 38 ist operativ mit der Welle 36 verbunden.
Bei Beaufschlagung mit Energie bewegt sich das Pumpen-Element 38 vor
und zurück, um
periodisch einen Abwärtshub auszuführen, wodurch
das Pumpen-Element 38 veranlasst wird, auf die Membran 21 der
Pumpenkammer 20 zu drücken und
Flüssigkeit
durch die Kassette 12 zu treiben. Bei einem Aufwärtshub setzt
das Pumpen-Element 38 Druck aus der Pumpenkammer 20 frei
und zieht so Flüssigkeit
aus der Einlass-Öffnung 16 in
die Pumpenkammer 20.
-
Unter
Bezugnahme auf die 4 und 5 ist das
Pumpen-Element 38 als
Kolbenschieber-Gruppe 40 ausgebildet. Die Kolbenschieber-Gruppe 40 schließt einen
Kolbenkopf 42 zur Berührung
der Pumpenkammer 20 ein, die mit einem Hauptkörper 44 verbunden
ist. Schieber 46 ermöglichen
es der Kolbenschieber-Gruppe 40, verschiebbar mit Schienen
(nicht dargestellt) in einem Pumpengehäuse 48 verbunden zu
werden. Eine Bohrung 50 verläuft durch den Hauptkörper 44 und
bietet eine Fläche
zur Übertragung
von Kraft vom Motor 34 auf das Pumpen-Element 38.
-
Unter
Bezugnahme auf die 1 ist ein Einlass-Steuerelement 52 operativ
mit der Welle 36 verbunden. Wenn es mit Energie beaufschlagt
wird, bewegt sich das Einlass-Steuerelement 52 vorwärts und
rückwärts, um
periodisch einen Abwärtshub
auszuführen,
was das Einlass-Steuerelement 52 veranlasst, auf das Einlass-Ventil 22 zu
drücken,
wodurch die Pumpenkammer 20 für das Einströmen von
Flüssigkeit
geschlossen wird. Bei einem Aufwärtshub setzt
das Einlass-Steuerelement 52 Druck aus dem Einlass-Ventil 22 frei
und ermöglicht
so die Strömung von
Flüssigkeit
aus der Einlass-Öffnung 16 in
die Pumpenkammer 20.
-
Unter
Bezugnahme auf die 4 und 6A ist
das Einlass-Steuerelement 52 als
Einlass-Schieber-Gruppe 54 ausgebildet. Die Einlass-Schieber-Gruppe 54 schließt einen
Einlass-Stift 56 zum Berühren des Einlass-Ventils 22 ein
und ist mit einem Hauptkörper 58 verbunden
und dagegen vorgespannt. Schieber 60 ermöglichen
es der Einlass-Schieber-Gruppe 54, verschiebbar mit Schienen (nicht
dargestellt) im Pumpengehäuse 48 verbunden zu
werden. Eine Aussparung 62 ist auf dem Hauptkörper 58 positioniert,
um eine Oberfläche
zur Übertragung
von Kraft vom Motor 34 auf das Einlass-Steuerelement 52 bereitzustellen.
-
Unter
Bezugnahme auf die 1 ist ein Auslass-Steuerelement 64 operativ
mit der Welle 36 verbunden. Wenn es mit Energie beaufschlagt
wird, bewegt sich das Auslass-Steuerelement 64 vor und
zurück,
um periodisch einen Abwärtshub
auszuführen, was
das Auslass-Steuerelement 64 veranlasst, auf das Auslass-Ventil 24 zu
drücken
und so die Pumpenkammer 20 für das Ausströmen von
Flüssigkeit zu
schließen.
Bei einem Aufwärtshub
setzt das Auslass-Steuerelement 64 Druck aus dem Auslass-Ventil 24 frei
und ermöglicht
so das Strömen
von Flüssigkeit von
der. Pumpenkammer 20 an die Auslass-Öffnung 18. So wird
der offene oder geschlossene Zustand der Pumpenkammer 20 durch
die Positionierung und Bewegung von Einlass- und Auslass-Steuerelementen 52 und 64 gesteuert.
-
Unter
Bezugnahme auf die 4 und 6B ist
das Auslass-Steuerelement 64 als
Auslass-Schieber-Gruppe 66 ausgebildet. Die Auslass-Schieber-Gruppe 66 schließt einen
Auslass-Stift 68 zum Berühren des Auslass-Ventils 24 ein
und ist mit einem Hauptkörper 70 verbunden
und dagegen vorgespannt. Die Schieber 72 ermöglichen
es der Auslass-Schieber-Gruppe 66, verschiebbar mit Schienen
(nicht dargestellt) im Pumpengehäuse 48 verbunden
zu werden. Eine Aussparung 74 ist am Hauptkörper 70 positioniert,
um eine Fläche
zur Übertragung
von Kraft vom Motor 34 auf das Auslass-Steuerelement 64 bereitzustellen.
-
Unter
Bezugnahme auf die 1 und 7 bis 10 ist
eine einteilige Nockenwelle 76 mit der Welle 36 verbunden
und wird dadurch vom Motor 34 angetrieben. Die Nockenwelle 76 hat
drei Vorsprünge,
einen Vorsprung zum Antreiben des Pumpen-Elements 38, des
Einlass-Steuerelements 52 und des Auslass-Steuerelements 64.
Die Nockenwelle 76 stellt sicher, dass sich die Einlass-
und Auslass-Ventile 22 und 24 immer zu den korrekten
Zeiten im Verhältnis
zum Pumpen-Element 38-Hub öffnen und schließen, um
einen korrekten Betrieb der Pumpe 10 zu erreichen.
-
Ein
Kolbenvorsprung 78 der Nockenwelle 76 wird in
die Bohrung 50 der Kolbenschieber-Gruppe 40 aufgenommen.
Während
der Drehung der Nockenwelle 76 drückt der Kolbenvorsprung 78 gegen die
Bohrung 50, um die Kolbenschieber-Gruppe 40 im
Pumpengehäuse 48 vorwärts und
rückwärts zu treiben.
Diese Bewegungen führen
dazu, dass der Kolbenkopf 42 die Pumpenkammer 20 intermittierend
nach innen drückt,
um Flüssigkeit
durch die Kassette 12 zu treiben.
-
Ein
Einlass-Vorsprung 80 der Nockenwelle 76 berührt die
Aussparung 62 der Einlass-Schieber-Gruppe 54.
Während
der Drehung der Nockenwelle 76 drückt der Einlass-Vorsprung 80 gegen
die Aussparung 62, um die Einlass-Schieber-Gruppe 54 im
Pumpengehäuse 48 vorwärts zu treiben.
Diese Bewegungen führen
dazu, dass der Einlass-Stift 56 intermittierend gegen das
Einlass-Ventil 22 gedrückt wird,
um die Pumpenkammer 20 vom Zulauf abzuschneiden. Sobald
der Einlass-Vorsprung 80 diesen Druck vom Einlass-Stift 56 nimmt,
wird die vorgespannte Kompressionskraft im Einlass-Stift 56 gegen den
Hauptkörper 58 ausgeübt, was
den Hauptkörper 58 veranlasst,
sich vom Einlass-Ventil 22 zurückzuziehen.
-
Ein
Auslass-Vorsprung 82 der Nockenwelle 76 berührt die
Aussparung 74 der Auslass-Schieber-Gruppe 66.
Während
der Drehung der Nockenwelle 76 drückt der Auslass-Vorsprung 82 gegen
die Aussparung 74, um die Auslass-Schieber-Gruppe 66 im
Pumpengehäuse 48 vorwärts zu treiben.
Diese Bewegungen führen
dazu, dass der Einlass-Stift 68 intermittierend gegen das
Auslass-Ventil 24 gedrückt wird,
um die Pumpenkammer 20 von auslaufender Flüssigkeit
abzuschneiden. Sobald der Auslass-Vorsprung 82 diesen Druck
vom Auslass-Stift 68 nimmt, wird die vorgespannte Kompressionskraft
im Auslass-Stift 68 gegen den Hauptkörper 70 freigesetzt, was
den Hauptkörper 70 veranlasst,
sich vom Auslass-Ventil 24 zurückzuziehen.
-
Es
wird für
den Fachmann ersichtlich sein, dass die Aussparungen 62 und 74 und
die Einlass- und Auslass-Vorsprünge 80 und 82,
die mit ihnen verbunden sind, so ausgerichtet und angeordnet sein können, dass
die Einlass- und Auslass-Vorsprünge 80 und 82 die
Einlass- und Auslass-Schieber-Gruppen 54 und 56 ohne
die Hilfe vorgespannter Stifte 56 und 68 von der
Kassette 12 zurückbewegen.
-
Die
Einlass- und Auslass-Vorsprünge 80 und 82 arbeiten,
um die Einlass- und Auslass-Ventile 22 und 24 zu
korrekten Zeiten zu öffnen
und zu schließen,
um sicherzustellen, dass ein unidirektionales Fließen der
Zuführ-Flüssigkeit
durch die Kassette 12 stattfindet. Da sich zu jedem Zeitpunkt
im Pumpen-Element 38- Hub
die eine oder die andere der Einlass- und Auslass-Schieber-Gruppen 54 und 56 in der
geschlossenen Position befindet, verhindern sie auch ein freies
Fließen
der Flüssigkeit
durch die Kassette 12. Zusätzlich dazu, dass freies Fließen verhindert
wird, sind die Einlass- und Auslass-Vorsprünge 80 und 82 konstruiert,
um sowohl die Einlass- als auch die Auslass-Schieber-Gruppe 54 und 66 während der
ersten 35° des
Pumpenzyklus gleichzeitig in der geschlossenen Position zu halten,
was die Erfassung relevanter Druckdaten ermöglicht.
-
Unter
Bezugnahme auf die 1 ist ein Drucksensor 84 operativ
mit dem Pumpen-Element 38 verbunden. Der Drucksensor 84 erfasst
die Kraft auf das Pumpen-Element 38 und erzeugt auf der
Basis dieser Kraft ein Drucksignal. Der Drucksensor 84 kommuniziert
mit dem Prozessor 26 und sendet das Drucksignal zur Verwendung
bei der Bestimmung der Betriebszustände der Pumpe 10 an
den Prozessor 26.
-
Für Personen
mit durchschnittlichem Fachwissen wird ersichtlich sein, dass der
Drucksensor 84 ein Kraftaufnehmer oder eine beliebige andere
Vorrichtung sein kann, welche operativ die Kraft messen kann, die
vom Pumpen-Element 38 auf die Pumpenkammer 20 ausgeübt wird.
Der Sensor 84 misst die Kraft, mit der das Pumpen-Element 38 auf
die Membran 21 drückt.
Diese Kraft besteht aus zwei Hauptkomponenten: der Kraft, die benötigt wird,
um die Membran 21 zu verschieben, und dem Druck der Flüssigkeit
in der Pumpenkammer 20.
-
Unter
Bezugnahme auf die 1, 4 und 5 ist
der Drucksensor 84 mit der Kolbenschieber-Gruppe 40 verbunden.
Der Drucksensor 84 ist direkt zwischen dem Kolbenkopf 42 und
dem Hauptkörper 44 angeschlossen.
Wenn die Kolbenschieber-Gruppe 40 auf die Pumpenkammer 20 drückt, drückt der
Kolbenkopf 42 gegen die Drucksensor 84. Der Drucksensor 84 erfasst
diese Kraft und sendet ein Drucksignal an den Prozessor 26.
-
Unter
Bezugnahme auf die 1 erfasst ein Positionssensor 86 den
Pumpenzyklus der Pumpe 10 durch Bestimmung der Position
des Pumpen-Elements 38. Der Positionssensor 86 wird
als operativ mit der Welle 36 verbunden dargestellt. Der
Positionssensor 86 erzeugt ein Positionssignal, indem er direkt
oder indirekt die Position des Pumpen-Elements 38 erfasst.
Das Positionssignal wird an den Prozessor 26 gesendet.
Der Prozessor 26 nutzt diese Information, um die eingehenden
Druckdaten zu einem bestimmten Abschnitt des Pumpenzyklus in Bezug
zu setzen. Personen mit durchschnittlichem Fachwissen werden erkennen,
dass der Positionssensor 86, wie hierin verwendet, Folgendes
einschließt,
aber nicht darauf beschränkt
ist: mechanische Indikatoren, wie zum Beispiel drehgelenkig angeordnete
Trommelzeiger, elektronische Schalter, Hall-Magnetfeldsensoren und
Positionssensoren auf optischer Basis.
-
Unter
Bezugnahme auf die 1, 4 und 11 ist
der Positionssensor 86 ein Hall-Magnetfeldsensor, der Magneten 88 in
relationalem Kontakt mit der Welle 36 hat. Der Hall-Magnetfeldsensor 86 überwacht
die Magneten 88, um die Drehposition der Welle 36 zu
bestimmen. Die Drehposition der Welle 36 wird verwendet,
um indirekt die Position des Pumpen-Elements 38 zu bestimmen.
Der Positionssensor 86 kommuniziert mit dem Prozessor 26 und
sendet das Positionssignal zur Verwendung bei der Bestimmung der
Betriebszustände
der Pumpe 10 an den Prozessor 26. Für Personen
mit durchschnittlichem Fachwissen wird ersichtlich sein, dass der
Positionssensor 86 die Welle 36, eine Nockenwelle 76,
die an der Welle 36 befestigt ist, oder das Pumpen-Element 38 selbst überwachen
kann.
-
Unter
Bezugnahme auf die 1 arbeitet während des Betriebs zu Beginn
eines Pumpenzyklus das Auslass-Steuerelement 64, um das
Auslass-Ventil 24 zu schließen, so dass kein Flüssigkeitsaustausch
zwischen der Pumpenkammer 20 und der Auslass-Öffnung 18 stattfindet.
Das Einlass-Ventil 22 wird geöffnet, um es der Pumpenkammer 20 zu
ermöglichen,
in Flüssigkeitsaustausch
mit der Einlass-Öffnung 16 zu
stehen. Während
der nächsten
Phase des Pumpenzyklus arbeitet das Einlass-Steuerelement 52,
um das Einlass-Ventil 22 zu schließen, wodurch der Flüssigkeitsaustausch
zwischen der Einlass-Öffnung 16 und
der Pumpenkammer 20 geschlossen wird. Das Auslass-Ventil 24 bleibt
weiterhin geschlossen. Als Nächstes
beginnt das Pumpen-Element 38 eine Abwärtshub-Bewegung, welche das
Pumpen-Element 38 gegen die Pumpenkammer 20 drückt und
so die Pumpenkammer 20 veranlasst, sich zu komprimieren,
wodurch der Druck in der Pumpenkammer 20 erhöht wird.
Der Drucksensor 84 liest diese Druckdaten und überträgt sie an
den Prozessor 26. Unter normalen Bedingungen wird die Pumpenkammer 20 ausreichend
komprimiert und ein gewünschtes
Druckprofil wird erzeugt. An einer bestimmten Position der Welle 36 arbeitet
das Auslass-Steuerelement 64, um das Auslass-Ventil 24 zu öffnen, so
dass Flüssigkeit
von der Pumpenkammer 20 zu der Auslass-Öffnung 18 fließt. Der
Pumpenzyklus wird dann wiederholt.
-
Der
Prozessor 26 ruft den Betriebszustands-Algorithmus 32 aus
dem Speicher 30 ab und wendet ihn auf die Druck- und Positionsdaten
an, die von diesem Pumpenzyklus empfangen wurden. Die Pumpen-Druckdaten
und Pumpen-Positionsdaten werden verarbeitet. Die Erfassung der
Kraft, welche die Pumpenkammer 20 gegen das Pumpen-Element 38 ausübt, und
das Vergleichen dieser Kraft mit derjenigen, die man an diesen Punkt
im Zyklus zu erfassen erwarten würde,
kann alle folgenden Betriebszustände
bestimmen: wann die Strömung
von Flüssigkeit
blockiert ist (Okklusion), wann sich keine Flüssigkeit in der Leitung befindet,
wann sich keine Kassette in der Pumpe befindet, ob die Pumpe korrekt
angesaugt hat und ob die Ventile in der Pumpe korrekt abdichten.
Sobald der Betriebszustand bestimmt wurde, gibt der Prozessor 26 den
Betriebszustand auf der Anzeige 28 aus und/oder nutzt den
ermittelten Betriebszustand, um den Betrieb der Pumpe 10 anzupassen.
-
Unter
Bezugnahme auf die 12 ist eine exemplarische Kraftkurve
dargestellt, in der sich das Pumpen-Element 38 im Wesentlichen
in einer konstanten zyklischen (Sinuswellen-)Bewegung bewegt, das
Pumpen-Element 38 immer genügend Kraft zur Verfügung hat,
so dass seine Geschwindigkeit im Wesentlichen unabhängig ist
von der Kraft, die auf das Pumpen-Element 38 ausgeübt wird,
und die Auslass-Strömung
aus der Pumpenkammer 20 nicht eingeschränkt wird. Diese Kurve wurde
erzeugt unter Verwendung eines handelsüblichen Kraftsensors, erhältlich bei
Strain Measurement Devices, Inc. (SMD) in Meriden, Connecticut,
U. S. A., unter der Teilenummer 2508-020 S420. Zurzeit wird ein
kundenspezifisch angepasster Kraftsensor, erhältlich bei SMD unter der Teilenummer
BAT2656, auf Grund seiner geringeren Größe und Überlastschutzes bevorzugt.
Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Auswahl oder Konstruktion
eines bestimmten Kraftsensors von routinemäßigen Konstruktions-Entscheidungen abhängt, abhängig von
den Anforderungen an die Größe und den
gewünschten
Funktionseigenschaften des Sensors. Die Kurve beginnt am unteren
Totpunkt (Bottom Dead Center, BDC), wobei das Pumpen-Element 38 an
diesem Punkt die Pumpenkammer 20 um etwa 0,10 Zoll (2,54
mm) ablenkt. Während
sich das Pumpen-Element 38 in die Kassette 12 bewegt
(genannt Abwärtshub
oder Ausgabehub, weil Flüssigkeit
aus der Kassette 12 fließt), steigt die Kraft auf ein
Maximum am oberen Totpunkt (Top Dead Center, TDC), dargestellt an
etwa einem Drittel des Weges der Kurve. Das Pumpen-Element 38 bewegt sich
dann aus der Kassette 12 (genannt Aufwärtshub oder Einlasshub, weil
Flüssigkeit
in die Kassette 12 fließt) und die Kraft fällt ab,
bis sie wieder am unteren Totpunkt auf ihrem Minimum liegt (etwa
zwei Drittel des Weges der Kurve). Diese Kurve zeigt dann einen weiteren
BDC- bis TDC-Hub über das
letzte Drittel der Kurve (welche 1,5 vollständige Zyklen der Bewegung des
Pumpen-Elements 38 darstellt). Der Positionssensor 86 ermöglicht es
der Pumpe 10 zu messen, wann sich das Pumpen-Element 38 an
BDC, TDC oder etwa 35° hinter
BDC befinden sollte.
-
In
einer Membran-Pumpe aus dem Stand der Technik schließt sich
das Einlass-Ventil und das Auslass-Ventil öffnet sich am BDC, um das Strömen von Flüssigkeit
aus dem Zylinder während
des Ausgangshubs zu ermöglichen.
Die Pumpe 10 der vorliegenden Erfindung ist jedoch so verändert, dass
sich das Auslass-Ventil 24 nicht öffnet, bevor das Pumpen-Element 38 einen
Teil seines Ausgangshubs (bei ungefähr 35° nach BDC) beendet hat. Wenn
die Kassette 12 während
des Ausgangshubs voll von Flüssigkeit
ist, resultiert die Bewegung des Pumpen-Elements 38 in
die Kassette 12, wobei sowohl das Einlass- als auch das
Auslass-Ventil 22 und 24 geschlossen sind, in
einem signifikanten Anstieg des Drucks der Flüssigkeit und somit der resultierenden Kraft
auf das Pumpen-Element 38. Wenn die Pumpenkammer 20 der
Kassette 12 teilweise mit Luft gefüllt ist, ist der Druckanstieg
erheblich geringer, da Luft viel stärker komprimierbar ist als
Flüssigkeit. 12 zeigt
die Kraftkurve, die mit Luft in der Pumpenkammer 20 erzeugt
wird.
-
Unter
Bezugnahme auf die 13 wird eine Kraftkurve gezeigt,
die erzeugt wurde, als die Kassette 12 voll von Flüssigkeit
war (es ist anzumerken, dass der BDC jetzt leicht nach rechts verschoben
ist und nicht am linken Rand der Kraftkurve auftritt). Die großen Spitzen
resultieren aus dem Aufbau von Druck in der Kassette 12,
der erhebliche Kraft auf das Pumpen-Element 38 ausübt. Wenn
sich das Auslass-Ventil 24 öffnet (etwa ein Viertel des
Weges der Kurve), fällt
der Druck sofort ab und der Druck, der auf das Pumpen-Element 38 ausgeübt wird,
ist nun nur der Druck, der aus der teilweise gedehnten Membran 21 der
Pumpenkammer 20 resultiert. Der Druck beginnt ungefähr bei 35° nach BDC
anzusteigen und die Magneten 88 liefern an dieser Position
ein Signal, damit die Pumpe 10 beginnen kann, Daten zu
erfassen. Durch Untersuchung der Kraftkurve kann man feststellen,
ob die Kassette 12 voll von Flüssigkeit war (d. h. ein Flüssigkeitshub,
beispielhaft dargestellt in 13) oder
ob die Kassette 12 eine signifikante Menge an Luft enthielt
(genannt Lufthub, beispielhaft dargestellt in 12).
-
Der
Prozessor 26 führt
den Algorithmus 32 aus, um die Kraftkurve elektronisch
zu untersuchen und zu bestimmen, ob es sich um einen Flüssigkeits- oder
Lufthub handelt. Das Ergebnis dieses Algorithmus 32 liefert
eine Nummer, die Gütefaktor
genannt wird. Wenn der Gütefaktor über einem
Grenzwert von 450 liegt, interpretiert die Pumpe dies als Flüssigkeitshub,
unterhalb 450, als Lufthub. Für
Personen mit durchschnittlichem Fachwissen wird ersichtlich sein,
dass diese Grenzwerte im Voraus empirisch aus experimentellen Daten
ermittelt werden und von Pumpenmodell zu Pumpenmodell variieren.
-
Die
Pumpe 10 hat auch eine automatische Ansaugfunktion zur
Bestimmung, ob die Pumpe 10 korrekt automatisch angelassen
wurde oder nicht. Wenn die Kassette 12 in der Pumpe 10 installiert wird,
lässt die
Pumpe 10 den Zuführsondensatz (nicht
dargestellt) an, der mit der Kassette 12 verbunden ist.
Die ersten Hübe
der Pumpe 10 während
des Anlassens werden als Lufthübe
erfasst, da die Flüssigkeit
aus dem Zuführsondensatz
(nicht dargestellt) die Pumpenkammer 20 in der Kassette 12 noch
nicht erreicht hat. Wenn zu viele dieser Lufthübe erfasst werden, bevor Flüssigkeitshübe erfasst
werden, wird dies vom Prozessor 26 dahingehend interpretiert, dass
die Pumpe 10 nicht korrekt angesaugt hat und ein entsprechendes
Alarmsignal wird auf dem Display 28 oder anderweitig angezeigt.
Wenn die Pumpe 10 innerhalb der angegebenen Anzahl von
Hüben Flüssigkeitshübe erfasst,
weiß der
Prozessor 26, dass die Kassette 12 erfolgreich
angelassen wurde.
-
Unter
Bezugnahme auf die 14 bestimmt die Pumpe 10 auch,
ob sich keine Kassette 12 in der Pumpe 10 befindet.
Die Membran 21 der Pumpenkammer 20 der Kassette 12,
die in der Pumpe 10 installiert ist, übt einen gewissen Grad an Kraft
auf das Pumpen-Element 38 aus. 14 zeigt
die Ergebnisse des Testens von 4 Kassetten zur Bestimmung ihrer
Eigenschaften im Hinblick auf Kraft im Vergleich zu Ablenkung. Ungefähr 0,10
Zoll (2,54 mm) an Verschiebung der Membran 21 werden erwartet,
wenn eine Kassette 12 in der Pumpe 10 installiert
ist. Die Kraftkurve wird untersucht, um sicherzustellen, dass während eines
Hubs ein gewisser Mindestgrad an Kraft auf denn Drucksensor 84 erfasst
wird. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, interpretiert der
Prozessor 26 dies dahingehend, dass keine Kassette 12 in
der Pumpe 10 installiert war und eine entsprechende Alarmmeldung
wird auf dem Display 28 oder anderweitig ausgegeben. Eine
Alarmmeldung "Keine Kassette" kann ebenfalls bereitgestellt
werden, wenn der Drucksensor 84 keine Ausgangsspannung
liefert.
-
Unter
Bezugnahme auf die 15: Durch Untersuchung der Kraftkurve
nahe TDC kann der Prozessor 26 bestimmen, ob die Strömung der
Flüssigkeit
zu dem Patienten blockiert ist. Der Druck auf das Pumpen-Element 38 ist
die Summe aus der Kraft, die auf das Pumpen-Element 38 von
der Membran 21 ausgeübt
wird (siehe 14), und der Kraft auf das Pumpen-Element 38 auf
Grund der Normalkraft. Während
des normalen Betriebs ist der Druck sehr niedrig, da die Strömung aus
der Kassette 12 nicht behindert wird. Wenn der Auslass-Durchfluss jedoch
von einem signifikanten Hindernis stromabwärts vom Auslass 18 behindert
wird, nimmt der Druck nahe TDC erheblich zu, wie durch die gestrichelte
Linie in 15 dargestellt. Wenn dieser
Druck groß genug
ist, gibt der Prozessor 26 an das Display 28 oder
anderweitig ein Signal oder eine Alarmmeldung aus, das/die angibt,
dass ein Zustand blockierten Durchflusses (Okklusion) existiert.
Es ist anzumerken, dass der Alarm für blockierten Durchfluss akustisch
und/oder visuell ausgegeben wird, obwohl möglicherweise weiterhin eine
gewissen Flüssigkeitsströmung stattfindet.
-
Sobald
sich die Pumpe 10 im normalen Betrieb befindet (d. h. Flüssigkeit
pumpt) und der Drucksensor 84 vier aufeinander folgende
Lufthübe
umfasst, interpretiert der Prozessor 26 diesen Zustand als "Beutel leer"-Zustand. Der Prozessor 26 sendet einen "Beutel leer"-Alarm an das Display 28 oder
anderweitig.
-
Wenn
die Einlass- und/oder Auslass-Schieber-Gruppe 54 und 66 die
Kassette 12 nicht so drücken,
dass eine korrekte Abdichtung erreicht wird, wird die Druckspitze
unterdrückt.
Die unterdrückte Druckspitze
resultiert in einer Reduzierung des berechneten Gütefaktors.
Der Prozessor 26 interpretiert diesen Zustand als inkorrekte
Ventilabdichtung und sendet ein Alarmsignal an das Display 28 oder
benachrichtigt den Benutzer der Pumpe 10 auf andere Weise.
Es ist wichtig, diesen Zustand zu erfassen, da die Pumpe 10 unter
bestimmten Bedingungen zu viel fördern
kann, wenn die Einlass- und die Auslass-Schieber-Gruppe 54 und 66 nicht
für korrekte Abdichtung
sorgen.
-
Unter
Bezugnahme auf die 16 sind Testdaten, die mit einer
großen
Bandbreite von Kassetten und vier verschiedenen Pumpen erfasst wurden,
dargestellt. Diese Daten zeigen, dass, solange die Pumpe 10 einen
Gütefaktor
produziert, der vom Prozessor 26 als Flüssigkeitshub interpretiert
wird, die Pumpe 10 eine Strömungsrate innerhalb etwa 10
ihres kalibrierten Wertes produzieren wird. Somit fördert die Pumpe 10 nicht
signifikant zu viel oder zu wenig Flüssigkeit, solange der Prozessor 26 ermittelt,
dass die Bedingungen des Flüssigkeitshubs
erfüllt
werden.
-
Obwohl
die Erfindung in Verbindung mit den Ausfüh rungsformen davon gezeigt
und beschrieben wurde, versteht es sich, dass zahlreiche Modifikationen,
Substitutionen und Ergänzungen
vorgenommen werden können,
die innerhalb des beabsichtigten breiten Schutzumfangs der folgenden
Ansprüche
liegen. Aus den obigen Ausführungen
ist zu sehen, dass die vorliegende Erfindung mindestens alle der aufgeführten Ziele
erreicht.
-
Dort,
wo technische Merkmale, die in irgendeinem Anspruch erwähnt sind,
von Bezugszeichen gefolgt sind, wurden diese Bezugszeichen nur zu
dem Zweck eingeschlossen, die Verständlichkeit der Ansprüche zu erhöhen und
dementsprechend haben solche Bezugszeichen keine einschränkende Wirkung
auf die Interpretation jedes Elements, das exemplarisch durch solche
Bezugszeichen gekennzeichnet ist.