DE69026170T2

DE69026170T2 - Selbsttestverfahren für einen Ultraschall-Luftblasen-Detektor

Info

Publication number: DE69026170T2
Application number: DE69026170T
Authority: DE
Inventors: James L Henke; John B Slate
Original assignee: Ivac Medical Systems Inc
Current assignee: CareFusion 303 Inc
Priority date: 1989-09-05
Filing date: 1990-09-05
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: JPH03170161A; DE69026170D1; US5053747A; CA2024436A1; JP3295078B2; EP0416911A3; EP0416911A2; CA2024436C; EP0416911B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Ultraschallsystem zum Detektieren des Vorhandenseins von Luft in einer Flüssigkeitsleitung und insbesondere auf ein Selbsttestverfahren zum Sicherstellen, daß jegliche Fehler in dem Ultraschalldetektor für Luft-in-der-Leitung, die nicht betriebssicher sind, automatisch detektiert werden durch periodisches Durchführen eines Selbsttestverfahrens.
In der Vergangenheit hat es zwei primäre Verfahren gegeben, welche verwendet wurden, um Medikamente, die nicht über den Mund eingenommen werden können, einem Patienten zuzuführen. Das erste solche Verfahren geht über eine Einspritzung oder Schuß unter Verwendung einer Spritze und einer Nadel, welche eine große Dosis bei relativ seltenen Intervallen einem Patienten zuführt. Dieses Verfahren ist nicht immer befriedigend, insbesondere wenn das Medikament, das verabreicht wird, potentiell lethal ist und negative Nebenwirkungen aufweist, wenn es in einer großen Dosis zugeführt wird, oder das mehr oder weniger stetig verabreicht werden muß, um die gewünschte therapeutische Wirkung zu erzielen. Dieses Problem führt dazu, daß kleinere Einspritzungen in häufigeren Intervallen gegeben werden, was einen Kompromiß darstellt, der keine befriedigenden Ergebnisse bringt.
Das zweite Verfahren umfaßt die Handhabung eines stetigen Medikamentenflusses an den Patienten, typischerweise durch eine IV-Flasche. Medikamente können auch durch ein IV- System mit einer Einspritzung in ein komplexes System von IV- Röhren, -Schläuchen und anderen Paraphernalia zugeführt werden. Unter Verwendung von Tropfenzählern, die zum Messen der Menge an zugeführter Flüssigkeit verwendet werden, werden am Ende die Medikamente dennoch in einer großen Dosis durch eine Einspritzung in die IV-Leitungen zugeführt, obwohl die Medikamente bis zu einem gewissen Grad in der Trägerflüssigkeit gelöst sein können.
Als eine Alternative zu diesen zwei Verfahren der Verabreichung von Medikamenten an einen Patienten ist die relativ neue Einführung von Medikamenten-Infusionspumpen als willkommene Verbesserung aufgekommen. Medikamenten-Infusionspumpen werden verwendet zur Verabreichung von Medikamenten an einen Patienten in kleinen, abgemessenen Dosen in häufigen Abständen, oder alternativ in dem Fall einiger Vorrichtungen, bei einem niedrigen doch stetigen Zufluß. Die Infusionspumpentherapie kann elektronisch gesteuert werden, so daß sie genaue und abgemessene Dosen in genau bestimmten Intervallen zuführt, wodurch eine vorteilhafte stetige Infusion von Medikamenten an einen Patienten gegeben wird. Auf diese Weise ist die Infusionspumpe in der Lage, den natürlichen Vorgang nachzumachen, wodurch die chemischen Gleichgewichte genauer beibehalten werden durch den Betrieb auf einer stetigen Zeitbasis.
Eine der Anforderungen eines Medikamenten-Infusionssystems wird durch die wichtige Aufbaubetrachtung der Wegwerfbarkeit diktiert. Da ein Teil der Vorrichtung, durch welche Medikamente gepumpt werden, sterilisiert sein muß, sind in den meisten Anwendungen von modernen Medikamenten-Infusionsgeräten einige Teile des Gerätes nur für den einmaligen Gebrauch und werden dann weggeworfen, typischerweise in regelmäßigen Intervallen, wie beispielsweise einmal täglich. Es ist daher wünschenswert, daß der Flüssigkeitspumpenteil der Infusionspumpenvorrichtung wegwerfbar ist, wobei die Flüssigkeitspumpe als anbringbare Kassette ausgestattet ist, was einen preisgünstigen Aufbau ergibt und was leicht auf der Hauptpumpeneinheit zu installieren ist.
Es ist ersichtlich, daß es wünschenswert ist, einen einfachen wegwerfbaren Kassettenaufbau zu haben, um die Kosten der Konstruktion zu verringern, unter Verwendung einer Minimalanzahl von notwendigen Teilen in seinem Aufbau. Der Aufbau der Kassette muß geeignet sein zur Massenproduktion und eine einheitliche Kassette ergeben, welche in der Lage ist, flüssige Medikamente oder andere therpeutische Flüssigkeiten mit einer hochgradigen Genauigkeit zu liefern. Die Kassette sollte mehr als nur gerade eine Flüssigkeitspumpe enthalten; andere Merkmale, die zuvor in peripheren Geräten vorgesehen waren, können in der Kassette enthalten sein.
Ein solches System ist in den begleitenden Anmeldungen des gegenwärtigen Anmelders offenbart, die veröffentlicht wurden unter den Nummern EP-A-321120, EP-A-319269, EP-A- 319279, EP-A-319278, EP-A-319276, EP-A-320168, EP-A-319273, EP-A-319274, EP-A-319268, EP-A-319277, EP-A-319275, EP-A- 341346, EP-A-346546, EP-A-319272 und EP-A-319267.
Eine wesentliche Funktion eines Medikamenten-Infusionssystems ist die Vermeidung der Infusion von einer Flüssigkeit, die mehr als eine minimale Menge von Luftblasen enthält. Obwohl Schritte unternommen werden können, um die Möglichkeit von Luftblasen, welche in einer Flüssigkeit enthalten sind, die in einem Patienten infundiert wird, zu minimieren, ist es entscheidend, die Flüssigkeitsleitung zu überwachen, bevor sie den Patienten erreicht, um sicherzustellen, daß Luftblasen, die in der zu infundierenden Flüssigkeit enthalten sind, detektiert werden. Die Detektierung von Luftblasen in allen Flüssigkeiten, welche infundiert werden sollen, ist daher eine kritische Aufbauanforderung.
Ein Typ von Luft-in-Leitung-Detektor, der in der Vergangenheit verwendet worden ist, ist ein Ultraschalldetektor, welcher einen Ultraschallsensor verwendet, welcher auf einer Seite einer Flüssigkeitsleitung vorgesehen ist, und einen Ultraschallempfänger, der auf der anderen Flüssigkeitsleitung angeordnet ist. Flüssigkeit ist ein guter Leiter für Ultraschallenergie, wohingegen Luft oder Schaum es nicht ist. Wenn entsprechend es eine Luftblase in der Flüssigkeitsleitung zwischen dem Sender und dem Empfänger gibt, wird die Signalstärke stark gedämpft und die Anwesenheit der Blase wird angezeigt. Beispiele von Ultraschalldetektoren für Luft-in-der-Leitung umfassen das US-Patent Nr. 4 764 166 von Spani, und das US-Patent Nr. 4 821 558 von Pastrone et al.
Der Fachmann wird sofort erkennen, daß ein Ultraschalldetektor für Luft-in-der-Leitung eine kritische Komponente für ein Medikamenten-Infusionssystem ist. Daher müssen alle möglichen Ausfälle des Ultraschalldetektors für Luft-in-der-Leitung entweder betriebssicher sein oder sofort detektiert werden. Ein Beispiel für eine betriebssichere Bedingung ist der Ausfall eines der Wandler, wobei in diesem Fall das System anzeigt, daß Luft in der Flüssigkeitsleitung ist, selbst wenn Flüssigkeit vorhanden ist. Andere als die betriebssicheren Ausfälle sind solche, welche anzeigen, daß Flüssigkeit vorhanden ist in der Flüssigkeitsleitung, wenn tatsächlich Luft vorhanden ist. Solche Ausfälle sollten sofort durch das System detektiert werden, obwohl die oben genannten Dokumente bezüglich Vorrichtungen oder Verfahren zum Detektieren von nicht-betriebssicheren Ausfällen schweigen.
Es gibt zwei bekannte nicht-betriebssichere Bedingungen, die in einem Ultraschalldetektor für Luft-in-der-Leitung bekanntermaßen auftreten. Die erste davon liegt vor, wenn der Ausgang des Empfängers bei hohen Werten steckenbleibt. Dies tritt typischerweise auf, wenn ein Kurzschluß in dem Empfänger zur Vcc ist. Wenn diese Situation auftritt, bleibt der Ausgang des Ultraschalldetektors für Luft-in-der-Leitung hoch, was die Anwesenheit von Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung anzeigt, selbst wenn in der Flüssigkeitsleitung Luft ist.
Der zweite nicht-betriebssichere Ausfall liegt vor, wenn es eine elektrische Kopplung zwischen Sender und entweder dem Ultraschallempfangswandler, dem Empfängerschaltkreis oder dem digitalen Ausgangsschaltkreis nach dem Empfängerschaltkreis gibt. Dies kann auftreten aufgrund von Situationen, wie beispielsweise Kurzschlüssen, Streukapazität oder Streuinduktanz. Eine solche elektrische Kopplung kann eine Bandbreite irgendwo zwischen DC und MHz haben. Jede solche elektrische Kopplung oder ein Empfänger, der bei Hoch steckenbleibt, führt dazu, daß das Ultraschalldetektorsystem für Luft-in- der-Leitung anzeigt, daß es Flüssigkeit in der Leitung gibt, selbst wenn tatsächlich Luft in der Leitung vorhanden ist.
Es ist daher die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Selbsttestsystem anzugehen, welches alle diese nicht-betriebssicheren Ereignisse detektiert. Folglich sollte das Selbsttestsystem das Auftreten eines hohen Feststeckens des Empfängerausgangs detektieren und einen Alarm ausgeben und das Pumpsystem abschalten. Das Selbsttestsystem sollte ebenfalls das Auftreten einer elektrischen Kopplung detektieren, welche zu einer falschen Anzeige der Anwesenheit von Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung führt und sollte einen Alarm ausgeben und das Pumpsystem abschalten.
Ein solcher Selbsttest muß periodisch und ausreichend oft durchgeführt werden, um sicherzustellen, daß ein solcher Ausfall sofort detektiert wird, bevor Luft in den Patienten gepumpt wird. Das Selbsttestsystem sollte so wenig wie möglich zusätzliche Komponenten verwenden und keine Modifikation der Kassette erfordern und sollte zudem den höchsten Grad an Genauigkeit beim Detektieren eines Systemausfalls ermöglichen. Das System der vorliegenden Erfindung sollte alle diese Vorteile ergeben und die Nachteile des Standes der Technik überwinden, ohne einen relativen Nachteil einzuführen.
Gemäß der Erfindung ist ein Ultraschall-Luft-in-Leitung- Detektorsystem mit einem Ultraschallsender, der bei einer ersten Resonanzfrequenz betrieben wird, und einem Ultraschallempfänger zum Herstellen eines ersten Ausgangsignals, wenn es in einem Flüssigkeitsdurchgangsweg Flüssigkeit gibt, und eines zweiten Ausgangssignals, wenn es eine Luftblase in dem Flüssigkeitsdurchgangsweg gibt, gekennzeichnet durch ein Selbsttestsystem, das umfaßt: eine Einrichtung zum Betreiben des Ultraschallsenders bei einer zweiten nicht-resonanten Frequenz; eine Monitoreinrichtung für das Ausgangssignal des Ultraschallempfängers, um zu bestimmen, ob das erste Ausgangssignal oder das zweite Ausgangssignal hergestellt wird; und eine Einrichtung zum Liefern eines Fehlersignals, wenn die Monitoreinrichtung feststellt, daß das erste Ausgangssignal durch den Ultraschallempfänger erzeugt wird, wenn der Ultraschallsender bei der zweiten nicht-resonanten Frequenz betrieben wird.
In einer bevorzugten allgemeinen Ausführungsform kann die Erfindung als ein Ultraschalldetektorsystem für Luft-in- der-Leitung mit einem Ultraschallsender, der durch ein frequenzdurchlaufendes Signal betrieben wird, das die Resonanzfrequenz abdeckt, und einen Ultraschallempfänger zur Erzeugung eines ersten Ausgangssignals, wenn es Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsdurchgangsweg gibt, und eines zweiten Ausgangssignals, wenn es Luftblasen in dem Flüssigkeitsdurchgangsweg gibt, wobei ein Selbsttestsystem umfaßt: eine Einrichtung zum Antreiben des Ultraschallwandlers bei einer nicht-resonanten Frequenz, eine Einrichtung zum Überwachen des Ausgangssignals von dem Ultraschallempfänger, um festzustellen, ob der Ausgang oder das zweite Ausgangssignal erzeugt wurde, und eine Einrichtung zum Liefern eines Ausfallsignals, wenn die Überwachungseinrichtung feststellt, daß das erste Ausgangssignal erzeugt wurde durch den Ultraschallempfänger, wenn der Ultraschallsensor nicht bei der zweiten nicht-resonanten Frequenz betrieben wird.
In einer bevorzugten allgemeinen Form kann die Erfindung in einem Ultraschall-Luftblasendetektionssystem gesehen werden mit einem Ultraschallsender, der durch ein frequenzdurchlaufendes Signal angetrieben wird, welches eine Resonanzfrequenz abdeckt, und einem Ultraschallempfänger zur Erzeugung eines ersten Ausgangssignals, wenn es in einem Flüssigkeitsdurchgang Flüssigkeit gibt, und eines zweiten Ausgangssignals, wenn es eine Luftblase in dem Flüssigkeits durchgang gibt, wobei ein Selbsttestsystem umfaßt: eine Einrichtung zum Betreiben des Ultraschallsenders bei einer zweiten nicht-resonanten Frequenz; eine Monitoreinrichtung für das Ausgangssignal des Ultraschallempfängers, um zu bestimmen, ob das erste Ausgangssignal oder das zweite Ausgangssignal erzeugt wurde; und eine Einrichtung zum Liefern eines Fehlersignals, wenn die Monitoreinrichtung feststellt, daß das erste Ausgangssignal durch den Ultraschallempfänger erzeugt wird, wenn der Ultraschallsender bei der zweiten nichtresonanten Frequenz betrieben wird.
Vorzugsweise umfaßt der Ultraschallsender einen ersten Ultraschallwandler, der auf einer Seite des Flüssigkeitsdurchgangsweges angeordnet ist, wobei der erste Ultraschallwandler bei der Resonanzfrequenz in Resonanz befindlich ist; und eine Einrichtung zum wahlweise Betreiben des ersten Ultraschallwandlers entweder bei der ersten Resonanzfrequenz oder bei einer zweiten Nicht-Resonanzfrequenz, bei welcher der erste und der zweite Ultraschallwandler nicht in Resonanz ist, wobei der erste Ultraschallwandler, wenn er durch die erste Frequenz angetrieben wird, Ultraschallvibrationen erzeugt, die zu der einen Seite des Flüssigkeitsdurchgangsweges und durch den Flüssigkeitsdurchgangsweg übertragen werden, um von dem zweiten Ultraschallwandler empfangen zu werden, wenn es Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsdurchgangsweg gibt; wobei die Ultraschallvibrationen im wesentlichen nicht durch den Flüssigkeitsdurchgangsweg gehen und nicht durch den zweiten Ultraschallwandler empfangen werden, wenn es eine Luftblase in dem Flüssigkeitsdurchgangsweg gibt; und in welcher der Ultraschallempfänger umfaßt: einen zweiten Ultraschallwandler, der auf der anderen Seite des Flüssigkeitsdurchgangsweg angeordnet ist, wobei der zweite Ultraschallwandler in Resonanz ist bei der ersten Resonanzfrequenz; und einen Empfänger zum Detektieren der Ultraschallvibrationen, die von dem zweiten Wandler empfangen werden, und entweder das erste Ausgangssignal oder das zweite Ausgangssignal erzeugt. Vorzugsweise ist die Resonanzfrequenz des ersten und/oder zweiten Ultraschallwandlers annähernd die erste Resonanzfrequenz.
Vorzugsweise wird der Ultraschallsender angetrieben durch eine variable Frequenz, die sich von einer dritten bis zu einer vierten Frequenz erstreckt, wobei die erste Resonanzfrequenz in dem Bereich zwischen der dritten und vierten Frequenz fällt. Vorzugsweise weicht die zweite nichtresonante Frequenz im wesentlichen von der ersten Resonanzfrequenz ab.
Vorzugsweise umfaßt die Treibereinrichtung eine Quelle der zweiten nicht-resonanten Frequenz und eine Schalleinrichtung zum Schalten zwischen der ersten Resonanzfrequenz und der zweiten nicht-resonanten Frequenz. In einem bevorzugten System betreibt die Treibereinrichtung der Ultraschallsender periodisch bei der zweiten nicht-resonanten Frequenz, doch betreibt sie den- Ultraschallsender nicht bei der zweiten nicht-resonanten Frequenz, wenn das zweite Ausgangssignal von dem Ultraschallempfänger erzeugt wird. Vorzugsweise betreibt die Treibereinrichtung den Ultraschallsender bei der zweiten nicht-resonanten Frequenz für eine Zeit, die gerade ausreichend ist, um zu bestimmen, daß das erste Ausgangssignal oder das zweite Ausgangssignal erzeugt wurde.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Testen eines Ultraschall-Luftblasen-Detektionssystems angegeben, um sicherzustellen, daß es ordnungsgemäß funktioniert, wobei das Ultraschall-Luftblasen-Detektionssystems einen Ultraschallsender, der bei einer ersten Resonanzfrequenz betrieben wird, und ein Ultraschallempfänger zum Erzeugen eines Ausgangssignal aufweist, wenn es eine Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsdurchgangsweg gibt, und eines zweiten Ausgangssignals, wenn es eine Luftblase in dem Flüssigkeitsdurchgangsweg gibt, gekennzeichnet durch das Betreiben des Ultraschallsenders bei einer zweiten nicht-resonanten Frequenz, Überwachen des Ausgangssignals von dem Ultraschallempfänger, um zu bestimmen, ob das erste Ausgangssignal oder das zweite Ausgangssignal erzeugt wird, und Liefern eines Fehlersignals, wenn in dem Überwachungsschritt festgestellt wird, daß das erste Ausgangssignal durch den Ultraschallempfänger erzeugt wird, wenn der Ultraschallsender bei der zweiten nicht-resonanten Frequenz betrieben wird.
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren die anfängliche Bestimmung, ob das erste Ausgangssignal oder das zweite Ausgangssignal durch den Ultraschallempfänger erzeugt worden ist, und, wenn das zweite Ausgangssignal erzeugt worden ist, Nichtbetreiben des Ultraschallsenders bei der zweiten nichtresonanten Frequenz. Das Verfahren umfaßt vorzugsweise ebenfalls, da es dem Ultraschallsender erlaubt ist, bei der ersten Resonanzfrequenz betrieben zu werden, wenn in dem Überwachungsschritt festgestellt wird, daß das zweite Ausgangssignal durch den Ultraschallempfänger erzeugt wird, wenn der Ultraschallsender bei der zweiten nicht-resonanten Frequenz betrieben wird.
Die Nachteile und Beschränkungen des Standes der Technik, der oben diskutiert wurde, werden von der vorliegenden Erfindung vermieden. Mit dieser Erfindung wird ein Selbsttestsystem angegeben, um die Anwesenheit von Ausfällen festzustellen, die dazu führen, daß das Ultraschalldetektorsystem für Luft-in-der-Leitung die Anwesenheit von Flüssigkeit anzeigt, wenn tatsächlich Luft in der Leitung ist. Das Selbsttestverfahren erfordert nicht die Zugabe von Komponenten zu dem System; stattdessen wird eine neue Verwendung von existierenden Komponenten ausgeführt, welche zur Identifizierung von nicht-betriebssicheren Ausfällen führt, wie oben beschrieben wurde.
Das Selbsttestsystem wird einmal für jeden Pumpzyklus durchgeführt, am Ende der Pumpensequenz. Der Detektor für Luft-in-der-Leitung wird durchgetestet, um zu sehen, wenn er die Anwesenheit von Luft in der Flüssigkeitsleitung anzeigt. Wenn Luft in der Flüssigkeitsleitung angezeigt wird, dann wird das Selbsttestverfahren nicht durchgeführt. Wenn jedoch der Detektor für Luft-in-der-Leitung die Anwesenheit von Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung anzeigt, wird das Selbsttestverfahren durchgeführt.
Zunächst wird die Frequenz, die zum Anregen des Ultraschallsenderwandlers verwendet wird, geändert von einer Resonanzfrequenz oder einem Frequenzbereich, welcher die Resonanzfrequenz einschließt, zu einer Frequenz, die weit weg von der Resonanzfrequenz des Ultraschallsenderwandlers ist. Dann wird unter Ausnützung des Vorteils der kleinen Bandbreite der Ultraschallwandler der Ultraschallsenderwandler überhaupt kein Signal an den Ultraschallempfängerwandler senden. Der Ultraschallempfängerwandler sollte kein Ausgangsslgnal erzeugen, das anzeigt, daß das Signal von dem Ultraschallsenderwandler durch die Flüssigkeitsleitung hindurchgegangen ist.
Das System sollte dann einen Ausgang erzeugen, welcher die Anwesenheit von Luft in der Leitung anzeigt. Die tritt auf aufgrund der verwendeten nicht-resonanten Frequenz. Wenn eine der oben diskutierten nicht-betriebssicheren Fehler aufgetreten ist, dann wird das System immer noch die Anwesenheit von Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung anzeigen, da ein Kurzschluß oder ein elektrisches Übersprechen nicht von der Frequenz abhängt, mit welcher der Ultraschallsenderwandler betrieben wird.
Wenn folglich es einen Ausgang von dem System gibt, der die Anwesenheit von Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung anzeigt, dann liegt klarerweise ein Fehler in dem System vor. In diesem Fall wird ein Fehler angezeigt und das Pumpsystem wird abgeschaltet. Wenn das System anzeigt, daß Luft in der Flüssigkeitsleitung ist, aufgrund der Verwendung nicht-resonanten Frequenz, dann ist die richtige Antwort aufgetreten und das medizinische Infusionssystem kann weitermachen, nachdem die Frequenz auf die Resonanzfrequenz oder den Resonanzfrequenzbereich zurückgesetzt worden ist.
Es mag daher willkommen sein, daß die vorliegende Erfindung ein Selbsttestsystem angibt, welches solche nichtbetriebssicheren Ereignisse detektiert. Auf diese Weise detektiert das Selbsttestsystem das Auftreten, daß der Empfängerausgang hoch steckengeblieben ist, und gibt einen Alarm und schaltet das Pumpsystem ab. Das Selbsttestsystem zeigt ebenfalls das Auftreten einer elektrischen Kopplung an, die eine falsche Anzeige der Anwesenheit von Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung verursacht und gibt einen Alarm aus und schaltet das Pumpsystem ab.
Das Selbsttestsystem führt den Selbsttest periodisch durch und hinreichend oft, um sicherzustellen, daß solch ein Ausfall sofort detektiert wird, bevor Luft in dem Patienten gelangen kann. Das Selbsttestsystem verwendet keine zusätzlichen Komponenten und erfordert keine Veränderung der Kassette und liefert dennoch den höchsten Grad an Genauigkeit bei der Detektierung von Systemfehlern. Das System gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt diese Vorteile und überwindet die Beschränkungen des Standes der Technik, ohne irgendeinen relativen Nachteil einzuführen.
Die Erfindung kann in der Praxis auf verschiedene Weisen ausgeführt werden- und einige Ausführungsformen werden nun beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. In dieser Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen wird ein Richtungssystem verwendet, in welchem vorne, hinten, oben, unten, links und rechts, mit Bezug auf die Betriebsstellung der Kassette und der Hauptpumpeneinheit, definiert sind, wenn sie von der Vorderseite der Hauptpumpeneinheit betrachtet werden. Die begleitenden Zeichnungen:
Fig. 1 ist eine Aufsicht auf einen Körper einer wegwerfbaren Kassette, die den größten Teil des Flüssigkeitsweges durch die Kassette zeigt;
Fig. 2 ist eine Aufsicht auf einen Körper einer wegwerfbaren Kassette, der in Fig. 1 gezeigt ist;
Fig. 3 ist eine rückseitige hervorgehobene (invertierte) Ansicht des Kassettenkörpers, der in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist;
Fig. 4 ist eine Bodenansicht des Kassettenkörpers, der in Fig. 1 bis 3 gezeigt ist;
Fig. 5 ist eine rechte Seitenansicht (invertiert) des Kassettenkörpers, der in den Fig. 1 bis 4 gezeigt ist;
Fig. 6 ist eine linke Seitenansicht des Kassettenkörpers, der in den Fig. 1 bis 5 gezeigt ist;
Fig. 7 ist eine teilweise aufgeschnittene Ansicht von der Vorderseite des Kassettenkörpers, der in den Fig. 1 bis 6 gezeigt ist, wobei eine Blasenfalle gezeigt ist, die verwendet wird, um Luftblasen aus der Flüssigkeit, die der Kassette zugeführt wird, zu entfernen;
Fig. 8 ist eine teilweise aufgeschnittene Ansicht von der rechten Seite (invertiert) des Kassettenkörpers, der in den Fig. 1 bis 6 gezeigt ist, wobei der Zylinder der Flüssigkeitspumpe, die in der Kassette enthalten ist, gezeigt ist;
Fig. 9 ist eine Aufsicht auf eine Ventilmembrane, die verwendet wird, um die Durchgänge auf der oberen Fläche des Kassettenkörpers, der in Fig. 1 gezeigt ist, abzudichten,
Fig. 10 ist eine Bodenansicht der Ventilmembrane, die in Fig. 9 gezeigt ist;
Fig. 11 ist eine vertikaler Schnitt durch die Ventilmembrane, die in Fig. 9 und 10 gezeigt ist, gesehen von der Rückseite;
Fig. 12 ist eine teilweise aufgeschnittene Ansicht von der rechten Seite der Ventilmembrane, die in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist;
Fig. 13 ist eine Aufsicht auf einen Ventilmembranrückhalter, der zum Rückhalten der Ventilmembrane, die in den Fig. 9 bis 12 gezeigt ist, verwendet wird;
Fig. 14 ist eine Bodenansicht des Ventilmembranrückhalters, der in der Fig. 13 gezeigt ist;
Fig. 15 ist eine hervorgehobene Rückseitenansicht des Ventilmembranrückhalters, der in den Fig. 13 und 14 gezeigt ist;
Fig. 16 ist eine hervorgehobene Vorderansicht des Ventilmembranrückhalters, der in den Fig. 13 bis 15 gezeigt ist;
Fig. 17 ist eine rechte Seitenansicht des Ventilmembranrückhalters, der in den Fig. 13 bis 16 gezeigt ist;
Fig. 18 ist eine linksseitige Ansicht des Ventilmembranrückhalters, der in den Fig. 13 bis 17 gezeigt ist;
Fig. 19 ist ein vertikaler Schnitt durch den Ventilmembranrückhalter, der in den Fig. 13 bis 18 gezeigt ist, gesehen von der Vorderseite;
Fig. 20 ist eine teilweise aufgeschnittene Ansicht von der linken Seite des Ventilmembranrückhalters, der in den Fig. 13 bis 19 gezeigt ist;
Fig. 21 ist eine teilweise aufgeschnittene Ansicht von der rechten Seite des Ventilmembranrückhalters, der in den Fig. 13 bis 20 gezeigt ist;
Fig. 22 ist eine Aufsicht auf eine Blasenkammerabdeckung;
Fig. 23 ist eine Bodenansicht der Blasenkammerabdeckung, die in der Fig. 22 gezeigt ist;
Fig. 24 ist eine linksseitige Ansicht der Blasenkammerabdeckung, die in den Fig. 22 und 23 gezeigt ist;
Fig. 25 ist eine Schnittansicht von hinten auf die Blasenkammerabdeckung, die in den Fig. 22 bis 24 gezeigt ist;
Fig. 26 ist eine aufgeschnittene Ansicht (invertiert) von der rechten Seite der Blasenkammerabdeckung, die in den Fig. 22 bis 24 gezeigt ist;
Fig. 27 ist eine Aufsicht auf eine Gleitverriegelung, die sowohl zum Verschließen der Kassette am Platz auf der Pumpeneinheit wie auch zum Abklemmen der IV-Auslaßleitung vor der Installation auf der Hauptpumpeneinheit verwendet wird;
Fig. 28 ist eine rechtsseitige Ansicht der Gleitverriegelung, die in Fig. 27 gezeigt ist;
Fig. 29 ist eine Bodenansicht der Gleitverriegelung, die in den Fig. 27 und 28 gezeigt ist;
Fig. 30 ist eine rückseitige Ansicht der Gleitverriegelung, die in den Fig. 27 bis 29 gezeigt ist;
Fig. 31 ist eine hervorgehobene Vorderansicht der Gleitverriegelung, die in den Fig. 27 bis 30 gezeigt ist;
Fig. 32 ist eine aufgeschnittene Ansicht (invertiert) von der linken Seite der Gleitverriegelung, die in den Fig. 27 bis 31 gezeigt ist;
Fig. 33 ist eine Seitenansicht einer Kolbenabdeckung und einer Manschettendichtung, welche sowohl als ein Kolben wie auch als eine bakterielle Abdichtung dienen;
Fig. 34 ist eine Ansicht von oben auf die Kolbenabdeckung und die Manschettendichtung, die in Fig. 33 gezeigt sind;
Fig. 35 ist eine Ansicht von unten auf die Kolbenabdeckung und auf die Manschettendichtung, die in den Fig. 33 und 34 gezeigt sind;
Fig. 36 ist ein vertikaler Schnitt durch die Kolbenabdeckung und die Manschettendichtung, die in den Fig. 33 bis 35 gezeigt ist;
Fig. 37 ist eine rückseitige Ansicht eines Kolbens vor dem Einsetzen in die Kolbenabdeckung und die Manschettendichtung, die in den Fig. 33 bis 36 gezeigt sind;
Fig. 38 ist eine Vorderansicht des Kolbens, der in Fig. 37 gezeigt ist;
Fig. 39 ist eine Aufsicht auf den Kolben, der in den Fig. 37 und 38 gezeigt ist;
Fig. 40 ist eine linksseitige Ansicht des Kolbens, der in den Fig. 37 und 39 gezeigt ist;
Fig. 41 ist eine Bodenansicht des Kolbens, der in den Fig. 37 bis 40 gezeigt ist;
Fig. 42 ist eine aufgeschnittene Ansicht (invertiert) von der rechten Seite des Kolbens, der in den Fig. 37 bis 41 gezeigt ist;
Fig. 43 ist eine perspektivische Ansicht von oben auf einen Röhrenadapter zur Installation in der Auslaßröhre unter der Gleitverriegelung;
Fig. 44 ist eine aufgeschnittene Ansicht des Röhrenadapters, der in Fig. 43 gezeigt ist;
Fig. 45 ist eine perspektivische Ansicht von oben auf eine zusammengebaute Kassette unter Verwendung der Komponenten, die in den Fig. 1 bis 44 gezeigt sind, wobei die Gleitverriegelung in der offenen Stellung ist;
Fig. 46 ist eine Bodenansicht der zusammengebauten Kassette, die in Fig. 45 gezeigt ist, wobei der Röhrenadapter entfernt ist zur Klarheit und die Gleitverriegelung in der offenen Stellung ist;
Fig. 47 ist eine perspektivische Ansicht von oben auf die zusammengebaute Kassette, die in den Fig. 45 und 46 gezeigt ist, wobei die Gleitverriegelung in der geschlossenen Stellung ist;
Fig. 48 ist eine Bodenansicht auf die zusammengebaute Kassette, die in den Fig. 45 bis 47 gezeigt ist, wobei der Röhrenadapter entfernt ist zur Klarheit und die Gleitverriegelung in der geschlossenen Stellung ist;
Fig. 49 ist eine linksseitige Ansicht des Verriegelungskopfes, der zum Ergreifen und Betätigen des Kolbens verwendet wird;
Fig. 50 ist eine rechtsseitige Ansicht des Verriegelungskopfes, der in Fig. 49 gezeigt ist;
Fig. 51 ist eine Bodenansicht des Verriegelungskopfes, der in den Fig. 49 und 50 gezeigt ist;
Fig. 52 ist eine Obenaufsicht auf den Verriegelungskopf, der in den Fig. 49 bis 51 gezeigt ist;
Fig. 53 ist eine Schnittansicht von der rechten Seite des Verriegelungskopfes, der in den Fig. 49 bis 52 gezeigt ist;
Fig. 54 ist eine rechtsseitige Ansicht des Federrückhalters, der in dem Verriegelungskopf, welcher in den Fig. 49 bis 52 gezeigt ist, angebracht wird;
Fig. 55 ist eine Vorderansicht des Federrückhalters, der in der Fig. 54 gezeigt ist;
Fig. 56 ist eine linksseitige Ansicht der Verriegelungsklammer, die auf dem Verriegelungskopf, welcher in den Fig. 49 bis 52 gezeigt ist, angebracht wird;
Fig. 57 ist eine Bodenansicht der Verriegelungsklammer, die in Fig. 56 gezeigt ist;
Fig. 58 ist eine rückseitige Ansicht der Verriegelungsklammer, die in den Fig. 56 und 57 gezeigt ist;
Fig. 59 ist eine linksseitige Ansicht des Klemmenaufbaus in der öffenen Stellung, wobei der Klemmaufbau gebildet wird durch den Verriegelungskopf, der in den Fig. 49 bis 52 gezeigt ist, den Federrückhalter, der in den
Fig. 54 und 55 gezeigt ist, der Verriegelungsklemme, die in den Fig. 56 bis 58 gezeigt ist, eine Verriegelungsfeder und Stifte zum Zusammenbauen der verschiedenen Komponenten;
Fig. 60 ist eine Bodenansicht des Klemmenaufbaus, der in der Fig. 59 gezeigt ist, wobei der Klemmenaufbau in der offenen Stellung gezeigt ist;
Fig. 61 ist eine linksseitige Ansicht des Klemmenaufbaus, der in den Fig. 59 und 60 gezeigt ist, wobei der Klemmenaufbau in der geschlossenen Stellung gezeigt ist (und in der offenen Stellung in gestrichelten Linien);
Fig. 62 ist eine Bodenansicht des Hauptpumpeneinheitsgehäuses;
Fig. 63 ist eine Vorderansicht des Hauptpumpeneinheitsgehäuses, das in Fig. 62 gezeigt ist;
Fig. 64 ist eine Aufsicht auf das Hauptpumpeneinheisgehäuse, das in den Fig. 62 und 63 gezeigt ist;
Fig. 65 ist eine rückseitige Ansicht (invertiert) des Hauptpumpeneinheitsgehäuses, das in den Fig. 62 bis 64 gezeigt ist;
Fig. 66 ist eine perspektivische Aufsicht auf die Kassettenführung, die verwendet wird, um die Kassette der Fig. 45 bis 48 auf der Hauptpumpeneinheit zu poitionieren;
Fig. 67 ist eine Querschnittsansicht der Kassettenführung, die in Fig. 66 gezeigt ist;
Fig. 68 ist eine Aufsicht auf die Kassettenführung, die in den Fig. 66 und 67 gezeigt ist;
Fig. 69 ist eine Bodenansicht der Kassettenführung, die in den Fig. 66 bis 68 gezeigt ist;
Fig. 70 ist eine Seitenansicht der Pumpenwelle, auf welcher der Klemmenaufbau, der in den Fig. 59 bis 61 gezeigt ist, angebracht wird;
Fig. 71 ist eine rechtseitige Aufsicht auf den Gleitverschluß, der zum Rückhalten der Kassette, welche in den Fig. 43 bis 48 gezeigt ist, in der Stellung auf der Hauptpumpeneinheit verwendet wird;
Fig. 72 ist eine Bodenansicht des Gleitverschlusses, der in Fig. 71 gezeigt ist;
Fig. 73 ist eine linksseitige Ansicht (invertiert) des Gleitverschlusses, der in den Fig. 71 und 72 gezeigt ist, wobei die Blende gezeigt ist, welche verwendet wird, um den Lichtstrahl von der optischen Lichtquelle weg von dem optischen Lichtsensor zu reflektieren, wenn der Gleitverschluß in der offenen Stellung ist;
Fig. 74 ist eine Aufsicht auf den Gleitverschluß, der in den Fig. 71 bis 73 gezeigt ist, wobei die reflektierende Oberfläche gezeigt ist, die verwendet wird, um den Lichtstrahl von der optischen Lichtquelle zu dem optischen Lichtsensor zu reflektieren, wenn der Gleitverschluß in der geschlossenen Stellung ist;
Fig. 75 ist eine Vorderansicht des Gleitverschlusses, der in den Fig. 71 bis 74 gezeigt ist;
Fig. 76 ist eine rückseitige Ansicht des Gleitverschlusses, der in den Fig. 71 bis 75 gezeigt ist, wobei die geneigte Oberfläche gezeigt ist, die verwendet wird, um den Lichtstrahl weg von dem entsprechenden Sensor zu reflektieren, wenn der Gleitverschluß in der offenen Stellung ist;
Fig. 77 ist eine perspektivische Ansicht von oben auf das obere Sensorgehäuse;
Fig. 78 ist ein vertikaler Schnitt durch das obere Sensorgehäuse, das in Fig. 77 gezeigt ist;
Fig. 79 ist eine Aufsicht auf das obere Sensorgehäuse, das in den Fig. 77 und 78 gezeigt ist;
Fig. 80 ist eine Bodenansicht des oberen Sensorgehäuses, das in den Fig. 77 bis 79 gezeigt ist;
Fig. 81 ist eine perspektivische Ansicht von oben auf das untere Sensorgehäuse;
Fig. 82 ist ein vertikaler Schnitt durch das untere Sensorgehäuse, das in Fig. 81 gezeigt ist;
Fig. 83 ist eine perspektivische Ansicht von unten auf das untere Sensorgehäuse, das in den Fig. 81 und 82 gezeigt ist;
Fig. 83A ist eine Bodenansicht des unteren Sensorgehäuses, das in den Fig. 81 bis 83 gezeigt ist;
Fig. 84 ist eine Aufsicht auf einen Teil eines Leitungsschaltkreises, der verwendet wird, um eine elektrische Schnittstelle für ein Paar von Ultraschallwandlern zu bilden;
Fig. 85 ist eine teilweise hervorgehobene perspektivische Ansicht, die zeigt, wie die Ultraschallwandler an dem Leitungsschaltkreis angebracht sind, unter Verwendung eines leitenden Übertragungsbandes;
Fig. 85A ist eine teilweise hervorgehobene perspektivische Ansicht, die eine alternative Ausführungsform zeigt, in welche Teile des Leitungsschaltkreises und des leitenden Übertragungsbandes auf den Rückseiten der Ultraschallwandler Öffnungen hierdurch aufweisen;
Fig. 86 ist eine perspektivische Ansicht von unten, die den Aufbau von Fig. 85, angebracht an dem oberen Sensorgehäuse, zeigt;
Fig. 87 ist eine perspektivische Ansicht von unten, die ein Miniaturschaltkreisbrett zeigt, das auf dem Leitungsschaltkreis des Aufbaus von Fig. 86 angebracht ist;
Fig. 88 ist eine hervorgehobene Vorderansicht eines optischen Sensormoduls;
Fig. 89 ist eine hervorgehobene Seitenansicht des optischen Sensormoduls, das in Fig. 88 gezeigt ist;
Fig. 90 ist eine Aufsicht auf das optische Sensormodul, das in den Fig. 88 und 89 gezeigt ist;
Fig. 91 ist eine Vorderansicht eines Ventilbetätigers;
Fig. 92 ist eine Seitenansicht des Ventilbetätigers, der in der Fig. 91 gezeigt ist;
Fig. 93 ist eine Bodenansicht des Ventilbetätigers, der in den Fig. 91 und 92 gezeigt ist;
Fig. 94 ist eine Aufsicht auf einen der Betätigerführungen, die verwendet werden, um die Ventilbetätiger für eine Kassette zu führen und an ihrer Position zu halten;
Fig. 95 ist eine Seitenansicht der Betätigerführung, die in Fig. 94 gezeigt ist;
Fig. 96 ist eine Aufsicht auf einen Druckwandler;
Fig. 97 ist eine Seitenansicht des Druckwandlers, der in der Fig. 96 gezeigt ist;
Fig. 98 ist eine Bodenansicht des Druckwandlers, der in den Fig. 96 und 97 gezeigt ist;
Fig. 99 ist eine Bodenansicht der elastomeren Ventilbetätigerdichtung, die verwendet wird, um die Ventilbetätiger in ihre Aufwärtsstellung zu drücken;
Fig. 100 ist eine aufgeschnittene Ansicht der Ventilbetätigerdichtung, die in Fig. 99 gezeigt ist;
Fig. 101 ist eine perspektivische Ansicht des Hauptpumpeneinheitsgehäuses, mit den verschiedenen Komponenten für eine Pumpe darauf montiert;
Fig. 102 ist eine Bodenansicht des Hauptpumpeneinheitsgehäuses, wobei die verschiedenen Komponenten für eine Pumpe darauf montiert sind, und der Gleitverschluß in der offenen Stellung bereit ist, die Kassette aufzunehmen;
Fig. 103 ist eine Bodenansicht des Hauptpumpeneinheitsgehäuses, das in Fig. 101 gezeigt ist, wobei der Gleitverschluß in der geschlossenen Stellung gezeigt ist, wie es sein würde, wenn eine Kassette installiert wäre und auf der Hauptpurnpeneinheit befestigt wäre;
Fig. 104 ist eine Seitenansicht, die eine Kassette in der Stellung zeigt, in welcher sie auf der Hauptpumpeneinheit installiert wird;
Fig. 105 ist eine Seitenansicht, die die Kassette zeigt, wie sie an die Hauptpumpeneinheit eingreift, wobei der Röhrenadapter in der konisch erweiterten Vertiefung im Boden des Sensorgehäuses eingreift, um die Auslaßröhre in Eingriff zwischen die Ultraschallwandler zu ziehen;
Fig. 106 ist eine Seitenansicht, die die Kassette voll installiert auf der Hauptpumpeneinheit zeigt, wobei die Gleitverriegelung geschlossen ist und die Auslaßröhre in vollem Eingriff zwischen den Ultraschallwandlern in dem Sensorgehäuse ist;
Fig. 107 ist ein Blockdiagramm des gesamten Betriebssystems der Infusionspumpe gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das Ultraschalldetektorsystem für Luft-in-der- Leitung und der dafür vorgesehene Selbsttest gezeigt sind;
Fig. 108 ist ein schematisches Diagramm des Senderschaltkreises für das Ultraschalldetektorsystem für Luft-in- der-Leitung für alle drei Kanäle;
Fig. 109 ist ein Blockdiagramm des Empfängerschaltkreises für einen Kanal, wobei der Schaltkreis ein Eingangssignal aufweist;
Fig. 110 ist ein schematisches Diagramm für einen Verarbeitungsschaltkreis, der verwendet wird, um das Ausgangssignal von dem Empfängerschaltkreis zu verarbeiten, um ein AILD-Ausgangssignal für jeden Kanal und ein Unterbrechungssignal, das eine Änderung in dem Zustand des AILD-Ausgangssignals für einen der drei Kanäle anzeigt, zu erzeugen;
Fig. 111 zeigt verschiedene Wellenformen, die von dem Schaltkreis der Fig. 107, 108 und 109 erzeugt werden;
Fig. 112 ist ein vereinfachtes Flußdiagramm, das den Betrieb des Detektor-Monitorsystems für Luft-in-der-Leitung zeigt; und
Fig. 113 ist ein vereinfachtes Flußdiagram, das den Betrieb des Detektorselbsttestsystems für Luft-in-der-Leitung zeigt.
Die Kassette: Die bevorzugte Ausführungsform der Kassette gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt alle die oben beschriebenen Merkmale in einer einzigen kompakten wegwerfbaren Kassette, die aus sieben Teilen aufgebaut ist. Die Grundkonstruktion und der Betrieb der Kassette ist Gegenstand der Patentanmeldung EP-A-319278, mit dem Titel "Disposable Cassette for a Medication Infusion System".
Mit Bezug auf die Fig. 43 und 44 ist ein Röhrenadapter 301 gezeigt, der zwischen einer Auslaßröhre 306, welche sich von einer zusammengebauten Kassette 302 erstreckt, und einer Zufuhrröhre 303, welche zum Patienten führt, angeordnet ist. Der Röhrenadapter 301 ist im wesentlichen zylindrisch und ist im ganzen hohl, wodurch die Einlaßröhre 306 und die Zufuhrröhre 303 darin eingesetzt werden kann. Die Einlaßröhre 306 und die Zufuhrröhre 303 in der bevorzugten Ausführungsforrn sind haftend an dem Röhrenadapter 301 befestigt. Am oberen Ende des Röhrenadapters 301 ist ein verjüngter Teil 305 vorgesehen, der einen zunehmend kleineren äußeren Durchmesser gegen das obere Ende aufweist. Unter dem verjüngten Teil 305 ist ein radial sich nach außen erstreckender Flansch 307 vorgesehen.
Der Aufbau und die Konfiguration der Kassette wird mit Bezug auf die zusammengebaute Kassette 302 diskutiert, die in den Fig. 45 bis 48 gezeigt ist. Die Rückhalteabdeckung 190 ist über der Ventilmembrane 170 und dem Kassettenkörper 100 angeordnet und ist durch Ultraschallschweißen am Ort geslchert. Zwar kann haftende Dichtung verwendet werden, doch ist es schwieriger, eine konsistente hermetische Abdichtung sicherzustellen, die in dem Aufbau der Kassette 302 erforderlich ist.
Eine Einlaßröhre 304 ist haftend an dem Innendurchmesser der Einlaßöffnung 238 in der Blasenkammerabdeckung 230 in Flüssigkeitsverbindung mit der Blasenkammer 106 befestigt. Eine Auslaßröhre 306 erstreckt sich durch den breiteren Teil der Öffnung 258 und ist haftend befestigt an dem Innendurchmesser des Auslaßröhrenhaltezylinders 144 in dem Kassettenkörper 100 in Flüssigkeitsverbindung mit dem vierten Durchgang 140 durch die Öffnung 142.
Der Röhrenadapter 301 ist mit dem anderen Ende mit der Auslaßröhre 306 verbunden, und die Zufuhrröhre 303 ist ebenfalls mit dem Röhrenadapter 301 verbunden. Die Einlaßröhre 304 und die Auslaßröhre 306 sind in den Figuren nur teilweise gezeigt; an ihren jeweiligen Enden, die nicht mit der zusammengebauten Kassette 302 verbunden sind, können Verbinderpaßstücke, wie beispielsweise Standardverbinder (nicht gezeigt) vorgesehen werden, welche im Stand der Technik wohl bekannt sind. Die Haftmittel, die zur Befestigung der Einlaßröhre 304 und der Auslaßröhre 306 verwendet werden, um die Kassette 302 zusammenzubauen, sind im Stand der Technik ebenfalls wohlbekannte Techniken. Beispielsweise können Haftmittel, wie Cyclohexanon, Methylendichlorid oder Tetrahydrofuron (THF) verwendet werden.
Die Hauptpumpeneinheit: Die bevorzugte Ausführungsform der Hauptpumpeneinheit, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfaßt eine Anzahl von Komponenten, die zum Halten, Verriegeln und Antreiben der oben beschriebenen Kassette 302 verwendet werden. Diese Komponenten werden nicht ausführlich beschrieben, da sie nicht eng mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung verwandt sind. Für eine vollständige Beschreibung des Aufbaus und der Funktion dieser Komponenten wird auf die Patentanmeldung EP-A-319279, die oben erwähnt wurde, verwiesen.
Das Stromversorgungsmodul zum Antreiben der Hauptpumpeneinheit wird nicht ausführlich beschrieben, da es nicht eng mit dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung verwandt ist. Für eine vollständige Beschreibung des Aufbaus des Stromversorgungsmoduls wird auf die EP-A-319277 verwiesen.
Die Fig. 77 bis 80 zeigen ein oberes Ultraschallgehäuse 800. Das obere Ultraschallgehäuse 800 ist hohl und ist am Boden offen. Die obere Fläche des oberen Ultraschallgehäuses 800 hat U-förmige Kanten 802 und eine gerade Kante 804, wobei eine rechtwinklige Öffnung 806 dazwischen in der oberen Fläche vorgesehen ist. Die U-förmige Kante 802 und die geradlinige Kante 804 sind so bemessen, daß sie in das untere Segment 511 der Kassettenführung 510 passen (Fig. 69).
In der Vorderseite des oberen Ultraschallgehäuses 800 ist eine Ausnehmung 808 vorgesehen zum Aufnehmen der Auslaßröhre 306 der zusammengebauten Kassette 302. Die Ausnehmung 808 ist mehr tief als breit und hat einen trichterförmigen Eingang, wodurch die Auslaßröhre 306 leicht in die Ausnehmung 808 geführt werden kann. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Breite der Ausnehmung 808 kleiner als der äußere Durchmesser der Auslaßröhre 306, so daß, wenn die Auslaßröhre 306 in die Ausnehmung 808 eingebracht wird, diese etwas deformiert wird.
Das Innere des oberen Ultraschallgehäuses 800 kann in drei Bereichen gedacht werden, wobei jeweils eine auf jeder Seite der Ausnehmung 808 und ein dritter Bereich den Teil des oberen Ultraschallgehäuses 800 darstellt, in welchen sich die Ausnehmung 808 nicht erstreckt. Die ersten zwei Bereiche sind Stellen, in welche die Ultraschallwandler (nicht gezeigt) vorgesehen werden, und der dritte Bereich ist die Stelle eines Miniaturschaltkreisbrettes (nicht gezeigt). Mit Bezug insbesondere auf Fig. 80 ist der erste Bereich vorne und auf der rechten Seite des oberen Ultraschallgehäuses 800 begrenzt und durch eine Wand 810 auf der rechten Seite der Ausnehmung 808. Der zweite Bereich vorne und auf der linken Seite des oberen Ultraschallgehäuses 800 ist begrenzt durch eine Wand 812 auf der linken Seite der Ausnehmung 808.
Die Fig. 81 bis 83 zeigen ein unteres Ultraschallgehäuse 814, das auf dem Boden des oberen Ultraschallgehäuses 800 angebracht wird. Wie das obere Ultraschallgehäuse 800 ist auch das untere Ultraschallgehäuse 814 hohl, doch ist das untere Ultraschallgehäuse 814 nach oben offen. Der Frontteil des unteren Ultraschallgehäuses 814 (der Teil, welcher unter dem ersten der zwei Bereiche in dem oberen Ultraschallgehäuse 800 liegt) ist flach, wohingegen der rückwärtige Teil des unteren Ultraschallgehäuses 814 tiefer ist. Das untere Ultraschallgehäuse 814 hat eine Ausnehmung 816, welche unter der Ausnehmung 808 in dem oberen Ultraschallgehäuse 800 vorgesehen ist, wenn das untere Ultraschallgehäuse 814 auf dem oberen Ultraschallgehäuse 800 angebracht ist. Die Ausnehmung 816 hat ebenfalls einen trichterförmigen Eingang, wie die Ausnehmung 808.
Unter dem Bereich des unteren Ultraschallgehäuses 814 mit der Ausnehmung 816 ist eine vertiefte Fläche 818 vorgesehen. Die vertiefte Fläche 818 ist an beiden Seiten links und rechts der Ausnehmung 816 vorgesehen. In der bevorzugten Ausführungsform hat die vertiefte Fläche 818 eine kegelstumpfförmige Form, wie man am besten aus den Fig. 83 und 83A erkennen kann. Die kegelstumpfförmige vertiefte Fläche 818 ist leicht beabstandet von der Vorderseite des unteren Ultraschallgehäuses 814. Am Boden und an der Vorderseite des Ultraschallgehäuses 814 auf jeder Seite der Ausnehmung 816 sind zwei Rampen 820 und 822 vorgesehen, welche gegen die kegelstumpfförmige vertiefte Fläche 818 geneigt sind.
Die vertiefte Fläche 818 und die zwei Rampen 820 und 822 sind so gestaltet, daß sie den verjüngten Teil 305 des Röhrenadapters 301 (Fig. 43) ergreifen und festhalten. Entsprechend ist die Größe der vertieften Fläche 818 im wesentlichen gleich zur Größe des verjüngten Teils 305 des Röhrenadapters 301. Die zwei Rampen 820 und 822 sind angeordnet, wie es in Fig. 83A gezeigt ist, um den verjüngten Teil 305 des Röhrenadapters 301 von einer Position auf den zwei Rampen 820 und 822 zu einer Position in Kontakt mit der vertieften Fläche 818 zu ziehen. Dieser Vorgang des Eingriffs des verjüngten Teils 305 des Röhrenadapters 301 mit der vertieften Fläche 818 wird ausführlich unten diskutiert.
Fig. 84 zeigt einen Teil eines zweistückigen Leitungsschaltkreises 824 und 825. Der Leitungsschaltkreis 824 kann ein gerader Grundteil mit vier orthogonalen sich erstreckenden Seitenarmen umfassen. Ein freigelegtes kreisförmiges Leitungspad 826, 828, 830, 832 ist am Ende von jedem der vier Arme vorgesehen. Eine Reihe von vier Anschlüssen 834, 836, 838, 840 ist auf dem Leitungsschaltkreis 824 an dem Grundteil nahe seines Zentrums angeordnet. Die Leitungspads 826, 828, 830, 832 sind elektrisch mit den Anschlüssen 834, 836, 838, 840 durch die Leiter 850, 852, 854 bzw. 856 verbunden.
Der Leitungsschaltkreis 825 ist ein langes Schwanzsegment mit vier Anschlüssen 842, 844, 846 und 848 an dem Ende nahe des Leitungsschaltkreises 824. Der Grundteil des Leitungsschaltkreises 824 und des Leitungsschaltkreises 825 sind näher zueinander angeordnet und bilden auf diese Weise praktisch ein "T". Vier weitere Leiter 858, 860, 862 und 864 sind in dem Leitungsschaltkreis 825 vorgesehen. Die Leiter 858, 860, 862 und 864 sind elektrisch verbunden mit den Anschlüssen 842, 844, 846 bzw. 848. Ein Fachmann wird begrüßen, daß die Leiter 850, 852, 854 und 856 und die Leiter 858, 860, 862 und 864 elektrisch an beiden Seiten isoliert sind.
Fig. 85 zeigt den Aufbau von zwei Ultraschallwandlern 866 und 868 auf dem Leitungsschaltkreis 824. Die Wandler 866 und 868 sind typische Keramik-Ultraschallwandler. In einem typischen bekannten Aufbau von Ultraschallwandlern wird Löten verwendet, wobei die Gefahr einer möglichen Beschädigung der Keramid-Ultraschallwandler besteht. Die vorliegende Erfindung verwendet stattdessen ein gleitendes passendes Übertragungs band, welches auf beiden Seiten haftend ist und elektrisch leitend ist. Solche leitenden Übertragungsbänder sind kommerziell erhältlich von 3M unter der Produktionsidentifikationsnummer 9703. Ein scheibenförmiges Segment des leitenden Übertragungsbandes 870 sichert sowohl das Leiterpad 826 an einer Seite des Ultraschallwandlers 866 und stellt einen elektrischen Kontakt zwischen dem Leiterband 826 und einer Seite des Ultraschallwandlers 866 her.
In ähnlicher Weise wird ein scheibenförmiges Segment des leitenden Übertragungsbandes 872 angeordnet zwischen dem Leiterpad 828 und der anderen Seite (Vorderseite) des Ultraschallwandlers 866. Das scheibenförmige Segment des leitenden Übertragungsbandes 874 ist zwischen dem Leiterpad 830 und einer Seite (Vorderseite) des Ultraschallwandlers 868 vorgesehen. Das scheibenförmige Segment des leitenden Übertragungsbandes 876 ist angeordnet zwischen dem Leitungspad 832 und der anderen Seite (Rückseite) des Ultraschallwandlers 868. Auf diese Weise werden die Ultraschallwandler 866 und 868 zusammengebaut und elektrisch mit dem Leitungsschaltkreis 824 verbunden.
Die scheibenförmigen Segmente des leitenden Übertragungsbandes 870, 872, 874 und 876 werden in der bevorzugten Ausführungsform verwendet. Anstelle der Verwendung des leitenden Übertragungsbandes kann auch leitendes Epoxy verwendet, obwohl das leitende Übertragungsband bevorzugt wird.
Mit Bezug als nächstes auf Fig. 86 werden die Ultraschallwandler 866 und 868 in das obere Ultraschallgehäuse 800 eingefügt. Der Teil des Leitungsschaltkreises 824 auf der Seite des Leitungspads 828 gegenüber dem Ultraschallwandler 866 ist haftend an der Wand 812 befestigt, wodurch der Ultraschallwandler 866 an der Wand 812 gesichert ist. In ähnlicher Weise ist der Teil des Leitungsschaltkreises 824 auf der Seite des Leitungspads 830 gegenüber dem Ultraschallwandler 868 haftend an der Wand 810 befestigt, wodurch der Ultraschallwandler 868 an der Wand 810 gesicher ist. Das verwendete Haftmittel ist vorzugsweise ein elastomeres Haftmittel, welches in einer dünnen Schicht ohne Luftblasen aufgetragen werden kann. Ein solches Haftmittel ist das Black Max-Haftmittel. Ein kleiner Block von Schaum 878 wird verwendet, um gegen den Ultraschallwandler 866 und die damit verbundenen befestigten Teile des Leitungsschaltkreises 824 zu lagern. Ähnlich wird ein kleiner Schaumblock 880 verwendet, um gegen den Ultraschallwandler 868 und die damit verbundenen befestigten Teile des Leitungsschaltkreises 824 zu lagern.
Der Leitungsschaltkreis 825 wird durch die rechtwinklige Öffnung 806 in das obere Ultraschallgehäuse 800 geführt. Die Leiter 858, 860, 862 und 864 sind elektrisch mit einem Verbinder 882 verbunden. Ein kleines gedrucktes Schaltkreisbrett 884 mit verschiedenen Komponenten (Fig. 87) ist elektrisch mit den Anschlüssen 834, 836, 838 und 840 (Fig. 84) des Leitungsschaltkreises 824 und den Anschlüssen 842, 844, 846 und 848 auf dem Leitungsschaltkreis 825 verbunden. Das gedruckte Schaltkreisbrett 884 ruht dann in dem dritten Bereich in dem oberen Ultraschallgehäuse 800, wie es gezeigt ist.
In einer alternativen Ausführungsform, die in Fig. 85A gezeigt ist, gibt es Öffnungen in den Leitungspads und den scheibenfyrmigen Segmenten des leitenden Übertragungsbandes, das an den Rückseiten von jedem der Ultraschallwandler 866 und 868 vorgesehen ist. Auf diese Weise umfassen das Leitungspad 826 und das Segment 870 jeweils eine Öffnung, die sich durch die Rückseite des Ultraschallwandlers 866 erstreckt. In ähnlicher Weise umfassen das Leitungspad 832 und das Segment 876 eine Öffnung, die sich durch die Rückseite des Ultraschallwandlers 868 erstreckt. Die Öffnungen erlauben es, daß die Ultraschallwandler 866 und 868 freier verkabeit werden können, und die Stärke des Ausgangssignals wird durch diese Öffnungen ungefähr verdoppelt.
Die Öffnungen in den Leitungspads 826 und 832 und in den scheibenförmigen Segmenten des leitenden Übertragungsbandes 870 und 876 sind mittig angeordnet. Durchmesser der Ultraschallwandler 866 und 868 und die Durchmesser der Leitungspads 826, 828, 830 und 832 betragen ungefähr 0,21 Inch (5,3 mm). In der bevorzugten Ausführungsform betragen die Durch messer der Öffnungen in den Leitungspads 826 und 832 und in den Segmenten 870 und 876 ungefähr 0,125 Inch (3,2 mm). Die Größe der Öffnungen wird diktiert einerseits durch den Wunsch, eine Verbindung mit niedrigem Widerstand zu erhalten, und andererseits durch den Wunsch, den Betrag der Flexion in den Ultraschallwandlern 866 und 868 zu maximieren Das obere Ultraschallgehäuse 800 und seine damit verbundenen Komponenten, die in Fig. 87 gezeigt sind, werden dann bedeckt durch Anbringen des unteren Ultraschallgehäuses 814. In der bevorzugten Ausführungsform kann eines der drei Herstellungsverfahren verwendet werden, um das obere Ultraschallgehäuse 800 und das untere Ultraschallgehäuse 814 zusammenzufügen. Sie können haftend aneinander befestigt werden; sie können durch Ultraschallschweißen miteinander verbunden werden; oder ein Gußmaterial kann verwendet, um das Innere der beiden Komponenten auszufüllen, wodurch ein Gußaufbau hergestellt wird. Das obere Ultraschallgehäuse 800 wird dann haftend an der Kassettenführung 510 befestigt, wobei der Leitungsschaltkreis 825 sich durch den Kamin 515 der Kassettenführung 510 erstreckt. Die U-förmige Kante 802 und die geradlinige Kante 804 passen in das Innere des unteren Segmentes 511 der Kassettenführung 510 und das Haftmittel befestigt das obere Ultraschallgehäuse an der Kassettenführung 510.
Die Kassettenführungen 510 zusammen mit den Gleitverriegelungen 560 können in eine der drei Pumpstellungen auf dem Pumpengehäuse 370 unter Verwendung von zwei Schrauben (nicht gezeigt) vorgesehen werden. In der ersten Pumpstellung wird der Leitungsschaltkreis 825, welcher sich durch den Kamin 515 der Kassettenführung 510 erstreckt, durch eine rechtwinklige Öffnung in dem Pumpengehäuse 370 eingeführt. Eine Schraube wird in die Öffnung 514 in der Kassettenführung 510 in die gewindeversehene Öffnung 402 in dem Pumpengehäuse 370 eingeführt, und eine zweite Schraube wird durch die Öffnung 512 in der Kassettenführung 510 in die gewindeversehene Öffnung 404 in dem Pumpengehäuse 370 eingeführt.
In der zweiten Pumpstellung wird der Leitungsschaltkreis 825, der sich durch den Kamin 515 der Kassettenführung 510 erstreckt, durch die rechtwinklige Öffnung 429 in dem Pumpengehäuse 370 geführt. Eine Schraube wird durch die Öffnung 514 in der Kassettenführung 510 in die gewindeversehene Öffnung 406 in dem Pumpengehäuse 370 eingeführt, und eine zweite Schraube wird durch die Öffnung 512 in der Kassettenführung 510 in die gewindeversehene Öffnung 408 in dem Pumpengehäuse 370 eingeführt. In der dritten Pumpstellung wird der Leitungsschaltkreis 825, welcher sich durch den Kamin 515 der Kassettenführung 510 erstreckt, durch die rechtwinklige Öffnung 431 in dem Pumpengehäuse 370 geführt. Eine Schraube wird durch die Öffnung 514 in der Kassettenführung 510 eingeführt in die gewindeversehene Öffnung 410 in dem Pumpengehäuse 370, und eine zweite Schraube wird eingeführt durch die Öffnung 512 in der Kassettenführung 510 in die gewindeversehene Öffnung 412 in dem Pumpengehäuse 370. Als Beispiel ist die Kassettenführung 510 und der Gleitverschluß 560 gezeigt in der ersten Pumpstellung in Fig. 101.
Die Installation der zusammengebauten Kassette 302 in der ersten Pumpstellung wird nun beschrieben. Die Installation der zusammengebauten Kassette in den anderen zwei Pumpstellungen ist identisch zur Installation in der ersten Pumpstellung.
Wenn die Gleitverriegelung 240 zurückgezogen ist von der Vorderseite der zusammengebauten Kassette 302 (Fig. 45 und 46), dann schließt der breitere Teil der länglichen, tropfenförmigen Öffnung 258 in der Gleitverriegelung 240 die Röhre 306, wodurch verhindert wird, daß Flüssigkeit durch die zusammengebaute Kassette 302 fließt. Die Einlaßröhre 304 ist verbunden mit einer Flüssigkeitsquelle, wie beispielsweise einem IV-Beutel (nicht gezeigt), und die Zufuhrröhre 303 ist mit einer Flüssigkeitszufuhreinrichtung, wie beispielsweise einer Spritze (nicht gezeigt), verbunden, deren Gebrauch im Stand der Technik wohl bekannt ist. Die Gleitverriegelung 240 ist geöffnet zusammen mit jedem anderen Verschluß in der IV Beutelleitung, und Flüssigkeit füllt die Leitungen, die zusammengebaute Kassette 302 und die Spritze. Durch Beklopfen oder Schütteln der zusammengebauten Kassette 302 können verbleibende Luftblasen durch die Leitung herausfließen. Die Gleitverriegelung 240 wird dann zurückgezogen, und die Auslaßröhre 306 geschlossen, und das System befindet sich in einer Anlaufbedingung, wobei die zusammengebaute Kassette 302 bereit ist, auf der Hauptpumpeneinheit installiert zu werden.
Mit Bezug nun zu Fig. 104 ist der rückseitige Rand der zusammengebauten Kassette 302 aufwärts gedreht, vor der ersten Pumpstellung. Die abgewinkelte Stellung des Röhrenadapters 301 sollte ebenso beachtet werden. Der rückseitige Rand des oberen Teils der zusammengebauten Kassette 302 wird dann gegen den Boden des Pumpengehäuses 370 zwischen dem Druckwandler 660 (der bündig mit dem Boden des Pumpengehäuses 370 vorgesehen ist) und der oberen Seite der Kassettenführung angeordnet, wie in Fig. 105 gezeigt ist. Wenn die zusammengebaute Kassette 302 positioniert ist, dann beginnt die Auslaßröhre 306 sich in die trichterförmigen Öffnungen der Ausnehmungen 808 und 816 in dem oberen Ultraschallgehäuse bzw. dem unteren Ultraschallgehäuse 814 zu bewegen. Gleichzeitig kommt der obere Bereich des verjüngten Teils 305 des Röhrenadapters 301 in Kontakt mit den Rampen 820 und 822 auf dem unteren Ultraschallgehäuse 814, wie in Fig. 105 gezeigt ist. Dieser Eingriff ist schlüssig, da die Rampen 820 und 822 den verjüngten Teil 305 des Röhrenadapters 301 rückwärts gegen die vertiefte Fläche 818 zwingt.
Der rückwärtige Teil des oberen Bereichs der zusammengebauten Kassette 302 gleitet in Richtung der Rückseite des Pumpengehäuses 370 in die Stellung zwischen der linken lateralen Stützwand 384 auf der linksseitigen und rechtsseitigen Stützwand 390 an der rechten Seite.
Wenn diese Bewegung der zusammengebauten Kassette 302 rückwärts in Eingriff mit der Hauptpumpeneinheit auftritt, dann wird die Auslaßröhre 306 weiter in die Ausnehmungen 808 und 816 in dem oberen und unteren Ultraschallgehäuse 800 bzw. 814 gezogen. Der verjüngte Teil 305 des Röhrenadapters 301 gleitet zurück in die vertiefte Fläche 818, wie in Fig. 106 gezeigt ist. Auf diese Weise führt die Installation der zusammengebauten Kassette 302 in der Hauptpumpeneinheit automatisch zum Eingriff der Auslaßröhre 306 in die Stellung zwischen den Ultraschallwandlern 866 und 868. Die Auslaßröhre 305 ist leicht deformiert in den Ausnehmungen 808 und 816, da die Breite der Ausnehmungen 808 und 816 kleiner ist, als der äußere Durchmesser der Auslaßröhre 306. Dies stellt einen guten Kontakt der Auslaßröhre 306 mit den Wänden 810 und 812 in dem oberen Ultraschallgehäuse 800 und somit einen guten Kontakt mit den Ultraschallwandlern 866 und 868 sicher.
Wenn die zusammengebaute Kassette 302 vollständig in die Stellung zurückgezogen ist, dann ist die Vorderseite der zusammengebauten Kassette 302 aufwärts gedreht gegen den Boden des Pumpengehäuses 370, wodurch die Auslaßröhre 306 leicht gedehnt wird,
Der Pumpbetrieb des Systems wird nicht vollständig beschrieben. Stattdessen wird für eine vollständige Beschreibung des Pumpbetriebes auf die EP-A-319277 verwiesen.
Der Detektor für Luft-in-der-Leitung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet ein Paar von Ultraschallwandlern 866 und 868 (Fig. 86), um die Anwesenheit von Luft in der Auslaßröhre 306 der zusammengebauten Kassette 302 (Fig. 106) zu detektieren. Das Grundprinzip des Betriebes ist einfach: Flüssigkeiten übertragen leicht Ultraschallenergie, wohingegen Luft oder Schaum ein schwacher Leiter für Ultraschallenergie ist, in der Praxis mehrere Größenordnungen schwächer als Flüssigkeiten. In der Diskussion des Betriebes des Systems wird angenommen, daß der Ultraschallwandler 866 der Sender ist, und der Ultraschallwandler 868 der Empfänger ist. Wenn der Ultraschallwandler 866 angetrieben wird durch ein Oszillationssignal einer Resonanzfrequenz, dann vibriert er bei dieser Frequenz. Wenn die Antriebsfrequenz von der Resonanzfrequenz sich weg bewegt, dann vermindert sich die Vibration auf einen sehr kleinen Betrag in einem gewissen Abstand von der Resonanzfrequenz. Folglich ist die Stärke der Vibrationen auf einem Maximum bei der Resonanzfrequenz und nimmt ab, wenn die Antriebsfrequenz sich entweder höher oder niedriger als die Resonanzfrequenz bewegt.
Damit das System optimal funktioniert, sollten die Ultraschallwandler 866 und 868 ungefähr die gleiche Resonanzfrequenz aufweisen. Die Vibrationen von dem Ultraschallwandler 866 werden durch ein Segment der Röhre an den Ultraschallwandler 866 übertragen, wo sie einen Ausgang von dem Ultraschallwandler 866 erzeugen, der proportional der Stärke der Vibrationen ist, welche von dem Ultraschallwandler 868 ernpfangen werden. Wenn es eine gute Leitung der Vibrationen zwischen den Ultraschallwandlern 866 und 868 gibt, dann ist der Ausgang des Wandlers 868 ähnlich zum Resonanzeingangssignal, das zum Antreiben des Ultraschallwandlers 866 verwendet wird.
Wenn Ultraschallvibrationen erzeugt werden durch den Wandler 866, dann müssen sie durch das Auslaßrohr 306 gehen, um den Wandler 868 zu erreichen. Wenn die Auslaßröhre 306 Flüssigkeit an der Stelle zwischen den Ultraschallwandlern 866 und 868 enthält, dann gehen die Ultraschallvibrationen leicht hindurch. Wenn andererseits Luft in der Auslaßröhre 306 an der Stelle zwischen den Wandlern 866 und 868 ist, dann werden die Ultraschallvibrationen stark gedämpft, und ein viel kleineres Signal (zwei Größenordnungen niedriger) wird detektiert.
Ein vereinfachte Übersicht des Betriebes des gesamten Pumpsystems ist in Fig. 107 gezeigt. Das Pumpensteuersystem 886 wird verwendet, um ein Stromversorgungsmodul 888 anzutreiben, welches seinerseits eine Pumpe 890 betreibt. Ein Kodierer 822 wird verwendet, um eine Positionsinformation von dem Stromversorgungsmodul 888 zu liefern, wobei diese Positionsinformation sowohl die Position der Pumpe 890 (welche in dem vorliegenden System eine Pumpe des Kolbentyps ist, die in der zusammengebauten Kassette 302 vorgesehen ist) wie auch die Flüssigkeitsmenge anzeigt, die durch die Pumpe 890 gepumpt wird. Die Pumpe 890 pumpt Flüssigkeit von einem Flüssigkeitseingang durch einen Druckwandler 894 und dann durch einen Ultraschalldetektor für Luft-in-der-Leitung(air- in-line)-Detektor (AILD) 896 zu einem Flüssigkeitsausgang. Der Kodierer 892 liefert einen kodierten Ausgang, welcher dem Pumpensteuersystem 886 als Rückkopplungssignal zugeführt wird. Der Druckwandler 894 liefert ein Druckausgangssignal, welches dem Pumpensteuersystem 886 zugeführt wird, zur Verwendung in der Überwachung des Drucks, um einen Zustand mit verstopfter Leitung zu detektieren. Das AILD-Schema, das von dem System gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet ist, hat drei zusätzliche Komponenten, nämlich ein AILD- Monitorsystem 898, ein mitgeführtes AILD-Monitorsystem 899 und ein Selbsttestsystem 900. Der Ultraschall-AILD 896 liefert zwei Signale an das AILD-Monitorsystem 898, das mitgeführte AILD-Monitorsystem 899 und das Selbsttestsystem 900, insbesondere ein Unterbrechungssignal und ein AILD-Ausgangssignal. Das Wesen dieser zwei Signale wird aus der folgenden ausführlichen Beschreibung unten deutlich.
Das AILD-Monitorsystem 898 wird verwendet, um die Signale von dem Ultraschall-AILD 896 zu überwachen, um festzustellen, wenn Luft in der Flüssigkeitsleitung ist. Insbesondere wird in der bevorzugten Ausführungsform das AILD- Überwachungssystem 898 verwendet, um festzustellen, wenn eine vorbestimmte Menge an Luft durch die Leitung durchgegangen ist während des Durchgangs vorbei am Sensor von einer bestimmten Menge an gepumptem Volumen, die das Volumenfenster genannt wird. Wenn die vorbestimmte Menge an Luft in der Flüssigkeitsleitung während eines Volumenfensters vorhanden war, dann wird ein Alarm ausgelöst und das Pumpen der Flüssigkeit wird angehalten. Das Konzept eines Volumenfensters wird unten ausführlich beschrieben.
Das Selbsttestsystem 900 wird periodisch verwendet, um sicherzustellen, daß der Ultraschall AILD 896 richtig funktioniert und keine falsche Sicherheit gibt, daß Flüssigkeit in der Leitung ist, wenn in der Tat in der Luft in der Leitung vorhanden ist. Das Selbsttestsystem 900 funktioniert durch Liefern eines Testsignals an den Ultraschall-AILD 896, wodurch veranlaßt wird, daß er während des Selbsttests bei einer Frequenz läuft, die nicht die Resonanzfrequenz ist. Auf diese Weise sollte während des Selbsttestvorgangs ein Signal erzeugt werden, welches ansonsten die Anwesenheit von Luft in der Leitung anzeigt. Das Erzeugung eines Luft-in-der-Leitung- Signals während des Selbsttestvorgangs ist eine Anzeige, daß das System richtig funktioniert.
Mit Bezug als nächstes auf Fig. 108 wird ein Taktgeber mit einer Betriebsfrequenz von 3,072 MHz verwendet, um den Senderschaltkreis anzutreiben. Das Taktsignal wird einem Arbeitstaktgenerator 902 zugeführt, welcher einen 166 µs Tiefpuls alle 1,33 ms (750 Hz) erzeugt. Die 750 Hz-Geschwindigkeit wird gewählt, so daß hinreichend oft eine Blase detektiert wird, selbst bei den höchsten Fließgeschwindigkeiten durch die Auslaßröhre 306. Der Puls liegt somit auf einem 1/8-Arbeitstakt, welcher verwendet wird, um Energie in dem System zu sparen. Der Ausgangspulszug des Arbeitstaktgenerators 902 wird zugeführt als Unterdrückungseingang für einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 904.
Der Ausgangspulszug von dem Arbeitstaktgenerator 902 wird ebenfalls als ein Eingang an einem Inverter 906 zugeführt. Der Ausgang des Inverters 906 wird einer Seite eines Widerstands 908 zugeführt, wobei die andere Seite mit dem VCO-Eingangspin des VCO 904 verbunden ist. Ein Kondensator 910 ist mit einer Seite des VCO-Eingangspins des VCO 904 verbunden, und die andere Seite ist geerdet. Der Widerstand 908 und der Kondensator 910 wirken als ein RC-Integrator, um die invertierte Unterdrückungswellenform zu integrieren. Die Unterdrückungswellenform, die von dem VCO 904 geliefert wird, und die VCO-Eingangswellenform, die dem VCO 904 zugeführt wird, sind in Fig. 111 erläutert.
Der Ausgang des VCO 904 hat eine variable Frequenz, die von einer niedrigen Frequenz zu einer hohen Frequenz läuft. Die Resonanzfrequenz der Ultraschallwandler 866 und 868 beträgt nominal 1,8 MHz. Wenn die Ultraschallwandler 866 und 868 keine Hochpräzisionsgeräte sind, können die Resonanzfrequenzen in gewissem Maße variieren und können auch über eine Zeitperiode leicht unterschiedlich sein. Folglich wird der VCO 904 verwendet, um eine variable Frequenz zu erzeugen, die beispielsweise von 1,3 MHz bis 2,3 MHz läuft, wobei dieses Band mit Sicherheit die Resonanzfrequenz der Ultraschallwandler 866 und 868 umfaßt. Dieser Lauf wird erzeugt von dem 1/8-Arbeitstakt, wie er in Fig. 111 gezeigt ist, wodurch Energie gespart wird, die für den VCO 904 erforderlich ist, wohingegen der Lauf bei einer 850 Hz-Frequenz wiederholt wird, um Blasen selbst bei der schnellsten Fließgeschwindigkeit zu detektieren.
Mit Bezug erneut auf Fig. 108 wird der Ausgang des VCO 904 an einer Eingangsseite der drei Einzelpol-Doppelwerfschalter 912A, 912B und 912C angelegt. Die andere Seite dieser Schalter 912A, 912B, 912C ist direkt mit dem 3,072 MHz Takt verbunden. Die Ausgänge der Schalter 912A, 912B und 912C können auf diese Weise geschaltet werden zwischen dem Ausgang des VCO 904 und dem 3,072 MHz-Takt. Normalerweise sind die Ausgänge der Schalter 912A, 912B, 912C verbunden mit dem Ausgang des VCO 904. Nur wenn der Selbsttest durchgeführt wird, werden die Ausgänge der Schalter 912A, 912B, 912C mit dem 3,072 MHz-Taktsignal verbunden.
Die Ausgänge der Schalter 912A, 912B, 912C sind verbunden mit der Eingangsseite der drei Inverter 914A, 914B bzw. 914C. Die Ausgänge der drei Inverter 914A, 914B, 914C sind verbunden mit den Eingängen der drei Puffer 916A, 916B bzw. 916C. Die drei Puffer 916A, 916B, 916C sind jeweils enthalten auf einem der gedruckten Schaltkreisbretter 848 (Fig. 87), die für diese drei Kanäle verwendet werden. Die Ausgänge der drei Puffer sind verbunden mit einer Seite der drei (eine für jeden Kanal) Ultraschallwandler 866A, 866B bzw. 866C. Die andere Seite der drei Ultraschallwandler 866A, 866B, 866C ist geerdet.
Erneut mit Bezug auf Fig. 111, zusätzlich zu Fig. 108, wird deutlich, daß die drei Ultraschallwandler 866A, 866B, 866C durch die Lauffrequenz von 1,3 MHz bis 2,3 MHz in einem 1/8-Arbeitszyklus alle 1,33 ms (750 Hz) angeregt werden. Das ist häufig genug, so daß selbst bei der maximalen Pumpgeschwindigkeit nur eine kleine Flüssigkeitsmenge durch die Stelle des Paares der Ultraschallwandler zwischen aufein anderfolgenden Ultraschallübertragungen hindurchlaufen kann. Der 1/8-Arbeitstakt spart Energie, die sowohl von dem VCO 904 wie auch von den drei Ultraschallwandlern 866A, 866B, 866C gebraucht wird.
Fig. 109 zeigt den Empfängerschaltkreis, der für einen drei Kanäle verwendet wird, wobei die anderen zwei Kanäle identische Schaltkreise verwenden. Der empfangende Wandler für den ersten Kanal ist der Ultraschallwandler 866A, dessen Ausgang einem Kaskode-Vorverstärker 918A zugeführt wird. Der Ausgang des Kaskode-Vorverstärkers 918A ist ein Signal, dessen Stärke bei der Resonanzfrequenz zunimmt, wenn Flüssigkeit vorhanden ist, und folglich eine dreieckige Einhüllung hat, wie es in Fig. 111 gezeigt ist. Der Ausgang des Kaskode-Vorverstärkers 918A wird einem Detektor/Gleichrichter 920A zugeführt, dessen Ausgang der Gleichrichterausgang, welcher in Fig. 111 gezeigt ist.
Der Ausgang des Detektors/Gleichrichters 920A wird einem ersten Komparator 922A zugeführt, welcher die Wellenform erzeugt, die in Fig. 11 gezeigt ist, wenn die Einhüllung von dem Detektorschalter/Gleichrichter 920A unterhalb einer Schwelle liegt. Der Ausgang von dem ersten Komparator 922A wird einem RC-Zeitgeber/zweiten Detektor 924A zugeführt, welcher den Ausgang von dem ersten Komparator 922A integriert, wie in Fig. 111 gezeigt ist. Der integrierte Ausgang wird jedesmal zurückgesetzt, wenn ein Signal von dem Ultraschallwandler 868A, das über der Schwelle des ersten Komparators 922A liegt, auftritt. Wenn es Luft in der Leitung gibt, wird das integrierte Signal nicht zurückgesetzt, wodurch es die Schwelle des zweiten Komparators erreicht. An diesem Punkt geht der Ausgang des Sensor A-Schaltkreises nach unten,
Zusammengefaßt, wenn es Flüssigkeit in der Auslaßröhre 306 gibt, dann empfängt der Ultraschallwandler 868A ein starkes Signal, und ein hoher Sensor A-Ausgang wird gegeben, was die Anwesenheit von Flüssigkeit in der Auslaßröhre 306 anzeigt. Wenn es Luft in der Auslaßröhre 306 gibt, dann empfängt der Ultraschallwandler 868A ein schwaches Signal, und ein niedriger Sensor A-Ausgang wird gegeben, was die Anwesen heit von Luft in der Ausgangsröhre 306 anzeigt. Eine Schaltung, identisch zu der, die in Fig. 109 gezeigt ist, wird für die beiden anderen Kanäle verwendet.
Fig. 110 zeigt eine zusätzliche Verarbeitungsschaltung, die verwendet wird, um zwei Signale zu erhalten, welche von dem AILD-Monitorsystem 898 und dem Selbsttestsystem 900 von Fig. 107 verwendet wird. Der Sensor A-Ausgang wird dem D-Eingang des Latch 924A zugeführt, dessen Ausgang der AILD-Ausgang A ist. Der AILD-Ausgang A liegt tief, wenn es Flüssigkeit in der Auslaßröhre gibt, und hoch, wenn es Luft in der Auslaßröhre 306 gibt. Der AILD-Ausgang A wird einem Flankendetektor 926A zugeführt (wobei ein möglicher Schaltkreis dafür gezeigt ist), dessen Ausgang ein Kanal A-Flankensignal ist, das eine ansteigende oder fallende Flanke in dem AILD- Ausgang A anzeigt. Wann immer daher eine Luft/Flüssigkeitsschnittstelle detektiert wird, erzeugt der Flankendetektor 928A ein Ausgangssignal.
Die anderen zwei Kanäle verwenden ähnliche Schaltungen, um entsprechende Signale zu erzeugen. Auf diese Weise wird ein AILD-Ausgang und ein Kanal B-Flankensignal durch die Schaltung für Kanal B erzeugt. Ähnlich wird ein AILD-Ausgang C und ein Kanal C-Flankensignal durch die Schaltung für Kanal C erzeugt.
Das Kanal A-Flankensignal, das Kanal B-Flankensignal und das Kanal C-Flankensignal werden einem ODER-Gatter 930 zugeführt. Der Ausgang des ODER-Gatters 930 liegt hoch, wenn eine der drei Eingänge hoch ist. Wann immer daher eine Flanke in einem der Ausgänge AILD-Ausgang A, AILD-Ausgang B oder AILD- Ausgang C vorliegt, ist der Ausgang des ODER-Gatters 930 hoch. Der Ausgang des ODER-Gatters 930 wird verwendet, um ein Latch 932 hoch einzuklinken, um ein Unterbrechungssignal AILD IRQ zu erzeugen. Dieses Unterbrechungssignal zeigt an, daß eine Zustandsänderung von einem der Ausgänge AILD-Ausgang A, AILD-Ausgang B oder AILD-Ausgang C aufgetreten ist.
Auf diese Weise erzeugt die Schaltung von Fig. 110 zwei Signale. Das erste Signal zeigt die Anwesenheit von Luft oder Flüssigkeit in der Auslaßröhre 306 eines Kanals an, und das zweite Signal zeigt eine Zustandsänderung in einem dieser drei Kanäle an. Das erste Signal umfaßt folglich die Signale AILD-Ausgang A, AILD-Ausgang B oder AILD-Ausgang C, wohingegen das zweite Signal das Unterbrechungssignal AILD IRQ ist. Für den Rest der Erklärung des Betriebes des Systems wird nur der erste Kanal (Kanal A) diskutiert. Der Betrieb der zwei anderen Kanäle (Kanal B und C) ist identisch zum Betrieb des ersten Kanals.
Vor einer Diskussion des Betriebes des AILD-Monitorsystems 898 wird das Konzept der Steuerung der Luftrnenge, die in einen Patienten gepumpt werden kann, zunächst diskutiert. Zunächst muß beachtet werden, daß es nicht schädlich ist, eine kleine Menge Luft intravenös in viele Patienten zu pumpen; tatsächlich sind viele Medikamente nicht entgast und enthalten Luft, die kleine Blasen bildet. Einige Patienten (die von geringer Zahl sind) können die Einführung von Luft in ihr Venensystem nicht tolerieren, wie beispielsweise Neonaten, Pediatricen und andere Patienten mit septalen Defekten. Außer bei der Infundierung von Flüssigkeit in die Patienten oder bei der intraarteriellen Infusion wird die Einführung von sehr kleinen Mengen Luft als nicht besonders schädlich angesehen. Der betreuende Arzt hat zudem die Option der Verwendung von Luftbeseitigungsfiltern für solche Patienten.
Ein anderes Problem, das bei der Überwachung von Luft in der Flüssigkeitsleitung zu einem Patienten angetroffen wird, ist, daß es nicht erwünscht ist, zu viele Alarme aufgrund extrem kleiner Mengen von Luft, die in den meisten Patienten infundiert wird, zu haben. Das Personal in den meisten Krankenhäusern neigt dazu, diese häufigen Alarme als lästige Alarme zu empfinden, welche nicht erwünscht sind und keinen sinnvollen Zweck haben. Daher ist der wahre Zweck eines AILD- Systems die Verhinderung von unangemessen großen, potentiell gefährlichen Mengen von Luft, die einem Patienten zugeführt wird. Es ist daher für das AILD-System notwendig, daß es erlaubt, daß etwas Luft hindurchläuft, ohne daß Alarm gegeben wird, da ansonsten eine große Anzahl von Fehlalarmen auftritt. Das AILD-System muß immer Alarm geben bei einer gewis sen Schwelle, die hoch genug angesetzt werden muß, um Fehlalarme zu vermeiden, die aber niedrig genug liegen muß, um stetig eine Luftmenge zu detektieren, welche vorhanden ist, und die eine entfernte Bedrohung für die Gesundheit des Patienten darstellen könnte. Dieses Ziel kann durch Verwendung des Fensterkonzeptes erreicht werden.
Das Fensterkonzept besteht darin, daß der Durchgang von Luftblasen in dem unmittelbar vorangegangenen voreingestellten Flüssigkeitsvolumen gespeichert wird. Solch ein Fenster wird verwendet, um die Luftmenge zu überwachen, welche in der zuletzt zurückliegenden Menge eines bestimmten Volumens, das in den Patienten gepumpt wurde, enthalten war. Beispielsweise in den letzten 2 Millilitern von gepumptem Volumen kann weniger als 100 Mikroliter Luft enthalten sein, ohne daß Alarm gegeben wird. Sobald 100 Mikroliter an Luft in den letzten 2 Millilitern von gepumptem Volumen enthalten sind, wird Alarm gegeben. Dies kann als ein "Vergessensfaktor" angesehen werden, in welchem alle Luftblasen, die vor den letzten 2 Millilitern an gepumptem Volumen gepumpt wurden, von dem System vergessen werden.
Solch ein Volumenfenster erlaubt es, daß eine bestimmte Menge an Luft mit weniger als einem vorbestimmten Volumen innerhalb des letzten vorbestimmten Fenstervolumens gepumpt wird. In der bevorzugten Ausführungsform ist das bevorzugte Volumen ein Zwanzigstel (0,05) des Fenstervolumens. Das Fenstervolumen kann bis zu drei Milliliter betragen, was weniger ist als das Volumen der Zufuhrröhre 303. Für ein vorbestimmtes Volumen von 50 Mikroliter würde folglich das Fenstervolumen 1 Milliliter betragen, und für ein vorbestimmtes Volumen von 100 Mikroliter würde das Fenstervolumen 2 Milliliter betragen.
Unter gewissen Umständen kann ein größeres vorbestimmtes Volumen angemessen sein. In einigen Fällen wird der Fachmann erkennen, daß das Verhältnis verändert werden kann, von vielleicht einem Einhundertstel (mit einer beträchtlichen Erhöhung der Anzahl von Fehlalarmen) bis vielleicht auf ein Sechstel (mit besonderen Vorsichtsmaßnahmen, wie beispielsweise die Verwendung von Luftfiltern). Das bevorzugte Verhältnis beträgt ungefähr ein Zwanzigstel.
Das Fenstersystem, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, verwendet zwei Informationsstücke, um festzustellen, ob das System gerade Luft gepumpt oder Flüssigkeit in der unmittelbar vorangegangenen Zeitdauer seit dem letzten vorangegangenen Aktualisieren. Zunächst detektiert der Sensor, ob gegenwärtig Luft in der Leitung an der Sensorstelle vorliegt. Das zweite Informationsstück besagt, ob in der unmittelbar vorangegangenen Zeitdauer, in welcher die Information gesammelt wurde, Luft oder Flüssigkeit an der Sensorstelle war. Diese zweite Information zeigt folglich an, ob die gegenwärtig detektierte Luftblase eine Fortsetzung einer Luftblase ist, die früher begonnen hat, oder ob sie der vorangehende Rand einer neuen Luftblase ist. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob das System gerade Flüssigkeit oder Luft in dem unmittelbar vorangehenden Zeitintervall seit der letzten Aktualisierung gepumpt hat.
Wenn beispielsweise das gegenwärtige Auslesen des Sensors Luft in der Leitung anzeigt, und das unmittelbar vorangegangene Auslesen ebenfalls Luft war, dann liegt zu der gegenwärtigen Zeit die Fortsetzung einer Luftblase in der Leitung vor. Wenn die gegenwärtige Auslesung des Sensors Luft in der Leitung anzeigt, und die unmittelbar vorangehende Auslesung Flüssigkeit war, dann wird der vorangehende Rand einer Luftblase detektiert. Wenn die gegenwärtige Auslese des Sensors Flüssigkeit in der Leitung anzeigt, und die unmittelbar vorangehende Auslesung Luft war, dann wird das nachlaufende Ende einer Luftblase detektiert. Wenn die gegenwärtige Auslesung des Sensors Flüssigkeit in der Leitung anzeigt, und die unmittelbar vorangegangene Auslesung ebenfalls Flüssigkeit war, dann liegt zu der gegenwärtigen Zeit ein fortgesetztes Segment an Flüssigkeit in der Leitung vor.
Der Betrieb des mitgeführten AILD-Monitorsystems 898 wird nun mit Bezug auf das Flußdiagramm von Fig. 112 diskutiert. Der Betrieb ist ein kreislaufförmiger, der mit einer hohen Frequenz sich wiederholt und Block 934 beginnt. Das hier diskutierte System ist ein Dreikanalsystem, wobei nur der Betrieb des ersten Kanals (Kanal A) diskutiert wird; der Betrieb der beiden anderen Kanäle (Kanal B und C) ist identisch. In Block 934 wird festgestellt, ob ein Unterbrechungssignal AILD IRQ erzeugt wurde. Wenn kein Unterbrechungssignal erzeugt wurde, dann geht der Betrieb zu Block 936 weiter. Wenn ein Unterbrechungssignal erzeugt wurde, dann wird der Latch 932 (Fig. 110) zurückgesetzt durch ein AILD IRQ CLR-Signal auf Pin C. Der Betrieb geht dann weiter zu Block 938.
In Block 936 wird festgestellt, ob das Ende eines Zufuhrschubes in der Pumpe 890 (Fig. 107) erreicht worden ist. Wenn das Ende eines Zufuhrschubes nicht erreicht wurde, dann kehrt der Betrieb zu Block 934 zurück. Wenn das Ende eines Zufuhrschubes erreicht wurde, dann geht der Betrieb weiter zu Block 938. Es ist ersichtlich, daß die Kette von Ereignissen, die an Block 938 beginnt, initiiert wird, entweder wenn ein Unterbrechungssignal erzeugt wird, oder wenn das Ende eines Zufuhrschubes erreicht wurde.
In Block 938 wird der AILD-Ausgang gelesen; für Kanal A wird der AILD-Ausgang A gelesen. Dann wird in Block 940 der Kodierausgang (für Kodierer A) gelesen. Dies zeigt an, wieviel Volumen gepumpt wurde, seit das letzte Mal der Vorgang aufgetreten ist. Dann wird in Block 942 der Druckausgang (für Kanal A) gelesen. Dieser kann verwendet werden, um das gepumpte Volumen zu normieren, unter Verwendung des Boyle-Gesetzes (P&sub1;V&sub1;=P&sub2;V&sub2;). Dann wird im Block 944 festgestellt, ob der AILD-Ausgang A anzeigt, daß gegenwärtig Luft in der Leitung an der Stelle des Sensors ist. Das ist das erste Stück Information, das oben erwähnt wurde, und es erlaubt dem System, in einem von zwei Zweigen zu verzweigen, in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Bestimmung.
Wenn es gegenwärtig Luft in dem Bereich der Flüssigkeitsleitung gibt, wo der Sensor angeordnet ist, dann bewegt sich das System zu Block 946; wenn gegenwärtig keine Luft in dem Bereich der Flüssigkeitsleitung ist, wo der Sensor angeordnet ist, dann bewegt sich das System zu Block 948. Die Vorgänge, welche dem Block 946 folgen, hängen somit von der Feststellung ab, ob gegenwärtig Luft in der Röhre an der Stelle des Sensors vorhanden ist. Ähnlich hängen die Vorgänge, die dem Block 948 folgen, von der Feststellung ab, ob keine Luft in der Röhre an der Stelle des Sensors vorhanden ist. In jedem Fall muß das zweite Informationsstück, ob in dem unmittelbar vorangegangenen Zeitabschnitt, in welchem die Information gesammelt wurde, Luft oder Flüssigkeit an der Stelle des Sensors vorhanden war, ausgewertet werden für jede der zwei Möglichkeiten in den Blöcken 946 und 948.
Zunächst wird im Block 950 bestimmt, ob in dem unmittelbar vorangegangenen Zyklus, währenddessen die Information gesammelt wurde, Luft oder Flüssigkeit an der Stelle des Sensors vorhanden war. Wenn festgestellt wurde, daß Luft in der Röhre anstelle des Sensors zur Zeit des nächsten vorangegangenen Aktualisierens vorhanden war, dann bewegt sich das System zu Block 950. Wenn andererseits festgestellt wird, daß keine Luft in der Röhre an Stelle des Sensors zur Zeit der nächsten vorangegangenen Aktualisierung vorhanden war, dann bewegt sich das System zu Block 952.
Folglich wird der Block 950 ereicht, wenn das gegenwärtige Auslesen des Sensors anzeigt, daß Luft in der Leitung ist, und das vorangegangene Auslesen ebenfalls anzeigt, daß Luft in der Leitung war. In diesem Fall liegt eine Luftblase in der Leitung vor, welche sich bis zum vorangegangenen Auslesen des Sensors erstreckt und die immer noch existiert. Folglich wird im Block 950 das zusätzliche Volumen der Luftblase zwischen der Zeit des vorangegangenen Sensorauslesens und der gegenwärtigen Zeit berechnet. Dann wird im Block 954 das Fenster aktualisiert, um zu berechnen, wieviel des Volumenfensters gegenwärtig Luftblasen sind.
In Block 954 wird das zusätzliche Volumen der Luftblase zwischen der Zeit des nächsten vorangegangenen Sensorauslesens und der gegenwärtigen Zeit addiert zu dem Volumen an Luft, das in dem Volumenfenster enthalten ist, und die Luftblasen, die nun hinter dem rückwärtigen Rand des Fensters liegen, werden von dem Luftvolumen, das in dem Volumenfenster enthalten ist, subtrahiert. Auf diese Weise wird das Volumenfenster aktualisiert, um das Volumen der Gasblasen in dem letzten Volumenfenstervolumen, das durch den Ultraschallsensor gelaufen ist, zu bestimmen.
Die Abfolge geht dann weiter zu Block 960, in welchem festgestellt wird, ob der Anteil des Volumenfensters, welcher Luftblasen ist, über das vorbestimmte Maximum geht. Wenn der Anteil des Volumenfensters, welcher Luftblasen ist, über das vorbestimmte Maximum geht, dann bewegt sich das System zu Block 962 und ein Alarm wird ausgelöst und das Pumpen der Flüssigkeit durch das System wird angehalten. Wenn der Anteil des Volumenfensters, welcher Luftblasen ist, nicht das vorbestimmte Maximum überschreitet, dann bewegt sich das System zurück zu Block 934.
Der Block 952 wird erreicht, wenn das gegenwärtige Sensorauslesen Luft in der Leitung anzeigt und das unmittelbar vorangegangene Auslesen die Anwesenheit von Flüssigkeit in der Leitung anzeigt. In diesem Fall gibt es eine Luftblase in der Leitung, welche bei dem vorangegangenen Sensorauslesen noch nicht existiert hat, sondern gerade eben begonnen hat (der beginnende Rand der Blase wurde detektiert). Folglich wird im Block 952 das zusätzliche Volumen der Flüssigkeit zwischen der Zeit des nächstliegenden vorangegangenen Sensorauslesens bis zum Beginn der Blase berechnet. Dann wird in Block 956 das Fenster aktualisiert, um zu berechnen, wieviel von dem Volumenfenster Luft ist.
In der bevorzugten Ausführungsform wird die Tatsache zugelassen, daß eine Luftblase mindestens eine minimale Größe aufweisen muß, damit sie detektiert werden kann. Wenn daher eine Luftblase zunächst detektiert wird, wird angenommen, daß sie mindestens die minimale Luftblasengröße bis zu diesem Punkt hat. Die minimale Luftblasengröße, die in der bevorzugten Ausführungsform verwendet wird, beträgt 6 Mikroliter.
In Block 956 wird, da es Flüssigkeit zwischen der Zeit des zuletzt zurückliegenden Sensorauslesens und der vorliegenden Zeit gibt, nur die minimale Blasengröße von 6 Mikroliter zuaddiert zu dem Luftvolumen, das in dem Volumenfenster enthalten ist, und Luftblasen, die nun hinter dem rückseitigen Rand des Fensters liegen, werden von dem Luftvolumen, das in dem Volumenfenster enthalten ist, subtrahiert. Auf diese Weise wird das Volumenfenster aktualisiert, um das Volumen der Luftblasen in dem letzten Volumenfenstervolumen, das durch den Ultraschallsensor läuft, zu bestimmen.
In Block 958 wird die Fensterinformation umgeschaltet, um anzuzeigen, daß die gegenwärtige Information, die bald die nächste zurückliegende Aktualisierung wird, die Anwesenheit von Luft anzeigt. Wenn das nächste Mal das System durch diese Schleife läuft, zeigt auf diese Weise das zweite Informationsstück an, daß in der vorangegangenen Aktualisierung Luft in der Röhre vorhanden war.
Die Abfolge geht dann zu Block 960, in welchem bestimmt wird, ob der Anteil des Volumenfensters, welcher Luftblasen ist, über dem vorbestimmten Maximum liegt. Wenn der Anteil des Volumenfensters, welcher Luftblasen ist, über dem vorbestimmten Maximum liegt, dann bewegt sich das System zu Block 962 und ein Alarm wird ausgelöst und das Pumpen der Flüssigkeit durch das System wird angehalten. Wenn der Anteil des Volumenfensters, welcher Luftblasen ist, nicht über dem vorbestimmten Maximum liegt, dann bewegt sich das System zurück zu Block 934.
Wenn alternativ gegenwärtig keine Luft in der Leitung in Block 944 vorliegt, dann bewegt sich das System zu Block 948. In Block 948 wird festgestellt, ob in dem unmittelbar vorangegangenen Zeitabschnitt, in welchem Information gesammelt wurde, Luft oder Flüssigkeit an der Stelle des Sensors vorhanden war. Wenn festgestellt wird, daß Luft in der Röhre an Stelle des Sensors zur Zeit der nächsten vorangegangenen Aktualisierung vorhanden war, dann bewegt sich das System zu Block 964. Wenn andererseits festgestellt wird, daß keine Luft in der Röhre an der Stelle des Sensors zur Zeit der nächsten vorangegangenen Aktualisierung vorhanden war, dann bewegt sich das System zu Block 966.
Folglich wird der Block 964 erreicht, wenn das gegenwärtige Sensorauslesen anzeigt, daß gegenwärtig keine Luft in der Leitung ist, und das unmittelbar vorangegangene Auslesen anzeigt, daß Luft in der Leitung vorhanden war. In diesem Fall gab es eine Luftblase in der Leitung, welche zur Zeit des vorangegangenen Sensorauslesens existierte, doch die geendet hat (das nachfolgende Ende einer Luftblase wurde detektiert). Folglich wird in Block 964 das zusätzliche Volumen der Gasblase zwischen der Zeit des nächsten vorangegangenen Sensorauslesens und im Endpunkt in der gegenwärtigen Zeit bereichnet. Dann wird in Block 968 das Fenster aktualisiert, um zu berechnen, wieviel des Fenstervolumens Luftblasen ist.
In Block 968 wird das zusätzliche Volumen der Luftblase von der Zeit der nächsten zurückliegenden Sensorauslesung, die in der gegenwärtigen Zeit endete, zuaddiert zu dem Luftvolumen, das in dem Volumenfenster enthalten ist, und die Luftblasen, die nun hinter dem rückwärtigen Rand des Fensters liegen, werden von dem Luftvolumen, das in dem Volumenfenster enthalten ist, subtrahiert. Auf diese Weise wird das Volumenfenster aktualisiert, um das Volumen der Luftblasen in dem letzten Volumenfenstervolumen, das durch den Ultraschallsensor läuft, zu bestimmen.
In Block 972 wird die Fensterinformation umgeschaltet, um anzuzeigen, daß die gegenwärtige Information, die bald zur nächsten vorangegangenen Aktualisierung wird, die Anwesenheit von Luft anzeigt. Wenn folglich das nächste Mal das System sich durch die Schleife bewegt, dann zeigt das zweite Informationsstück an, daß bei der vorangegangenen Aktualisierung keine Luft in der Röhre vorhanden war.
Die Sequenz bewegt sich dann zu Block 960, in welchem festgestellt wird, ob der Anteil des Volumenfensters, welcher Luftblasen ist, über dem vorbestimmten Maximum liegt. Wenn der Anteil des Volumenfensters, welcher Luftblasen ist, über dem vorbestimmten Maximum liegt, dann bewegt sich das System zu Block 962 und ein Alarm wird ausgelöst und das Pumpen der Flüssigkeit durch das System wird angehalten. Wenn der Anteil des Volumenfensters, der Luftblasen ist, nicht über dem vorbestimmten Maximum liegt, dann bewegt sich das System zurück zu Block 934.
Der Block 966 wird erreicht, wenn das gegenwärtige Sensorauslesen anzeigt, daß keine Luft in der Leitung ist, und das vorangegangene Auslesen ebenfalls anzeigt, daß Flüssigkeit in der Leitung vorhanden war. In diesem Fall hat es Flüssigkeit in der Leitung gegeben, von der Zeit des unmittelbar vorangegangenen Auslesens bis zu Gegenwart. Folglich wird in Block 966 das zusätzliche Volumen an Flüssigkeit zwischen der Zeit des vorangegangenen Sensorauslesens bis zum Beginn der Blase berechnet. Dann wird im Block 970 das Fenster aktualisiert, um zu berechnen, wieviel des Fenstervolumens Luftlblasen ist.
In Block 970 wird, da Flüssigkeit zwischen der Zeit des nächsten zurückliegenden Sensorauslesens und der gegenwärtigen Zeit ist, kein zusätzliches Volumen an Luft zu dem Luftvolumen, das in dem Volumenfenster enthalten ist, zuaddiert, und Luftblasen, die nun hinter dem rückwärtigen Rand des Fensters liegen, werden von dem Luftvolumen, das in dem Volumenfenster enthalten ist, subtrahiert. Auf diese Weise wird das Volumenfenster aktualisiert, um das Volumen an Luftblasen in dem letzten Volumenfenstervolumen, das durch den Ultraschallsensor läuft, zu bestimmen.
Die Sequenz bewegt sich dann zu Block 960, in welchem festgestellt wird, ob der Anteil des Volumenfensters, welcher Luftblasen ist, über dem vorbestimmten Maximum liegt. Wenn der Anteil des Volumenfensters, welcher Luftblasen ist, über dem vorbestimmten Maximum liegt, dann bewegt sich das System zu Block 962, und ein Alarm wird ausgelöst und das Pumpen von Flüssigkeit durch das System wird angehalten. Wenn der Anteil des Volumenfensters, welcher Luftblasen ist, nicht über dem vorbestimmten Maximum liegt, dann bewegt sich das System zurück zu Block 934.
Es muß beachtet werden, daß das Flußdiagramm von Fig. 112 ein sehr vereinfachtes Beispiel wiedergibt, wie das System ausgeführt werden kann, um die Fensterfunktion durchzuführen. Der Fachmann wird sofort die hinter dem Vorgang liegenden Prinzipien verstehen und wird in der Lage sein, sie in einer Vielzahl von wegen zu implementieren. Die Vorteile dieses Verfahrens sind offensichtlich; das Pumpen einer großen Menge von Luft in den Patienten wird vermieden, wohingegen das Auftreten von Fehlalarmen ebenso vermieden wird.
Mit Bezug jetzt auf Fig. 113 wird der Betrieb des Selbsttestsystems in einer vereinfachten Weise erläutert. Der Selbsttest wird ausgeführt in der bevorzugten Ausführungsform, einmal pro Zyklus, nachdem festgestellt wurde, daß das Ende eines Zufuhrzykluses erreicht wurde, unter der Annahme, daß der Anteil des Volumenfensters, welcher Luftblasen ist, nicht das vorbestimmte Maximum überschreitet. Die anfängliche Bestimmung wird in Block 980 durchgeführt, wo festgestellt wird, ob das Ende eines Zufuhrzykluses erreicht wurde. Wenn das Ende eines Zufuhrzykluses erreicht wurde, dann bewegt sich das System zu Block 982. Wenn das Ende eines Zufuhrzykluses nicht erreicht wurde, dann bewegt sich das System zurück zu dem Anfang von Block 980.
Eine Bestimmung wird getroffen in Block 982, ob der AILD-Ausgang A anzeigt, daß gegenwärtig Luft in der Leitung an der Stelle des Sensors ist. Wenn es Luft in der Leitung gibt, dann wird der Selbsttest nicht durchgeführt und das System bewegt sich zurück zum Anfang von Block 980. Wenn es gegenwärtig keine Luft im Sensor gibt, dann bewegt sich das System zu Block 984.
In Block 984 wird die Frequenz, die an den Ultraschallwandler 866A angelegt wird, auf eine nicht-resonante Frequenz geändert (mit kurzem Bezug auf Fig. 108 wird der Schalter 912A geschaltet, um den 3,072 MHz-Takt mit dem Inverter 914A zu verbinden). Diese Frequenz ist weit genug entfernt von der Resonanzfrequenz, so daß der Ultraschallwandler 868A nicht in Resonanz schwingt. Bei diesem Punkt sollte der AILD-Ausgang A Luft anzeigen und ein Unterbrechungssignal sollte schnell erzeugt werden. Wenn ein Signal von dem Ultraschallwandler 868B erzeugt wird, dann zeigt dies an, daß es einen Fehler in dem Ultraschallwandler 868B oder in der damit verbundenen Elektronik gibt,
Wenn entsprechend in Block 986 das Unterbrechungssignal nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeit auftritt, dann ist es offensichtlich, daß es einen Fehler gibt, und das AILD- Fehlersignal 987 ertönt und der Pumpvorgang wird angehalten. Wenn das Unterbrechungssignal innerhalb der vorbestimmten Zeit auftritt, wird damit angezeigt, daß das System richtig funktioniert und das System bewegt sich zu Block 988. In Block 988 wird die Frequenz, die an den Ultraschallwandler 966A angelegt wird, zurückgeändert zu dem periodischen Lauf, der die Resonanzfrequenz einschließt (mit kurzem Bezug auf Fig. 108 mit wird der Schalter 912A geschaltet, um den Ausgang des VCO 904 mit dem Inverter 914A zu verbinden). Das System bewegt sich zurück zum Beginn des Blocks 980, und die Sequenz wird wiederholt.
Durch die obige Diskussion des ganzen Systems kann wahrgenommen werden, daß die vorliegende Erfindung ein Selbsttestsystem liefert, welche alle nicht-betriebssicheren Ereignisse detektiert. Das Selbsttestsystem detektiert das Auftreten eines Steckenbleibens des Empfängerausgangs auf hohem Pegel und gibt ein Alarm aus und schaltet das Pumpsystem ab. Das Selbsttestsystem detektiert ebenfalls das Auftreten einer elektronischen Kopplung, die eine falsche Anzeige für die Anwesenheit von Flüssigkeit in der Flüssigkeitsleitung gibt und gibt ein Alarm aus und schaltet das Pumpsystem ab.
Das Selbsttestsystem führt periodisch und häufig genug Selbsttest durch, um sicherzustellen, daß ein Ausfall sofort detektiert wird, bevor Luft in einen Patienten gepumpt wird. Das Selbsttestsystem verwendet keine zusätzlichen Komponenten und erfordert keine Modifikation der Kassette und liefert dennoch den höchsten Grad an Genauigkeit beim Detektieren eines Systemfehlers. Das System löst alle diese Aufgaben in einer Weise, welche die Vorteile an Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und Sicherheit des Betriebes beibehält und verstärkt, ohne daß irgendein relativer Nachteil eingeführt wird.

Claims

1. Ultraschall-Luftblasen-Detektionssystem, das einen Ultraschallsender (866), der bei einer ersten Resonanzfrequenz betrieben wird, und ein Ultraschallempfänger (868) zum Herstellen eines ersten Ausgangssignales, wenn es in einem Flüssigkeitsdurchgangsweg (306) Flüssigkeit gibt, und eines zweites Ausgangssignal, wenn es eine Luftblase in dem Flüssigkeitsdurchgangsweg (306) gibt, hat, gekennzeichnet durch ein Selbsttestsystem (900), das umfaßt: eine Einrichtung (904) zum Betreiben des Ultraschallsenders bei einer zweiten nicht-resonanten Frequenz; eine Monitoreinrichtung (922A, 924A) für das Ausgangssignal des Ultraschallempfängers (868), um zu bestimmen, ob das erste Ausgangssignal oder das zweite Ausgangssignal hergestellt wird; und eine Einrichtung zum Liefern eines Fehlersignales, wenn die Monitoreinrichtung feststellt, daß das erste Ausgangssignal durch den Ultraschallempfänger erzeugt wird, wenn der Ultraschallsender bei der zweiten nicht-resonanten Frequenz betrieben wird.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Ultraschallsender umfaßt: einen ersten Wandler (866), der auf einer Seite des Flüssigkeitsdurchgangsweges (306) angeordnet ist, wobei der erste Ultraschallwandler (866) bei der Resonanzfrequenz in Resonanz befindlich ist, und eine Einrichtung (904) zum wahlweise Betreiben des ersten Ultraschallwandlers (866) entweder bei der ersten Resonanzfrequenz oder bei einer zweiten Nicht-Resonanzfrequenz, bei welcher der erste Ultraschallwandler nicht in Resonanz ist; und in dem der Ultraschallempfänger umfaßt: einen zweiten Ultraschallwandler (868), der auf der anderen Seite des Flüssigkeitsdurchgangsweges (306) angeordnet ist, wobei der zweite Uitraschallwandler (868) ebenfalls bei der ersten Resonanzfrequenz in Resonanz ist, und einen Empfänger zum Detektieren von Ultraschallschwingungen, die durch den zweiten Wandler empfangen werden und zum Liefern entweder des ersten Ausgangssignales oder des zweiten Ausgangssignales; wobei der erste Ultraschallwandler (866), wenn er bei der ersten Frequenz betrieben wird, Ultraschallschwingungen erzeugt, welche zu der einen Seite des Flüssigkeitsdurchgangsweges (306) und durch den Flüssigkeitsdurchgangsweg gesendet werden, um durch den zweiten Ultraschallwandler (868) empfangen zu werden, wenn es eine Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsdurchgangsweg gibt, und welche Ultraschallschwingungen weitestgehend nicht den Flüssigkeitsdurchgangsweg (306) passieren und nicht durch den zweiten Ultraschallwandler empfangen werden, wenn es eine Luftblase in dem Flüssigkeitsdurchgangsweg gibt.

3. System nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Resonanzfrequenz des ersten und/oder des zweiten Ultraschallwandlers (866, 868) annähernd die erste Resonanz frequenz ist.

4. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß der Ultraschallsender und - wandler bei einer variablen Frequenz betrieben wird, die sich von einer dritten Frequenz bis zu einer vierten Frequenz erstreckt, wobei die erste Resonanzfrequenz in dem Bereich zwischen der dritten und vierten Frequenz fällt.

5. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die zweite nicht-resonante Frequenz im wesentlichen von der ersten Resonanzfrequenz abweicht.

6. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibereinrichtung eine Quelle der zweiten nicht-resonanten Frequenz und eine Schalteinrichtung (912A) zum Schalten zwischen der ersten Resonanzfrequenz und der zweiten nicht-resonanten Frequenz beinhaltet.

7. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibereinrichtung den Ultraschallsender periodisch bei der zweiten nicht-resonanten Frequenz betreibt.

8. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibereinrichtung den Ultraschallsender bei der zweiten nicht-resonanten Frequenz nicht betreibt, wenn das zweite Ausgangssignal durch den Ultraschallempfänger hergestellt worden ist.

9. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die Treibereinrichtung den Ultraschallsender bei der zweiten nicht-resonanten Frequenz für eine Zeit betreibt, die gerade ausreichend ist, um zu bestimmen, ob das erste Ausgangssignal oder das zweite Ausgangssignal hergestellt wird.

10. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung zum Liefern eines Fehlersignales ein akustisches oder optisches Alarmsignal liefert und die Pumpfunktion durch den Flüssigkeitsdurchgangsweg abschaltet.

11. Verfahren zum Testen eines Ultraschall-Luftblasen-Detektionssystems, um sicherzustellen, daß es ordnungsgemäß funktioniert, wobei das Ultraschall-Luftblasen- Detektionssystem einen Ultraschallsender (866), der bei einer ersten Resonanzfrequenz betrieben wird, und einen ultraschallempfänger (868) zum Herstellen eines ersten Ausgangssignales aufweist, wenn es eine Flüssigkeit in einem Flüssigkeitsdurchgangsweg (306) gibt, und eines zweiten Ausgangssignales, wenn es eine Luftblase in dem Flüssigkeitsdurchgangsweg gibt, gekennzeichnet durch Betreiben des Ultraschallsenders (866) bei einer zweiten nicht-resonanten Frequenz; Überwachen des Ausgangssignales von dem Ultraschallempfänger (868), um zu bestimmen, ob das erste Ausgangssignal oder das zweite Ausgangssignal erzeugt wird; und Liefern eines Fehlersignales, wenn in dem Überwachungsschritt festgestellt wird, daß das erste Ausgangssignal durch den Ultraschallempfänger erzeut wird, wenn der Ultraschallsender bei der zweiten nicht-resonanten Frequenz betrieben wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch anfängliches Bestimmen, ob das erste Ausgangssignal oder das zweite Ausgangssignal durch den Ultraschallempfänger (868) erzeugt worden ist, und, wenn das zweite Ausgangssignal erzeugt worden ist, Nicht-Betreiben des Ultraschallsenders (866) bei der zweiten nichtresonanten Frequenz.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch dem Ultraschallsender (866) erlauben, bei der ersten Resonanzfrequenz betrieben zu werden, wenn in dem Überwachungsschritt festgestellt wird, daß das zweite Ausgangssignal durch den Ultraschallempfänger erzeugt wird, wenn der Ultraschallsender (866) bei der zweiten nicht-resonanten Frequenz betrieben wird.