DE69504319T2

DE69504319T2 - Pumpen und druckerfassung mittels flexibler schlänche

Info

Publication number: DE69504319T2
Application number: DE69504319T
Authority: DE
Inventors: David Robert Watford Wd1 4Qw Coulson; Michael John Hertfordshire Hp4 1Hu Lindsey
Original assignee: Sims Graseby Ltd
Current assignee: Graseby Medical Ltd
Priority date: 1994-03-21
Filing date: 1995-03-21
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2015-03-22
Also published as: EP0752064A1; EP0752064B1; DE69504319D1; US5807322A; WO1995025893A3; GB9405523D0; WO1995025893A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine peristaltische Pumpe, und im speziellen, jedoch nicht ausschließlich, peristaltische Pumpen für tragbare Medikamenteninfusionsgeräte. In gewissen Aspekten betrifft die Erfindung ferner die Druckerfassung in flexiblen Schläuchen im allgemeinen.
Eine peristaltische Pumpe enthält ein flexibles Schlauchsystem, durch das eine Flüssigkeit bewegt werden soll. Es gibt verschiedene Arten peristaltischer Pumpen, doch bei einem Typ wird der Pumpendruck von einer externen Schubvorrichtung oder einem Kolben geliefert, der den Schlauch teilweise zusammendrückt, wobei sich die Flüssigkeit lediglich durch eine Art Rückschlagventilanordnung, wie bewegliche Finger, die so wirken, daß sie den Schlauch zusammendrücken und abdichten, ausschließlich in einer Richtung bewegt. Das ist als Dreifingerpumpe bekannt. Bei einer anderen Pumpenart - der linearen peristaltischen Pumpe - bewegen sich eine Vielzahl von Fingern aufwärts und abwärts, wobei jeder Finger den Schlauch an einer anderen Stelle zusammendrückt. Ein Nockenwellenmechanismus garantiert, daß sich die Finger in einer wellenartigen Abfolge bewegen, die die Flüssigkeit durch den Schlauch fördert. Bei wieder einem anderen Typ - der rotierenden peristaltischen Pumpe - wird der Schlauch in einer runden Spur gehaltert, und die Flüssigkeit wird mittels einer oder mehrerer Rollen in ihm weitergedrückt.
Peristaltische Pumpen wurden eine Zeitlang in Geräten zur kontinuierlichen Medikamenteninfusion eingesetzt, und aufgrund ihrer Einfachheit und geringen Größe sind sie besonders geeignet für den Einsatz in tragbaren Geräten zur kontinuierlichen Abgabe relativ hoher Dosen Medikamente (z. B. Antikrebsmedikamente) für ambulante Patienten.
Die Probleme, die in der Vergangenheit mit diesen Geräten verbunden waren, betrafen die bequeme und kostengünstige Bereitstellung eines Pumpenüberwachungsmechanismus, der den Patienten schnell warnen kann, falls bei der Infusion etwas falsch läuft. Die Dreifingerpumpe, die ansonsten sehr geeignet für den Einsatz in Medikamenteninfusionsgeräten ist) ist eher nicht-linear, unter dem Gesichtspunkt, daß die Flüssigkeitsabgabe eine nicht-lineare Funktion der Größe ist, um die die Leitung zusammengedrückt wird. Fig. 1 stellt schematisch den Druckkolben 12 einer peristaltischen Dreifingerpumpe auf dem bisherigen Stand der Technik dar, in der ein Schlauch 10 zwischen einem Vordrücker oder einem Kolben, der sich in Pfeilrichtung 14 nach unten bewegt, und einer festen Platte 16 zusammengedrückt wird. Man erkennt, daß sich der Kolben 12 auch gegen die Pfeilrichtung 14 aufwärts bewegen kann, um die Kompression der Leitung zu reduzieren. Es ist ersichtlich, daß sowohl Kolben als auch Druckplatte flach und parallel sind, wobei beide viel breiter als die Leitung sind, und sich der Schlauch beim Zusammendrücken seitlich in die dargestellte ovale Form vorwölbt.
Wenn der Abstand d als minimaler Abstand zwischen Kolben 12 und Druckplatte 16 angenommen wird, wird aus der Praxis ersichtlich, daß die Flüssigkeitsabgabe der Pumpe eine nichtlineare Funktion von d ist. Die Kraft, die nötig ist, um den Kolben abwärts zu bewegen, ist ebenfalls eine nicht-lineare Funktion von d. Bei einer herkömmlichen Infusionspumpe, die für die Infusion von Medikamenten benützt wird, müssen sowohl Schlauch 10 als auch Druckplatte 16 wahrscheinlich austauschbar sein. Wenn also genau wiederholbare Infusionswerte erreicht werden sollen, ist es wesentlich, daß der austauschbare Schlauch und/oder die Rückplatte sehr genau in Bezug zum Kolben 12 plaziert werden können. Wenn die Größe oder Dicke des austauschbaren Schlauchs differiert, oder wenn die Druckplatte 16 nicht exakt in derselben Position wie zuvor montiert wird, wird die Infusionsrate wahrscheinlich abweichen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine peristaltische Pumpe vorzusehen, in der wenigstens einige der oben genannten Schwierigkeiten zumindest gelindert werden.
Es ist ferner eine allgemeinere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine peristaltische Pumpe vorzusehen, die einen verbesserten Mechanismus zur Pumpenüberwachung beinhaltet.
EP-A-0,526,962 offenbart eine peristaltische Pumpe gemäß dem Oberbegriff in Anspruch 1. US-A-4,255,088 offenbart einen Leitungsverunreinigungs-Monitor mit den im Oberbegriff in Anspruch 25 festgelegten Eigenschaften.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine peristaltische Pumpe wie in Anspruch 1 vorgesehen. Unter einem zweiten Aspekt erstreckt sich die Erfindung auf einen Leitungsverunreinigungs-Monitor, wie in Anspruch 25 festgelegt.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Medikamenteninfusionseinheit, die eine zuvor definierte peristaltische Pumpe beinhaltet.
Das Drucksensormittel kann auch so angeordnet sein, daß ein Signal ausgegeben wird, das repräsentativ für den Leitungsdruck ist, wenn entweder eines oder beide Ventile offen sind, und/oder wenn beide Ventile geschlossen sind, jedoch kein Druck vom Druckmittel angelegt wird. Ein Vergleichermittel kann vorhanden sein, das die zwei Drücke vergleicht und dabei bestimmt, ob eine Verunreinigung in der Leitung vorhanden ist. Auch kann ein Rechnermittel vorhanden sein, das einen Schätzwert über die Verunreinigung erzeugt.
Die peristaltische Pumpe kann mit einer Kassette verbunden sein, die als Behälter für die zu pumpende Flüssigkeit dient. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Pumpe einen "Behälter leer"-Alarm und einen "Kassette ausgebaut"-Alarm beinhalten.
In der bevorzugten Ausführungsform ist die Leitung flexibel und das Druckmittel wirkt durch Zusammendrücken der Leitung, wodurch Druck auf die Flüssigkeit innerhalb der Leitung ausgeübt wird.
In der bevorzugten Ausführungsform ist die durch die Leitung fließende Flüssigkeit dünnflüssig (z. B. eine Infusionslösung), und der Detektor ist so angeordnet, daß das Vorhandensein von Luft oder anderen Gasen in der Leitung erfaßt wird. Luft oder Gas können eine Verunreinigung in Form großer Luftblasen sein, bzw. können Luft oder Gas in der Flüssigkeit selbst vorhanden sein und Schaum bilden. In beiden Fällen ermöglicht der Unterschied zwischen Komprimierbarkeit mit Luft oder Gas und ohne Luft oder Gas die genaue Bestimmung des Verunreinigungsgrades.
Dieselben Prinzipien könnten auch angewandt werden, wenn das im Schlauch strömende Fluid Luft oder Gas, und die Verunreinigung eine Flüssigkeit oder Schaum wäre.
Die oben angeführte Erfindung ist im allgemeinen in der Lage, einen Schätzwert für Luft oder Gas in der Leitung, verglichen mit der Flüssigkeitsmenge, zu geben. Wenn sowohl Gas als auch Flüssigkeit die Leitung passieren sollen (wenn die Leitung z. B. Schaum befördern soll), kann die Erfindung eingesetzt werden, um das Gas-Flüssigkeits-Verhältnis (z. B. die Schaumdichte) zu schätzen. Bei einer solchen Anordnung erfaßt die Vorrichtung jedoch keine Verunreinigung, sondern nur das Verhältnis der zwei unterschiedlichen Substanzen, die beide vorhanden sein sollen. Unter diesem Gesichtspunkt kann die Erfindung allgemein als Luft-in-der-Leitung-Detektor bzw. als Flüssigkeit-in-der-Leitung-Detektor gekennzeichnet werden. Es ist natürlich möglich, wenn auch nicht wesentlich, daß ein solcher Detektor innerhalb einer peristaltischen Pumpe eingesetzt werden kann.
Eine Überwachung des Pumpenkopfes durch Positionierung des Sensors angrenzend an den Expulsor (oder Vordrücker) ist eine sehr komfortable und kostengünstige Methode, die viele Vorteile hat: das Gerät kann mit einem günstigen Sensor und minimaler elektronischer Hardware laufen; es nimmt nur wenig Platz ein; Luft in der Leitung kann bei klaren, trüben und fettigen Infusionslösungen erfaßt werden; Luftblasen können entdeckt und somit kleinste Ungenauigkeiten reduziert werden; der Stromabwärtsverschlußdruck kann mittels Software auf jedes Niveau innerhalb des Arbeitsbereiches eingestellt werden; minimale Fehler aufgrund von Stromabwärtsdruckveränderungen können kompensiert werden; und der Stromaufwärtsdruck kann gemessen werden.
Die vorliegende Erfindung kann auf viele Arten in die Praxis umgesetzt werden, und eine spezielle Ausführungsform wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, worin:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine herkömmliche, schon beschriebene peristaltische Pumpe zeigt;
Fig. 2 zeigt eine Medikamenteninfusionseinheit, enthaltend eine erfindungsgemäße Pumpe;
Fig. 3 stellt das Einsetzen und den Ausbau der Einwegkassette in die Einheit aus Fig. 2 dar;
Fig. 4 ist eine Prinzipskizze zur Darstellung des Betriebs der Einheit;
Fig. 5 stellt eine tatsächliche Anordnung von Schlauch, Vordrückern und Ventilen dar;
Fig. 6 stellt die Nockenwellenanordnung zum Antrieb der Vordrücker und der Ventile dar;
Fig. 7 zeigt, wie der Schlauch in einem Kanal gehalten wird, wenn die Vordrücker auf ihn einwirken;
Fig. 8 stellt die Pumpenwellenform bei normalem Betrieb dar;
Fig. 9 stellt die Pumpenwellenform bei Stromabwärtsverschluß dar;
Fig. 10 stellt die Pumpenwellenform bei Luft in der Leitung dar;
Fig. 11 stellt die Pumpenwellenform bei leerem Beutel dar;
Fig. 12 stellt die Pumpenwellenform einer alternativen Ausführungsform dar;
die Fig. 13A bis 13F stellen verschiedene Stufen eines Betriebszyklus der am meisten bevorzugten Ausführungsform für die Anordnung von Schlauch, Vordrücker und Ventilen dar.
Die in Fig. 2 dargestellte Infusionspumpeneinheit 18 ist zum Abgeben von Medikamenten an ambulante Patienten konstruiert. Die Einheit beinhaltet einen Hauptkörper 20, an dem eine Kassette 22 (manchmal als "Einwegkassette" bekannt) lösbar angebracht ist, in der sich ein die Infusionslösung enthaltender elastischer Beutel (nicht dargestellt) befindet. Die Einheit wird über Knöpfe auf einer Programmkarte 24 gesteuert, und es gibt auch ein LED-Display 26, das dem Patienten oder Arzt den Status der Einheit anzeigt. Die Einheit weist auch einen akustischen Alarm auf.
Fig. 3 stellt dar, wie die austauschbare Kassette 22 am Hauptkörper 20 der Einheit gesichert wird. Die Details des speziellen Befestigungsmechanismus sind für das vorliegende Patent nicht wesentlich.
Innerhalb der austauschbaren Kassette 22 ist die Infusionslösung in einem elastischen, sterilen Beutel (nicht dargestellt) gespeichert, an den eine Infusionsleitung geschweißt ist, die der Patient auf herkömmliche Weise an der Kanüle befestigt. Der Hauptpumpenmechanismus sowie die Elektronik der Einheit befinden sich innerhalb des Hauptkörpers 20. Damit die Infusionslösung in konstanten Raten an den Patienten abgegeben werden kann, beinhaltet der Körper 20 eine Miniatur-Peristaltikpumpe. Diese ist in Fig. 4 schematisch dargestellt.
Der Pumpvorgang wirkt tatsächlich auf die flexible, austauschbare Infusionsleitung 28 ein, die sich zwischen Infusionslösungsbeutel (nicht dargestellt) und der Kanüle (nicht dargestellt) erstreckt. Der Pumpendruck innerhalb der Leitung 28 wird mittels eines Pumpkolbens oder Fingers 30 erreicht, der wiederholt auf die Leitung 28 drückt und diese teilweise gegen eine Druckplatte (in Fig. 4 nicht dargestellt) zusammenpreßt. Um sicherzustellen, daß die Infusionslösung in der richtigen Richtung durch der Leitung 28 strömt, gibt es stromauf- und stromabliegende Ventile 32 und 34, die wiederholt stark auf die Leitung drücken, um sie zu sperren. Wenn das Ventil 32 geschlossen ist, drückt der Kolben 30 nach unten auf die Leitung und preßt die Infusionslösung durch das offene Ventil 34. Ventil 34 wird dann geschlossen und Ventil 32 geöffnet. Wenn der Kolben 30 zurückgezogen wird, springt die Leitung aufgrund ihrer natürlichen Elastizität in ihre normale Form zurück, und das zieht die Flüssigkeit aus dem Beutel durch das nun offene Ventil 34. Das Ventil 32 wird dann geschlossen, Ventil 34 geöffnet, und der Vorgang wiederholt sich.
Eine Synchronisierung von Kolben 30 und der Ventile 32 und 34 ist durch jeweilige Nocken 36, 38 und 40 vorgesehen. Es wäre auch möglich, die Synchronisierung elektronisch und nicht mechanisch zu erzielen.
Die Nocken sind auf der Welle 42 eines Motors 44 montiert, dessen Betrieb von einem Mikroprozessor 46 gesteuert wird. Entsprechend dem Medikament oder einer anderen Infusionslösung, die durch die Leitung 28 zugeführt werden soll, kann der Motor entweder kontinuierlich arbeiten, oder er kann diskontinuierlich arbeiten und die Pumpe in gewünschten Intervallen einen Pumpzyklus ausführen lassen. Der Mikroprozessor 46 kann externe Bedienersteuermittel 48 haben, wie z. B. die in Fig. 2 dargestellte Programmkarte 24.
Die in Fig. 4 dargestellte peristaltische Pumpe enthält einen Widerstands-Drucksensor 50 für die Pumpenüberwachung. Der Drucksensor erzeugt ein Signal, das für den Leitungsdruck zwischen den zwei Ventilen 32 und 34 repräsentativ ist, und leitet dieses Signal weiter an eine elektrische Leitung 52 zum Mikroprozessor 46. Der Mikroprozessor ist daher in der Lage, zu überwachen, wie sich der Druck in der Leitung 28 über den Pumpzyklus verändert. Ein Opto-Positionsfühler 54 versorgt den Mikroprozessor mit Synchronisationssignalen, so daß er stets über die aktuelle Phase im Pumpzyklus informiert ist. Der bevorzugte Opto-Positionsfühler benutzt eine Platte mit schwarzen und weißen Segmenten, es kann jedoch jeder andere geeignete Positionsfühler eingesetzt werden.
Wie nachfolgend noch eingehender beschrieben wird, benutzt der Mikroprozessor die Signale aus dem Drucksensor 50 und dem Positionsfühler 54, um das Auftreten beliebiger Fehlerbedingungen zu bestimmen. Falls eine solche Bedingung auftritt, wird eine Nachricht auf dem LCD-Schirm 26 angezeigt und ein akustischer Alarm ausgelöst.
In dieser Ausführungsform des Geräts ist die Leitung 28 im Pumpenbereich nicht wirklich gerade, wie in der Prinzipskizze der Fig. 4 dargestellt wird. Fig. 5 stellt die wirkliche Anordnung genauer dar, und es wird ersichtlich, daß die Leitung 28 tatsächlich eine Schleife bildet, um Platz zu sparen. Die Ventile 32 und 34 sind, wie in dieser Ansicht besser ersichtlich wird, flache Platten, die senkrecht zur Leitung plaziert sind, so daß sie diese wirkungsvoll quetschen und abdichten können. Der Kolben 30 enthält in Wirklichkeit zwei getrennte längliche Finger 30' und 30", die beide entlang der Länge der Leitung 28 nach unten drücken. Die zwei Finger 30' und 30" pressen stets synchron nach unten, wobei die Ventile 32 und 34 abwechselnd arbeiten. Der Drucksensor ist unter einem geraden Teil der Leitung plaziert, da man in der Praxis herausgefunden hat, daß auf diese Weise zuverlässigere und beständigere Ergebnisse geliefert werden, als wenn der Sensor unter einem gebogenen Teil des Schlauchs plaziert wäre. Obwohl in Fig. 5 nicht dargestellt, befindet sich der gebogene Teil eigentlich außerhalb der Diagrammebene, um eine weitere Größenreduzierung des Geräts zu ermöglichen, ohne daß die Leitung 28 zu stark gebogen verlaufen muß. In einer alternativen Ausführungsform könnte die Leitung in Fig. 5 gerade statt gebogen sein.
Weitere spezifische Details des Nockenmechanismus werden in Fig. 6 dargestellt. Wie ersichtlich wird, ist die Leitung 28 in eine Reihe von Nuten auf einer Stützplatte 56 eingefädelt. Wenn sich die Ventile 32 und 34 nach unten bewegen, wird die Leitung 28 zwischen den Ventilen selbst und der Stützplatte gequetscht. Genauso wird die Leitung 28, wenn sich die Vordrücker 30' und 30" nach unten bewegen, wenigstens teilweise zusammengedrückt. In Fig. 6 ist die Schleifenanordnung der Leitung 28 nicht klar dargestellt: In Wirklichkeit befinden sich die Leitungsschleifen unter der Stützplatte 56 unmittelbar hinter der Druckplatte 50.
Die Funktion der Finger 30' und 30" wird in näheren Einzelheiten in Fig. 7 dargestellt. Wo die Leitung von den Vordrückern zusammengedrückt wird, wird sie innerhalb eines Kanals 58 in der Platte 56 festgehalten. Wenn sich der Vordrücker nach unten bewegt, wird die Leitung teilweise in sich selbst zusammengedrückt, wie in der rechten Zeichnung dargestellt wird.
Die Platte 56 (Fig. 6) kann entweder Teil der austauschbaren Kassette 22 sein, oder in einer bevorzugten Ausführungsform kann sie Teil des Hauptkörpers 20 der Einheit sein; in einem Beispiel kann die Platte als drehbarer Schlauchhalter am Hauptkörper 20 konfiguriert sein, so wie es in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung Nr. PCT/GB94/02811 beschrieben wird.
Die Funktion des Pumpenüberwachungssystems wird nun mit Bezug auf die Fig. 8 bis 11 beschrieben, die die verschiedenen Pumpenwellenformen darstellen. Die obere Kurve zeigt den Spannungsausgang des Drucksensors 50 als Funktion des Winkels der Nockenwelle 42. Die zweite und dritte Kurve zeigen jeweils die Stellungen des Ausgangsventils 34 und des Eingangsventils 32. Darunter wird die Position des Vordrückers 30 dargestellt, und unten werden die vom Opto-Positionsfühler 54 gelieferten Signale dargestellt.
Zur Erreichung der Pumpenüberwachung prüft der Mikroprozessor 46 während des Pumpzyklus wiederholt den Drucksensorausgang. Zur Sicherstellung der Synchronisation wird Bezug auf die Synchronisationsimpulse aus dem Opto-Positionsfühler 54 genommen. Diese neuartige Methode zur Überwachung des Status der peristaltischen Pumpe ermöglicht die Erkennung der folgenden Fehlerzustände: Luft in der Leitung, stromabwärts Verschluß (z. B. verstopfte Kanüle), stromaufwärts Verschluß (z. B. leerer Beutel), Schlauch nicht korrekt eingesetzt, stromaufwärts Überdruck (z. B. Patient drückt auf Beutel), und Einwegkassette nicht eingesetzt.
Mit Bezug auf Fig. 8 werden zuerst die Wellenformen für normalen Betrieb als Funktion des Nockenwellenwinkels dargestellt. Die Hauptsegemente des Pumpablaufs sind wie folgt:
0-45 Grad: Beide Ventile geschlossen, der Druck steigt an, da der Vordrücker den Schlauch fortlaufend zusammendrückt.
45-70 Grad: Der Vordrücker pausiert, der Druck stabilisiert sich bei 400 mmHg (ca.).
70-230 Grad: Das Ausgangsventil öffnet sich und ermöglicht einen Ausgleich des Pumpenkammerdrucks mit dem Stromabwärtsdruck: Der Vordrücker steigt zum höchsten Punkt seiner Kurve und stößt die Flüssigkeit für diesen Schuß aus.
230-350 Grad: Das Ausgangsventil schließt.
265-310 Grad: Das Eingangsventil öffnet sich und der Vordrücker fährt nach unten und zieht sich vom Schlauch zurück.
310-340 Grad: Eingangsventil schließt.
340-360 Grad: Pumpenzyklus ist abgeschlossen, Motor stoppt.
Das Drucksensorsignal wird bei Auftreten der verschiedenen obengenannten Fehlerbedingungen wesentlich verändert.
Die gestrichelte Linie in Fig. 9 stellt dar, wie der Drucksensorausgang aussehen könnte, wenn stromabwärts ein Verschluß auftritt, wenn z. B. die Kanüle verstopft ist. Wie ersichtlich wird, bleibt der Drucksensorausgang hoch für Nockenwellenwinkel zwischen etwa 70 und 230 Grad. Der Verschlußdruck kann durch Vergleichen der Ausgangsspannung (entsprechend dem Druck bei offenem Ausgangsventil und geschlossenem Eingangsventil) mit der Eingangsspannung (entsprechend dem Druck bei geschlossenem Ausgangsventil und offenem Eingangsventil) festgestellt werden.
Die gestrichelte Linie in Fig. 10 stellt dar, wie sich der Drucksensorausgang verändern kann, wenn Luft in der Leitung ist. Wenn beide Ventil geschlossen sind und sich der Vordrücker nach unten bewegt (zwischen 45 und 70 Grad), gibt es einen positiven Druckgradienten. Die Größe des Gradienten hängt ab von der Luftmenge in der zentralen Pumpenkammer, da sich Luft viel leichter zusammendrücken läßt als die flüssige Infusionslösung.
Wenn bekannt ist, daß der Druck in etwa bei Atmosphärendruck liegt, wenn der Nockenwellenwinkel 0 Grad beträgt, dann kann als Anzeichen für die Luftmenge in der zentralen Pumpenkammer der bei 30 bis 60 Grad erreichte Druck benutzt werden. Wenn andererseits bekannt ist, daß der Druck in etwa bei Atmosphärendruck liegt, wenn der Nockenwellenwinkel 300 Grad beträgt, dann kann als Anzeichen für die Luftmenge in der zentralen Pumpenkammer der bei 45 bis 70 Grad erreichte Druck benutzt werden.
Die gestrichelte Linie in Fig. 11 stellt einen typischen Drucksensorausgang für den Fall dar, daß der Beutel leer ist. Normalerweise ist der Eingangsdruck im wesentlichen atmosphärisch. Es kann jedoch ein Stromaufwärtsverschluß (wie z. B. ein leerer Beutel) durch Messen der Veränderungen im Eingangsdruck vom einem Zyklus zum nächsten festgestellt werden. Der Algorithmus ist so eingerichtet, daß ein Stromaufwärtsverschluß festgestellt wird, wenn hintereinander drei reduzierte Werte für den Eingangsdruck gefunden werden.
Wenn die Kassette nicht richtig eingesetzt ist, bleibt das Signal aus dem Drucksensor konstant bei Null Volt, ungeachtet der Pumpenzyklen.
Es ist im Normalfall nicht nötig, den Beutel bei einem tragbaren Gerät auf Überdruck zu überprüfen, da der elastische Beutel üblicherweise durch eine starre äußere Kassette 22 geschützt wird. Bei Geräten, bei denen der Beutel jedoch offen liegt, kann es erwünscht sein, den Beutel auf Überdruck zu prüfen, was normalerweise anzeigt, daß der Beutel gequetscht wird. Das erfolgt durch Vergleichen des Eingangsdrucks mit dem atmosphärischen Druck.
Ein beispielhafter Fehlererfassungsalgorithmus zum Einsatz bei einem tragbaren Infusionsgerät, wie es in Fig. 2 dargestellt wird, soll nachstehend beschrieben werden.
Vier Parameter werden aus der Drucksensorwellenform abgeleitet:
Vcomp - die Spannung, wenn der Nockenwellenwinkel 45-70 Grad beträgt.
Vip - die Spannung entsprechend dem Eingangsdruck
Vop - die Spannung entsprechend dem Ausgangsdruck
Vref - die am Zyklusbeginn gemessene Spannung.
Ebenso definieren wir wie folgt:
Vfaultmin: minimale Drucksensorspannung bei eingesetzter Einwegkassette.
Vocc: erforderliche Verschlußdruckschwelle.
Vcompminusl: Vcomp für vorhergehenden Pumpenzyklus
Vipminusl: Vip für vorhergehenden Pumpenzyklus
Vair: Minimum-Kompressiondruck, unter welchem Alarm gegeben wird.
Der Algorithmus untersucht sodann die Drucksensorwellenform auf mögliche Fehlerzustände in der nachfolgend dargestellten Reihenfolge:
IF Vref < = Vfaultmin THEN KEINE KASSETTE
IF Vip > Vop THEN STROMABWÄRTS VERSCHLUSS
Vcompavg - (Vcomp + Vcompminusl)/2
Vipavg - (Vip + Vipminusl)/2
IF (Vcompavg - Vipavg) < Vair THEN LUFT IN LEITUNG IF (Vip < Vipminusl - Vemptyl) AND
(Vip < Vipminus2 - Vempty2) AND
(Vip < Vipminus3 - Vempty3) THEN
STROMAUFWÄRTS VERSCHLUSS
Schließlich werden die Variablen aktualisiert:
Vcompminusl = Vcomp
Vipminus3 = Vipminus2
Vipminus2 = Vipminusl
Vipminusl = Vip
Fig. 12 stellt einige alternative Wellenformen dar, die eine geringe Veränderung gegenüber den oben diskutierten Ausführungsformen zeigen. Wie zuvor, werden die Position des Eingangsventils, des Ausgangsventils und des Schlauchvordrückers als Funktion des Nockenwellenwinkels dargestellt. Die untere Kurve in Fig. 12 zeigt die Zeitpositionen, d. h. die Positionen, an denen die Druckwerte ausgelesen werden. Diese werden wie folgt beschrieben:
Der Motor wird nach der sechsten Lesung gestoppt und dann zum richtigen Zeitpunkt wieder neugestartet, um den Zyklus zu wiederholen.
Ein Verschluß wird durch Überwachung der zwei Ausgangssignale Vop2 und Vop4 erfaßt. Das System errechnet einen Langzeit- Mittelwert, der zum Erzeugen eines Nulldruck-Bezugwerts benutzt wird. Verschlußalarm wird gegeben, wenn der Augenblickswert den Mittelwert um einen Betrag überschreitet, der größer ist als ein voreingestellter Schwellenwert.
Der folgende Algorithmus zeigt, wie der Durchschnittswert erzeugt und die Verschlußalarmsignale erzeugt werden - merke, ein Verschlußalarm wird gegeben, wenn ein schneller Druckanstieg bei einem einzigen Schuß festgestellt wird oder die Sensorspannung das erlaubte Maximum überschreitet.
Zuerst definieren wir die folgenden Konstanten:
YOmm = durchschnittlicher Zählwert (2 · Vatm)
Vatm = angenommener Wert für atmosphärischen Druck
Der Verschlußerfassungsalgorithmus ist wie folgt:
Der Luft-in-Leitung-Alarm beruht auf dem Druckunterschied zwischen der Eingangs- und Kompressionsphase, wie zuvor beschrieben. Dies wird gefiltert wie folgt, um zu verhindern, daß eine geringe Luftmenge einen Alarm auslöst:
Vfilt = Vcomp - Vip
Yair = Vfilt + 0,5 · Yair
Der Alarm wird bei oder nach dem achten Schuß (d. h. 0,4 ml) nach dem Startpunkt gegeben, wenn Yair kleiner ist als ein voreingestellter Schwellenwert Vair:
Der Alarm "Kassette leer" funktioniert auf ähnliche Weise wie der Verschlußalarm und nutzt einen Durchschnittswert, der mittels eines einfachen digitalen Filteralgorithmus berechnet wird. Der Alarm wird gegeben, wenn der Druck unter eine voreingestellte Grenze fällt, was einen Sog anzeigt. Der Filteralgorithmus ist wie folgt:
ZOmm = Vip + 0,99 · ZOmm
Vinatm = ZOmm / 100
Alarm wird gegeben, wenn
Vinatm - Vip < BEUTELLEERGRENZE und
Vinatm - Vip&submin;&sub1; < BEUTELLEERGRENZE und
Vinatm - Vip&submin;&sub2; < BEUTELLEERGRENZE und
(d. h. der Eingangsdruck muß die Grenze von -300mmHg für drei aufeinanderfolgende Schüsse übersteigen, bevor der Alarm aktiviert wird).
Zum Auslösen des Alarms "Kassette ausgebaut" wird ein Schwellenwert definiert (Vnocassette), unterhalb dessen die Kassette als ausgebaut betrachtet wird - doch um zu vermeiden, daß ein Leerzustand einen falschen "Kassette ausgebaut" Alarm erzeugt, wird in Startstellung der folgende Test durchgeführt:
IF FSR < Vnocassette OR
IF ShotCount > = 2 AND (Vop2 < Vnocassette)
THEN KASSETTE AUSGEBAUT
END
Wobei FSR der von der Drucksensorvorrichtung bestimmte Druck ist.
Die Fig. 13A bis 13F zeigen verschiedene Stufen in einem Pumpzyklus einer Pumpe, die gemäß der meist bevorzugten Ausführungsform der Erfindung konstruiert ist.
Die Pumpe enthält einen Motor und eine Getriebebaugruppe 102, die die Nockenbaugruppen 104, 106, 108 jeweils für das Eingangsventil 110 antreiben, einen Schlauchvordrücker 112 und ein Ausgangsventil 114.
Der Schlauch 116 ist in dieser Ausführungsform zwischen Eingangsventil 110 und Ausgangsventil 114 im wesentlichen gerade. Die Ventile 110 und 114 sowie der Vordrücker 112 sind alle so ausgelegt, daß sie auf den Schlauch 116 im wesentlichen in der gleichen Richtung gegen eine Druckplatte 118 drücken.
Ein FSR-Drucksensor 120 sitzt zwischen Eingangsventil 110 und Vordrücker 112.
IN Fig. 13A wird der Schlauch 116 sowohl von Eingangsventil 110 als auch vom Ausgangsventil 114 zusammengedrückt, und der Vordrücker ist zurückgefahren.
Die Anordnung der Nockenbaugruppen 104, 106, 108 ist so, daß sich die gemeinsame Welle, auf der sie angeordnet sind, während des Pumpenzyklus einmal dreht. Die Nockenbaugruppen sind so ausgerichtet, daß sich die Ventile 110, 114 sowie der Vordrücker 112 der Reihe nach durch die in Fig. 13A bis 13F dargestellten Konfigurationen bewegen. Wenn die Nockenbaugruppen 104, 106, 108 von der Stellung in Fig. 13A zur Stellung in Fig. 13B rotieren, wird so der Vordrücker durch seine Nocke 106 gegen die Druckplatte 118 vorgeschoben und der Sensor 120 kann den steigenden Druck im Schlauch 116 fühlen. Wenn die Nockenbaugruppen von der Stellung in Fig. 13B zur Stellung in Fig. 13C rotieren, kann sich das Ausgangsventil 114 mittels seiner Nockenbaugruppe 118 öffnen und so Flüssigkeit von vom Schlauch 116 aus der Pumpe 100 fließen lassen, wenn die Vordrücker-Nockenbaugruppe 106 den Vordrücker 112 voll gegen die Druckplatte 118 vorschiebt. Wenn die Nockenanordnungen von der in Fig. 13C dargestellten Stellung zu der in Fig. 13D dargestellten Stellung rotieren, schließt das Ausgangsventil 114 wieder. Wenn dann die Nockenbaugruppen von der in Fig. 13D dargestellten Stellung zu der in Fig. 13E dargestellten Stellung rotieren, ziehen sich Eingangsventil 110 und Vordrücker 112 von der Druckplatte 118 zurück und lassen Flüssigkeit von z. B. einer Kassette (nicht dargestellt) in die Pumpe 100 fließen. Wenn dann die Nockenbaugruppen von der in Fig. 13E dargestellten Stellung zu der in Fig. 13F dargestellten Stellung rotieren, schließt sich das Eingangsventil 110 wieder, indem es sich gegen die Druckplatte 118 vorschiebt. Es wird angemerkt, daß die Ventile 110 und 114 sowie Vordrücker 112 in Fig. 13F in die gleiche Stellung zurückgekehrt sind wie in Fig. 13A gezeigt wird.
Die Nockenbaugruppen 104, 106, 108 der Pumpe 100 sind so ausgerichtet, daß sie die in Fig. 12 dargestellten Wellenformen erzeugen und die Überwachung der Pumpe wie oben mit Bezug auf Fig. 12 beschrieben abläuft. Es wird verständlich, daß die Pumpe 100 im Körper 20 der Infusionspumpeneinheit eingebaut sein kann als Alternative zu Motoreinheit, Ventilen, Vordrücker und Drucksensor, wie oben mit Bezug auf die Fig. 4 bis 6 beschrieben wird. Die Druckplatte 118 beinhaltet vorzugsweise einen Kanal (nicht dargestellt) ähnlich dem oben mit Bezug auf Fig. 7 beschriebenen Kanal 58.

Claims

1. Eine peristaltische Pumpe, enthaltend eine flexible Leitung (28), die ein zu pumpendes Strömungsmittel fördert, mehrfach angeordnete zyklisch arbeitende Leitungsquetschmittel (30), um die Leitung zusammenzudrücken, wobei die Pumpe ein Eingangsventil (32) in Strömungsrichtung vor den Leitungsquetschmitteln, sowie ein Ausgangsventil (34) in Strömungsrichtung hinter den Leitungsquetschmitteln aufweist, Druckfühlermittel (50) so angeordnet sind, daß sie ein Signal ausgeben, das repräsentativ für den Druck in der Leitung zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsventil ist, dieses Signal zu einem Pumpenüberwachungsmittel (46) geleitet wird, und das Überwachungsmittel (46) Anzeigemittel (26) aufweist, die so ausgelegt sind, daß sie eine Pumpenzustandanzeige ausgeben, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenüberwachungsmittel (46) dann, wenn sowohl das Eingangsventil (32) als auch das Ausgangsventil (34) geschlossen sind und auf die Leitung (28) durch das Leitungsquetschmittel (30) ein Druck aufgebracht wird, den Kompressionsdruck überwacht.

2. Eine peristaltische Pumpe gemäß Anspruch 1, in dem das Überwachungsmittel (46) so ausgelegt ist, daß es den Ein gangsdruck überwacht, wenn das Eingangsventil (32) offen, und das Ausgangsventil (34) geschlossen ist.

3. Eine peristaltische Pumpe gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dem das Überwachungsmittel (46) so ausgelegt ist, daß es den Ausgangsdruck überwacht, wenn das Eingangsventil (32) geschlossen und das Ausgangsventil (34) offen ist.

4. Eine peristaltische Pumpe gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, bei der die Pumpenüberwachungsmittel (46) Mittel beinhalten, um festzustellen, ob eine Strömungsmittelzufuhr an die Leitung angeschlossen ist.

5. Eine peristaltische Pumpe gemäß Anspruch 4, sofern dieser von Anspruch 2 abhängt, bei der die Mittel zum Erfassen, ob eine Strömungsmittelzufuhr an die Leitung angeschlossen ist, Mittel zum Feststellen umfaßt, ob der Eingangsdruck bzw. der mittlere Eingangsdruck höher als ein Bezugswert ist.

6. Eine peristaltische Pumpe gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, bei der die Pumpenüberwachungsmittel (46) Mittel zum Erkennen einer Verstopfung in Strömungsrichtung hinter der Pumpe beinhalten.

7. Eine peristaltische Pumpe gemäß Anspruch 6, wenn dieser abhängig von Anspruch 3 ist, in der die Mittel zum Erfassen einer Verstopfung in Strömungsrichtung hinter der Pumpe Mittel aufweisen, um festzustellen, ob der Ausgangsdruck bzw. der mittlere Ausgangsdruck größer als ein bestimmter Schwellenwert ist.

8. Eine peristaltische Pumpe gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, bei der die Pumpenüberwachungsmittel (46) Mittel zum Erkennen von Luft in der Leitung aufweisen.

9. Eine peristaltische Pumpe gemäß Anspruch 8, wenn dieser abhängig von Anspruch 1 ist, in der die Mittel zum Erfassen von Luft in der Leitung Mittel zum Vergleichen des Kompressionsdrucks mit dem Eingangsdruck, bzw. zum Vergleichen des mittleren Kompressionsdrucks mit dem mittleren Eingangsdruck aufweisen.

10. Eine peristaltische Pumpe gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, bei der die Pumpenüberwachungsmittel (46) Mittel zum Erkennen einer Verstopfung in Strömungsrichtung vor der Pumpe beinhalten.

11. Eine peristaltische Pumpe gemäß Anspruch 10, wenn dieser abhängig von Anspruch 2 ist, bei der die Mittel zum Erfassen einer Verstopfung in Strömungsrichtung vor der Pumpe Mittel zum Erfassen einer Eingangsdruckabnahme über mehrere Pumpenzyklen enthalten.

12. Eine Arzneimittel-Infusionseinheit (18) einschließlich einer peristaltischen Pumpe gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche.

13. Eine Arzneimittel-Infusionseinheit (18) gemäß Anspruch 12, in der die peristaltische Pumpe innerhalb eines Hauptkörpers (20) der Einheit enthalten ist, wobei der Hauptkörper (20) so angeordnet ist, daß er mit einer Einwegkassette (22) zusammenwirkt, die einen Beutel mit dem Infusionsmittel enthält, wobei der Beutel eine flexible Zufuhrleitung (28) aufweist, an der die Pumpe so eingerichtet ist, daß sie arbeitet, sobald die Kassette (22) eingesetzt ist.

14. Eine Arzneimittel-Infusionseinheit (18) gemäß Anspruch 13, in der die Zufuhrleitung (28) in eine Schleife von im wesentlichen 180º gebogen ist, wobei Eingangsventil (32) und Ausgangsventil (34) nebeneinander liegen, jeweils eines an einem Ende der Schleife, wobei die Quetschmittel (30) und die Druckfühlermittel (50) innerhalb er Schleife liegen.

15. Eine Arzneimittel-Infusionseinheit (18) gemäß Anspruch 14, in der innerhalb der Schleife zwei Quetschmittel (30', 30 ") vorhanden sind, die zusammenwirken, um die Leitung zusammenzudrücken.

16. Eine Arzneimittel-Infusionseinheit (18) gemäß Anspruch 14, in der die zwei Quetschmittel (30', 30") nebeneinander liegen.

17. Eine Arzneimittel-Infusionseinheit (18) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 12 bis 16, in der die Quetschglieder (30) und Ventile (32, 32) alle Quetschglieder sind, die so angeordnet sind, daß sie die Leitung (28) von außen her zusammendrücken.

18. Eine Arzneimittel-Infusionseinheit (18) gemäß Anspruch 17, in der die zwei Quetschglieder die Leitung (28) gegen eine feste Auflage (56) zusammendrücken, die Teil des Hauptkörpers (20) der Einheit ist.

19. Eine Arzneimittel-Infusionseinheit (18) gemäß Anspruch 17 oder Anspruch 18, in der die Kompressionsglieder mittels Nocken (36, 38, 40) arbeiten, die auf einer gemeinsamen Nockenwelle (42) sitzen.

20. Eine peristaltische Pumpe gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 11, oder eine Arzneimittel-Infusionseinheit (18) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 12 bis 19 einschließlich eines Positionssensors (54), der so angeordnet ist, daß er in jedem Pumpenzyklus ein Synchronisationssignal an das Pumpenüberwachungsmittel (46) schickt.

21. Eine peristaltische Pumpe gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 11, bei der die Leitungsquetschmittel (30) ein Glied aufweisen, das so angeordnet ist, daß es die Leitung (28) gegen eine Unterlage (56) drückt, wobei die Pumpe Haltemittel (58) aufweist, die die Leitung (28) festhalten bzw. verhindern, daß sich die Leitung (28) in einer Richtung senkrecht zur Kompressionsrichtung aufbaucht.

22. Eine peristaltische Pumpe gemäß Anspruch 21, in der das Glied eine gelängte Platte ist, die sich entlang der Leitung erstreckt, wobei die Dicker der Platte geringer ist als der Außendurchmesser der Leitung.

23. Eine peristaltische Pumpe gemäß Anspruch 21 oder 22, in der die Unterlage eine Nut (58) definiert, in der die Leitung angeordnet ist, wobei die Seitenwände der Nut bewirken, daß das Aufbauchen der Leitung verhindert wird bzw. diese festgehalten wird.

24. Eine peristaltische Pumpe gemäß Anspruch 23, in der die Breite der Nut (58) im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser der Leitung (28) ist.

25. Ein Detektor zum Erfassen einer Verunreinigung in der Leitung, enthaltend eine Leitung (28) durch die im Betrieb ein Strömungsmittel fließt, Druckmittel (30), die so angeordnet sind, daß sie einen Druck auf das Strömungsmittel innerhalb der Leitung zwischen einem Eingangsventil (32) und einem Ausgangsventil (34) ausüben, und Druckfühlermittel (50) die angeordnet sind, um ein Signal vorzusehen, das für den Druck in der Leitung zwischen dem Eingangsventil (32) und dem Ausgangsventil (34) repräsentativ ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (28) flexibel ist und das Druckmittel (30) durch Zusammendrücken der Leitung Druck auf das Strömungsmittel innerhalb der flexiblen Leitung (28) ausübt, wobei die Druckfühlermittel (50) ein Signal vorsehen, wenn beide Ventile (32, 34) geschlossen sind und durch das Druckmittel (30) Druck aufgebracht wird.

26. Ein Detektor gemäß Anspruch 25, in dem das Druckfühlermittel (50) auch so angeordnet ist, daß es ein für den Druck in der Leitung (28) repräsentatives Signal vorsieht, wenn eines oder beide der Ventile (32, 34) offen sind und/oder wenn beide Ventile geschlossen sind, aber durch die Druckmittel (30) kein Druck aufgebracht wird.

27. Ein Detektor gemäß Anspruch 25 oder Anspruch 26, in dem ein Vergleichermittel (46) vorgesehen ist, um die zwei Drücke zu vergleichen und somit einen Entschluß zu fassen, ob es in der Leitung eine Verunreinigung gibt.

28. Ein Detektor gemäß einem beliebigen der Ansprüche 25 bis 27, in denen Rechenmittel vorgesehen sind, um eine Abschätzung über das Ausmaß der Verunreinigung zu gewinnen.