ES2334459T3 - Microbomba. - Google Patents
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Abstract
Bomba que incluye un estator (8), un rotor (6) que comprende una extensión axial (14, 16) montada de manera deslizante y giratoria por lo menos parcialmente en una cámara del rotor (10) del estator, y por lo menos unas primeras y segundas válvulas entre una entrada y la cámara del rotor, respectivamente entre la cámara del rotor y una salida (12), que se abren y se cierran en función de por lo menos el desplazamiento angular del rotor, comprendiendo la bomba además unos elementos de leva (42, 44) que interactúan en el rotor y el estator y unos medios de precarga que actúan en el rotor para aplicar una fuerza en el rotor en la dirección axial del elemento de leva del estator, caracterizado porque los elementos de leva (42, 22) están configurados de tal manera que están separados por una determinada distancia axial h a una posición angular especificada cuando ambas válvulas están cerradas.
Description
Microbomba.
La presente invención se refiere a un sistema de
microbomba, en particular un sistema de microbomba para aplicaciones
médicas.
En la solicitud internacional número WO 2005
039674 se describe una microbomba que está bien adaptada para la
administración precisa subcutánea de pequeñas cantidades de un
fármaco líquido, como la insulina. Dicha microbomba mencionada
anteriormente es precisa, compacta, portátil y fiable debido a la
sencillez de su construcción y a su principio de funcionamiento
particular. Sin embargo, la administración subcutánea de fármacos
líquidos requiere un elevado nivel de seguridad, siendo algunos de
los requisitos importantes asegurar que no se inyecte aire en el
sistema sanguíneo del paciente, así como asegurar que la cantidad de
fármaco realmente inyectada se corresponde con la lectura de la
unidad de control de la bomba.
Una bomba implantable para la administración de
preparados farmacéuticos, que comprende un pistón giratorio y que
se desplaza de manera axial, se da a conocer en el documento CH 688
224. La reivindicación 1 está limitada en forma de dos partes con
respecto a la exposición de este documento.
También existe una necesidad de reducir la
cantidad y la complejidad de las operaciones que debe efectuar el
usuario para el funcionamiento del sistema de administración del
fármaco, como la interconexión de los componentes, por ejemplo
cartuchos de almacenaje a una bomba, con el fin de reducir el riesgo
de manipulaciones erróneas por parte del usuario.
Además, existe una necesidad continua de reducir
el coste de los dispositivos médicos.
A la vista de lo expuesto anteriormente, un
objetivo de la invención es proporcionar una bomba para aplicaciones
médicas que sea precisa, fiable, compacta y muy segura de
utilizar.
Resultaría ventajoso proporcionar una microbomba
que presente un coste de fabricación particularmente efectivo, de
manera que se pueda proporcionar como un sistema desechable.
Resultaría ventajoso proporcionar una microbomba
desechable para la administración de fármacos en líquido con un
coste efectivo, que se pueda integrar fácilmente con un depósito que
albergue el fármaco que se va a administrar y que se elimine con
dicho depósito que alberga el fármaco, cuando está vacío.
Los objetivos de la invención se han alcanzado
proporcionando una bomba según la reivindicación 1.
En la presente memoria, se da a conocer una
bomba, en particular adaptada para aplicaciones médicas, que incluye
un estator, un rotor que comprende una extensión axial montada de
manera que se pueda deslizar y que pueda girar por lo menos
parcialmente en una cámara del rotor del estator adaptada para
efectuar una acción de bombeo, y por lo menos primeras y segundas
válvulas entre una entrada y la cámara del rotor, respectivamente
entre la cámara del rotor y una parte de salida de la bomba. Las
válvulas se abren y se cierran como una función de por lo menos el
desplazamiento angular del rotor. La bomba comprende también
elementos de leva que interactúan en el rotor y el estator, así
como medios de precarga que actúan sobre el rotor para aplicar una
fuerza sobre el mismo en la dirección axial del elemento de leva de
estator.
En una forma de realización preferida, el rotor
comprende unas primeras y unas segundas extensiones axiales de
diferentes diámetros con canales de suministro de líquido, y anillos
de hermeticidad fijados a la carcasa que se monta alrededor de las
primeras y segundas extensiones axiales, para formar entre sí
primeras y segundas válvulas. Los anillos de hermeticidad están
dispuestos generalmente a un ángulo oblicuo con respecto a un plano
perpendicular al eje de giro del rotor, de manera que cuando el
rotor gira, la extremidad de cada canal de suministro de líquido
pasa desde un lado del anillo de hermeticidad hasta el otro lado,
abriendo y cerrando así la comunicación de líquido a través del
anillo de hermeticidad. Sobre un ciclo de giro de 360º del rotor,
éste también efectúa un desplazamiento axial cuando cualquiera de
las válvulas está abierta, generando así una acción de bombeo
debida al cambio de volumen que resulta de la diferencia de diámetro
entre ambas extensiones axiales del rotor. El principio de
funcionamiento de la última forma de realización es similar al
principio de funcionamiento de la microbomba descrita en el
documento WO 2005 039674.
En la invención, el desplazamiento axial del
rotor se genera mediante una superficie de leva de un elemento de
leva en el rotor, que coopera con una superficie de leva
complementaria de un elemento de leva complementario en la carcasa
del estator, y medios para aplicar una fuerza axial que empuje el
rotor hacia una cara del estator.
La fuerza axial en el rotor puede estar generada
por un resorte que presione en el rotor, o por un imán. En la forma
de realización preferida, está previsto un resorte debido a su
simplicidad, comprendiendo el mismo una protuberancia central que
presiona contra el rotor en el centro axial del mismo, con el fin de
minimizar las fuerzas de fricción entre sí.
Los canales de suministro de líquido están
dispuestos con respecto a los anillos de hermeticidad, de manera
que sobre un cierto ángulo en la transición desde la posición
abierta de una válvula hasta la posición cerrada de la otra
válvula, ambas válvulas están cerradas. Esto asegura que, teniendo
en cuenta cualquier tolerancia de fabricación, ambas válvulas nunca
se abren de forma simultánea, con el fin de evitar un paso de flujo
libre entre el depósito de líquido y la aguja subcutánea.
Por lo menos en una de las zonas angulares en
las que ambas válvulas están cerradas, las superficies de leva no
se encuentran en contacto entre sí y el elemento de leva en el rotor
se encuentra a una distancia axial del estator. En el caso de que
tenga lugar una fuga no intencionada en uno de los anillos de
hermeticidad, o si hubiese aire entre la cámara de líquido del
sistema de bombeo, una fuerza axial ejercida entre el rotor y el
estator provocaría el desplazamiento relativo del rotor con respecto
al estator. El desplazamiento axial del rotor se puede detectar
mediante un detector, por ejemplo un detector del tipo Hall o
cualquier otro detector de posición conocido, señalando de este
modo un mal funcionamiento a la unidad de control de la bomba.
Los elementos de leva también se pueden utilizar
para determinar una posición de referencia del rotor con respecto
al estator haciendo avanzar el rotor y a continuación, invirtiendo
la dirección hasta que los elementos de leva contacten. La posición
de referencia se puede utilizar para determinar la posición de
inicio del rotor con el fin de determinar la posición angular del
rotor y en particular del elemento de leva del mismo con respecto
al estator, con el fin de determinar de manera precisa la posición
de detención.
El rotor puede estar realizado en un material
plástico inyectado con imanes permanentes embebidos en su interior,
accionados mediante bobinas de estator en un módulo de accionamiento
que se puede insertar sobre un extremo del módulo de la bomba.
En la presente memoria, se da a conocer un
módulo de bomba que incluye un rotor que comprende primeras y
segundas extensiones axiales que presentan distintos diámetros, un
estator que comprende una carcasa de estator provista de una cámara
del rotor para recibir por lo menos una parte de las extensiones
axiales en su interior, y primeros y segundos obturadores montados
alrededor de las primeras y segundas extensiones axiales. Dichas
extensiones axiales están provistas de canales para el suministro
de líquido que cooperan con los respectivos primeros y segundos
obturadores para crear primeras y segundas válvulas que abren y
cierran la comunicación de líquido a través del obturador
respectivo como una función del desplazamiento angular del rotor. El
módulo de la bomba comprende un tercer anillo de hermeticidad
fijado a la carcasa de estator y dispuesto alrededor de la primera
extensión axial de diámetro mayor, próxima al cuerpo de rotor, para
delimitar la parte de salida de la cámara del rotor dispuesta entre
los segundos y los terceros anillos de hermeticidad.
Con esta disposición, el cuerpo de rotor está
hermético con respecto al líquido que se está bombeando y el
volumen de líquido de la bomba se mantiene en un mínimo, facilitando
así la evacuación de cualquier aire que se encuentre en su interior
durante el ciclo de inicio de la bomba. Además, se evita cortar de
forma innecesaria el líquido mediante el cuerpo del rotor,
reduciendo de este modo el posible deterioro de moléculas sensibles
o grandes debido al efecto de corte. Esta configuración también
elimina cualquier reflujo de bombeo durante el ciclo de bombeo.
Dicho de otro modo, únicamente proporciona el bombeo de flujo hacia
adelante.
Los distintos anillos de hermeticidad
ventajosamente se pueden moldear de forma íntegra con las partes de
la carcasa de plástico, para formar una disposición de bombeo
particularmente compacta y de un coste efectivo.
Los objetivos de la invención también se han
alcanzado proporcionando un procedimiento de funcionamiento de un
módulo de bomba según se establece en la reivindicación 14.
Se da a conocer un procedimiento de
funcionamiento de una bomba que incluye un estator, un rotor que
comprende una extensión axial montada de manera que se pueda
deslizar y que pueda girar por lo menos parcialmente en una cámara
del rotor del estator, y por lo menos primeras y segundas válvulas
entre una entrada y la cámara del rotor, respectivamente entre la
cámara del rotor y una parte de salida, que se abren y se cierran
como una función de por lo menos el desplazamiento angular del
rotor, incluyendo dicho procedimiento la detección del
desplazamiento axial del rotor como una función de la posición
angular de rotor y comparando el desplazamiento axial detectado con
un valor de desplazamiento esperado, con el fin de determinar si
existe un mal funcionamiento. Dicho mal funcionamiento podría ser
debido al bloqueo en la sección aguas abajo de la bomba o en
elementos o dispositivos conectados a la salida de la bomba, o a la
fuga de una válvula, o a aire en la cámara del rotor.
En una forma de realización preferida, los
primeros y segundos obturadores se montan alrededor de las primeras
y las segundas extensiones axiales del rotor, que están provistas de
canales para el suministro de líquido que cooperan con los
respectivos primeros y segundos obturadores, con el fin de crear las
primeras y segundas válvulas que abren y cierran la comunicación
del líquido a través del obturador respectivo como una función de
por lo menos el desplazamiento axial del rotor. Sin embargo, las
válvulas se podrían configurar de forma diferente sin apartarse del
alcance de la invención, por ejemplo, las válvulas se podrían
construir en el estator y atravesar los obturadores entre el
estator y el rotor que delimitan la cámara del rotor.
Ventajosamente, el procedimiento de comprobación
descrito anteriormente permite la detección de una válvula
defectuosa o la presencia de aire en la cámara del rotor, o el
bloqueo aguas abajo de dicha cámara del rotor, por ejemplo debido a
una oclusión en la sección de salida o catéter. El procedimiento
mencionado anteriormente se puede utilizar en bombas con las
características estructurales establecidas en la presente invención
o, más generalmente, en las bombas según la técnica anterior
provistas de las características estructurales descritas en el
documento WO 2005039674, o incluso en otras configuraciones de bomba
en las que la acción de bombeo se base en el desplazamiento axial y
de giro combinados del rotor en una cámara del rotor.
También se da a conocer en la presente memoria
un procedimiento de funcionamiento de un módulo de bomba que
incluye un rotor que comprende una extensión axial, un estator que
comprende una carcasa de estator provista de una cámara del rotor
que recibe por lo menos una parte de su extensión axial, y por lo
menos unas primeras y segundas válvulas entre una entrada y la
cámara del rotor, respectivamente entre la cámara del rotor y una
parte de salida, que se abren y se cierran como una función de por
lo menos el desplazamiento angular del rotor; comprendiendo además
el módulo de bomba elementos de leva que interactúan en el rotor y
en el estator y medios de precarga que actúan sobre el rotor para
aplicar una fuerza sobre el mismo en la dirección axial del
elemento de leva del estator, incluyendo el procedimiento:
- girar el rotor uno o más ciclos en una dirección de bombeo; y
- invertir posteriormente el giro del rotor hasta que los salientes del rotor y los elementos de leva del estator entren en contacto, con el fin de definir una posición de referencia angular del rotor con respecto al estator.
La posición de referencia angular se puede
utilizar ventajosamente para determinar y encontrar de forma precisa
la posición de comprobación cuando se lleva a cabo un procedimiento
de prueba de válvula, o para asegurar que se detiene el rotor en una
posición en la que ambas válvulas se cierran cuando se detiene el
funcionamiento de la bomba durante el uso.
También se da a conocer en la presente memoria
un dispositivo de bomba de parche que comprende una unidad
desechable que incluye un módulo de bomba montado en un depósito, y
una unidad base que comprende un accionamiento para accionar el
rotor del módulo de bomba. La unidad desechable del dispositivo de
bomba de parche puede comprender además un catéter adaptado para la
administración subcutánea de fármacos, conectado a una salida del
módulo de bomba.
Otros objetivos y aspectos ventajosos de la
invención se pondrán de manifiesto a partir de las reivindicaciones
y la descripción detallada siguiente de una forma de realización de
la invención conjuntamente con los dibujos, en los que:
la Figura 1a es una vista en sección transversal
de un sistema de bombeo según una forma de realización de la
presente invención, en la que el rotor se encuentra en una posición
angular inicial identificada en la presente memoria como 0º;
la Figura 1b es una vista en sección transversal
parcial en perspectiva del sistema de bombeo de la Figura 1a;
las Figuras 2a y 2b son similares a las Figuras
1a y 1b, respectivamente, con la excepción de que el rotor se
encuentra en una posición angular 60º;
las Figuras 3a y 3b son similares a las Figuras
1a y 1b, respectivamente, con la excepción de que el rotor se
encuentra en una posición angular de justo pasados los 180º;
la figura 3c es similar a la Figura 3a, con la
excepción de que el rotor se encuentra en una posición axial que
está desplazada con respecto a la posición axial que se muestra en
la Figura 3a;
la Figura 4 es similar a la Figura 1, con la
excepción de que el rotor se encuentra en una posición angular de
270º;
la Figura 5 es una vista explosionada en
perspectiva del rotor y la parte del estator correspondiente con el
elemento de leva del sistema de bomba según una primera forma de
realización;
las Figuras 6a a 6c son unas ilustraciones
esquemáticas simplificadas del rotor con la leva y la leva
complementaria en el estator en distintas posiciones angulares de la
primera forma de realización; y
la Figura 7 es una vista en perspectiva
explosionada del rotor y de la correspondiente parte del estator con
un elemento de leva del sistema de bomba según una segunda forma de
realización de la presente invención;
las figuras 8a y 8b son unas ilustraciones
esquemáticas simplificadas del rotor con una leva y una leva
complementaria en el estator en diferentes posiciones angulares de
la segunda forma de realización;
la figura 9a es un esquema gráfico explicatorio
de la apertura y el cierre de los obturadores como una función de la
posición relativa del rotor y de los elementos de leva de estator de
la primera forma de realización;
\newpage
la figura 9b es un esquema gráfico explicatorio
de la apertura y el cierre de los obturadores como una función de la
posición relativa del rotor y del estator de la primera forma de
realización, ilustrando en particular la detección de una
oclusión;
la figura 9c es un esquema gráfico explicatorio
de la apertura y el cierre de los obturadores como una función de la
posición relativa del rotor y de los elementos de leva de estator de
la primera forma de realización, que muestra en particular la
función de detección de aire o de fuga;
la figura 10a es un esquema gráfico explicatorio
de la apertura y el cierre de los obturadores como una función de la
posición relativa de los elementos de leva del rotor y del estator
de la segunda forma de realización;
la figura 10b es un esquema gráfico explicatorio
de la apertura y el cierre de los obturadores como una función de la
posición relativa del rotor y del estator de la segunda forma de
realización, que ilustra en particular la detección de una
oclusión;
la figura 10c es un esquema gráfico explicatorio
de la apertura y el cierre de los obturadores como una función de la
posición relativa del rotor y del estator de la segunda forma de
realización, que muestra en particular la función de detección de
aire o de fuga;
la figura 11a es una vista en sección
transversal explosionada de una primera forma de realización de una
bomba de parche que incorpora un sistema de bomba según la presente
invención;
la figura 11b es una vista en sección
transversal de la primera forma de realización de la bomba de
parche;
la figura 12a es una vista en sección
transversal explosionada de una segunda forma de realización de una
bomba de parche que incorpora un sistema de bomba según la presente
invención; y
la figura 12b es una vista en sección
transversal de la segunda forma de realización de la bomba de
parche.
Haciendo referencia a las Figuras, en particular
las Figuras 1a y 1b, una forma de realización de un módulo de bomba
según la presente invención comprende un estator 4 y un rotor 6
montado de manera que pueda girar en el estator. Dicho estator 4
comprende una carcasa 8 que define una cámara 10, 12 en adelante
denominada cámara del rotor, en cuyo interior se montan primeras y
segundas extensiones axiales 14, 16 del rotor, y primeros y
segundos obturadores 18, 20 montados en la carcasa del estator 8 y
que definen unos anillos de hermeticidad que rodean de forma
hermética las primeras y segundas extensiones axiales 14, 16 del
rotor, respectivamente. Se prevén canales de suministro de líquido
22, 24 en las primeras y segundas extensiones axiales del rotor. La
primera extensión axial del rotor presenta generalmente una forma
cilíndrica con un diámetro D1 menor que el diámetro D2 de la segunda
extensión axial 16 que también presenta una forma generalmente
cilíndrica.
Los canales de suministro de líquido 22, 24 que
en la forma de realización ilustrada presentan forma de ranuras que
se extienden radialmente sobre la superficie de las extensiones
respectivas, permiten que los canales de entrada y de salida 26,
28, respectivamente, se encuentren en comunicación con una parte de
la cámara del rotor 10 situada entre los primeros y los segundos
anillos de hermeticidad 18, 20, dependiendo de la posición angular
y axial del rotor con respecto al estator.
Tanto los primeros como los segundos anillos de
hermeticidad 18, 20 están inclinados con respecto a un plano
perpendicular al eje de giro del rotor en el que el ángulo de
inclinación de los anillos de hermeticidad puede ser el mismo o
diferente entre sí. El objetivo principal de los anillos de
hermeticidad inclinados, en conjunción con los canales de
suministro de líquido, es funcionar como válvulas que se abren y se
cierran como una función de la posición angular y axial del rotor.
Esto permite el bombeo de líquido suministrado desde un depósito a
través de la entrada 26 y que sale a través de la salida 28, debido
a un cambio en el volumen en la parte de la cámara del rotor 10
entre los anillos de hermeticidad 18, 20 provocado por el
desplazamiento axial de rotor cuando se abre alguna de las
válvulas. El principio de funcionamiento general se describe en la
solicitud de patente anterior número WO 2005 039674. En la forma de
realización preferida, la entrada 26 está dispuesta en el centro
axial del rotor, sin embargo, también se puede invertir la dirección
de bombeo mediante un cambio adecuado en el movimiento axial del
rotor como una función de la abertura y el cierre de las válvulas,
de manera que la entrada 26 se convierta en una salida y la salida
28 se convierta en una entrada.
Se deberá observar que la abertura y el cierre
de la comunicación del líquido entre la parte de la cámara del
rotor 10 y la entrada y la salida se pueden conseguir mediante
distintas configuraciones en el diseño y la posición de los canales
de suministro de líquido 22, 24 y obturadores 18, 20, siendo su
objetivo principal abrir y cerrar la comunicación del líquido a
través de dichos obturadores como una función de la posición
angular y axial del rotor. Por ejemplo, en lugar de ranuras en la
superficie de las extensiones axiales, los canales de suministro de
líquido se pueden embeber en el interior del rotor y pueden
presentar orificios (entrada, salida) en la superficie de la
extensión, en la que dichos orificios no se encuentran
necesariamente alineados axialmente. Además, los canales de
suministro de líquido no precisan estar necesariamente en posiciones
opuestas diametralmente en el rotor y los anillos de hermeticidad
podrían presentar una forma de S o escalonada, dicho de otro modo,
un ángulo de inclinación no constante.
En la forma de realización que se muestra, los
obturadores 18, 20 se forman como parte de un elemento de
estanqueidad íntegro 30 que ventajosamente está realizado mediante
el moldeado por inyección en una parte 32 de la carcasa, que
también puede estar realizada por moldeado por inyección, por
ejemplo en material plástico. Sin embargo, los anillos de
hermeticidad también podrían ser elementos separados moldeados por
inyección en la carcasa o montados en dicha carcasa. Los
obturadores se pueden, por ejemplo, inyectar con elastómeros con
base de silicona o termoplásticos o con caucho de modo que el
moldeado de la parte de carcasa y los obturadores proporciona un
coste particularmente efectivo para la fabricación de los
componentes del módulo de bomba, no sólo reduciendo el coste de
fabricación de los componentes individuales, sino también el montaje
de los mismos, al mismo tiempo que se proporcionan menos
componentes y se mejora la precisión de los componentes
montados.
El rotor 6 comprende una parte de motor 34 que,
por ejemplo, generalmente puede presentar la forma de un disco
cilíndrico con uno o más imanes permanentes que proporcionan una
pluralidad de polos magnéticos alrededor, accionados en su giro
mediante electroimanes 36 dispuestos en un elemento base 38.
El elemento base 38 puede ser parte de la bomba
2 o parte de una unidad base separada en cuyo interior se monta el
módulo de la bomba de manera que se pueda extraer. La unidad base
puede estar provista de elementos electrónicos para controlar y
accionar la bomba y/o para transmitir señales a una unidad de
control por medio de un enlace con o sin cable. Preferentemente, el
módulo de la bomba se inserta de manera que se pueda extraer en la
unidad base, de manera que dicha unidad base se pueda reutilizar,
mientras que el módulo de la bomba se desecha.
Por ejemplo, haciendo referencia a las figuras
11a, 11b y 12a, 12b, se muestra una bomba de parche 1, 1' para la
aplicación en la piel de un paciente, en la que el elemento base 38
que comprende unos electroimanes 36 para accionar el rotor, se monta
de manera separable al módulo de bomba 2 y una carcasa 40 de un
depósito 41 de la bomba de parche.
La unidad o módulo de bomba 2 se puede montar
ventajosamente en un depósito que contiene el líquido que se va a
bombear como una unidad individual que se desecha una vez que se ha
consumido el líquido del depósito o por otros motivos como después
de un cierto periodo de utilización que requiera un cambio en el
punto de inyección. La carcasa de la bomba 8 puede estar montada
permanentemente en una carcasa 40 íntegra con o permanentemente
fijada y sellada al depósito. De forma alternativa, la unidad de
bomba 2 podría estar provista de forma separada del depósito de
suministro de líquido y conectada al mismo por cualquier medio de
acoplamiento hermético conocido, por ejemplo, una aguja puncionada
a través de una membrana de goma de un depósito, un acoplamiento de
bayoneta hermético, así como otros medios conocidos.
La incorporación de la bomba y el depósito en
una unidad individual resulta particularmente ventajoso en
aplicaciones médicas en las que se precisa un alto grado de
seguridad, dado que elimina el riesgo de manipulaciones en la
conexión de la bomba al depósito del fármaco líquido y evita el
rellenado de dicho depósito y la reutilización de la bomba, estando
dispuesta la unidad en la forma de un elemento individual.
Haciendo referencia a las figuras 11a, 11b y
12a, 12b, puede estar prevista una unidad particularmente compacta
1, 1', por ejemplo, en la forma de una bomba de parche, para la
conexión a una unidad de parche separada 3 o incorporando un parche
3' con una base adhesiva 43 que está montada directamente sobre la
piel del paciente para la administración subcutánea de fármacos.
La salida 28 del módulo de bomba 2 puede estar
prevista en la forma de un catéter 5 adecuado adaptable para la
administración subcutánea de fármacos, o podría conducir al interior
de un catéter 5', de una bomba de parche u otro sistema.
En la primera forma de realización de la bomba
de parche (figuras 11a y 11b), el catéter 5, que puede tener forma
de un tubo flexible o rígido, está introducido a través de la piel
de los pacientes mediante una aguja (no representada) dispuesta en
el catéter 5 y la cavidad 7 de la carcasa de bomba de parche 40 y
que sobresale desde una parte superior de la bomba de parche. Tras
la aplicación de la bomba de parche en la piel del paciente y la
inserción subcutánea de la aguja y del catéter, se retira la aguja y
la cavidad 7 se sella de manera estanca mediante un tapón de
estanqueidad 9 de autocierre o autorecubrimiento.
En la segunda forma de realización de la bomba
de parche (figuras 12a y 12b), el parche 3 y el catéter 5' están
montados en el paciente, estando insertado el catéter de manera
subcutánea mediante una aguja (no representada), antes del montaje
del depósito 41 y del módulo de bomba 2 en la unidad de parche
3.
Los polos magnéticos del rotor y los
electroimanes del estator ventajosamente pueden funcionar como un
motor paso a paso que permite el paro angular, el arranque y el
movimiento hacia adelante e inverso preciso del rotor. Sin embargo,
también se podrían emplear otros motores y utilizar los detectores
para determinar la posición angular del rotor con respecto al
estator.
El desplazamiento axial del rotor se define
mediante los elementos de leva 42, 44 en el estator y el rotor,
respectivamente. Los elementos de leva presentan unas superficies
46, 48 respectivas que determinan la posición axial del rotor con
respecto al estator como una función de la posición angular de dicho
rotor con respecto a dicho estator. En la forma de realización que
se muestra, el elemento de leva 44 está dispuesto en la parte del
motor generalmente en forma de disco 34 del rotor y se extiende
sobre un arco determinado. La superficie de leva 48 determina la
posición axial del rotor, mientras que el elemento de leva 42 en el
estator es una protuberancia sencilla que pasa a lo largo de la
superficie de leva del rotor 48. Cabe destacar que la protuberancia
de la leva puede adoptar distintas formas y que también se pueden
invertir las funciones de las levas del rotor y el estator, es
decir, disponer la protuberancia en el rotor y la superficie de leva
a lo largo de la cual transcurre la protuberancia en el estator.
El estator 4 también está provisto de unos
medios para presionar el rotor en una dirección axial con respecto
al estator, de manera que los elementos de leva respectivos se
empujen conjuntamente. En la forma de realización que se muestra,
los medios de precarga presentan la forma de un resorte 50 fijado al
estator y que presiona con una parte central 52 en la zona del eje
de giro A del rotor contra un extremo exterior de dicho rotor. El
elemento de resorte 50 puede presentar diversas formas y
configuraciones, siendo el objetivo principal presionar el elemento
de leva del rotor hacia el elemento de leva en el estator con una
fuerza de resorte definida. En la forma de realización que se
muestra, el elemento de resorte ventajosamente está conformado y
realizado a partir de una hoja metálica elástica, y montado en la
forma de un enganche o sombrerete sobre el disco del rotor y está
provisto de extremos 54 enganchados o fijados por otros medios a la
carcasa del estator. Se puede formar una parte de resorte de fleje
56 fuera de la parte de tapón 58 para presionar en el rotor. El
elemento de resorte 50 preferentemente está realizado con un metal
de resorte no magnético, con el fin de permitir que el campo
magnético pase entre el rotor y el estator.
Con el fin de reducir la longitud axial del
motor y de mejorar su estabilidad ante la inclinación, la parte del
cuerpo del rotor 34 puede estar provista de una parte de cavidad
central 59 en la que se sitúen los elementos de leva.
Se deberá observar que dentro del alcance de la
invención, en lugar de un resorte que presione el rotor, se podrían
emplear medios generadores de fuerza magnética. En la última forma
de realización se podrían montar uno o más imanes permanentes en el
disco del rotor y, opuestos a los mismos, uno o más electroimanes o
imanes permanentes en la base 38 empujando el rotor hacia la
carcasa del estator, o imanes permanentes montados en la carcasa
del estator 8 que atraigan el rotor. La posición axial del rotor se
puede detectar mediante un detector de posición que, por ejemplo,
puede comprender un imán permanente 60 encastrado en el rotor y un
detector del tipo Hall 62 en la base 38. Se puede disponer una
pluralidad de detectores de posición alrededor de la
circunferencia.
Ventajosamente, en la forma de realización de la
invención ilustrada, la parte del motor 34 de rotor y los elementos
de leva 42, 44 no están sumergidos en el líquido que se va a
bombear, disponiéndose un tercer obturador 64 alrededor de la
extensión axial 16 próxima a la parte del motor 34. Dicho tercer
obturador 64 reduce el volumen en la parte de salida 12 de la
cámara del rotor y evita una etapa de reflujo que se da en la bomba
según la técnica anterior descrita en el documento WO 2005 039674.
La disposición del tercer obturador 64 en la segunda extensión
axial 16 presenta una pluralidad de ventajas: reduce el volumen en
la cámara del rotor y mejora la eliminación de bolsas de aire en la
cámara del rotor durante el ciclo de arranque, asegura el bombeo
únicamente hacia adelante, y proporciona un soporte de apoyo
adicional que mejora la estabilidad ante la inclinación del
rotor.
El tercer obturador 64 ventajosamente se puede
moldear por inyección a partir de un elastómero, como caucho o
elastómero termoplástico o con base de silicona, con una parte de
carcasa moldeada por inyección 66, ensamblada o íntegra con la
parte de carcasa 32. Otra ventaja de prever la parte de motor de
rotor y los elementos de leva en aire, en lugar de sumergidos en el
líquido que se va a bombear, es una reducción de las fuerzas de
corte en el líquido, reduciendo así posibles consecuencias adversas,
por ejemplo que las moléculas grandes, como la insulina, se puedan
degradar fácilmente bajo la influencia de fuerzas de corte.
Haciendo referencia en particular a las Figuras
5, 6a a 6c y 9 referente a una primera variante de leva y las
figuras 7, 8a, 8b 10 referente a una segunda variante de leva, se
describe con mayor detalle el funcionamiento de la bomba y las
características de seguridad de la misma.
En las Figuras 9 y 10, la línea S1 representa la
posición axial relativa del primer canal de suministro de líquido
22 con respecto al primer obturador 18 como una función de la
posición angular del rotor y la línea S2 representa la posición
axial relativa del segundo canal de suministro de líquido 24 con
respecto al segundo obturador 20 como una función de la posición
angular del rotor. Las líneas R1 y R2 representan respectivamente
la posición axial (es decir, el desplazamiento) del rotor como una
función de la posición angular, según se define mediante la
superficie de leva 48. La superposición de las líneas S1 y R1
muestra las posiciones en las que se abre y se cierra la primera
válvula V1, y la superposición de las líneas S2 y R2 muestra la
posición angular sobre la que se abre y se cierra la segunda
válvula V2. También se pueden apreciar a partir de los dos gráficos
las posiciones sobrepuestas en las que tanto las primeras como las
segundas válvulas V1, V2 se cierran, por lo que ninguna de las dos
válvulas se abre al mismo tiempo, con el fin de evitar la
comunicación directa del líquido entre el depósito y la salida. En
dichos gráficos, se ilustran de forma esquemática las posiciones de
los canales de suministro de líquido 22, 24 y los elementos de leva
42, 44.
En la posición 0º según se ilustra en la Figura
7, que corresponde a la posición del rotor según se ilustra en las
Figuras 1a y 1b, la posición relativa de los canales de suministro
de líquido 22, 24 y los primeros y segundos obturadores 18, 20
respectivamente es tal, que no tiene lugar comunicación del líquido
a través de ningún obturador. Dicho de otro modo, se cierran las
primeras y las segundas válvulas. Cuando gira el rotor, entre una
posición angular de aproximadamente 40º y 170º, un extremo del
primer canal de suministro de líquido 22 pasa sobre el primer
obturador 18 permitiendo la comunicación del líquido entre la
entrada 26 al depósito y la parte de cámara del rotor 10 entre los
obturadores. Dicho de otro modo, la primera válvula V1 se abre.
Sobre esta posición angular, en la que se abre la primera válvula,
la superficie de leva 48 está provista de una rampa 66 de manera
que el rotor se desplaza contra la fuerza del resorte F. A medida
que se mueva la extensión axial en la dirección F (tal como se
muestra en la Figura 1a), el volumen de la parte de cámara del
rotor 10 entre los primeros y los segundos obturadores 18, 20 se
incrementa extrayendo líquido del depósito al interior de dicha
parte de cámara.
En una posición angular de 170º, la primera
válvula V1 se cierra y permanece cerrada durante el resto del ciclo
de 360º que se ilustra. La segunda válvula V2, definida por la
cooperación del segundo canal de suministro de líquido 24 y el
segundo obturador 20, se abre tal como se puede apreciar en la
Figura 7 aproximadamente a 200º hasta 330º aproximadamente.
Por lo tanto, existe un solapamiento desde
aproximadamente 170º hasta 200º en el que ambas válvulas se cierran,
proporcionando así un margen de seguridad que asegura que ambas
válvulas no se abran nunca simultáneamente. Mientras ambas válvulas
están cerradas y funcionan adecuadamente, la posición axial del
rotor se bloquea debido a la incompresibilidad del fluido en la
parte de la cámara del rotor 10.
Una vez que la segunda válvula 24, 20 se abre,
la fuerza de presionado en el rotor invierte la dirección axial del
rotor -F, reduciendo de este modo el volumen en la parte de la
cámara 10, de manera que el líquido de la misma se bombea al
interior de la parte de salida de la cámara del rotor 12 y así,
hacia la salida de la bomba 28.
Los elementos de leva están concebidos de modo
que, por lo menos sobre una parte del desplazamiento angular cuando
ambas válvulas están cerradas, dichos elementos de leva se separan
axialmente en una distancia máxima determinada h (véase las
Figuras 6b, 9 y 8b, 10). En la primera variante representada en la
figura 9, esta separación axial entre los elementos de leva se
consigue aproximadamente a 190º, y en la segunda variante
representada en la figura 10, a aproximadamente 180º, que ambas
válvulas todavía se encuentran cerradas y debería estar bloqueada
la posición axial del rotor. El rotor se puede detener en esta
posición (en adelante denominada "posición de prueba" T) que
se puede determinar mediante el detector de posición, o mediante el
uso del motor paso a paso que establece una posición determinada,
con el fin de determinar cualquier mal funcionamiento de las
válvulas o la presencia de aire en la parte de la cámara del rotor
10.
Cuando el rotor se encuentra en la posición de
prueba T, si alguna de las válvulas tiene fuga debido a un
obturador defectuoso o dañado o por cualquier otro motivo, el
líquido de la parte de la cámara 10 entre los primeros y los
segundos obturadores se fugará a través de dicha válvula defectuosa
debido a la fuerza de presionado ejercida en el rotor por medio del
resorte. Incluso en la situación en la que las válvulas funcionen
correctamente y no tengan fuga, si hay aire en el interior de la
parte de la cámara del rotor 10 la compresibilidad de la misma
permitirá algún movimiento axial del rotor. El desplazamiento axial
del rotor se puede detectar mediante un detector de posición, por
ejemplo el detector de posición 60, 62 que comprende un imán en el
rotor y un detector de efecto Hall en la base o en el estator. El
detector podría medir un valor absoluto de la distancia axial, pero
preferentemente mostrará una medición diferencial de la distancia
axial del rotor con respecto al estator, de modo que se detectará
un desplazamiento axial en lugar de la posición absoluta del rotor
con respecto al estator. Esto último elimina cualquier problema con
respecto a las tolerancias de fabricación y a la deriva de la
medición del detector.
En el caso de un desplazamiento axial del rotor
en la posición de prueba T, el detector de posición generaría una
alarma. Dicha alarma por ejemplo podría hacer que el sistema de
bombeo llevase a cabo una cantidad determinada de ciclos de bombeo
para asegurar la extracción de cualquier aire que pudiese haber en
la bomba, seguidos de una segunda prueba en la que, en caso de un
desplazamiento axial del rotor en la posición de prueba T, la unidad
de control indicaría un mal funcionamiento de la bomba.
La distancia axial h que separa los elementos de
leva también se puede utilizar para probar el bloqueo de la bomba
que podría deberse bien a la bomba, o a una obstrucción u otro
bloqueo en el catéter aguas abajo de dicha bomba. Si tiene lugar
dicho bloqueo, la fuerza de presionado en el rotor no podrá empujar
los elementos de leva conjuntamente una vez que la segunda válvula
V2 se abre por lo que la medición diferencial de la posición axial
del rotor con respecto al estator detectará que no se ha producido
ningún cambio en la posición axial del rotor tal como se espera una
vez que dicha segunda válvula se abre. Dicho de otro modo, la
lectura de ambas posiciones del rotor, angular y axial, permitirá
la detección de un bloqueo en la bomba o aguas abajo de dicha
bomba, lo que indicaría un mal funcionamiento.
La configuración descrita anteriormente de los
elementos de leva 42, 44 también se puede utilizar ventajosamente
para establecer una posición de referencia del rotor, que se podría
utilizar para inicializar el contaje del motor paso a paso, y
basándose en el mismo, para hacer girar el rotor a un ángulo
especificado. Así, la posición de referencia permitirá la
disposición angular precisa y fiable del rotor que podría resultar
útil en particular para detener el rotor en la posición de prueba T
cuando se lleve a cabo el procedimiento de prueba.
En la primera variante (mostrada en las figuras
5, 6a-6c, 9), la posición de referencia se podría
definir por medio de un saliente 68 en el elemento de leva 44 en el
rotor que se apoya contra un saliente correspondiente 70 en el
elemento de leva del estator 42. Para conseguir la posición de
referencia, el rotor se hace girar un número de ciclos especificado
dependiendo de si la bomba se encuentra en una fase de arranque
inicial en la que el sistema de bombeo se llena con líquido y aire
extraído, o en una fase intermedia, detenida en una posición en la
que la distancia axial ente el elemento de leva en el estator 42 y
el rotor queda sustancialmente anulada (lo que se puede detectar
mediante la posición axial del detector gracias a la medición
diferencial o de otro modo, según se ha descrito anteriormente) y
después se invierte según se ilustra en la Figura 6c hasta que los
salientes 68, 70 contacten y eviten un giro mayor inverso. A
continuación, se puede almacenar la posición de contacto en la
unidad de control como una posición de referencia del rotor.
En la segunda variante (mostrada en las figuras
7, 8a, 8b, 9), la posición de referencia se puede establecer
mediante la detección del perfil de desplazamiento axial del rotor
cuando la leva 42 se acopla la superficie de leva, en función del
desplazamiento angular del rotor. La segunda variante presenta una
rampa inversa 66' en lugar del saliente de la primera variante, para
permitir la rotación inversa del rotor para la acción de la bomba
inversa del sistema. En otros términos, en la segunda variante, la
bomba puede bombear líquidos de las dos formas, lo que podría ser
deseable en determinadas aplicaciones.
Claims (17)
-
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1. Bomba que incluye un estator (8), un rotor (6) que comprende una extensión axial (14, 16) montada de manera deslizante y giratoria por lo menos parcialmente en una cámara del rotor (10) del estator, y por lo menos unas primeras y segundas válvulas entre una entrada y la cámara del rotor, respectivamente entre la cámara del rotor y una salida (12), que se abren y se cierran en función de por lo menos el desplazamiento angular del rotor, comprendiendo la bomba además unos elementos de leva (42, 44) que interactúan en el rotor y el estator y unos medios de precarga que actúan en el rotor para aplicar una fuerza en el rotor en la dirección axial del elemento de leva del estator, caracterizado porque los elementos de leva (42, 22) están configurados de tal manera que están separados por una determinada distancia axial h a una posición angular especificada cuando ambas válvulas están cerradas. - 2. Bomba según la reivindicación 1, en la que el rotor (6) comprende por lo menos unas primeras y segundas extensiones axiales (14, 16) que presentan diferentes diámetros, y unos primeros y segundos obturadores (18, 20) montados alrededor de unas primeras y segundas extensiones axiales, estando provistas las extensiones axiales de unos canales de suministro de líquido que cooperan con los respectivos primeros y segundos obturadores para crear unas primeras y segundas válvulas que abren y cierran la comunicación de líquidos en el respectivo obturador en función de por lo menos el desplazamiento angular del rotor.
- 3. Bomba según la reivindicación 2, en la que los elementos de leva comprenden unos salientes de tope (68, 70) que se pueden acoplar después del giro en sentido inverso del rotor, con el fin de definir una posición angular de referencia del rotor con respecto al estator.
- 4. Bomba según la reivindicación 1, 2 ó 3 en la que el elemento de leva (42) dispuesto alrededor del estator presenta la forma de una protuberancia y el elemento de leva (44) en el rotor está provisto en una parte del motor (34) a partir de la cual se extienden las extensiones axiales (14, 16), comprendiendo el elemento de leva del rotor (44) una superficie de leva (48) que se extiende a lo largo de un arco y que presenta una altura axial variable como una función de la posición angular.
- 5. Bomba según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los medios de precarga comprenden un resorte (50) acoplado al estator, que presiona sobre el rotor.
- 6. Bomba según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la entrada (26) de la bomba está situada en un extremo de la primera extensión del rotor axial (14).
- 7. Bomba según la reivindicación 6, en la que una parte de carcasa (40) que define la entrada de la bomba está formada de manera íntegra con un depósito para contener el líquido que se va a bombear.
- 8. Bomba según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los primeros y segundos obturadores están formados como un elemento de estanqueidad íntegro (30).
- 9. Bomba según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los obturadores están moldeados por inyección con por lo menos una parte de la carcasa del estator.
- 10. Dispositivo de bomba de parche que comprende una unidad desechable que incluye un depósito y una bomba según cualquiera de las reivindicaciones anteriores montada en el depósito (41).
- 11. Dispositivo de bomba de parche según la reivindicación 13, que comprende además una base adhesiva (43) adaptada para el montaje adhesivo de la bomba de parche en la piel de un paciente.
- 12. Dispositivo de bomba de parche según la reivindicación 10 u 11, que comprende además un catéter en comunicación con una salida de la bomba y adaptado para la administración subcutánea de fármacos.
- 13. Dispositivo de bomba de parche según la reivindicación 10, 11 ó 12, que comprende además una unidad base reutilizable (38) que comprende un accionamiento (36) para accionar el rotor de bomba, siendo montada la unidad base de manera amovible en la unidad desechable.
- 14. Procedimiento para accionar una bomba según la reivindicación 1, incluyendo el procedimiento:detectar el desplazamiento axial del rotor como una función de la posición angular del rotor;comparar el desplazamiento axial detectado con una valor de desplazamiento esperado para determinar si existe un mal funcionamiento debido al bloqueo corriente abajo, a la fuga de una válvula, o al aire en la cámara de rotor.
- 15. Procedimiento según la reivindicación 14 para comprobar un mal funcionamiento debido a la presencia de aire en la cámara del rotor o a la fuga de cualquiera de las válvulas, incluyendo además:girar el rotor hacia una posición de prueba cuando las primeras y segundas válvulas están cerradas; yaplicar una fuerza en el rotor en una dirección axial.
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- 16. Procedimiento según la reivindicación 15, para accionar una bomba que comprende además unos elementos de leva (42, 44) que interactúan en el rotor y el estator y unos medios de precarga que actúan en el rotor para aplicar una fuerza en el rotor en la dirección axial del elemento de leva de estator, incluyendo el procedimiento:seleccionar como la posición de prueba una posición en la que los elementos de leva están separados por un distancia axial determinada h y ambas válvulas están cerradas.
- 17. Procedimiento según la reivindicación 14, 15 ó 16 que incluye una etapa de definición de una posición angular de referencia del rotor en relación con el estator mediante:el giro del rotor uno o más ciclos en una dirección de bombeo; ya continuación el giro del rotor hasta que los salientes (68, 70) de los elementos de leva del rotor y del estator hagan tope.
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