DE3104874A1 - Verfahren und vorrichtung zum erfassen von okklusionen in einer peristaltischen fluid-infusionspumpe - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum erfassen von okklusionen in einer peristaltischen fluid-infusionspumpeInfo
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Description
Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH D-8000 MÖNCHEN 22
Dipi.-1ng. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10
Dr. rer. η at. W. KÖRBER ζ . *» (089) *296684
Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS
PATENTANWÄLTE
PATENTANWÄLTE
11. Februar 19 81
TERUMO CORPORATION
44-1, 2-chome
Hatagaya, Shibuya-ku
TOKYO/JAPAN
44-1, 2-chome
Hatagaya, Shibuya-ku
TOKYO/JAPAN
Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen von Okklusionen
in einer peristaltischen Fluid-Infusionspumpe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen von Okklusionen (Verschlüssen oder Verstopfungen)
in einem Fluid-Infusionsrohr bzw. einer -leitung einer peristaltischen
Fluid-Infusionspumpe.
Beim Durchführen einer Fluid-Infusion mit einer Injektionspumpe
wird eine sanfte Fluid-Infusion gestört, wenn eine Okklusion in der Fluid-Infusionsleitung an der Einlaß- oder
der Auslaßöffnung der Pumpe gebildet wird. Wenn eine Okklusion an der Auslaßöffnung gebildet wird, wird der Innendruck
der Fluid-Infusionsleitung durch den Förderdruck der Pumpe erhöht. Wenn dieser Druck den Maximaldruck überschreitet,
dem die Fluid-Infusionsleitung widerstehen kann, kann die Fluid-Infusionsleitung zerbrochen bzw. zerstört werden, was
eine außerordentliche Gefahr darstellt. Zum Beseitigen einer derartigen Gefahr werden Fluid-Infusionspumpen allgemein mit
einer Vorrichtung zum Erfassen von Okklusionen der Pumpe
130Ö51/Q580
versehen. Üblicherweise wird eine volometrische Pumpe
in Zylinder-Bauart mit einer Vorrichtung zum Erfassen der Okklusion versehen, während eine peristaltische Pumpe
nicht mit einer derartigen Vorrichtung versehen wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum· Erfassen von Okklusionen in einem Fluid-Infusionsrohr
einer peristaltischen Fluid-Infusionspumpe anzugeben.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen einer Okklusion in einem Fluid-Infusionsrohr
einer peristaltischen Fluid-Infusionspumpe angegeben, bei dem eine Änderung in dem Innendruck eines pferistaltisehen
Fluid-Infusionsrohrs aufgrund einer Okklusion in dem Fluid-Infusionsrohr durch eine Änderung eines Abstandes
zwischen sich gegenüberliegenden Wandabschnitten des Fluid-Infusionsrohrs
erfaßt wird und die Okklusion in.dem Fluid-Infusionsrohr durch die Änderung des Abstandes zwischen
den sich gegenüberliegenden Wandabschnitten des Rohrs erfaßt wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Erfassen einer Okklusion in einer peristaltischen
Fluid-Infusionspumpe vorgesehen, die aufweist ein Paar stationärer Teile, die jeweils an einem Fluid-Einlaßabschnitt
bzw. einem Fluid-Auslaßabschnitt der peristaltischen
Fluid-Infusionspumpe befestigt sind, ein bewegliches
Glied mit einem Paar von drückenden Teilen, die jeweils den stationären Teilen gegenüberliegend angeordnet sind und
ein elastisches Fluid-Infusionsrohr mit einem vorgegebenen Druck in Zusammenwirkung mit den stationären Teilen drücken,
wobei das bewegliche Glied durch eine Änderung in einem Abstand zwischen sich gegenüberliegenden Wandabschnitten des
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Fluid-Infusionsrohrs bewegbar ist, der seinerseits durch
eine Änderung in dem Innendruck des Fluid-Infusionsrohrs
geändert wird, der durch ein Verstopfen bzw. eine Okklusion in dem Fluid-Infusionsrohr verursacht wirdy und eine Einrichtung
zum Erfassen der Okklusion durch Erfassen der Verschiebung des beweglichen Glieds.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 in Seitenansicht eine peristaltische Fluid-Infusionspumpe
mit einer Vorrichtung zum Erfassen einer Okklusion in der peristaltischen Fluid-Infusionspumpe
gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 im Schnitt die peristaltische Fluid-Infusionspumpe
gemäß Fig. 1,
Fig. 3 den Schnitt 3-3 der Pumpe gemäß Fig. 2,
Fig. 4 in Aufsicht eineiexzentrische Fluid-Infusions-Nocken,
Fig. 5 perspektivisch übereinander angeordnete exzentrische
Fluid-Infusions-Nocken,
Fig. 6 in Aufsicht einen exzentrischen Pulsationskorrektur-Nocken,
Fig. 7 eine Darstellung der übereinander angeordneten
Beziehung der exzentrischen Fluid-Infusionsi-Nocken und der exzentrischen Pulsationskorrektur-Nocken,
Fig. 8 eine Darstellung des Pulsationsverlaufes des Infusionsfluids,
das durch die Fluid-Infusionsfinger gefördert wird,
Fig. 9 eine Ansicht des Pulsationsverlaufes mit Gegenphase
der durch die Pulsationskorrekturfinger erreicht
wird,
Fig. 10 in Seitenansicht die Vorrichtung zum Erfassen der Okklusion,
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Pig. 11 ein Schaltbild der Vorrichtung zum Erfassen der
Okklusion,
Fig. 12 in Aufsicht den exzentrischen Fluid-Infusions-Nocken
Fig. 12 in Aufsicht den exzentrischen Fluid-Infusions-Nocken
gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, Fig. 13 eine Darstellung zur Erläuterung des derzeitigen
Meßverfahrens zur Bestimmung der exzentrischen
Pulsationskorrektur-Nocken,
Fig. Ik eine Darstellung des zusammengedrückten Zustandes
des Rohrs,
Fig. 15 in Seitenansicht eine Vorrichtung zum Erfassen der Okklusionen und eine peristaltische Rollenpumpe gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 15 in Seitenansicht eine Vorrichtung zum Erfassen der Okklusionen und eine peristaltische Rollenpumpe gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Erfassen von Okklusionen, die bei einer peristaltischen Fingerpumpe vorgesehen ist.
Eine Fingerpumpe 11 weist eine Druckplatte Ik auf, die von einer Basisplatte 12 mittels einer Feder I3 getragen ist,
sowie mehrere Finger 1^>Λ-\^>^, die dieser Druckplatte Ik
gegenüberliegend angeordnet sind. Eine Leitung oder ein Rohr 16 aus weichem Vinylchlorid mit 2,5 mm Innendurchmesser und
4,0 mm Außendurchmesser ist zwischen diesen Fingern 15-«- ^-\o
und der Druckplatte 14 angeordnet. Ein Fluid, wie ein Arzneimittel innerhalb des Rohrs l6 wird durch die Finger 15^- 15-b
gefördert, die sequentiell das Rohr l6 drücken. Stationäre
an dem
Teile 17 und Io gleicher Form sind symmetrisch Einlaßabschnitt
bzw. der Einlaßöffnung und- dem Auslaßabschnitt oder der Auslaßöffnung der peristaltischen Fingerpumpe 11 angeordnet.
Ein bewegliches Erfassungsglied 19 der Vorrichtung zum Erfassen der Okklusion ist zum (Zusammen-)drücken des
Rohrs 16 mit vorgegebenem Druck an der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung der Fingerpumpe 11 in Zusammenwirkung mit
den stationären Teilen I7 und l8 vorgesehen. Dieses bewegliche Erfassungsglied 19 besitzt einen Drehpunkt 20 an dem
Mittelpunkt zwischen den stationären Teilen I7 und l8, derart,
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daß das bewegliche Erfassungs glied 19 um diesen Drehpunkt 20 schwenkbar ist und das Rohr 16 durch drückende Teile
19a und 19b zusammendrückt, die den stationären Teilen
17 und 18 gegenüberliegen. Ein Verschiebungsdetektor 21 zum
Erfassen einerVerSchiebung des Erfassungsteils oder -glieds
19 ist mit diesem beweglichen Erfassungsglied I9 gekoppelt.
Fig. 2 ist ein Querschnitt einer peristaltischen Fingerpumpe 11. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, sind rechteckförmige
Nockenöffnungen II6 -ll6-2 in den Fingern ^λ~^λο gebildet.
Exzentrische Nocken 117„-H7^o sind jeweils in diesen
1 IiJ
Nockenöffnungen II6.-II6 aufgenommen. Fig. 3 ist eine
Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 2. Jeder der
exzentrischen Nocken H71-H7in hat eine kreisförmige
Nockenfläche 117a und eine Wellenöffnung 117b, wie in Fig. 4 dargestellt, und ist auf einer Welle II8 unter Verschiebung
um einen vorgegebenen Winkel von beispielsweise 36
gegeneinander wie gemäß Fig. 5/ befestigt. Die exzentrischen
Nocken WJ und 11712» die in den Pulsationskorrektur-Fingern
15.... und 1512 aufgenommen sind, besitzen Nockenflächen
wie gemäß Fig. 6, die gemäß dem weiter unten erläuterten Verfahren bestimmt sind, und sind auf der Welle
118 befestigt. Die Hübe der exzentrischen Nocken 117^1
und 11712 sind kürzer bestimmt als diejenigen der exzentrischen
Nocken 117^-117 . Eine flache Nockenfläche 119 ist auf der Seite des kürzesten Hubes vorgesehen. Die relativen
Lagen des exzentrischen Fluid-Infusions-Nockens 117..0
und der exzentrischen Pulsationskorrektur-Nocken 11711 und
11712 si-nd wie i-n Fig. 7 dargestellt. Gemäß Fig. 7 ist es,
wenn der Punkt des maximalen Hubes des exzentrischen Nocken 1171O mit X definiert ist, der Punkt des kürzesten Hubes,
d.h., der untere Totpunkt der exzentrischen Pulsationskorrektur-Nocken 117.,., und II7..0 mit Y definiert i,st , der
X 1 Ib
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Punkt des maximalen Hubes, d.h., der obere Totpunkt der
Nocken 117.,.. und H7.,o niit Z definiert ist und der Mittel-
XX Iu
punkt der Welle mit O definiert ist, vorteilhaft, wenn
der Winkel XOY 55° und der Winkel XOZ 105,4° betragen.
Eine Leitung bzw. ein Rohr 16 mit einem Innendurchmesser
von 2,5 nun und einem Außendurchmesser von k,0 mm, als
Beispiel, ist zwischen den Fingern I51-l51o und der Druckplatte
l4 eingeklemmt. Die Druckplatte 14 drückt das Rohr 16 in Richtung auf die Finger 15^-15 ΛΓ, durch die Vorspannkraft
der Feder 13, derart, daß das Rohr 16 konstant von einigen der Fluid-Infusionsfinger 151-1512 geschlossen
wird. Wenn dieWelle 118 sich dreht und die Nocken 117.,-117.,O
1 la
simultan bei diesem Zustand sich drehen, beginnen die
Finger 15 Λ -15 Λ ο eine Bewegung zum Erreichen einer Peristaltik
X Iu
für das Rohr 16. Daher verschieben die Fluid-Infusionsfinger
15λ-15H0 sequentiell Schließungspunkte 121 des Rohrs 16.
Das Fluid innerhalb des Rohrs l6 wird auf diese Weise von einer Einlaßöffnung 122 bis zu einer Auslaßöffnung 123 gefördert
.
Wenn das Fluid durch die Fluid-Infusionsfinger 151-151O gefördert
bzw:. geführt wird, ändert sich die Strömungsgeschwindigkeit
des Infusionsfluids für die Nocken 1171-1171Ο
wie gemäß Fig. 8, wodurch Pulsationen verursacht werden. Wenn Pulsationen, die diesen Pulsationen entgegengesetzt
sind,(Fig. 9)» d.h., Pulsationen mit Gegenphase gebildet werden, löschen die Verläufe dieser Pulsationen einander
aus, so daß ein konstanter Fluidinfusions-Verlauf erhalten werden kann. Gemäß der Erfindung werden die gegenphasigen
Pulsationen durch die Pulsationskorrektur-Nocken 15^1 und
15..ρ erzeugt. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit kleiner wird
bei dem Fluidinfusions-Verlauf gemäß Fig. 8, der durch die Fluid-Infusionsfinger 151-l510 erzeugt wird, drücken die
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Pulsationskorrektur-Finger 15^1 und 1512 das Rohr l6 zur
Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit an der Auslaßöffnung 123 um ein Ausmaß zusammen, das dem Volumen des zusammengedrückten
bzw. zusammengequetschten Rohrs entspricht. In diesem Fall drückt der obere Totpunkt Z der Pulsationskorrektur-Nocken
117.,,, und 117dO die Pulsationskorrektur-
X J. JL^
Finger 15^1 und 1^n. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit
J. X Iu
bei dem Fluidinfusions-Verlauf groß wird, werden die Pulsationskorrektur-Finger
^-3ΛΛ und 15^o allmählich von dem
Rohr 16 weggezogen bzw. entfernt. Die Korrekturnocken IYJ ^
und 11712 drenen sich derart, daß die Lage des oberen Totpunktes
Z verschoben wird und durch den unteren Totpunkt Y ersetzt wird. Wenn die Pulsationskorrektur-Finger
1511 und 1512 weggezogen bzw. entfernt sind, nimmt das
Rohr 16 aufgrund seiner Elastizität die ursprüngliche Form wieder ein, wodurch die Menge des Fluids verringert wird,
die von der Auslaßöffnung 123 abgegeben wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des Infusionsfluids, das von der Auslaßöffnung
I23 abgegeben wird, wird konstant gehalten durch
das Durchführen der Kompression und der Expansion des Rohrs 16 an der Auslaßöffnung 123 gemäß dem Fluidinfusions-Verlauf.
Wenn die Fluidinfusion auf diese Weise normal durchgeführt wird, erhalten die drückenden Teile 19a und 19b an beiden
Enden des beweglichen Erfassungsglieds I9 gleichermaßen
den Summendruck des Rückstelldrucks des Rohrs l6 und des Innendrucks des Rohrs l6. Deshalb wird das bewegliche Erfassungsglied
19 in der normalen ungeneigten Lage gehalten. Wenn eine Okklusion auftritt, beispielsweise an der Auslaßöffnung
I23 der Pumpe 11 bei dieser Bedingung, wird der Innendruck des Rohrs 16 an der Auslaßöffnung 123 so erhöht,
daß das drückende Teil 19b an dieser Seite von dem stationären Teil 18 weggedrückt wird. Als Ergebnis wird
das bewegliche Erfassungsglied I9 im Uhrzeigersinn um den
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Drehpunkt 20 geschwenkt und drückt das drückende Teil 19a
an der Einlaßöffnung 122 das Rohr l6 in Richtung auf das stationäre Teil 17· Die Schwenkbewegung des beweglichen
Erfassungsglieds i$, d.h., die Verschiebung aus der normalen
Lage, wird mittels eines Verschiebungsdetektors 21 erfaßt.
Aufgrund dieser Verschiebungserfassung wird die Bildung
der Okklusion mittels einer Alarmeinrichtung, wie eines Summers, signalisiert.
Die obige Beschreibung betrifft einen Fall, bei dem die Okklusion an der Auslaßöffnung 123 gebildet wird. Da das
Fluid oder das Arzneimittel nicht gefördert wird, wenn die Okklusion an der Einlaßöffnung 122 gebildet ist, wird der
Innendruck des Rohrs 16 an der Einlaßöffnung 122 verringert. Dann wird das Erfassungsglied 19 im Uhrzeigersinn
wie bei dem obigen Fall verschwenkt, derart, daß das drückende Teil 19a das Rohr 16 in Richtung auf das Erfassungsglied
drückt. Auf diese Weise wird die Okklusion erfaßt.
Die Erfassung der Okklusion kann auf diese Weise durchgeführt werden, wenn die Okklusion entweder an der Einlaßöffnung
122 oder der Auslaßöffnung 123 auftritt. Als Verschiebungsdetektor
21 kann ein Verschiebungserfassungsglied,
wie ein Grenzschalter, ein Hall-Element, ein magnetisches Widerstandselement (Reluktanzelement), ein
Dehnungsmeßstreifen oder verschiedenartige Annäherungsfühler an einem Ende des Erfassungsgliedes 19 angeordnet
werden zum Erfassen derVerschiebung des Erfassungsgliedes 19· Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein
magnetisches Widerstandselement als Verschiebungsdetektorglied verwendet wird. Gemäß dieser Ausführungsform ist
ein magnetisches Widerstandselement 22 an einem Ende des Erfassungsglieds 19 befestigt und ist ein Magnet 23 nahe
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dem magnetischen Widerstandselement 22 beispielsweise auf
einem Grundkörper gesichert. Das magnetische Widerstandselement 22 ist mit einer Brückenschaltung 24 der Erfassungsschaltung gemäß Fig. 11 als eines der darin angeschlossenen
Widerstandselemente verbunden. Fig IO zeigt einen Fall, bei dem ein magnetisches Widerstandselement 22 verwendet
ist. Wenn magnetische Widerstandselemente für vier Seiten der Brücke verwendet werden, ist die Erfassung«empfindlichkeit
erhöht und werden nachteilige Wirkungen aufgrund von Temperaturänderungen durch die sich gegenüberliegenden
Seiten ausgelöscht, so daß ein stabilerer Betrieb erwartet werden kann. Der Ausgang der Brückenschaltung 24
ist mit den beiden Eingängen eines Operationsverstärkers 27 über Widerstände 25 bzw. 26 verbunden. Ein Eingang des
Operationsverstärkers 27 ist mit dem Ausgang über einen Widerstand 28 verbunden,und der andere Eingang ist über einen
Widerstand 29 geerdet bzw. an Masse gelegt. ΓDer Ausgang des
Operationsverstärkers 27 ist mit je einem Eingang von Vergleichern 30 und 31 verbunden. Die anderen Eingänge dieser
Vergleicher 3° und 3I sind mit dem Ausgang eines D/A-Umsetzers
32 (Digital/Analog-Umsetzer) verbunden. Der Ausgang des Vergleichers 30 ist mit einem Flipflop 33 verbunden,
dessen Ausgang mit einem Zähler 3^ verbunden ist. Der Ausgang des Zählers 34 ist mit dem D/A-Umsetzer 32
verbunden. Bei der Schaltung gemäß Fig. 11 bilden der Vergleicher 30, das Flipflop 33, der Zähler 34 und der D/AUmsetzer
32 eine digitale Abtastspeicherschaltung. Diese
Abtastspeicherschaltung ist vorgesehen zum Speichern des Ausgangspegels des Operationsverstärkers 27, der in dem
Anfangszustand erhalten wird, d.h., bei dem Zustand, bei dem keine Druckänderung in dem in der Vorrichtung zum Erfassen
der Okklusion befestigten Rohrs l6 vorliegt und
dient auch zum Beseitigen von Einwirkungen aufgrund unterschiedlicher Befestigungsverfahren für das Rohr 16. Der
Vergleicher 3I ist so aufgebaut, daß er bei einer Spannung
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invertiert wird, die höher ist als diejenige, bei der der Vergleicher 30 invertiert wird. Der Druck zum Erfassen der
Okklusion kann beliebig durch Einstellen dieses Spannungspegels eingestellt werden.
Wenn das Erfassungsglied 19 gemäß Fig. 10 verschoben wird,
ändert sich der Widerstandswert des magnetischen Widerstandselementes
22 abhängig von dieser Verschiebung. Die Änderung der Reluktanz bzw. des Wertes des magnetischen
Widerstandes wird durch die Brückenschaltung 2k gemäß Fig. 11 erfaßt. Das Ausgangssignal von der Brückenschaltung 2k
wird durch den Operationsverstärker 27 verstärkt und dem Vergleicher 31 zugeführt, in dem es mit einem Bezugssignal
von der Abtastspeicherschaltung verglichen wird. Wenn das Ausgangssignal auf einem höheren Pegel als das Bezugssignal ist, wird das Ausgangssignal des Vergleichers 31
invertiert. Das invertierte Ausgangssignal wird zum Betätigen
bzw. Auslösen der Okklusions-Alarmeinrichtung verwendet .JWenn sich die Welle 118 unter der Bedingung
dreht, daß das Fingerglied 15 . das Rohr 16 unter Druck
verschließt in Zusammenwirkung mit der Druckplatte Ik an dem äußersten Ende der Einlaßöffnung 122 in der peristaltischen
Fingerpumpe, wie das erläutert worden ist, wird das Fingerglied 15 entfernt und drückt anstelle dessen
das Fingerglied .15O das Rohr 16. Da die Dicke des Rohrs
konstant ist, bewegt sich die Druckplatte Ik, wenn das erste Fingerglied 151 weggezogen wird. Wenn das Fingerglied
15o über das Vorderende des Fingerglieds 15 Λ fortschreitet,
wird die Druckplatte Ik durch das Fingerglied 15o zurückgedrückt. Wenn sich die Welle 118 weiter dreht,
ersetzt das Fingerglied 15,, das Fingerglied 15O» so daß
das Fingerglied 15« das Rohr 20 durch Druck anstelle des
Fingers 15p verschließt. Die Druckplatte Ik bewegt sich
vorwärts/rückwärts bei jedem Ersetzungsvorgang zwischen
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den Fluid-Infusionsfingergliedern 15-j"1510· Da es aufgrund
verschiedenartiger Entwurfsbedingungen für die Nocken schwierig ist, eine derartige Vorwärts/RückVärts-Bewegung
der Druckplatte 14 mittels der Pulsationskorrektur-Finger 151:l und 15.._, die durch die Pulsationskorrektur-Nocken
1171;, und 11712 angesteuert bzw. angetrieben
werden, zu beseitigen, ist es vorzu.ziehen,daß
die Druckplatte Ik keiner derartigen Vorwärts/Rückwärts-Bewegung
unterliegt. Zu diesem Zweck bilden die Fluid-Infusions-Fingernocken
Il71-H7ir) eine bogenförmige
Fläche 119a entsprechend dem Bogen um die exzentrische Welle wie gemäß Fig. 12. .Wenn Nocken mit einer derartigen
gekrümmten Fläche 119a verwendet werden, bilden die Nocken 117a-117c, die auf der Welle II8 bei einer gegenseitigen
Verschiebung um 36 befestigt sind, an ihren Umfangen einen
im wesentlichen vollständigen Kreis. Folglich bewegen sich, wenn die exzentrischen Fluid-Infusions-Nocken II7.-II7 q
drehen,die Fingerglieder 151~151O nicht zur Verschiebung
der Druckplatte Ik in Vorwärts/Rückwärts-Richtung.
Das Verfahren zum Erzeugen der Formen der Pulsationskorrektur-Nocken
U71:, und 11712 wird nun erläutert.
Fig. 13 zeigt ein Verfahren, das auf tatsächlichen Messungen beruht. Gemäß diesem Verfahren wird die Welle 118 um eine
Umdrehung gedreht und wird das Fluid in einer Menge zugeführt, die einer Umdrehung der Welle II8 der Fingerpumpe
11 entspricht. Das einem ultrafeinen Rohr 126 über einen Zylinder 125 zugeführte Fluid wird in Längeneinheiten gemessen,
wobei diese Länge 1 in Segmente, beispielsweise η (100) Segmente unterteilt wird. Diese Länge l/n wird zu <X
definiert. Die Welle' II8 wird auf den Winkel 0 eingestellt,
und der Fluidpegel innerhalb des ultrafeinen Rohrs 126 wird auf einer Skala 127 auf 0 eingestellt. Unter dieser
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Bedingung wird die Welle 118 um 36O°/n (100) gedreht und
werden die Pulsationskorrektur-Fingerglieder 1511 und
1$ in Vorwärts/Rüokwärts-Richtung durch Einstellen eines
Mikrometers 128 so verschoben, daß der Fluidpegel des ultrafeinen Rohrs 126 in eine Lage entsprechend der Länge
auf der Skala 127 kommt. Der angezeigte Wert des Mikrometers 128 wird abgelesen, wenn der Fluidpegel in dem ultrafeinen
Rohr 126 mit der Ablesung von βί auf der Skala 127 übereinstimmt.
Der Kolben des Zylinders 125 wird anschließend bewegt, der Fluidpegel des ultrafeinen Rohrs 126 wird mit
dem Wert 0 auf der Skala 127 in Übereinstimmung gebracht
und die Welle 118 wird wieder um 3Ö0°/n (100) gedreht. Diese Vorgehensweise wird wiederholt, bis die Welle 118
eine vollständige Umdrehung beendet hat. Die Bewegungen der Pulsationskorrektur-Fingerglieder werden von den Mikrometermessungen
erhalten, wenn die Welle 118 eine Umdrehung vollendet hat. Die Pulsationskorrektur-Fingerglieder bzw.
deren Nocken werden auf der Grundlage dieser Messungen bestimmt.
Das Verfahren zum Erhalten der Formen der Korrekturnocken mittels Berechnung wird im Folgenden erläutert. Wenn das
Rohr in einer Richtung senkrecht zu seiner Achse zusammengedrückt bzw. zusammengequetscht wird, ist der Querschnitt
des zusammengedrückten Rohrs zunächst eine Ellipse, dann ein außerordentlich verlängerter Kreis und wird schließlich
eine einem Brillengestell vergleichbare Form, bevor das Rohr vollständig zusammengedrückt ist. Die Änderungen der
Form unterscheiden sich abhängig von dem Werkstoff des Rohrs, dem Verhältnis der Wanddicke des Rohrs zu dessen
Durchmesser und dergleichen. Jedoch scheint die Grundtendenz die gleiche zu sein. Im Fall einer peristaltischen Fluid-Infusionsfingerpumpe
sind Änderungen in dem Volumen innerhalb des Rohrs, die durch Änderungen der Form des Rohrs
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bestimmt sind, am größten, -«renn der Querschnitt des Rohrs
einem verlängerten Kreis entspricht. Es wird daher angenommen, daß das Volumen des Rohrs sich annähernd mit der
Querschnittsfläche des verläqgerten Kreises des Rohrs ändert.
Fig. 14 zeigt den kreisförmigen Querschnitt des Rohrs, bevor
es durch die Fingerglieder zusammengedrückt wird, überlagert zu dem Querschnitt eines verlängerten Kreises des
Rohres, wenn es leicht zusammengedrückt ist. Die Querschnittsfläche des Rohrs vor dem Zusammendrücken ist S,^, nämlich:
• S0 = Fr2 . (l).
Aus Fig. 14 ergibt sich:
2R = a + 2r (2).
Daraus folgt:
2 TR = 2 Tt + 2b (3),
wobei a die Dur.chmesserverringerung des durch die Fingerglieder zusammengedrückten Rohrs ist,und wobei b die Länge
des horizontalen Teils des verlängerten Kreises ist.
Die Querschnittsfläche des Rohrs nach dem Zusammendrücken
sei S nämlich:
S =7r2 + 2br (4).
Durch Einsetzen der Gleich ungen (2) und (3) in die Gleichung
{k) ergibt sich:
130051/0580
310A874
- tr2 - r<§)2 (5·)
wobei a durch den Winkel des exzentrischen Nockens und die Exzentrizität bestimmt ist. Wenn, der Hub des Fingergliedes
in Vorwärt s/Rückwärt s-Ri ch tung 2R ist und angenommen wird, daß das Rohr seine kreisförmige Form zurückerhält, wenn das
Fingerglied am weitesten zurückgezogen ist, ist die Exzentrizität des exzentrischen NockensRs Wenn das Fingerglied
am meisten zurückgezogen ist, wenn der Winkel des exzentrischen Nockens 0 beträgt, ergibt sich:
a = R - Rcos0 (6) ,
wobei Φ der. Winkel des exentrischen Nockens ist. Bei Einsetzen
der Gleichung (6) in die Gleichung (5') ergibt sich:
s =
Das Volumen ν des durch das Fingerglied zusammengedrückten Rohrs wird durch Multiplizieren der Dicke t des Fingergliedes
mit diesem Wert erreicht, vorausgesetzt, daß die Querschnittsfläche des Rohrs sich nicht längs der Achse des Rohrs ändert.
Daraus folgt:
ν = t[7TR2 -r(S-=JSS2£i!)J ,....(8).
Die Strömungsgeschwindigkeit wird durch die Änderung im Volumen des Rohrs an der Auslaßöffnung der Pumpe erhalten.
Wenn dieser Finger an dem Schließungspunkt der n-te Finger ist, ergibt sich das Volumen des durch das Fingerglied zusammengedrückten
Rohrs zu:
K=n L
130051/0580
wobei &*j6o beträgt, wenn 10 Fingerglieder vorgesehen
sind. Wenn der Wert von V durch Ändern von η von 1-10 erhalten wird oder durch weiteres Teilen von 36° "für
einen'kleineren Winkel, wird das Volumen des Rohrs für
diesen Winkel erhalten. Die Strömungsgeschwindigkeit pro Winkel kann auf diese Weise erhalten werden durch Erhalten
der Differenz der Werte für V. Obwohl die so erhaltene Strömungsgeschwindigkeit Pulsationen besitzt, sind die Bewegungen
der Pulsationskorrektur-Nocken und der -Fingerglieder zur Erzeugung entgegengesetzter Pulsationen berechnet.
Durch Verwenden der Pulsationskorrektur-Nocken, die gemäß den erläuterten Messungen oder Berechnungen bestimmt sind,
werden Pulsationen in der peristaltischen Fluid-Infusionsfingerpumpe
verhindert, so daß eine konstante Strömung, die für die Fluid-Infusionspumpe ideal ist, erhalten werden
kann. Da die Pulsationskorrektur-Nocken auch auf der Welle der Fluid-Infusionsfingerglieder der Fingerpumpe befestigt
sind, kann die Anzahl der erforderlichen Teile verringert werden. Obwohl die vorliegende Erfindung bei Anwendung
auf eine peristaltische Fluid-Infusionsfingerpumpe erläutert
worden ist, kann die vorliegende Erfindung auch auf eine peristaltische Fluid-Infusionsrollenpumpe wie
gemäß Fig. 15 angewendet werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 15 ist ein Rohr 39
zwischen einem Stator 38 und einem Rotakörper 37 niit zwei
Rollen 36 angeordnet. Die Pumpwirkung wird durch Zusammendrücken des Rohrs 39 mit den Rollen 36 erreicht, wenn sich
der Rotcrfcörper 37 in Richtung des Pfeiles dreht. Das sich
von der Einlaßöffnung zur Auslaßöffnung einer derartigen Rollenpumpe kO erstreckende Rohr 39 besitzt eine Vorrichtung
4l zum Erfassen von Okklusionen. Diese Vorrichtung
130051/0580
4l zum Erfassen von Okklusionen weist zwei stationäre Teile 42 und 43 und ein bewegliches Erfassungsglied 44
auf, das vertikal beweglich zwischen diesen stationären Teilen angeordnet ist und das das Rohr 39 mit einem vorgegebenen
Druck in Zusammenwirkung mit den stationären Teilen 42,43 drückt. Bei einer solchen Anordnung wird,
wenn eine Okklusion an der Einlaßöffnung gebildet wirdν,
der Innendruck des ßohrs 39 an der Einlaßöffnung verringert.
Wenn die Okklusion an der Auslaßöffnung gebildet wird, wird der Innendruck des Rohrs 39 an der Auslaßöffnung
erhöht. Auf jeden Fall wird das Erfassungsglied 44 aus der normalen Lage nach oben verschoben. Deshalb
kann, wenn ein Verschiebungserfassungselement an dem Erfassungsglied 44 befestigt ist, die Erfassung der
Okklusion in einer ähnlichen Weise durchgeführt werden, wie im Fall des vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiels.
Weiter sind gemäß der Erfindung die Lagen und die Formen der stationären Teile, das Erfassungsglied
und die anderen Komponenten symmetrisch. Deshalb ändert sich, selbst wenn sich die Elastizität des Rohrs 39 an
einer Seite aufgrund einer Temperaturänderung ändert, die
Elastizität der anderen Seite in ähnlicher Weise, so daß die Lage des Erfassungsgliedes 44 sich nicht verändert
bzw. dieses sich nicht bewegt. Selbst wenn das Rohr 39 einer schleichendem Formänderung unterliegt, und sich
die Rückstellkraft an einer Seite ändert, ändert sich diese in ähnlicher Weise an der anderen Seite, so daß die
Lage des Erfassungsglieds 44 nicht geändert wird.
Gemäß der Erfindung wird eine Okklusion an der Einlaßöffnung oder der Auslaßöffnung durch eine Erhöhung oder
Erniedrigung des Innendrucks des Rohrs 16, 39 erfaßt, so daß die Erfassung der Bildung einer Okklusion durchgeführt
werden kann, wenn die Okklusion an entweder der Einlaßöffnung oder der Auslaßöffnung gebildet wird. Weiter
130051/0580
bewegt sich das Erfassungsglied 19,44 in der gleichen
Richtung, unabhängig, ob die Okklusion an der Einlaßöffnung oder der Auslaßöffnung gebildet wird, so daß die Erfassung mit einem Verschiebungsdetektor durchgeführt
werden kann. Es besteht keine Notwendigkeit, die Glieder zum Erfassen der Okklusion innerhalb des Fluid-Infusionssatzes für die Pumpe anzuordnen* Dies löst keine Gefahr
einer Kontamination bzw. Verunreinigung des Fluides oder des Arzneimittels innerhalb des Rohrs an dem Teil für
die Erfassung der Okklusion aus, da keine Berührung mit
dem Fluid oder dem Arzneimittel vorliegt. Eine üblicherweise verwendete Pumpe kann ebenso verwendet werden, wodurch pumpenseitig keine zusätzlichen Kosten erforderlich sind. Weiter kann die Vorrichtung an jedem beliebigen Teil des Rohrs befestigt werden. Das Rohr kann aus einem Werkstoff bestehen, das relativ geringe Elastizität besitzt, wie Vinylchlorid. Das Fluid, das in dem Rohr einer Infusion unterworfen wird, kann sowohl Blut als auch ein flüssiges Arzneimittel sein.
Richtung, unabhängig, ob die Okklusion an der Einlaßöffnung oder der Auslaßöffnung gebildet wird, so daß die Erfassung mit einem Verschiebungsdetektor durchgeführt
werden kann. Es besteht keine Notwendigkeit, die Glieder zum Erfassen der Okklusion innerhalb des Fluid-Infusionssatzes für die Pumpe anzuordnen* Dies löst keine Gefahr
einer Kontamination bzw. Verunreinigung des Fluides oder des Arzneimittels innerhalb des Rohrs an dem Teil für
die Erfassung der Okklusion aus, da keine Berührung mit
dem Fluid oder dem Arzneimittel vorliegt. Eine üblicherweise verwendete Pumpe kann ebenso verwendet werden, wodurch pumpenseitig keine zusätzlichen Kosten erforderlich sind. Weiter kann die Vorrichtung an jedem beliebigen Teil des Rohrs befestigt werden. Das Rohr kann aus einem Werkstoff bestehen, das relativ geringe Elastizität besitzt, wie Vinylchlorid. Das Fluid, das in dem Rohr einer Infusion unterworfen wird, kann sowohl Blut als auch ein flüssiges Arzneimittel sein.
Selbstverständlich sind noch andere Ausführungsformen der Erfindung möglich.
130051/0580
■jU.
Leerseite
Claims (1)
- Ansprüche:lJ Verfahren zum Erfassen der Okklusion (Verstopfung) in einem Fluid-Infusionsrohr einer peristaltischen Fluid-Infusionspumpe,
dadurch gekennzeichnet,daß beide Abschnitte des Fluid-Infusionsrohrs an der Einlaß- und der Auslaßseite der Pumpe mittels einer Druckeinrichtung gedrückt werden, daß eine Differenz zwischen dem ersten Abstand zwischen sich gegenüberliegenden Wandabschnitten des Fluid-Infusionsrohrs an der Einlaßseite , die entsprechend einer Änderung im Fluiddruck in einem Einlaßabschnitt des Rohrs definiert sind, und dem zweiten Abstand zwischen gegenüberliegenden Wandabschnitten des Rohrs an der Auslaßseite, die entsprechend einer Änderung im Fluiddruck in dem Auslaßabschnitt des Rohrs definiert sind, erfaßt wird, und daß die Okklusion in dem Fluid-Infusionsrohr aus der Differenz erfaßt wird.T30051/0S80Vorrichtung zum Erfassen einer Okklusion in einem Fluid-Infusionsrohr einer peristaltischen Fluid-Infusionspumpe,gekennzeichnet durchein Paar stationärer Teile (17,l8), die an einem Fluid-Einlaßabschnitt bzw. einem Fluid-Auslaßabschnitt der peristaltischen Fluid-Infusionspumpe (11) befestigt sind,ein bewegliches Glied (19) mit einem Paar von Druckteilen (19a,19b), die den stationären Teilen (17,18) jeweils gegenüberliegen und das Fluid-Infusionsrohr (16) mit einem vorgegebenen Druck in Zusammenwirkung mit den stationären Teilen (I7,l8) drücken, wobei das bewegliche Glied (19) durch eine Änderung eines Abstandes zwischen sich gegenüberliegenden Wandabschnitten des Fluid-Infusionsrohrs (l6) verschiebbar ist, der wiederum durch eine Änderung im Innendruck des Fluid-Infusionsrohrs (16) aufgrund einer Okklusion in dem Fluid-Infusionsrohr (16) änderbar ist, undeine Detektoreinrichtung (21) zum Erfassen der Okklusion durch Erfassen der Verschiebung des beweglichen Glieds (19).Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,daß das bewegliche Glied (I9) einen Drehpunkt (20) besitzt, um den die drückenden Teile (19a,19b) in entgegengesetzter Richtung verschwenkbar sind.Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet,daß die Einrichtung (21) zum Erfassen der Okklusion an einem Ende des beweglichen Glieds (I9) befestigt ist und ein Verschiebungserfassungselement (22) aufweist, das abhängig von einer Verschiebung des beweglichen130051/0580- 3 Glieds (19) betätigbar ist.5· Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,daß das Verschiebungserfassungselemenrfc einen Annäherungsfühler (22) enthält.6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet,daß die Einrichtung (21) zum Erfassen der Okklusion ein magnetisches Widerstandselement (22), das an einem Ende des beweglichen Glieds (19) befestigt ist, einen Magneten (23), der nahe dem magnetischen Widerstandselement (22) angeordnet ist, eine Brückenschaltung (24) einschließlich des magnetischen Widerstandselements (22), eine Abtastspeicherschaltung (32,33,34) zürn Speichern des Ausgangspegels der Brückenschaltung als Bezugssignal, wenn sie geschlossen ist, und einen Vergleicher (30) aufweist zum Vergleichen des Bezugssignals von der Abtastspeicherschaltung (32,33»34) mit dem Ausgangssignal von der Brückenschaltung.7- Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,daß ein Ausgang des Vergleichers (30) mit einer Alarmeinrichtung verbunden ist.8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Glied (19) zwischen den stationären Teilen (17,18) so angeordnet ist, daß es eine hin- und hergehende Bewegung durchführen kann.130 061/05809. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-8, dadurch gekennzeichnet, daß die peristaltxsche Fluid-Infusionspumpe eine Peristaltik in dem Fluid-Infusionsrohr (16) mittels mehrerer Fingerglieder (^5-j-l51o) hervorruft.10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-8, dadurch gekennzeichnet, daß die peristaltxsche Fluid-Infusionspumpe eine peristaltxsche Rollenpumpe aufweist, die ihrerseits einen Stator (38) und einen drehbaren Körper mit zwei Rollen (36) aufweist, wobei das Fluid-Infusi-onsrohr (39) zwischen dem Stator und dem drehbaren Körper eingeklemmt ist und die Fluid-Infusion durch Drehung des drehbaren Körpers durchführbar ist.130051/0580
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