DE60119502T2

DE60119502T2 - Vorrichtung zum ermitteln des flüssigkeitsdrucks und der kraftaufnahme bei infusionspumpen

Info

Publication number: DE60119502T2
Application number: DE60119502T
Authority: DE
Inventors: B. Sheldon Granada Hills MOBERG; III James Simi Valley CAUSEY; O. Rex Lake Forest BARE; J. Andrew San Demas SCHERER; J. Bradley Mission Viejo SARGENT
Original assignee: Medtronic Minimed Inc
Current assignee: Medtronic Minimed Inc
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: EP1267960A2; WO2001072357A9; US6485465B2; US20010034502A1; WO2001072357A2; US6659980B2; CA2406026A1; CA2406026C; AU2001249540A1; WO2001072357A3; ATE325632T1; EP1267960B1; DE60119502D1; US20030073954A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Verbesserungen bei Infusionspumpen, wie z.B. jenen, die zur kontrollierten Förderung der Flüssigkeit zu einem Benutzer benutzt werden. Im Besonderen bezieht sich diese Erfindung auf verbesserte Vorrichtungen zum Ermitteln des Flüssigkeitsdruckes und Erkennen der Verschlüsse in den Flüssigkeitsförderwegen der Infusionspumpensysteme.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Vorrichtungen und Systeme von Infusionspumpen sind in den medizinischen Fachgebieten weitgehend allgemein bekannt, und zwar für den Einsatz bei dem Fördern bzw. der Abgabe einer verordneten Medikation, wie z.B. Insulin, zu einem bzw. an einen Patienten. Bei einer Form umfassen solche Vorrichtungen ein ziemlich kompaktes Pumpengehäuse, das dafür ausgelegt ist, eine Spritze oder einen Vorratsbehälter aufzunehmen, die bzw. der eine zur Verabreichung verordnete Medikation zum Patienten durch eine Infusionsschlauchleitung und ein zugehöriges Katheter- oder Infusionsbesteck transportiert.
Eine typische Infusionspumpe umfasst ein Gehäuse, das ein Pumpenantriebssystem, eine Flüssigkeitskapselungsbaugruppe, ein Elektroniksystem und eine Stromversorgung umschließt. Das Pumpenantriebssystem umfasst normalerweise einen Kleinmotor (Gleichstrommotor, Schrittmotor, Solenoidmotor oder sonstige Arten) und Antriebsstrangbauteile, wie z.B. Zahnräder, Spindeln und Hebeln, die die Drehbewegung des Motors in eine Translationsbewegung eines Verschlussstopfens in einem Vorratsbehälter umsetzen. Die Flüssigkeitskapselungsbaugruppe umfasst normalerweise den Vorratsbehälter mit dem Verschlussstopfen, die Schlauchleitung und ein Katheter- oder Infusionsbesteck, um einen Flüssigkeitsweg zum Transportieren der Medikation vom Vorratsbehälter zum Körper eines Benutzers zu schaffen. Das Elektroniksystem dient zur Regelung der Leistung, die dem Motor von der Stomversorgung zugeführt wird. Das Elektroniksystem kann programmierbare Steuerungen umfassen, um den Motor kontinuierlich oder in regelmäßigen Intervallen zu betreiben, um eine in engen Grenzen geregelte und genaue Förderung der Medikation über einen längeren Zeitraum zu erreichen. Solche Pumpenantriebssysteme werden verwendet, um Insulin und sonstige Medikationen zu verabreichen, wobei exemplarische Pumpenkonstruktionen in den US-Patenten mit den Nrn. 4,562,751; 4,678,408; 4,685,903; 5,080,653 und 5,097,122 dargestellt und beschrieben sind.
Infusionspumpen der oben beschriebenen allgemeinen Ausführung haben in Bezug auf die genaue und zeitgerechte Förderung der Medikation oder anderer Flüssigkeiten über einen längeren Zeitraum gegenüber der manuellen Spritzenbehandlung bedeutende Vorteile und Nutzeffekte gebracht. Die Infusionspumpe kann äußerst kompakt sowie wasserfest ausgeführt werden und lässt sich dafür auslegen, vom Benutzer beispielsweise mit Hilfe eines Gürtelclips oder eines Gurtwerks getragen zu werden. Als Folge davon können genaue Mengen der Medikation ohne eine bedeutsame Einschränkung der Mobilität oder des Lebensstils des Benutzers automatisch zum Benutzer gefördert werden, wobei in einigen Fällen die Teilnahme an Wassersportarten möglich ist.
In der Vergangenheit umfassten die Antriebssysteme für Medikationsinfusionspumpen Alarmsysteme, die dafür entwickelt waren, eine Pumpenfehlfunktion und/oder die Nichtförderung der Medikation zum Patienten infolge eines Verschlusses des Flüssigkeitsweges zu erkennen und anzuzeigen. Solche Alarmsysteme verwendeten normalerweise einen Endschalter, um zu erkennen, wann die auf den Verschlussstopfen des Vorratsbehälters aufgebrachte Kraft einen Vorgabewert erreicht. Bei einem bekannten Melder wird ein „Ein/Aus"-Endschalter benutzt. Nachdem ein Vorgabewert erreicht wurde, ändert sich der Schalterzustand (von geöffnet in geschlossen oder umgekehrt), was einen Alarm auslöst, um den Benutzer zu warnen. Im US-Patent mit der Nr. 4,562,751 ist der Endschalter an einem Ende einer drehbaren Leitspindel positioniert. Die von der Leitspindel auf den Endschalter aufgebrachte Kraft ist zu dem Druck proportional, der als Folge einer Leistung, die dem Antriebssystem zugeführt wurde, auf die Medikation aufgebracht wurde, um den Verschlussstopfen vorzuschieben.
Wenn sich ein Verschluss im Flüssigkeitsweg entwickelt, ist die erste Folge das Fehlen der Medikationsförderung bzw. die „Unterdosierung". Eine möglicherweise viel größere Gefahr geht jedoch von der „Überdosierung" aus, die durch ein „Freibrechen" bedingt ist, nachdem sich im Flüssigkeitsweg Druck aufgebaut hat. Wenn ein Antriebssystem beispielsweise weiterhin Befehle zum Fördern einer Medikation erhält, nachdem der Flüssigkeitsweg blockiert ist, dann kann der Flüssigkeitsdruck weiter ansteigen bis der Verschluss herausgedrückt wird, was dann bewirkt, dass unter Druck sofort eine Menge der zuvor durch Befehle angeforderten Medikation ausgestoßen wird. Dies könnte zu einer „Überdosis" führen. Somit minimiert eine Früherkennung eines Verschlusses die Möglichkeit auf eine „Überdosierung".
Die Verwendung eines Ein/Aus-Endschalters als Verschlussmelder weist jedoch mehrere Nachteile auf. Die Leitspindel oder ein sonstiger Antriebsmechanismus verschiebt sich zum Betätigen des Endschalters im Allgemeinen axial um einen bestimmten Abstand. Wenn die Medikation hochkonzentriert ist und kleine inkrementale Fördervolumen, z.B. in der Größenordnung von 0,5 Mikrolitern, erforderlich sind, dann ist die erforderliche Verschiebung des Verschlussstopfens pro Fördervolumen sehr klein. Wenn sich ein Verschluss entwickelt, ist die Verschiebung der Leitspindel zum Endschalter hin ebenfalls klein. Deshalb können viele Fördervolumen verloren gehen, bevor die Leitspindel zur Betätigung des Endschalters ausreichend verschoben ist.
Außerdem weist ein Endschalter normalerweise nur einen Vorgabewert auf. Störsignale, vorübergehende Druckschwankungen bei einer Förderung und Temperatur- und/oder Feuchtigkeitseffekte können hinsichtlich des Verschlusses Fehlalarme auslösen. Wenn zum Vermeiden von Fehlerkennungen der Vorgabewert höher festgelegt würde, wäre zum Erkennen eines echten Verschlusses zusätzliche Zeit notwendig.
Ein Dokument, in dem die Merkmale des Oberbegriffes von Anspruch 1 offenbart werden, ist das US-Patent mit der Nr. 5,647,853.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen dargelegt.
Ein Verschlusserkennungssystem zur Erkennung eines Verschlusses in einem Flüssigkeitsweg einer Infusionspumpe, die einen Vorratsbehälter, der Flüssigkeit enthält, aufweist und zur Förderung der Flüssigkeit zu einem Benutzer dient, umfasst Folgendes: ein Gehäuse, einen Motor, einen Vorratsbehälter, mindestens ein Antriebsstrangbauteil, einen Sensor und ein Elektroniksystem. Der Motor ist im Gehäuse enthalten und das mindestens eine Antriebsstrangbauteil reagiert auf einen Auslöseimpuls von dem Motor, um die Flüssigkeit vom Vorratsbehälter aus in den Benutzer zu drücken. Der Sensor ist positioniert, um einen Parameter, der dem Motor oder einem Antriebsstrangbauteil zugeordnet ist, zu messen und der Sensor erzeugt über einen Bereich von Messungen mindestens drei Ausgangsniveaus. Das Elektroniksystem verarbeitet die drei oder mehr Sensorausgangsniveaus, um zu melden, wann ein Verschluss vorhanden ist.
Bei bevorzugten Ausführungsformen misst der Sensor eine Kraft, die zu einer Kraft proportional ist, die auf ein Antriebsstrangbauteil aufgebracht wurde. Es gibt offenbarte Anordnungen außerhalb des Schutzbereiches der Erfindung, bei denen das Antriebsstrangbauteil eine Leitspindel ist. Bei speziellen Ausführungsformen ist das Antriebsstrangbauteil ein Schieber.
Es gibt offenbarte Anordnungen außerhalb des Schutzbereiches der Erfindung, bei denen der Sensor die Zug- oder die Druckbelastung auf einem Biegebalken misst, die proportional zu einem Druck ist, der auf den Motor aufgebracht wurde. Es gibt offenbarte Anordnungen außerhalb des Schutzbereiches der Erfindung, bei denen das Antriebsstrangbauteil ein Biegebalken ist. Es gibt offenbarte Anordnungen außerhalb des Schutzbereiches der Erfindung, bei denen das Antriebsstrangbauteil ein oder mehrere Traglager sind.
Bei anderen alternativen Ausführungsformen misst der Sensor die Zug- oder die Druckbelastung, die proportional zu einem Druck ist, der auf ein Antriebsstrangbauteil aufgebracht wurde. Es gibt offenbarte Anordnungen außerhalb des Schutzbereiches der Erfindung, bei denen das Antriebsstrangbauteil ein Faltenbalg ist. Es gibt offenbarte Anordnungen außerhalb des Schutzbereiches der Erfindung, bei denen das Antriebsstrangbauteil eine Kappe ist.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Sensor ein kraftempfindlicher Widerstand. Bei alternativen Ausführungsformen ist der Sensor ein kapazitiver Sensor. Bei anderen alternativen Ausführungsformen ist der Sensor ein Dehnungsmessstreifen. Bei wieder anderen alternativen Ausführungsformen ist der Sensor ein piezoelektrischer Sensor.
Bei bevorzugten Ausführungsformen nutzt das Elektroniksystem zur Meldung eines vorhandenen Verschlusses ein Höchstwert-Messschwellenwert-Verfahren. Bei speziellen Ausführungsformen beträgt ein Messschwellenwert mindestens 8,9 N (2,00 pounds).
Bei alternativen Ausführungsformen nutzt das Elektroniksystem zur Meldung eines vorhandenen Verschlusses ein Steigungsschwellenwert-Verfahren. Bei speziellen Ausführungsformen beträgt ein Steigungsschwellenwert ungefähr 0,22 N (0,05 pounds) pro Messung.
Bei anderen alternativen Ausführungsformen nutzt das Elektroniksystem zur Meldung eines vorhandenen Verschlusses ein Höchstwert-Messschwellenwert-Verfahren und ein Steigungsschwellenwert-Verfahren. Bei abermals anderen alternativen Ausführungsformen muss zur Meldung eines vorhandenen Verschlusses bei einer oder bei mehreren Messungen ein Mindestpegel überschritten werden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der gemessene Parameter von einem Flüssigkeitsdruck im Vorratsbehälter abhängig. Bei speziellen Ausführungsformen verarbeitet das Elektroniksystem die Sensorausgangsniveaus, um zu ermitteln, wann der Vorratsbehälter leer ist. Bei anderen speziellen Ausführungsformen verarbeitet das Elektroniksystem die Sensorausgangsniveaus, um zu ermitteln, wann ein Verschlussstopfen ein Ende des Vorratsbehälters berührt. Bei abermals anderen speziellen Ausführungsformen verarbeitet das Elektroniksystem die Sensorausgangsniveaus, um zu ermitteln, wann ein Schieber in einem Verschlussstopfen richtig sitzt.
Der Sensor ist zwischen dem Motor und einem Gehäusebauteil positioniert. Bei speziellen Ausführungsformen wird ein Klebstoff mit starker Haftung (VHB-Klebstoff) zwischen dem Motor und dem Gehäusebauteil platziert. Ein oder mehrere Bauteile, die den Sensor umfassen, sind zwischen dem Motor und dem Gehäusebauteil geschichtet, wobei das Gehäusebauteil vor dem Anbringen am Gehäuse positioniert wird, um den Spielraum im Bereich des einen Bauteils oder der mehreren Bauteile zu beseitigen. Bei alternativen Ausführungsformen sind ein oder mehrere Bauteile, die den Sensor umfassen, zwischen dem Motor und dem Gehäuse geschichtet und es wird Verfüllmaterial durch das Gehäuse hindurch eingepresst, um den Spielraum im Bereich des einen Bauteils oder der mehreren Bauteile zu beseitigen und um den Raum zwischen dem einen Bauteil oder der mehreren Bauteile und dem Gehäuse auszufüllen.
Es wurde außerdem ein Verfahren zur Erkennung eines Verschlusses in einer Infusionspumpe, die zur Verabreichung einer Flüssigkeit per Infusion in den Körper eines Benutzers dient, offenbart, das die folgenden Schritte umfasst: Erhalten eines Messwertes von einem Sensor vor jeder Flüssigkeitsförderung, Berechnen einer Steigung einer Geraden, die unter Verwendung von zwei oder mehr Messwerten generiert wird, Vergleichen der Steigung mit einem Steigungsschwellenwert, Inkrementieren eines Zählers, wenn die Steigung den Steigungsschwellenwert überschreitet und Melden eines Verschlusses, wenn der Zähler einen Erkennungszählwert überschreitet.
Es wurde außerdem ein Verfahren zur Erkennung eines Verschlusses in einer Infusionspumpe, die zur Verabreichung einer Flüssigkeit per Infusion in den Körper eines Benutzers dient, offenbart, das die folgenden Schritte umfasst: Erhalten eines Messwertes von einem Sensor vor jeder Flüssigkeitsförderung, Berechnen einer momentanen Steigung einer Geraden unter Verwendung von zwei oder mehr Messwerten, Berechnen einer mittleren Steigung unter Verwendung einer vorherigen mittleren Steigung und der momentanen Steigung, Vergleichen der mittleren Steigung mit einem Steigungsschwellenwert, Inkrementieren eines Zählers, wenn die mittlere Steigung den Steigungsschwellenwert überschreitet, und Melden eines Verschlusses, wenn der Zähler einen Erkennungszählwert überschreitet. Die zwei oder mehr Messwerte müssen nicht aufeinander folgend gemessen worden sein.
Es wurde außerdem ein Verschlusserkennungssystem zur Erkennung eines Verschlusses in einem Flüssigkeitsweg einer Infusionspumpe, die einen Vorratsbehälter, der Flüssigkeit enthält, aufweist und zur Förderung der Flüssigkeit zu einem Benutzer dient, offenbart, das Folgendes umfasst: ein Gehäuse; Druckmittel, um Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter, der eine Flüssigkeit enthält, herauszudrücken; Erfassungsmittel zum Erfassen eines Parameters, der den Druckmitteln zugeordnet ist, um Flüssigkeit aus dem die Flüssigkeit enthaltenden Vorratsbehälter herauszudrücken, um eine oder mehrere Messwerte zu erhalten; und Auswertemittel. Die Erfassungsmittel erzeugen eines der drei oder mehr Ausgangsniveaus für jeden Wert des mindestens einen Messwertes. Die Auswertemittel werten eines der drei oder mehr Ausgangsniveaus aus, die jedem Wert des mindestens einen Messwertes zugeordnet sind, um zu melden, wann ein Verschluss vorhanden ist.
Sonstige Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, die exemplarisch verschiedene Merkmale der Ausführungsformen der Erfindung verdeutlichen, offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Vorderansicht einer Infusionspumpe, die außerhalb des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung liegt.
2 ist eine Rückansicht der Infusionspumpe von 1, wobei eine Rückwandklappe geöffnet ist, um die speziellen Innenbauteile zu veranschaulichen.
3 ist eine Illustrationsansicht eines Antriebssystems der Infusionspumpe von 1.
4 ist eine Illustrationsansicht eines Infusionspumpenantriebssystems mit einem Sensor, der außerhalb des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung liegt.
5 ist eine Illustrationsansicht eines Infusionspumpenantriebssystems mit einem Sensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6(a) ist eine Querschnittsansicht eines Sensors, der zwischen einem Antriebssystembauteil und einem Gehäuse montiert ist, und zwar gemäß den Antriebssystemen wie sie in den 3 und 4 dargestellt sind.
6(b) ist eine Querschnittsansicht eines Sensors, der in Form eines kraftempfindlichen Widerstandes ausgeführt ist.
7(a) ist eine auseinander gezogene, perspektivische Unter-/Vorderansicht eines Infusionspumpenantriebssystems, eines Erfassungssystems und einer flüssigkeitsenthaltenden Baugruppe, wobei der Sensor von 6(b) integriert ist.
7(b) ist eine auseinander gezogene Drauf-/Vorderansicht des Infusionspumpenantriebssystems, des Erfassungssystems und der flüssigkeitsenthaltenden Baugruppe von 7(a).
7(c) ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Infusionspumpenantriebssystems, eines Erfassungssystems und einer flüssigkeitsenthaltenden Baugruppe von 7(b) im zusammengebauten Zustand.
7(d) ist eine vergrößerte, seitliche Querschnittsansicht des Erfassungssystems, das mit der Detailangabe 7(d) in 7(c) kenntlich gemacht ist.
8(a) ist eine Draufsicht einer Scheibe des Erfassungssystems der 7(a)–(d). 8(b) ist eine Seitenansicht der Scheibe des Erfassungssystems der 7(a)–(d). 8(c) ist eine Unteransicht der Scheibe des Erfassungssystems der 7(a)–(d).
9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Sensorsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Graph, der die am kraftempfindlichen Widerstand von 6(b) gemessene Spannung in Abhängigkeit der aufgebrachten Kraft zeigt.
11 ist ein Graph, der die am kraftempfindlichen Widerstand von 6(b) gemessene Spannung während des Betriebes des in den 7(a)–(d) dargestellten Antriebssystems zeigt.
12 ist eine Querschnittsansicht eines kapazitiven Sensors, der zwischen einem Antriebssystembauteil und einem Gehäuse montiert ist.
13 ist eine Querschnittsansicht eines kapazitiven Sensors.
14(a) ist eine Seitenansicht eines Mehrschaltersensors, bei dem die Schalter in Serie montiert sind und elektrisch einzeln überwacht werden.
14(b) ist eine Seitenansicht eines Mehrschaltersensors, bei dem die Schalter in Serie montiert sind und elektrisch in Serie geschaltet sind.
14(c) ist ein elektrisches Schema für einen Mehrschaltersensor, bei dem die Schalter elektrisch in Serie geschaltet sind.
15(a) ist eine Draufsicht eines Mehrschaltersensors, bei dem die Schalter parallel angebracht sind.
15(b) ist eine Seitenansicht des Mehrschaltersensors von 15(a).
15(c) ist ein elektrisches Schema für einen Mehrschaltersensor, bei dem die Schalter elektrisch parallel geschaltet sind.
16 ist eine Illustrationsansicht eines Sensors in einem Pumpenantriebssystem.
17 ist eine Illustrationsansicht eines Sensors in einem Pumpenantriebssystem.
18 ist eine Illustrationsansicht eines Sensors in einem Pumpenantriebssystem.
19 ist eine Illustrationsansicht eines Sensors in einem Pumpenantriebssystem.
20 ist eine Illustrationsansicht eines Sensors in einem Pumpenantriebssystem.
21 ist eine Illustrationsansicht des Infusionspumpenantriebssystems von 4, das bestimmte Drehmomentkräfte zeigt.
22(a) ist eine perspektivische Ansicht eines Sensors in einem Teil eines Antriebssystems.
22(b) ist eine Rückansicht des Sensors und des Pumpenantriebssystems von 22(a).
23 ist eine Illustrationsansicht eines Sensors in einem Teil eines Pumpenantriebssystems.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Wie dies in den Zeichnungen zum Zwecke der Illustration dargestellt ist, ist die Erfindung in einem Druckerfassungssystem für eine Infusionspumpe integriert. Die Infusionspumpe wird eingesetzt, um dem Körper eines Benutzers per Infusion Flüssigkeit zu verabreichen. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die per Infusion verabreichte Flüssigkeit Insulin. Bei alternativen Ausführungsformen können viele andere Flüssigkeiten per Infusion verabreicht werden, wie beispielsweise, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, HIV-Arzneimittel, Arzneimittel zum Behandeln des pulmonalen Hochdrucks, Arzneimittel zur Eisenchelatbildung, Schmerzmedikationen, antikanzerogene Behandlungsmedikamente, Medikationen, Vitamine oder Hormone.
Bei bevorzugten Ausführungsformen dient ein programmierbarer Regler zur Regelung der Leistung, die dem Motor von der Stromversorgung zugeführt wird. Der Motor betätigt einen Antriebsstrang, um einen Schieber, der mit einem Verschlussstopfen gekoppelt ist, in einem Vorratsbehälter zu verschieben, der mit einer Flüssigkeit gefüllt ist. Der Schieber drückt die Flüssigkeit vom Vorratsbehälter aus längs eines Flüssigkeitsweges (der die Schlauchleitung und ein Infusionsbesteck umfasst) in den Körper des Benutzers. Bei bevorzugten Ausführungsformen wird das Druckerfassungssystem eingesetzt, um Verschlüsse im Flüssigkeitsweg zu erkennen, die die Flüssigkeitsförderung vom Vorratsbehälter aus zum Körper des Benutzers verlangsamen, verhindern oder sonst wie beeinträchtigen. Bei alternativen Ausführungsformen wird das Druckerfassungssystem eingesetzt, um zu erkennen, wann: der Vorratsbehälter leer ist, der Schieber richtig im Verschlussstopfen sitzt, eine Flüssigkeitsdosis gefördert wurde, die Infusionspumpe Stößen oder Erschütterungen ausgesetzt ist, die Infusionsvorrichtung eine Wartung erfordert oder dergleichen. Bei weiteren alternativen Ausführungsformen kann der Vorratsbehälter eine Spritze, ein Fläschchen, eine Kassette, ein Beutel oder dergleichen sein.
Wenn sich ein Verschluss im Flüssigkeitsweg entwickelt, steigt im Allgemeinen der Flüssigkeitsdruck infolge der Kraft an, die durch den Motor und den Antriebsstrang aufgebracht wird. In dem Maße, wie die Leistung bereitgestellt wird, um den Schieber weiter in den Vorratsbehälter zu drücken, nimmt der Flüssigkeitsdruck im Vorratsbehälter zu. Die Belastung auf dem gesamten Antriebsstrang erhöht sich, während die Kraft von dem Motor auf den Schieber übertragen wird und der Schieber wird durch den Verschlussstopfen, der auf die Flüssigkeit drückt, bezüglich seiner Bewegung eingeschränkt. Ein entsprechend positionierter Sensor kann die Schwankungen hinsichtlich der Kraft messen, die auf ein oder mehrere Bauteile im Antriebsstrang aufgebracht wird. Der Sensor liefert mindestens drei Ausgangsniveaus, so dass Messungen zum Erkennen eines Verschlusses und zum Warnen des Benutzers verwendet werden können.
Eine frühzeitige Verschlusserkennung minimiert die Zeit, während der der Benutzer ohne Medikation ist und minimiert, was noch wichtiger ist, die Möglichkeit der Überdosierung, zu der es kommt, wenn ein Verschluss frei bricht und die Flüssigkeit zu schnell in den Körper des Benutzers eingeleitet wird, um den vom Vorratsbehälter aus aufgebauten Druck abzubauen. Bei bevorzugten Ausführungsformen wird ein Verschluss erkannt, bevor der Druck hoch genug ist, um eine Dosis zu fördern, die größer ein höchstzulässiger Bolus ist. Im Allgemeinen ist der höchstzulässige Bolus die maximale Flüssigkeitsmenge, die sich zu einem Zeitpunkt gefahrenlos in den Benutzer fördern lässt und die z.B. abhängig ist von der Konzentration der Komponenten in der Flüssigkeit, der Empfindlichkeit des Benutzers auf die Flüssigkeit, der Flüssigkeitsmenge, die der Benutzer momentan braucht, oder der Flüssigkeitsmenge, die im Benutzer von vorherigen Fördervolumen noch zur Verfügung steht. Der Druck im Vorratsbehälter oder die Kraft auf die Antriebsstrangbauteile, der bzw. die dem höchstzulässigen Bolus zugeordnet ist, hängt von dem Durchmesser des Vorratsbehälters, der Hebelübersetzung im Antriebsstrang, der Reibung und dergleichen ab.
In den 1–3 ist eine Infusionspumpe 101 dargestellt, die einen Vorratsbehälter 104, einen Schieber 109, ein Antriebssystem 138, einen programmierbaren Regler 113 und eine Stromversorgung (nicht dargestellt) umfasst, wobei all diese Komponenten in einem Gehäuse 102 enthalten sind. Das Gehäuse 102 weist eine Rückwandklappe 120 auf, die sich aufschwenken lässt, um den Zugang zum Innenraum der Pumpe 101 zu ermöglichen, damit der Vorratsbehälter 104 und der Schieber 109 entfernt und ersetzt werden können (2 zeigt die in eine geöffnete Stellung geschwenkte Rückwandklappe 120).
Der flüssigkeitsenthaltende Vorratsbehälter 104 umfasst einen Vorratsbehälterzylinder 105, einen Hals 106 und einen Kopf 103, die im Allgemeinen konzentrisch ausgerichtet sind. Der Hals 106, der einen kleineren Durchmesser als der Zylinder 105 aufweist, verbindet ein vorderes Ende des Zylinders 105 mit dem Kopf 103. Der Hals 106 sitzt in einem Auslassanschluss 107, der im Gehäuse 102 ausgebildet ist. Der Kopf 103, der einen größeren Durchmesser als der Hals 106 aufweist, erstreckt sich durch das Gehäuse 102. Der Kopf 103 ist mit Hilfe eines Anschlussstückes 108 passend an die Schlauchleitung 110 angeschlossen, wodurch die Flüssigkeitskommunikation vom Zylinder 105 aus, durch das Gehäuse 102 hindurch und in die Schlauchleitung 110 hergestellt wird. Die Schlauchleitung 110 erstreckt sich vom Anschlussstück 108 aus zu einem Infusionsbesteck 136, das die Flüssigkeitskommunikation mit dem Körper des Benutzers bereitstellt. Ein hinteres Ende des Zylinders 105 bildet zur Aufnahme des Schiebers 109 eine Öffnung. Die Flüssigkeit wird in dem Maße, wie das Antriebssystem 138 den Schieber 109 vom hinteren Ende des Zylinders 105 aus hin zum vorderen Ende des Zylinders 105 bewegt, aus dem Vorratsbehälter 104 gedrückt.
Das Antriebssystem 138, das am besten in 3 dargestellt ist, umfasst einen Motor 111, ein Kupplungsstück 121, eine Leitspindel 117, eine Antriebsmutter 116 und einen oder mehrere Verriegelungshebel 119. Der Motor 111 ist durch das Kupplungsstück 121 an die Leitspindel 117 gekuppelt. Der Motor dreht das Kupplungsstück 121, das wiederum die Leitspindel 117 dreht. Die Antriebsmutter 116 umfasst eine Bohrung mit Innengewindegängen (nicht dargestellt). Die Außengewindegänge auf der Leitspindel 117 greifen in die Innengewindegänge an der Antriebsmutter 116 ein. In dem Maße, wie sich die Leitspindel 117 als Reaktion auf den Motor 111 dreht, wird die Antriebsmutter 116 gezwungen, einen Hubweg längs der Länge der Leitspindel 117 in einer Axialrichtung d zurückzulegen. Mindestens ein Verriegelungshebel 119 ist an der Antriebsmutter 116 angebracht und erstreckt sich von der Antriebsmutter 116 aus weg, um am Schieber 109 in Eingriff zu stehen, wodurch der Schieber 109 an die Antriebsmutter 116 gekuppelt wird. In dem Maße, wie somit die Antriebsmutter 116 gezwungen wird, sich längs der Länge der Leitspindel 117 in der Axialrichtung d zu verschieben, wird der Schieber 109 gezwungen, sich parallel zur Leitspindel 117 in einer Axialrichtung d' zu verschieben.
Von der Stromversorgung (nicht dargestellt) wird dem Motor 111, als Reaktion auf die vom programmierbaren Regler 113 stammenden Befehle, eine Leistung zugeführt. Der Motor 111 ist vorzugsweise ein Solenoidmotor. Alternativ dazu kann der Motor ein Gleichstrommotor, ein Wechselstrommotor, ein Schrittmotor, ein piezoelektrischer Raupenantrieb, ein Formgedächtnisstellantrieb, eine elektrochemische Gaszelle, eine thermisch angetriebene Gaszelle, ein Bimetallstellantrieb oder dergleichen sein. Alternativ dazu umfasst der Antriebsstrang ein oder mehrere Bauteile von Folgendem: Leitspindeln, Nocken, Schaltklinken, Hebevorrichtungen, Riemenscheiben, Sperrklinken, Klemmen, Zahnräder, Muttern, Schieber, Lager, Hebel, Biegebalken, Verschlussstopfen, Tauchkolben, Schiebeelemente, Halterungen, Führungen, Lager, Stützen, Faltenbälge, Kappen, Membranen, Beutel, Heizvorrichtungen oder dergleichen. Die Stromversorgung besteht vorzugsweise aus einer oder mehreren Batterien. Alternativ dazu kann die Stromversorgung eine Solarzellenplatte, ein Kondensator, eine Wechselstrom- oder eine Gleichstromleistung sein, die mittels eines Netzkabels zugeführt wird, oder etwas Vergleichbares sein.
Der programmierbare Regler 113 kann von einem Pflegedienstleister wie z.B. einem Arzt oder von geschultem medizinischem Personal oder durch den Benutzer programmiert werden. Die Programmierung lässt sich unter Verwendung einer Gruppe von Knöpfen 114 und einer Anzeige 115 durchführen, die sich auf einer Vorderseite des Gehäuses 102 befinden. Die Anzeige 115 liefert Informationen bezüglich Programmparameter, Förderprofile, Pumpenbetrieb, Alarme, Warnhinweise, Statushinweise oder dergleichen. Der programmierbare Regler 113 kann den Motor 111 in einer schrittweisen Art in Betrieb setzen, normalerweise auf der Basis eines diskontinuierlichen Betriebs, um dem Benutzer gemäß einem programmierten Förderprofil diskrete genaue Flüssigkeitsdosen zu verabreichen. Mit Hilfe des programmierbaren Reglers kann der Motor kontinuierlich betrieben werden. Die Leitspindel 117 umfasst einen Tragzapfen 130, der sich durch ein oder mehrere Lager 132 hindurch erstreckt und den Kontakt mit einem Sensor 134 aufrechterhält, der positioniert ist, um die Kräfte zu ermitteln, die von der Leitspindel 117 längs der Achse der Leitspindel 117 aufgebracht werden. Das mindestens eine Lager 132 und das Kupplungsstück 121 sind so konstruiert, dass die Leitspindel hinsichtlich der Bewegung längs ihrer Achse ein gewisses Maß an Translationsfreiheit aufweist, wobei gleichzeitig die seitliche Abstützung bereitgestellt wird. Der Sensor 134 ist deshalb allen Axialkräften ausgesetzt, die auf die Leitspindel 117 in der Richtung vom Motor 111 aus weg aufgebracht werden. Die von der Leitspindel 117 auf den Sensor 134 ausgeübte Axialkraft ist im Allgemeinen vom Flüssigkeitsdruck im Vorratsbehälter 109 abhängig. Wenn sich beispielsweise ein Verschluss im Flüssigkeitsweg entwickelt hat, der die Flüssigkeitsförderung von der Infusionspumpe zum Körper des Benutzers blockiert, würde der Flüssigkeitsdruck in dem Maße ansteigen, wie der Schieber 109 vom Antriebssystem 138 nach vorne gedrückt wird. Jedes Mal, wenn der programmierbare Regler 113 den Befehl erteilt, dem Motor 111 eine Leistung zuzuführen, wird der Schieber 109 nach vorne in den Vorratsbehälter 104 getrieben, weshalb der Flüssigkeitsdruck ansteigt. Der Flüssigkeitsdruck wird teilweise durch die Nachgiebigkeit im System abgebaut, und zwar beispielsweise durch die Ausdehnung der Schlauchleitung 110 und des Vorratsbehälters 109, die Verformung von einer oder mehreren O-Ring-Dichtungen 140 auf dem Schieber 109 oder dergleichen. Der restliche Druck wird gegen den Schieber 109 ausgeübt, was ihn wieder aus dem Vorratsbehälter 104 herausdrückt. Aber der Schieber 109 wird durch einen oder mehrere Verriegelungshebel 119 von der Bewegung abgehalten. Die Verriegelungshebel 119 übertragen die Kraft vom Schieber 109 aus auf die Antriebsmutter 116, die wiederum die Kraft, mittels eines Gewindeeingriffes, auf die Leitspindel 117 überträgt. Der Sensor 134 wird anschließend einer Kraft mit einem Betrag ausgesetzt, der vom Flüssigkeitsdruck abhängig ist. Der Sensor 134 liefert über den Betrag der erfassten Kräfte hinweg mindestens drei Ausgangsniveaus. Ein Elektroniksystem (nicht dargestellt) unterstützt den Sensor 134, indem es, je nach der Ausführung des Sensors 134, eine Leistung und/oder eine Signalverarbeitung bereitstellt.
Ein Motor 401 (oder ein Motor mit einem angebauten Getriebe) umfasst eine Antriebswelle 402, die einen Satz von Zahnrädern 403 antreibt, wie dies in 4 dargestellt ist. Eine Leitspindel 404, die im Satz der Zahnräder 403 zu einem Zahnrad 412 konzentrisch ausgerichtet ist, ist angekuppelt, damit sie sich mit dem Zahnrad 412 dreht. Ein Hohlschieber 405 umfasst eine Bohrung mit Innengewinde 416, die durch ein hinteres Ende 418 des Schiebers 405 hindurchgeht und in die Außengewindegänge der Leitspindel 404 eingreift. Die Achse des Schiebers 405 ist zur Achse der Leitspindel 404 im Allgemeinen parallel. Der Schieber 405 umfasst außerdem ein vorstehendes Teil (nicht dargestellt), das in eine Nut (nicht dargestellt) in einem Gehäuse (nicht dargestellt) eingreift, die parallel zur Leitspindel 404 verläuft, um zu verhindern, dass sich der Schieber 405 dreht, wenn sich die Leitspindel 404 dreht. In dem Maße, wie sich somit die Leitspindel 404 dreht, wird der Schieber 405 gezwungen, sich längs der Länge der Leitspindel 404 zu verschieben. Ein vorderes Ende 420 des Schiebers 405 stößt an einen Verschlussstopfen 406 in einem Vorratsbehälter 407 an. In dem Maße, wie der sich der Schieber 405 infolge der Drehung der Leitspindel 404 vorschiebt, wird der Verschlussstopfen 406 noch weiter in den Vorratsbehälter 407 gedrückt, wodurch somit Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 407 heraus, durch die Schlauchleitung 422, und durch ein Infusionsbesteck 408 hindurch gedrückt wird. Der Verschlussstopfen und der Schieber können aus einem Teil geformt sein.
Die Leitspindel 404 umfasst einen Tragzapfen 414, der sich axial von einem Ende der Leitspindel 404 aus erstreckt, das vom Schieber 405 nicht umschlossen ist. Der Tragzapfen 414 geht durch ein Lager 409 hindurch und hält den Kontakt mit einem Sensor 410 aufrecht. Das Lager 409 sorgt für eine seitliche Abstützung und gestattet der Leitspindel 404 über ein gewisses Maß an axialer Lageänderung zu verfügen. Der Sensor 410 ist jedoch positioniert, um zu verhindern, dass die Leitspindel 404 eine Translationsbewegung weg vom Vorratsbehälter 407 ausführt. Und deshalb ist der Sensor 410 positioniert, um die Kräfte zu erfassen, die als Reaktion auf den Flüssigkeitsdruck im Vorratsbehälter 407 auf die Leitspindel 404 aufgebracht wurden. Der Sensor liefert auf der Grundlage der Messung der erfassten Kräfte mindestens drei Ausgangsniveaus.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Infusionspumpe 501 einen Motor 502, ein Getriebe 506, eine Antriebsspindel 503, einen Schieber 504, einen Verschlussstopfen 507 und einen Vorratsbehälter 505, die im Allgemeinen zueinander ausgerichtet sind, um sich eine im Allgemeinen gemeinsame konzentrische Achse zu teilen, wie dies in 5 dargestellt ist. Der Motor 502 dreht über ein Getriebe 506 die Antriebsspindel 503. Die Antriebsspindel 503 weist Außengewindegänge auf, die in die Innengewindegänge 522 an einer zylindrischen Bohrung 520 eingreifen, die über den größten Teil der Länge des Schiebers 504 verlaufen. Der Schieber 504 umfasst außerdem mindestens ein vorstehendes Teil 514, das in einen Schlitz 516 in einem Gehäuse 518 passt, um zu verhindern, dass sich der Schieber 504 in Bezug auf das Gehäuse 518 dreht. In dem Maße, wie sich die Antriebsspindel 503 dreht, wird der Schieber 504 gezwungen, sich längs seiner Achse zu verschieben. Der Schieber 504 liegt entfernbar am Verschlussstopfen 507 im Vorratsbehälter 505 an. Und in dem Maße, wie sich der Schieber 504 in den Vorratsbehälter 505 vorschiebt, wird der Verschlussstopfen 507 verschoben, wodurch Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 505 heraus und durch ein Anschlussstück 508, durch eine Schlauchleitung 509 und durch ein Infusionsbesteck (nicht dargestellt) gedrückt wird. Ein Sensor 511 ist zwischen dem Motor 502 im Gehäuse 518 positioniert, um die Kräfte zu ermitteln, die vom Flüssigkeitsdruck im Vorratsbehälter 505 aus, durch den Verschlussstopfen 507, den Schieber 504, die Antriebsspindel 503 und das Getriebe 506, auf den Motor 502 übertragen wurden. Der Sensor 511 liefert auf der Grundlage der ermittelten Kräfte mindestens drei Ausgangsniveaus. Weitere Konfigurationen sind im Detail in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit der laufenden Nr. 09/429,352 beschrieben, die am 28. Oktober 1999 eingereicht wurde.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Sensor ein kraftempfindlicher Widerstand, dessen Widerstand sich in dem Maße ändert, wie sich die auf den Sensor aufgebrachte Kraft ändert. Bei alternativen Ausführungsformen ist der Sensor ein kapazitiver Sensor, ein piezoresistiver Sensor, ein piezoelektrischer Sensor, ein magnetischer Sensor, ein optischer Sensor, ein Potentiometer, ein mikrobearbeiteter Sensor, ein linearer Wandler, ein Encoder, ein Dehnungsmessstreifen und dergleichen, also ein Bauelement, das eine Größe wie Kompression, Scherung, Spannung, Verschiebung, Abstand, Drehung, Drehmoment, Kraft, Druck oder dergleichen messen kann. Bei bevorzugten Ausführungsformen kann der Sensor ein Ausgangssignal als Reaktion auf einen zu messenden physikalischen Parameter bereitstellen. Und der Bereich und die Auflösung des Sensorausgangssignals liefern über den Messbereich mindestens drei Ausgangsniveaus (drei verschiedene Zustände, Werte, Mengen, Signale, Beträge, Frequenzen, Stufen oder dergleichen). Beispielsweise könnte der Sensor einen niedrigen oder Nullwert erzeugen, wenn der gemessene Parameter auf einem Mindestniveau liegt, einen hohen oder Höchstwert, wenn der gemessene Parameter auf einem relativ hohen Wert liegt und einen mittleren Wert zwischen dem niedrigen Wert und dem hohen Wert, wenn der gemessene Parameter zwischen dem Mindest- und relativ hohen Niveau liegt. Bei bevorzugten Ausführungsformen liefert der Sensor mehr als drei Ausgangsniveaus und stellt ein Signal bereit, das in einer abgetasteten, kontinuierlichen oder nahezu kontinuierlichen Weise mit jeder Änderung des Widerstandes übereinstimmt. Der Sensor ist von einem Schalter zu unterscheiden, der nur zwei Ausgangswerte aufweist und deshalb nur zwei Ausgangsniveaus wie z.B. „Ein" und „Aus" oder „High" und „Low" anzeigen kann.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden einen kraftempfindlichen Widerstand als Sensor, der den Widerstand in dem Maße ändert, wie sich die Kraft ändert, die auf den Sensor aufgebracht wurde. Das Elektroniksystem hält eine konstante Versorgungsspannung am Sensor aufrecht. Das Ausgangssignal vom Sensor ist ein Signalstrom, der durch ein Widerstandsmaterial des Sensors fließt. Da der Sensorwiderstand mit der Kraft variiert und die Versorgungsspannung am Sensor konstant ist, variiert der Signalstrom mit der Kraft. Der Signalstrom wird vom Elektroniksystem in eine Signalspannung umgesetzt. Die Signalspannung wird für eine Messung der Kraft verwendet, die auf ein Antriebsstrangbauteil oder einen Flüssigkeitsdruck im Vorratsbehälter aufgebracht wurde. Bei alternativen Ausführungsformen wird ein konstanter Versorgungsstrom verwendet und die Signalspannung variiert mit der Kraft (dem Flüssigkeitsdruck) am Sensor. Bei weiteren alternativen Ausführungsformen werden sonstige Elektroniksysteme und/oder sonstige Sensoren verwendet, um den Flüssigkeitsdruck oder die Kräfte in eine Messung umzusetzen, die vom Elektroniksystem verwendet wurde, um Verschlüsse im Flüssigkeitsweg zu erkennen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen weist der kraftresistive Sensor 706 eine im Wesentlichen planare Form auf und ist im Allgemeinen aus einer Schicht aus kraftresistivem Material 606 aufgebaut, die zwischen zwei leitende Zwischenlagen 607 eingelegt ist, die in die schützenden Außenschichten 608 eingelegt sind, wie dies in 6(b) dargestellt ist. Die elektrischen Zuleitungen 605 führen ein Sensorsignal von den leitenden Zwischenlagen 607 aus zum Elektroniksystem (nicht dargestellt). Bei speziellen Ausführungsformen ist die kraftresistive Materialschicht 606 eine Suspension aus leitfähigem Material in einer Polymermatrix. Die leitenden Zwischenlagen 607 und die elektrischen Zuleitungen 605 sind aus einer oder mehreren Schichten leitfähiger Tinte, wie z.B. Silbertinte, Goldtinte, Platintinte, Kupfertinte, leitfähigen Polymeren oder dotierten Polymeren geformt. Und die schützenden Außenschichten 608 sind Polyester, die die elektrische Isolierung sowie den Korrosionsschutz bereitstellen. Ein Sensor 706 des in 6(b) dargestellten Typs ist unter der Teilenummer A101 bei der Firma Tekscan Co. in South Boston, Massachusetts (USA) erhältlich. Bei alternativen Ausführungsformen sind die schützenden Außenschichten aus anderen Isolationsmaterialien wie z.B. Mylar, Saran, Urethan, Harze, PVC, Kunststoff, Leinen, Stoff, Glas und dergleichen hergestellt. Bei anderen alternativen Ausführungsformen sind die leitenden Zwischenlagen und/oder Zuleitungen dünne Platten aus leitfähigem Material bzw. Drähte, Folien oder etwas Vergleichbares.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Sensor 706 zwischen flachen harten Bauteilen positioniert, um die auf den Sensor 706 aufgebrachte Kraft über die gesamte Sensoroberfläche zu verteilen. Der Sensor 706 ist vorzugsweise zwischen zwei flachen, im Wesentlichen harten Elementen, wie z.B. einem Gehäuse und einem Motor, angeordnet.
Bei alternativen Ausführungsformen ist ein Sensor 601 zwischen einer harten Belastungsplatte 602 und einer harten Rückseitenunterlage 603 angeordnet, wie dies in 6(a) dargestellt ist. Die Belastungsplatte 602 hat mit einem Ende einer Leitspindel 604 Kontakt. Beispiele für Anordnungen, die eine Leitspindel benutzen, um eine auf einen Sensor wirkende Kraft bereitzustellen, sind in den 3 und 4 dargestellt. Die Rückseitenunterlage 603 ist im Allgemeinen durch das Pumpengehäuse 609 in ihrer Position gesichert. Alternativ dazu ist dann keine Rückseitenunterlage erforderlich, wenn der Sensor am Pumpengehäuse platziert wird. Bei anderen alternativen Ausführungsformen hat die Belastungsplatte mit dem Motor oder einem anderen Antriebsstrangbauteil Kontakt. Bei weiteren alternativen Ausführungsformen wird eine Schicht aus Klebstoff (nicht dargestellt) zwischen dem Sensor und einer Platte oder einem Bauteil platziert. Bei weiteren alternativen Ausführungsformen wird die Kraft nur auf einen Teil des Sensors aufgebracht.
Bei bevorzugten Ausführungsformen müssen die Konstruktion und das Verfahren für die Montage des Sensors: in ausreichendem Maße die unbeabsichtigte Bewegung des Schiebers in Bezug auf den Vorratsbehälter einschränken; den Raum zwischen den Bauteilen minimieren; für den Sensor ausreichend hart sein, um sofort kleine Änderungen hinsichtlich der Kraft zu erkennen; ein Vorspannen des Sensors bis zu dem Punkt vermeiden, an dem der Sensorbereich für die Erkennung des Verschlusses, des richtigen Sitzes und des Ansaugenlassens unzureichend ist; eine ausreichende Auflösung für die frühzeitige Verschlusserkennung bereitstellen; einen Ausgleich für die Summierung der Sensorsystem- und das Antriebsstrangbauteil-Maßtoleranzen schaffen; eine ausreichende Bewegung bzw. Verschiebung bezüglich der Bauteile des Antriebssystems gestatten, um Fluchtungsfehler, Achsabstände, Maßinkonsistenzen oder dergleichen zu kompensieren; das Hinzufügen einer nicht notwendigen Reibung vermeiden, die die Leistung, die für den Betrieb des Antriebssystems erforderlich ist, erhöhen könnte; und den Sensor vor Schäden durch Stöße und Erschütterungen schützen.
Sobald im Allgemeinen das Ansaugenlassen für das Infusionsbesteck abgeschlossen ist und das Infusionsbesteck in den Körper des Benutzers eingeführt wurde, darf der Schieber sich nicht in den Vorratsbehälter hinein oder aus demselben heraus bewegen können, sofern nicht ein Antrieb durch den Motor erfolgt. Wenn der Motor und/oder die Antriebsstrangbauteile in einer lockeren Anordnung zusammengebaut werden, die dem Schieber gestattet, sich im Vorratsbehälter ohne eine Motorbetätigung zu bewegen, dann könnte, wenn die Infusionspumpe gerüttelt oder geschüttelt wird, die Flüssigkeit versehentlich gefördert werden. Folglich sind der Sensor und/oder die mit der Montage des Sensors verbundenen Bauteile im Allgemeinen am Antriebsstrangbauteil, von dem aus die Kraft erfasst wird, festanliegend positioniert, wodurch verhindert wird, dass sich das Antriebsstrangbauteil bewegt, wenn die Infusionspumpe Stößen oder Erschütterungen ausgesetzt ist.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Sensor so positioniert, dass sobald der Pumpenmotor während des Betriebs gefüllt wird, ein Antriebsstrangbauteil eine Last auf den Sensor aufbringt. Das Minimieren des Raumes zwischen dem Sensor und dem lastaufbringenden Antriebsstrangbauteil verbessert die Empfindlichkeit des Sensors in Bezug auf Lastschwankungen. Kleine Änderungen hinsichtlich der Last können verwendet werden, um Trends zu erkennen und gestatten deshalb, bevor die Flüssigkeitsförderung vollständig gestoppt ist, eine Frühwarnung zu liefern, dass es zu einer Blockierung kommt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen sind der Sensor und die zugehörige Elektronik dafür vorgesehen, Kräfte zwischen 2,22 N (0,5 pounds (0,23 kg)) und 22,2 N (5,0 pounds (2,3 kg)) zu messen, wobei die gewünschte Auflösung kleiner als oder gleich 0,22 N (0,05 pounds) ist. Dennoch sollte die Infusionspumpe, die den Sensor umfasst, Stoßpegel überleben, die viel höhere, auf den Sensor aufgebrachte Kräfte zur Folge haben als jene die im vorgesehenen Sensormessbereich auftreten. Bei alternativen Ausführungsformen hat der Sensor einen Messbereich von Null bis 44,5 N (10 pounds (4,5 kg)). Bei anderen alternativen Ausführungsformen können bzw. kann der Sensorbereich und/oder die Auflösung größer oder kleiner sein, und zwar in Abhängigkeit der Konzentration der geförderten Flüssigkeit, des Durchmessers des Vorratsbehälters, der für den Betrieb des Antriebsstranges erforderlichen Kraft, des Pegels des Sensorrauschens, der Algorithmen, die zum Erkennen der Trends anhand von Sensormessungen angewandt werden oder vergleichbarer Kriterien.
Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Gehäuse zum Ausgleich der Summierung von Toleranzen ein variabel positioniertes Gehäusebauteil, das sich in Bezug auf einen Gehäusekörper variabel positionieren lässt. Bei speziellen Ausführungsformen wird das variabel positionierte Gehäusebauteil an den Sensor und/oder die Sensorbefestigungsbauteile gedrückt, um Spalte zwischen dem Sensor, den Sensorbefestigungsbauteilen und den Antriebsbauteilen zu beseitigen, bevor die Montage des variabel positionierten Gehäusebauteils mit dem Gehäusekörper erfolgt. Somit wird die Summierung von Toleranzen zwischen den Bauteilen während des Zusammenbaus durch Anpassen des Volumens im Gehäuse beseitigt.
Bei alternativen Ausführungsformen werden ein kompressibles Bauteil oder mehrere kompressible Bauteile zum Ausgleich der Summierung von Toleranzen eingesetzt. Bei weiteren alternativen Ausführungsformen werden fließfähige Werkstoffe, wie z.B. Schaumstoff, Klebstoff, Füllstoff, Flüssigmetall, Kunststoff, Mikroperlen oder etwas Vergleichbares, z.B. in das Gehäuse gegossen, eingepresst, gespritzt, gedrückt oder gepumpt, um im Wesentlichen den Raum zwischen dem Gehäuse, dem Sensor, den Sensorbefestigungsbauteilen und/oder Antriebsbauteilen zu verringern.
Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Infusionspumpe 701 Folgendes: ein Gehäuse 702 und einen Gehäuseboden 703 zum Einschließen eines Antriebssystems 730, ein Erfassungssystem 740 und eine flüssigkeitsenthaltende Baugruppe 750, wie dies in den 7(a)–(d) dargestellt ist. Das Antriebssystem 730 umfasst eine Motorbaugruppe 705, eine Antriebsspindel 710 und einen Schieber 711. Das Erfassungssystem 740 umfasst einen Sensor 706, ein Klebstoffpolster 707, eine Stützscheibe 708, eine Gehäusekappe 712 und ein optionales Bezeichnungsschild 724. Und die flüssigkeitsenthaltende Baugruppe 750 umfasst einen Verschlussstopfen 714, einen Vorratsbehälter 715 und ein Vorratsbehälter-Verbindungsstück 716.
Das Antriebssystem 730 drückt aus dem Vorratsbehälter 715 in kontrollierter Weise eine abgemessene Menge Flüssigkeit heraus. Die Antriebsspindel 710 greift in die Gewindegänge 717 innen am Schieber 711 ein. Ein oder mehrere Lappen 718 am Schieber 711 laufen in Nuten 726 im Gehäuse 702, die verhindern, dass sich der Schieber 711 dreht. Die Motorbaugruppe umfasst einen Lappen 721, der verhindert, dass sich die Motorbaugruppe 705 im Gehäuse 702 dreht. Wenn somit die Motorbaugruppe 705 angetrieben wird, dreht sich die Antriebsspindel 710 und der Schieber 711 ist gezwungen, sich längs seiner Achse zu verschieben. Eine mit Gewinde versehenes, spitzes Ende 712 am Schieber 711 ist mit den Innengewindegängen 713 am Verschlussstopfen 714 lösbar in Eingriff gebracht, wie dies im Detail in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit der laufenden Nr. 09/429,352 beschrieben ist, die am 28. Oktober 1999 eingereicht wurde und hier unter Bezugnahme aufgenommen wird. Das Verschlussstopfen 714 ist so positioniert, dass Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 715 heraus durch das Vorratsbehälter-Verbindungsstück 716 hindurch in die Schlauchleitung (nicht dargestellt) gedrückt wird. Das Vorratsbehälter-Verbindungsstück 716 dichtet den Vorratsbehälter 715 im Gehäuse 702 ab.
Wenn die Motorbaugruppe 705 in das Gehäuse 702 eingeführt ist, liegt eine Schulter 719 an der Motorbaugruppe 705 an einem Ansatz 720 an, der an der Innenseite des Gehäuses 702 ausgebildet ist. Der Ansatz 720 verhindert, dass sich die Motorbaugruppe 705 längs ihrer Achse in der Vorwärtsdrehrichtung (zum Vorratsbehälter 715 hin) verschiebt. Die Bauteile des Erfassungssystems 740 sind hinter der Motorbaugruppe 705 geschichtet, die den Sensor 706 zwischen der Motorbaugruppe 705 und den Bauteilen, die durch den Gehäuseboden 703 in ihrer Position gehalten werden, einschließen. Sobald der Gehäuseboden 703 am Gehäuse 702 fest angebracht ist und sich das Sensorsystem 740 in seiner Position befindet, ist der Sensor 706 Axialkräften ausgesetzt, die infolge des Flüssigkeitsdruckes im Vorratsbehälter 715 durch die Bauteile des Antriebssystems auf die Motorbaugruppe 705 aufgebracht werden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen ist beim Montageprozess Sorgfalt walten zu lassen, um die Motorbaugruppe 705 am Ansatz 720 zu befestigen und im Wesentlichen den Spielraum zwischen den Bauteilen des Sensorsystems zu beseitigen, der es der Motorbaugruppe 705 ermöglichen könnte, sich vom Ansatz 720 weg zu bewegen. Falls die Motorbaugruppe 705 nicht direkt am Ansatz 720 des Gehäuses 702 angebracht wird, kann die Motorbaugruppe 705, während sie betrieben wird, etwas nicken und gieren und der Sensor 706 kann Axialkräften ausgesetzt werden, die auf die Motorbaugruppe 705 aufgebracht werden.
Bei speziellen Ausführungsformen wird der Schieber 711 auf die Antriebsspindel 710 geschraubt und anschließend werden die Motorbaugruppe 705 und der Schieber 711 in das Gehäuse 702 geschoben. Der Sensor 706 wird dann auf der Motorbaugruppe 705 positioniert. Als Nächstes wird der Gehäuseboden 703 fest an das Gehäuse 702 geschweißt. Bei alternativen Ausführungsformen ist der Gehäuseboden 703 dauerhaft am Gehäuse 702 angebracht, und zwar durch die Verwendung eines oder mehrerer Klebstoffe, durch Ultraschallschweißen, durch Heißkleben, durch Schmelzen, mittels Schnappverschluss oder eines vergleichbaren Fügeverfahrens. Sobald der Gehäuseboden 703 am Gehäuse 702 angebracht wurde, werden die restlichen Bauteile des Sensorsystems 740 durch ein Loch 704 hindurch, das im Gehäuseboden 703 ausgebildet ist, eingebaut. Ein Klebstoffpolster 707 wird auf den Sensor 706 platziert, im Anschluss daran noch eine harte Scheibe 708.
Bei bevorzugten Ausführungsformen dient das Klebstoffpolster 707 außer der Befestigung der Scheibe 708 am Sensor 706 noch mehreren Zwecken. Das Material des Klebstoffpolsters 707 passt sich an die Oberfläche an, um Oberflächenunebenheiten auf der Scheibe 708 zu beheben und die Lasten gleichmäßig über den Sensor 706 zu verteilen. Außerdem weist das Klebstoffpolster 707 noch andere Eigenschaften auf, wie z.B. eine geringe Scherfestigkeit, die der Motorbaugruppe 705 etwas Bewegungsfreiheit zum Nicken und Gieren gibt; ferner stellt es eine Stoßdämpfung und/oder eine Schwingungsdämpfung bereit und verdichtet sich im vom Sensor 706 gemessenen Bereich der Kräfte nicht wesentlich. Bei speziellen Ausführungsformen ist das Klebstoffpolster 707 eine 0,254 mm (0,010 inch) dicke Schicht aus einem Acrylklebstoff mit starker Haftung (VHB-Klebstoff). Bei alternativen Ausführungsformen werden ein oder mehrere andere Werkstoffe und/oder Dicken eingesetzt, die eine Haftung und/oder Polsterung bereitstellen, wie z.B. Klebebänder, Epoxidharze, Klebstoffe, Schaumstoffe, Kautschuk, Neopren, Kunststoff oder Heißschmelzklebstoffe, und zwar in Abhängigkeit des auszufüllenden Raumes, den zu messenden Kräften, der Größe und dem Gewicht der zusammenzuschichtenden Bauteile, des Betrages der erforderlichen Bewegungsfreiheit, der Anforderungen in Bezug auf Stöße und Erschütterungen oder vergleichbarer Kriterien.
Die Scheibe 708 umfasst einen im Allgemeinen zylindrischen Dorn 722, der sich von der Mitte der Scheibe 708 aus weg vom Klebstoffpolster 707 erstreckt. Die Gehäusekappe 712 umfasst eine im Allgemeinen radial zentrierte Sechskantbohrung 728, die groß genug ist, um den zylindrischen Dorn 722 aufzunehmen. Der Umfang der Gehäusekappe 712 umfasst eine angefaste Kante 725. Die Gehäusekappe 712 wird auf der Scheibe 708 so platziert, dass der Dorn 722 in der Sechskantbohrung 728 positioniert ist und die angefaste Kante 722 von der Scheibe 708 weg zeigt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst die (zur Scheibe 708 zeigende) Innenfläche 726 der Gehäusekappe 712 Kämme 723, die sich radial von einer oder mehreren flachen Kanten der Sechskantbohrung 728 aus bis zum Umfang der Gehäusekappe 712 erstrecken, wie dies in den 8(a–b) dargestellt ist. Die Kämme 723 halten die Gehäusekappe 712 weg von der Oberfläche der Scheibe 708, um Raum für den Klebstoff schaffen. Der Klebstoff wird durch die Sechskantbohrung 728 hindurch eingeführt, an jeder der Ecken, wo es Platz zwischen der Sechskantbohrung 728 und dem Dorn 722 gibt. Der an der Sechskantbohrung 728 eingeführte Klebstoff verteilt sich radial nach außen zu den Kanten der Scheibe 708 und der Gehäusekappe 712, wodurch der Raum zwischen jedem der Kämme 723 ausgefüllt wird. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Gehäusekappe 712 klar ausgeführt, so dass ein Monteur die Qualität der Klebstoffbedeckung zwischen der Gehäusekappe 712 und der Scheibe 708 betrachten und ein mit ultraviolettem Licht härtbarer Klebstoff verwendet werden kann.
Bei alternativen Ausführungsformen weist die Bohrung in der Gehäusekappe eine andere Form als hexagonal auf und ist z.B. dreieckig, quadratisch, fünfeckig, vieleckig, rund, unregelmäßig oder sternförmig. Bei anderen alternativen Ausführungsformen weist der Dorn an der Scheibe andere Formen auf und ist z.B. dreieckig, quadratisch, fünfeckig, vieleckig, rund, unregelmäßig oder sternförmig. Bei weiteren alternativen Ausführungsformen können andere Verfahren eingesetzt werden, um die Gehäusekappe weg von der Oberfläche der Scheibe zu halten, die z.B. Vertiefungen, Nuten, Rillen, Höcker, das Strukturieren der Oberfläche oder gebrochene Kämme nutzen. Bei abermals weiteren alternativen Ausführungsformen können andere Klebeverfahren verwendet werden, die z.B. mittels Epoxidharz, Heißschmelzkleber, Klebeband, Kontaktklebstoff oder sonstigen Klebstoffen realisiert werden.
Sobald die Gehäusekappe 712 bei bevorzugten Ausführungsformen an der Scheibe 708 befestigt ist, wird eine Kraft auf die Gehäusekappe 712 aufgebracht, um sicherzustellen, dass die Schulter 719 an der Motorbaugruppe 705 am Ansatz 720 im Gehäuse 702 anliegt und dass der Spielraum zwischen den Bauteilen, die zwischen der Motorbaugruppe 705 und der Gehäusekappe 708 geschichtet sind, im Wesentlichen beseitigt ist. Die Kraft wird anschließend entfernt, so dass der Sensor 706 keiner Vorspannung mehr ausgesetzt ist und die Gehäusekappe 712 wird an den Gehäuseboden 703 geklebt. Vorzugsweise wird der Klebstoff längs der angefasten Kante 725 der Gehäusekappe 712 aufgetragen, um den Raum zwischen der Gehäusekappe 712 und dem Gehäuseboden 703 auszufüllen. Optional wird ein Bezeichnungsschild 724 über der Gehäusekappe 712 platziert.
Bei alternativen Ausführungsformen werden mehrere Bauteile zusammengebaut, bevor sie in das Gehäuse eingelegt werden. Beispielsweise können die Motorbaugruppe 705, der Sensor 706, das Klebstoffpolster 707 und die Scheibe 708 zusammengebaut und anschließend in das Gehäuse 702 eingelegt werden. Danach werden der Gehäuseboden 703 und die Gehäusekappe 712 montiert. Bei anderen alternativen Ausführungsformen werden weniger Teile verwendet. Zum Beispiel kann ein Sensor eine harte Unterlagsschicht umfassen, wodurch die Notwendigkeit einer Scheibe vermieden wird. Oder ein Gehäuseboden hat ggf. keine Öffnung für eine Gehäusekappe, so dass alle Bauteile in das Gehäuse eingebaut werden und der Gehäuseboden positioniert wird, um die Spielräume zwischen den Bauteilen zu beseitigen, wobei dieser dann am Gehäuse befestigt wird. Bei abermals weiteren alternativen Ausführungsformen wird die Kraft, die aufgebracht wird, um den Spielraum zwischen den Bauteilen zu beseitigen, erst entfernt, wenn die Gehäusekappe am Gehäuseboden befestigt wurde. Bei speziellen Ausführungsformen wird die Vorspannung am Sensor für die Bestätigung verwendet, dass der Spielraum zwischen den Bauteilen beseitigt ist.
Obwohl das bisher Dargelegte ein Montageverfahren beschreibt, kann es vom Fachmann honoriert werden, dass alternative Montageverfahren zur Anwendung kommen können.
Bei alternativen Ausführungsformen wird ein kompressibles Element eingesetzt, um die Summierung von Toleranzen auszugleichen, wenn ein Sensor 907 mit einer Motorbaugruppe 906 zusammengebaut wird, wie dies in 9 dargestellt ist. Eine Infusionspumpe 901 umfasst ein Gehäuseboden 903, der an einem Gehäuse 902 angebracht ist, das die Motorbaugruppe 906 umschließt. Der im Allgemeinen planarförmige Sensor 907 ist so positioniert, dass er mit der Motorbaugruppe 906 einen direkten Kontakt aufweist. Das kompressible Element ist eine flexible Silikonkautschukdichtung 908, die zwischen der Außenkante des Sensors 907 und dem Gehäuseboden 903 angeordnet ist. Vor der Montage ist die Dichtung 908 im Allgemeinen ringförmig und weist einen im Allgemeinen kreisförmigen Querschnitt auf. Wenn die Dichtung 908 auf dem Sensor 906 platziert und der Gehäuseboden 903 angeschweißt oder sonst wie an der Hauptgehäusebaugruppe 902 angebracht wird, wird die Dichtung 908 verformt und passt sich an den verfügbaren Raum an, um eine wasserfeste Abdichtung zwischen dem Sensor 907 und dem Gehäuseboden 903 zu bilden. Der von der Dichtung 908 ausgefüllte Raum variiert infolge der Summierung der Maßtoleranzen der Antriebsstrangbauteile (nicht dargestellt), des Sensors 907, des Gehäuses 902 und des Gehäusebodens 903. Der Gehäuseboden 903 umfasst eine Öffnung 904, die im Allgemeinen mit der Drehachse der Motorbaugruppe 906 fluchtet. Ein nachgiebiges Verfüllmaterial 909, wie z.B. Silikon, Urethan, ein Heißschmelzklebstoff ein nachgiebiges Epoxidharz oder etwas Vergleichbares, wird durch die Öffnung 904 hindurch eingepresst, um den Raum zwischen dem Sensor 907 und dem Gehäuseboden 903 auszufüllen. Das Verfüllmaterial 909 ist in der Axialrichtung im Wesentlichen inkompressibel, so dass die vom Antriebssystem auf den Sensor 907 aufgebrachten Kräfte vom Verfüllmaterial 909 nicht vermindert werden. Außerdem isoliert das Verfüllmaterial 909 das Antriebssystem mechanisch gegen Stöße und Erschütterungen des Gehäuses 902 und des Gehäusebodens 903. Bei weiteren alternativen Ausführungsformen ist der Gehäuseboden 903 mit einer oder mehreren Entlüftungsöffnungen (nicht dargestellt) versehen, um die Entlüftung und die Verbesserung der Dispersion des Materials 909 zu ermöglichen, während das Material 909 in die Mittelöffnung 904 eingepresst wird und radial nach außen zur Dichtung 908 fließt. Die Dichtung 908 dient als Damm, um zu verhindern, dass sich das Material 909 um die Motorbaugruppe 906 herum und in andere Bereiche im Gehäuse 902 verteilt. Nach der Aushärtung trägt das Material 909 dazu bei, Stoßbelastungen aufzunehmen, Schwingungen zu dämpfen, die Summierung von Toleranzen auszugleichen, der Wassereindringung standzuhalten und eine gleichmäßige Lastverteilung über den Sensor 907 bereitzustellen. Optional wird ein Bezeichnungsschild 910 auf der Außenseite des Gehäusebodens 903 über der Öffnung 904 platziert.
Bei bevorzugten Ausführungsformen liefern der Sensor und die zugehörige Elektronik als Reaktion auf die Kräfte, die von einem oder mehreren Antriebsstrangbauteilen auf den Sensor aufgebracht wurden, ein relativ lineares Spannungsausgangssignal. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen kommt der Sensor 706, der in den 6(b) und 7(a)–7(d) dargestellt ist, zur Anwendung. Ein Beispiel für die vom Sensor 706 (und dessen zugehöriger Elektronik) als Reaktion auf die Kräfte, die von 2,22 N bis 17,8 N (0,5 pounds bis 4,0 pounds) reichen, gemessenen Spannungen ist in Form der Datenpunkte 201–208 in 10 dargestellt.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird jeder Sensor dadurch kalibriert, dass Kalibrierpunkte über einen spezifizierten Bereich von bekannten Kräften hinweg erfasst werden, wie dies z.B. in 10 dargestellt ist. Es wird ein gemessener Spannungsausgangswert für jede bekannte Kraft in einer Kalibrierreferenztabelle gespeichert. Während des Pumpenbetriebs wird dann der Spannungsausgangswert mit den Kalibrierpunkten verglichen und es wird eine lineare Interpolation verwendet, um den Spannungsausgangswert in eine gemessene Kraft umzusetzen. Vorzugsweise werden acht Kalibrierpunkte zum Erstellen der Kalibrierreferenztabelle verwendet. Alternativ dazu werden mehr oder weniger Kalibrierpunkte verwendet, und zwar in Abhängigkeit der Sensorlinearität, des Rauschens, der Driftgeschwindigkeit, der Auflösung, der erforderlichen Sensorgenauigkeit oder vergleichbarer Kriterien. Bei anderen alternativen Ausführungsformen werden sonstige Kalibrierverfahren eingesetzt, die z.B. eine Kurvenanpassung, eine Referenztabelle ohne Interpolation, eine Extrapolation oder eine Einpunktkalibrierung einsetzen. Bei weiteren alternativen Ausführungsformen ist das Spannungsausgangssignal als Reaktion auf die aufgebrachten Kräfte im Wesentlichen nichtlinear. Bei weiteren alternativen Ausführungsformen werden keine Kalibrierungen verwendet.
Bei bevorzugten Ausführungsformen werden die Sensormessungen erst unmittelbar vor dem Befehl an das Antriebssystem, Flüssigkeit zu fördern, aufgenommen sowie bald nachdem das Antriebssystem das Fördern der Flüssigkeit gestoppt hat. Bei alternativen Ausführungsformen werden die Sensordaten auf einer kontinuierlichen Basis mit einer bestimmten Abtastrate, beispielsweise von 10 Hz oder 3 Hz, oder aber alle 10 Sekunden, jede Minute oder alle fünf Minuten, erfasst. Bei weiteren alternativen Ausführungsformen werden die Sensordaten erst unmittelbar vor dem Befehl an das Antriebssystem, Flüssigkeit zu fördern, erfasst. Bei abermals weiteren alternativen Ausführungsformen werden die Sensordaten während der Flüssigkeitsförderung erfasst.
Es können zwei Verfahren angewendet werden, um Verschlüsse im Flüssigkeitsweg zu melden, nämlich ein Höchstwert-Messschwellenwert-Verfahren und ein Steigungsschwellenwert-Verfahren. Jedes der beiden Verfahren kann unabhängig von dem anderen einen Verschluss melden. Wenn ein Verschluss gemeldet wurde, werden die Befehle zur Flüssigkeitsförderung gestoppt und die Infusionspumpe liefert dem Benutzer einen Warnhinweis. Die Warnhinweise können Folgendes umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt: akustische Signale, ein oder mehrere synthetische Stimmen, Schwingungen, Anzeigesymbole oder visuelle Meldungen, Lichtsignale, Sendesignale, Brailleausgabe oder dergleichen. Als Reaktion auf die Warnhinweise kann der Benutzer wählen, ein oder mehrere Bauteile im Flüssigkeitsweg auszutauschen, die zum Beispiel das Infusionsbesteck, die Schlauchleitung, das Schlauchleitungs-Verbindungsstück, den Vorratsbehälter, den Verschlussstopfen oder dergleichen umfassen. Sonstige Reaktionen, die der Benutzer auf einen Verschlusswarnhinweis hin haben könnte, umfassen Folgendes: Ausführen eines Selbsttests der Infusionspumpe, Neukalibrieren des Sensors, Nichtbeachten des Warnhinweises, Austauschen der Infusionspumpe, Einsenden der Infusionspumpe zur Reparatur oder dergleichen. Bei alternativen Ausführungsformen werden, falls ein Verschluss erkannt wird, weiter Versuche zur Flüssigkeitsförderung unternommen und es wird dem Benutzer oder anderen Einzelpersonen ein Warnhinweis bereitgestellt.
Falls das Höchstwert-Messschwellenwert-Verfahren verwendet wird, wird ein Verschluss gemeldet, wenn die gemessene Kraft einen Schwellenwert überschreitet. Ein Schwellenwert von 8,9 N (2,00 pounds (0,91 kg)) kann mit Kraftwerten verglichen werden, die vor dem Beginn der Flüssigkeitsförderung vom Sensor gemessen wurden. Wenn eine gemessene Kraft größer oder gleich 8,9 N (2,00 pounds (0,91 kg)) ist, werden eine oder mehrere Bestätigungsmessungen aufgenommen, bevor die Flüssigkeitsförderung gestattet wird. Wenn bei vier aufeinander folgenden Kraftmessungen der Wert von 8,9 N (2,00 pounds (0,91 kg)) überschritten wird, wird ein Verschluss gemeldet. Es kann ein höherer oder niedriger Schwellenwert verwendet werden und es können mehr oder weniger Bestätigungsmesswerte vor dem Melden eines Verschlusses erfasst werden, in Abhängigkeit des Signal-Rausch-Wertes des Sensors, des Signal-Rausch-Wertes der Elektronik, des Drifteinflusses für die Messung, der Temperatur- und/oder Feuchtigkeitsempfindlichkeit, der zum Fördern der Flüssigkeit erforderlichen Kraft, des höchstzulässigen Bolus, der Anfälligkeit der Sensors in Bezug auf Stöße und/oder Erschütterungen und dergleichen. Das Höchstwert-Messschwellenwert-Verfahren wird ggf. nicht eingesetzt.
Wie zuvor erwähnt, gestattet die Verwendung von Sensoren, die anstelle eines Schalters, der nur zwei diskrete Ausgangsniveaus bereitstellen kann, ein Spektrum von Ausgangsniveaus bereitstellen, die Verwendung von Algorithmen, um Trends im Ausgangssignal zu erkennen und somit einen Verschluss zu melden, bevor der Höchstwert-Messschwellenwert erreicht wurde. Bei bevorzugten Ausführungsformen wird das Steigungsschwellenwert-Verfahren zum Auswerten von Trends verwendet, um eine frühzeitige Verschlusserkennung bereitzustellen. Wenn das Steigungsschwellenwert-Verfahren verwendet wird, wird ein Verschluss gemeldet, wenn eine Folge von Datenpunkten anzeigt, dass die für die Flüssigkeitslieferung erforderliche Kraft zunimmt. Es wird eine Steigung für eine Gerade berechnet, die durch eine Folge von aufeinander folgenden Datenpunkten hindurch geht. Wenn die Steigung der Geraden einen Steigungsschwellenwert überschreitet, dann steigt der Druck im Flüssigkeitsweg an und es kann sich deshalb ein Verschluss entwickelt haben. Wenn nichts den Flüssigkeitsweg blockiert, ist die vom Sensor vor jeder Förderung gemessene Kraft konstant.
Wenn das Antriebssystem während der Flüssigkeitsförderung den Verschlussstopfen nach vorne in den Vorratsbehälter verschiebt, steigt die Kraft vorübergehend und schnell an. Anschließend kehrt die Kraft, in dem Maße, wie die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsweg heraus, durch die Kanüle hindurch und in den Körper geschoben wird, wieder auf einen vergleichbaren Wert zurück, wie er vor dem Start der Flüssigkeitsförderung gemessen wurde. Als Beispiel ist in 11 ein Diagramm des Spannungsausgangssignals, das mit einer Abtastrate von 3 Hz während einer Folge von Flüssigkeitsfördervorgängen erfasst wurde, dargestellt. Das Sägezahnaussehen des Spannungsdiagrammes ist das Ergebnis des jeweiligen steilen Anstiegs und der jeweiligen langsamen Verringerung der vom Sensor gemessenen Kraft, wenn das Antriebssystem aktiviert wird, worauf Flüssigkeit von der Infusionspumpe weg fließt, sowie das Ergebnis des durch die Nachgiebigkeit bedingten Druckabbaus.
Der untere Teil eines jeden Sägezahnes stellt die statische Kraft dar, die vor dem Beginn der Flüssigkeitsförderung gemessen wurde. Anfangs ist der Flüssigkeitsweg frei von Verschlüssen. Bei den vor der Linie 210 gemessenen Spannungsabtastwerten handelt es sich um Werte, die gemessen wurden bevor der Flüssigkeitsweg blockiert wurde. Die Messwerte der statischen Kraft, die aufgenommen werden, bevor der Flüssigkeitsweg blockiert ist, sind ähnlich und die Steigung einer durch diese statischen Kraftmesswerte gezogenen Linie 212 ist ungefähr oder nahezu null. Mit anderen Worten gibt es keinen Verschluss im Flüssigkeitsweg und der Flüssigkeitsdruck kehrt nach jeder Förderung zum gleichen Offsetwert zurück. Hinter der Linie 210 (nachdem der Flüssigkeitsweg blockiert ist) steigt die statische Kraft nach jeder Flüssigkeitsförderung an. Die Steigung einer Geraden 214, die hinter der Linie 210 durch die statischen Kraftmesswerte gezogen wurde, ist jetzt größer als null. Das Spannungsausgangssignal ist im Allgemeinen zu der Kraft proportional, die auf den Sensor aufgebracht wird.
Wenn die gemessene statische Kraft für jede der 15 aufeinander folgenden Fördervorgänge im Mittel um mehr als 0,22 N (0,05 pounds (0,23 kg)) ansteigt, kann ein Verschluss gemeldet werden. Wenn bei Zugrundelegen des in 11 dargestellten Beispiels angenommen wird, dass ein Spannungsausgangswert von 1,0 Volt einer Kraft am Sensor von kleiner gleich 4,45 N (1,0 pound (0,45 kg)) entspricht, dann ist es klar, dass das Steigungsschwellenwert-Verfahren wahrscheinlich den Verschluss bedeutend früher meldet als der Höchstwert-Messwert von 8,9 N (2,00 pounds (0,91 kg) erreicht wird. Das Steigungsschwellenwert-Verfahren würde einen Verschluss etwa an der Linie 216 melden, während das Schwellenwert-Verfahren mit Hilfe des gemessenen Höchstwertes sogar bei der Messung des höchsten Wertes auf der Seite keinen Verschluss gemeldet hätte. Das Erniedrigen des Höchstwert-Messschwellenwertes könnte dazu beitragen, dass ein Verschluss früher gemeldet wird, aber die Antriebssysteme bei einigen Infusionspumpen könnten eine höhere Reibung aufweisen als dies bei anderen der Fall ist. Zudem kann sich die Reibung des Antriebsstranges über einen längeren Zeitraum des Einsatzes ändern. Wenn also der Höchstwert-Messschwellenwert zu niedrig gesetzt wird, können Verschlüsse versehentlich bei Pumpen gemeldet werden, bei denen eine überdurchschnittlich große Reibung im Antriebssystem vorliegt.
Es lassen sich größere oder kleinere Änderungen der Kraft über eine größere oder kleinere Zahl von Messungen zum Melden eines Verschluss verwenden, und zwar in Abhängigkeit der Auflösung der Kraftmessung, des Signal-Rausch-Verhältnisses im Spannungsausgangssignal, der Reibung im Antriebsstrang, des maximal zulässigen Fördervolumens oder vergleichbarer Kriterien. Die Steigung kann anhand von Kraft- oder Spannungswerten berechnet werden, die zu anderen Zeitpunkten als vor der Flüssigkeitsförderung erfasst werden, wie z.B. nach der Flüssigkeitsförderung, während der Flüssigkeitsförderung, und zwar z.B. zufällig oder kontinuierlich. Es können sonstige Algorithmen zum Berechnen einer Steigung oder zum Auswerten der Differenz zwischen einem Messwert und einem weiteren Messwert von Messungen verwendet werden, wie z.B. Verwenden von Differenzwerten anstelle der tatsächlich gemessenen Werte, Berechnen der Ableitung für die gemessenen Werte, Verwenden einer Teilmenge von Punkten über den Bereich von Punkten zum Berechnen der Steigung, Verwenden von Gleichungen zur Kurvenanpassung oder Verwenden von Glättungs-, Clipping- oder sonstigen Filtertechniken.
Bei anderen Anordnungen muss die statische Kraft einen Mindestschwellenwert überschreiten und die Steigung muss einen Höchstwert für einen zu meldenden Verschluss überschreiten. Beispielsweise wird ein Verschluss nur gemeldet, wenn die letzte Kraftmessung einen Wert liefert, der größer ist als 4,45 N (1,00 pound (0,45 kg)) und die Steigung im Mittel für jede der letzten 15 Messungen (die im Allgemeinen den letzten 15 Fördervorgängen zugeordnet sind) größer ist als 0,22 N (0,05 pounds).
Bei speziellen Ausführungsformen wird ein Verschluss gemeldet, wenn eine mittlere Steigung (A) einen Steigungsschwellenwert von 0,22 (0,05 pounds) überschreitet. Die momentane Steigung (S) wird wie folgt berechnet: S = F(0) – F(–5).
Wobei F(0) ein momentaner Kraftmesswert ist und F(–5) ein Kraftmesswert ist, der 5 Messungen zuvor aufgenommen wurde.
Und die mittlere Steigung (A) ergibt sich wie folgt: A = A(–1) + W·(S – A(–1)).
Wobei A(–1) die mittlere Steigung ist, die für die vorherige Kraftmessung berechnet wurde, W ein Gewichtsfaktor von 0,30 und S die momentane Steigung ist.
Ein Verschluss kann gemeldet werden, wenn die mittlere Steigung (A) größer ist als ein Steigungsschwellenwert von 0,22 N (0,05 pounds) für 15 Messungen in einer Messreihe. Und wenn die mittlere Steigung (A) für 4 Messungen in einer Messreihe unter einen Wert von 0,22 N (0,05 pounds) fällt, dann wird der Zählvorgang neu gestartet. Die Messwerte werden unmittelbar vor jedem Fördervorgang aufgenommen. Ein Fördervorgang ist als eine inkrementale Motoraktivierung zur Abgabe einer kontrollierten Flüssigkeitsdosis definiert. Bei speziellen Ausführungsformen wird ein Zähler nach jeder Messung inkrementiert, wenn die mittlere Steigung den Steigungsschwellenwert überschreitet. Wenn der Zähler einen Erkennungszählwert erreicht, dann wird ein Verschluss gemeldet.
Die gemessenen Werte, die zum Berechnen der momentanen Steigung verwendet werden, können durch eine größere oder kleinere Zahl von Messungen getrennt sein. Der Gewichtsfaktor W kann größer oder kleiner sein, und zwar in Abhängigkeit der vorherigen mittleren Steigung A(–1), des momentanen Kraftmesswertes F(0), der Genauigkeit der Messungen und vergleichbarer Kriterien. Der Steigungsschwellenwert kann größer oder kleiner sein, und zwar in Abhängigkeit der Konzentration der Flüssigkeit, des höchstzulässigen Bolus, der Sensorgenauigkeit, des Signal-Rausch-Verhältnisses und vergleichbarer Kriterien. Bei anderen Anordnungen müssen ein oder mehrere der gemessenen Kraftwerte den Wert von 4,45 N (1,00 pound) erreichen oder überschreiten, bevor das Steigungs-Schwellenwert-Verfahren einen Verschluss melden kann. Beispielsweise müssen die letzten vier Kraftmesswerte größer als 4,45 N (1,00 pound) sein und die mittlere Steigerung muss über die letzten 15 Kraftmessungen hinweg einen Wert von 0,22 N (0,05 pounds) überschreiten, damit ein Verschluss gemeldet wird. Der Erkennungszählwert kann höher oder niedriger sein, und zwar in Abhängigkeit der Sensorgenauigkeit, des Ausmaßes der Wirkungen von Stößen und Erschütterungen, des erforderlichen Messbereiches und dergleichen.
Die Zahl der Fördervorgänge pro Messung kann von der Konzentration der zu fördernden Flüssigkeit abhängen. Beim Fördern einer U200-Insulin-Rezeptur erfolgt beispielsweise bei jedem Fördervorgang eine Messung, beim Fördern einer U100-Insulin-Rezeptur erfolgt bei jedem zweiten Fördervorgang eine Messung und beim Fördern einer U50-Insulin-Rezeptur erfolgt bei jedem vierten Fördervorgang eine Messung.
Es lassen sich sonstige Algorithmen einsetzen, um eine Steigung anhand der Sensormesswerte zu berechnen, die für den Vergleich mit dem Steigungs-Schwellenwert herangezogen wird. Sonstige Algorithmen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Folgendes: eine Ermittlung einer durch eine Anzahl vom Messwerten verlaufende Linie mittels der Methode der kleinsten Quadrate, Mittelung von zwei oder mehr Gruppen von Messwerten und anschließendes Berechnen der Steigung einer Linie durch die gemittelten Werte, Regressionsalgorithmen oder dergleichen.
Die momentane Kraftmessung kann mit einer oder mehreren vorherigen Kraftmessungen oder mit einem anhand der Kraftmessungen beobachteten Trend verglichen werden, um zu ermitteln, ob die momentane Kraftmessung (die für eine Kraft, die vom Motor auf den Antriebsstrang aufgebracht wird, repräsentativ ist) gültig ist. Wenn die momentane Kraftmessung nicht gültig ist, wird sie z.B. unberücksichtigt gelassen, ersetzt oder es erfolgt eine erneute Messung.
Der Sensor lässt sich zum Erkennen des Ausbaus von einem oder mehreren, im Flüssigkeitsweg befindlichen Bauteilen, z.B. durch Abkuppeln des Infusionsbesteckes oder Abkuppeln der Schlauchleitung, einsetzen. Während des Normalbetriebs ist der Sensor einer Nennkraft ausgesetzt, die durch die Summe der Reibungskräfte der Systembauteile, durch die mit dem Fördern einer Flüssigkeit durch die Schlauchleitung hindurch verbundenen hydrodynamischen Kräfte und durch den Gegendruck bedingt ist, der von dem Infusionsbesteck herrührt, das in den Patienten eingeführt ist. Die Nennkraft wird durch einen Spannungsoffset repräsentiert, wie er von der Linie 212 in 11 repräsentiert wird. Wenn ein Bauteil im Flüssigkeitsweg entfernt würde, würde der Flüssigkeitsgegendruck verringert, wodurch die Nennkraft am Sensor reduziert würde. Die Infusionspumpe liefert einen Warnhinweis, wenn die Nennkraft am Sensor unter einen Schwellenwert absinkt, sich um einen bestimmten Prozentsatz verringert, über eine Folge von Messungen abnimmt oder vergleichbare Kriterien erfüllt. Größere oder kleinere Abnahmen der Nennkraft am Sensor lassen sich zum Erkennen von Leckstellen im Flüssigkeitsweg nutzen.
Es kann ein Sensor zum Erkennen, wann ein Vorratsbehälter leer ist, verwendet werden. Ein Encoder wird zum Messen der Motordrehung verwendet. Der Encoderzählwert nimmt in dem Maße zu, wie der Motor betrieben wird, um einen Verschlussstopfen tiefer in den Vorratsbehälter zu schieben. Die Encoderzählwerte werden verwendet, um abzuschätzen, wenn der Verschlussstopfen sich dem Ende bzw. Boden des Vorratsbehälters annähert. Sobald die Encoderzählwerte hoch genug sind, wird, wenn ein Verschluss infolge der am Sensor angestiegenen Kraft gemeldet wurde, der Vorratsbehälter als leer gemeldet.
Ein Sensor 706 lässt sich zum Erkennen, wann ein Schieber 711 in einem Verschlussstopfen 714 richtig sitzt, einsetzen, wie dies in 7(a) dargestellt ist. Der Vorratsbehälter 715, der den Verschlussstopfen 714 enthält, wird mit Flüssigkeit gefüllt, bevor er in eine Infusionspumpe 701 eingelegt wird. Der Verschlussstopfen 714 weist flexible Innengewindegänge 713 auf, die am Schieber 711 in die Außengewindegänge 712 greifen. Der Verschlussstopfen 714 und der Schieber 711 müssen sich in Bezug aufeinander nicht drehen, um die Innengewindegänge 713 in die Außengewindegänge 712 eingreifen zu lassen. Die Innengewindegänge 713 und die Außengewindegänge 712 weisen verschiedene Gewindesteigungen auf, so dass einige Gewindegänge sich mit anderen überkreuzen, wenn der Schieber 711 und der Verschlussstopfen 714 zusammengepresst werden. Sobald der Vorratsbehälter 715 in die Infusionspumpe 701 eingelegt wurde, wird ein Motor 705 aktiviert, um den Schieber 711 in den Vorratsbehälter 715 zu verschieben, damit er am Verschlussstopfen 714 in Eingriff gebracht wird. Da die Gewindegänge 712 des Schiebers 711 zuerst die Gewindegänge 713 des Verschlussstopfens berühren, erkennt ein Sensor 706 einen Kraftanstieg. Die Kraft steigt in dem Maße weiter an, wie mehr Gewindegänge sich berühren. Nachdem der Schieber 711 im Verschlussstopfen 714 richtig sitzt, steigt die vom Sensor 706 gemessene Kraft auf einen Wert, der höher ist, als die Kraft, die nötig ist, um die Innengewindegänge 713 in die Außengewindegänge 712 eingreifen zu lassen. Während des Vorganges für den richtigen Sitz wird der Motor 705, wenn die vom Sensor 706 erfasste Kraft einen Schwellenwert für den Sitzherstellungsvorgang überschreitet, gestoppt, bis weitere Befehle ausgegeben werden. Der Schwellenwert für den Sitzherstellungsvorgang beträgt im Allgemeinen ungefähr 6,67 N (1,5 pounds (0,68 kg)). Es können höhere oder niedrigere Schwellenwerte für den Sitzherstellungsvorgang verwendet werden, und zwar in Abhängigkeit z.B. von der Kraft, die erforderlich ist, um den Schieber am Verschlussstopfen in Eingriff zu bringen, der Kraft, die erforderlich ist, um Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter zu drücken, der Drehzahl des Motors oder der Genauigkeit und der Auflösung des Sensors.
Sonstige Kraftschwellenwerte lassen sich für sonstige Zwecke nutzen. Während des Ansaugenlassens wird beispielsweise ein Schwellenwert von ungefähr 17,8 N (4 pounds (2 kg)) verwendet. Kräfte, die größer als ungefähr 17,8 N (4 pounds) 2 kg)) sind, lassen sich zum Erkennen von Stoßbelastungen einsetzen, die sich auf eine Infusionspumpe schädigend auswirken können.
Normalerweise sind die Sensoren über einen längeren Betriebszeitraum mit einer Drift behaftet. Die Driftmessungen können zum Generieren einer Driftkurve über die Lebensdauer einer statistisch signifikanten Anzahl von Sensoren aufgenommen werden. Die Driftkurve wird zur Driftkompensation bei Sensoren verwendet, die in Infusionspumpen eingesetzt werden. Beispielsweise wird eine Referenztabelle für den Kraftoffset (der durch die Drift bedingt ist) über die Betriebszeit in der Infusionspumpe gespeichert. Die Offsetwerte werden im Laufe der Zeit zur Kompensation der Kraftmessungen verwendet. Die Drift kann statt mit einer Referenztabelle durch eine Gleichung beschrieben werden. Der Sensor kann in regelmäßigen Abständen nachkalibriert werden. Der Sensor kann keine Drift aufweisen oder die Drift kann so undeutend klein sein, dass keine Kompensation erforderlich ist.
Die Drift kann z.B. bezüglich der Anzahl der Fördervorgänge, der Anzahl der Vorratsbehälter-Austauschvorgänge oder des Integrals der auf den Sensor aufgebrachten Kräfte kompensiert sein.
Bestimmte Sensoren, die zum Erkennen von Verschlüssen eingesetzt werden, sind mit Verschiebungen der Messcharakteristik infolge von Temperatur- und/oder Feuchtigkeitseinwirkungen behaftet. Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Infusionspumpe Feuchtigkeits- und/oder Temperatursensoren. Die Messungen von den Feuchtigkeits- und/oder Temperatursensoren werden verwendet, um das Sensorausgangssignal entsprechend zu kompensieren. Bei alternativen Ausführungsformen ist keine Feuchtigkeits- und/oder Temperaturkompensation erforderlich.
Die Verwendung von Sensoren zur Erkennung der Eigenschaften des Antriebssystems und der flüssigkeitsenthaltenden Baugruppe sind nicht auf die Infusionspumpen und die Antriebssysteme beschränkt, die in den Figuren dargestellt sind. Außerdem muss der Typ des Sensors nicht auf einen kraftempfindlichen Widerstand beschränkt werden.
Es kann ein kapazitiver Sensor 1401 eingesetzt werden, wie dies z.B. in 12 dargestellt ist. Ein Dielektrikum 1402 ist zwischen einer leitenden proximalen Platte 1403 und einer leitenden distalen Platte 1404 angeordnet. Die distale Platte 1404 ist an einem Pumpengehäuse 1405 oder alternativ dazu an irgendeinem anderen unbeweglichen Bauteil einer Medikationsinfusionspumpe befestigt. Die proximale Platte 1403 hat mit einer Antriebssystem-Leitspindel 1406 Kontakt. Alternativ dazu könnte die proximale Platte 1403 mit einem Pumpenmotor oder einem anderen dynamischen Antriebsstrangbauteil Kontakt haben, der bzw. das einer Rückwirkungskraft ausgesetzt ist, die mit den Vorratsbehälter-Flüssigkeitsdruckschwankungen korreliert.
In dem Maße, wie die auf den Antriebsstrang aufgebrachte Kraft steigt, bringt die Leitspindel 1406 eine größere Kraft auf die proximale Platte 1403 auf, wodurch sie näher zur distalen Platte 1404 verschoben und somit teilweise das Dielektrikum 1402 zusammengedrückt wird. Da sich der Zwischenraum, in dem sich das Dielektrikum 1402 befindet, verringert, erhöht sich die Sensorkapazität. Die Kapazität wird durch die folgende Beziehung ausgedrückt:
wobei C die Kapazität, ε_o die Dielektrizitätskonstante (des Vakuums), A der Flächeninhalt der leitenden Platten und d der Abstand zwischen den leitenden Platten ist. Mit Hilfe der elektrischen Zuleitungen 1407 werden die proximale Platte 1403 und die distale Platte 1404 an das Elektroniksystem (nicht dargestellt) angeschlossen, mit dem die veränderliche Kapazität gemessen wird. Das Elektroniksystem und der Sensor werden kalibriert, indem auf den Antriebsstrang bekannte Kräfte aufgebracht werden. Sobald der Kalibriervorgang beendet ist, setzt das Elektroniksystem die jeweilige Sensorkapazität in einen entsprechenden Kraftmesswert um.
Bei einer anderen alternativen Ausführungsform umfasst ein zylindrischer, kapazitiver Sensor 1501 einen leitenden Stab 1502, einen dielektrischen Innenring 1503 und einen leitenden Außenring 1504, wie dies in 13 dargestellt ist. Der leitende Stab 1502 ist mit einer Antriebssystem-Leitspindel (nicht dargestellt) verbunden. Alternativ dazu könnte der leitende Stab 1502 mit einem anderen dynamischen Antriebsstrangbauteil verbunden sein, das eine Bewegung erfährt, die mit dem Vorratsbehälter-Flüssigkeitsdruck korreliert. Mit Hilfe der leitenden Zuleitungen (nicht dargestellt) werden der Stab 1502 und der Außenring 1504 mit der Systemelektronik elektrisch verbunden.
Bei speziellen Ausführungsformen wird die Leitspindel, in dem Maße, wie der Flüssigkeitsdruck ansteigt, axial verschoben, was wiederum den Stab 1502 weiter in die Öffnung 1505, die durch die Ringe 1503 und 1504 gebildet wird, verschiebt. Somit erhöht sich der Flächeninhalt des Kondensators, wodurch die Kapazität gemäß der folgenden Beziehung ansteigt:
wobei C die Sensorkapazität, l die Länge des Stabes 1502, der von den Ringen 1504 und 1503 umschlossen wird, α der Radius des Stabes 1502, b der Innenradius des Außenringes 1504 und ε_o die Dielektrizitätskonstante des Vakuums ist. Nach der Kalibrierung setzt das Elektroniksystem die gemessene Sensorkapazität in einem Kraftmesswert um.
Obwohl oben die Anwendung von kraftempfindlichen Widerständen und kapazitiven Sensoren beschrieben wurde, sollte es honoriert werden, dass die in diesem Dokument offenbarten Ausführungsformen jeden Typ von Sensor umfassen, der mindestens drei verschiedene Niveaus des Ausgangssignals über den Bereich des vorgesehenen Einsatzes liefern kann. Die Sensoren können in diversen Ausführungsformen der Antriebsstränge positioniert werden, um entweder eine auf ein Antriebsstrangbauteil aufgebrachte Kraft, eine Änderung bezüglich der Position eines Antriebsstrangbauteils, ein auf ein Antriebsstrangbauteil aufgebrachtes Drehmoment oder vergleichbare Größen zu messen.
Beispielsweise wird bei alternativen Ausführungsformen ein piezoelektrischer Sensor eingesetzt, um veränderliche Spannungen in Abhängigkeit von veränderlichen Kräften zu erzeugen, die auf ein Antriebsstrangbauteil aufgebracht werden. Bei speziellen alternativen Ausführungsformen ist der piezoelektrische Sensor aus einem polarisiertem Keramik- oder einem Polyvinylidenfluorid-(PVDF) Werkstoff, wie z.B. Kynar^®, hergestellt, die bei der Firma Amp Incorporated, Valley Forge, Pennsylvania (USA) erhältlich sind.
Bei anderen alternativen Ausführungsformen werden Mehrschaltersensoren eingesetzt. Es wird zwischen Schaltern, die nur zwei unterscheidbare Ausgangsniveaus aufweisen, und Sensoren unterschieden, die mehr als zwei Ausgangsniveaus aufweisen können. Mehrschaltersensoren sind jedoch Sensoren, die aus zwei oder mehr diskreten Schaltern hergestellt sind, die verschiedene Betätigungsvorgabewerte aufweisen. Somit verfügen diese Mehrschaltersensoren über mindestens drei Ausgangsniveaus. Bei speziellen alternativen Ausführungsformen besteht ein Sensor 1601, wie in 14(a) dargestellt, aus fünf in Serie montierten Schaltern 1602a–1602e, von denen jeder einen anderen Vorgabewert aufweist. Ein erster Schalter 1602a ist so positioniert, dass er einen Kontakt mit einer Leitspindel 1603 oder alternativ dazu einem anderen Antriebsstrangbauteil aufweist, das einer Kraft ausgesetzt ist, die von einem Vorratsbehälter-Flüssigkeitsdruck abhängig ist. Am entgegengesetzten Ende der aus den Schaltern 1602a–1602e bestehenden Reihe ist ein letzter Schalter 1602e an einem Pumpengehäuse 1604 oder alternativ dazu an einem anderen unbeweglichen Bauteil einer Infusionspumpe befestigt. An jedem der Schalter 1602a–1602e sind die leitenden Zuleitungen 1605 angebracht. In dem Maße, wie die auf die Leitspindel 1603 aufgebrachte Kraft ansteigt, werden die Schalter 1602a–1602e, in dem Maße nacheinander ausgelöst, wie ihre Vorgabewerte für die Betätigung erreicht werden. Das Elektroniksystem (nicht dargestellt) überwacht jeden Schalter. Bei weiteren speziellen Ausführungsformen ist die Sensorauflösung von der Anzahl der Schalter und der für die Auslösung eines Schalters erforderlichen relativen Kraft, dem benötigten Bereich der Messungen und dergleichen abhängig.
Bei abermals weiteren alternativen Ausführungsformen kommt beim Sensor eine Mehrschalterausführung zur Anwendung, wo eine Reihe von Schaltern 1607a–1607e, wie in 14(b) dargestellt, elektrisch in Serie geschaltet sind. Mit Hilfe einer elektrischen Zuleitung 1608 wird ein erster Schalter 1607a an das Elektroniksystem (nicht dargestellt) angeschlossen. Durch die Verbindungsleitungen 1609 werden die Schalter 1607a bis 1607e in Serie geschaltet. Schließlich dient eine Zuleitung 1610 zum Anschluss eines letzten Schalters 1607e an das Elektroniksystem. Von den Schaltern 1607a–1607e sind alle elektrisch so geschaltet, dass der Durchgang durch jeden Schalter unabhängig davon gegeben ist, ob ein Schalter sich in einer ersten Stellung oder einer zweiten Stellung (ein oder aus) befindet. Andernfalls würde die elektrische Serienschaltung unterbrochen, wenn ein Schalter geöffnet wird.
Bei speziellen alternativen Ausführungsformen weist jeder der Schalter 1607a–1607e, wie in 14(c) dargestellt, eine erste Stellung und eine zweite Stellung auf. In der ersten Stellung schaltet jeder Schalter einen ersten Widerstand 1611a–1611e, von denen jeder einen Wert von R1 Ohm aufweist, in den Stromkreis. Wenn jeder Schalter einer Kraft ausgesetzt ist, die seinem jeweiligen Vorgabewert für die Betätigung entspricht, bewegt er sich in seine zweite Stellung, wodurch die Trennung vom ersten Widerstand 1611a–1611e erfolgt, und schaltet so einen zweiten Widerstand 1612a–1612e, der jeweils einen Wert von R2 Ohm aufweist, in den Stromkreis. Und R1 ist ungleich R2. Somit wird in Abhängigkeit der Stellung eines jeden der Schalter 1607a–1607e vom Elektroniksystem ein anderer Gesamtstromkreiswiderstand gemessen, der der Kraft entspricht, die auf ein Antriebsstrangbauteil aufgebracht wurde. Bei weiteren speziellen alternativen Ausführungsformen ist, obwohl der Widerstand von allen ersten Widerständen R1 größer als oder geringer als der Widerstand von allen zweiten Widerständen R2 ist, der Widerstand von jedem der ersten Widerstände R1 zueinander nicht gleich und/oder der Widerstand von jedem der zweiten Widerstände R2 zueinander nicht gleich. Bei weiteren speziellen Ausführungsformen kann ein Schalter mit dem höchsten Vorgabewert nicht Widerstände umfassen, sondern einfach ein Ein-/Ausschalter sein. Bei abermals weiteren Ausführungsformen werden sonstige elektrische Bauteile und/oder Anordnungen, wie z.B. ein Parallelkreis, verwendet, der in 15(c) dargestellt ist.
Bei alternativen Ausführungsformen wird von einer Infusionspumpe ein Mehrschaltersensor benutzt, der aus zwei oder mehr Schaltern hergestellt wurde, die in einem Parallelkreis angeordnet sind. Bei speziellen alternativen Ausführungsformen weist ein Sensor 1701, wie in den 15(a) und 15(b) dargestellt, fünf Schalter 1702a–1702e auf, die parallel angeordnet sind, wobei jeder einen anderen Vorgabewert aufweist. Die Schalter 1702a–1702e sind mechanisch so parallel geschaltet, dass eine Seite von allen fünf Schaltern 1702a–1702e mit einem Pumpengehäuse 1703 oder einem anderen Element in Kontakt ist, das in Bezug auf das Gehäuse unbeweglich ist. Die Gegenseite von jedem der Schalter 1702a–1702e ist an einer Platte 1704 befestigt. Ein Antriebsstrangbauteil, wie z.B. eine Leitspindel 1705, bringt direkt oder indirekt eine Kraft auf die Platte 1704 auf. Die Kraft korreliert mit dem Flüssigkeitsdruck im Vorratsbehälter (nicht dargestellt). In dem Maße, wie sich die Leitspindel 1705 in der Richtung d verschiebt, schließt jeder einzelne der Schalter 1702a–1702e bei verschiedenen Vorgabewerten, und zwar je nach dem Betrag der Kraft, die von der Leitspindel 1705 auf die Platte 1704 ausgeübt wird.
Die Schalter 1702a–1702e können miteinander und mit der Systemelektronik in vielerlei Weise elektrisch verbunden werden. Beispielsweise könnte jeder Schalter unabhängig mit der Systemelektronik verbunden werden. Alternativ dazu könnten die Schalter 1702a–1702e elektrisch in Serie geschaltet werden. Bei anderen Ausführungen ist jedem Schalter 1702a–1702e ein Widerstand 1707a–1707e zugeordnet und die Schalter sind parallel geschaltet, wie dies in 15(c) dargestellt ist. Eine leitende Zuleitung 1708 stellt der parallelen Anordnung von Schaltern 1702a–1702e ein Eingangssignal von einem Elektroniksystem (nicht dargestellt) bereit. Wenn der Kraft am Schalter den Schaltervorgabewert erreicht, schließt der Schalter und der Strom fließt zuerst durch den Widerstand 1707a–1707e, der dem Schalter 1702a–1702e zugeordnet ist, und dann über eine Zuleitung 1709 zurück zum Elektroniksystem. In dem Maße, wie verschiedene Kombinationen von Schaltern schließen, werden verschiedene Widerstände im Netzwerk parallel geschaltet, wodurch sich die Impedanz des Netzwerkes ändert. Die Impedanz wird vom Elektroniksystem gemessen und in eine gemessene Kraft umgesetzt, die mit dem Flüssigkeitsdruck korreliert.
Obwohl die zuvor beschriebenen Ausführungsformen die Kopplung von diversen Typen von Sensoren an Bauteile am Ende eines Antriebsstranges veranschaulicht haben, ist der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung keineswegs auf solche Orte beschränkt. Sonstige Ausführungsformen umfassen die Platzierung der Sensoren am vorderen Ende eines Antriebsstranges oder in der Nähe desselben.
In 16 ist eine Schieberbaugruppe 1807 dargestellt, die aus einer dünnen, kuppelförmigen Kappe 1802 besteht, die auf einer Stützbaugruppe 1803 montiert und an einer Leitspindel 1804 befestigt ist. Ein Dehnungsmessstreifensensor 1801 ist an der Kappe 1802 angebracht. Die Kappe 1802 ist aus einem elastischen Werkstoff, wie z.B. Silikon, hergestellt und ist mit einem Verschlussstopfen 1805 in Kontakt, der in einem Vorratsbehälter 1806 verschiebbar positioniert ist. In dem Maße, wie die sich die Leitspindel 1804 vorschiebt, verschieben sich die Stützbaugruppe 1803 und die Kappe 1802 axial, um den Verschlussstopfen 1805 zu berühren und zu bewirken, dass sich der Verschlussstopfen 1805 axial verschiebt, wodurch Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 1806 heraus gedrückt wird.
Die Kappe 1802 biegt sich durch, während sie an den Verschlussstopfen 1805 gedrückt wird. Und in dem Maße, wie sich die Kappe 1802 durchbiegt, ändern sich die Abmessungen des Dehnungsmessstreifensensors 1801, wodurch sich die Impedanz des Dehnungsmessstreifens ändert. In dem Maße, wie der Flüssigkeitsdruck im Vorratsbehälter 1806 ansteigt, nimmt die Durchbiegung der Kappe 1802 zu, was wiederum die Impedanz des Dehnungsmessstreifensensors 1801 ändert. Somit hängt die Ausgangsimpedanz des Dehnungsmessstreifensensors mit der am Verschlussstopfen 1805 eingeprägten Kraft zusammen, die vom Vorratsbehälter-Flüssigkeitsdruck abhängig ist. Das Elektroniksystem ist so kalibriert, dass die gemessene Ausgangsimpedanz des Dehnungsmessstreifensensors in eine Kraft auf dem Antriebsstrang oder einen Flüssigkeitsdruck umgesetzt wird.
Der Umstand, dass der Sensor einen direkten Kontakt mit dem Verschlussstopfen 1805 hat, verbessert die Wirkungen der Maßtoleranzsummierung und der Reibungskräfte im Antriebsstrang. Dies kann eine genauere Messung der Drücke im Vorratsbehälter 1806 ermöglichen. Da außerdem der Dehnungsmessstreifensensor 1801 einen Bereich von Ausgangsniveaus bereitstellen kann, lässt sich eine Software/Firmware verwenden, um einen Schwellenwert zu setzen, der für die spezielle Vorrichtung oder das spezielle, per Infusion zu verabreichende Arzneimittel geeignet ist. Darüber hinaus kann das System im Laufe der Zeit den Dehnungsmessstreifensensor 1801 kalibrieren oder nullen, wenn kein Vorratsbehälter 1806 eingelegt ist, damit die unerwünschten Wirkungen, die z.B. durch Drift, Kriechen, Temperatur oder Feuchtigkeit bedingt sind, vermieden werden.
Ein Sensor kann an der Vorderseite des Antriebsstranges oder in deren Nähe angebracht werden, wie dies in den 17 bis 20 dargestellt ist.
In 17 ist ein Schieber 1908 dargestellt, der einen Dehnungsmessstreifensensor 1901, einen Faltenbalg 1903 und eine Stützbaugruppe 1904 umfasst. Der Faltenbalg 1903 weist eine proximale Wand 1902a, eine distale Wand 1902b und eine flexible Seitenwand 1902c auf. Der Dehnungsmessstreifensensor 1901 ist an der distalen Wand 1902b angebracht. Mindestens ein Teil des Umfanges der distalen Wand 1902b wird von der Stützbaugruppe 1904 abgestützt. Und die Stützbaugruppe 1904 ist an einer Leitspindel 1905 befestigt. Die distale Wand 1902b ist aus einem durchbiegbaren, elastischen Werkstoff, wie z.B. Silikon, so hergestellt, dass in dem Maße, wie Druck an der proximalen Wand 1902a aufgebracht wird, sich die distale Wand 1902b zur Leitspindel 1905 hin durchbiegt. Der Faltenbalg 1903 wird von der Leitspindel 1905 und der Stützbaugruppe 1904 nach vorne getrieben, um an einen Verschlussstopfen 1906 zu drücken, der in einem Vorratsbehälter 1907 verschiebbar positioniert ist. In dem Maße, wie die Leitspindel 1905 sich weiter vorschiebt, drückt der Faltenbalg 1903 an den Verschlussstopfen 1906, um Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 1907 herauszudrücken. Der Faltenbalg 1903 kann mit einer Flüssigkeit gefüllt werden, um die Übertragung des Druckes von der proximalen Wand 1902a auf die distale Wand 1902b zu verbessern. Der Betrag der Durchbiegung der distalen Wand 1902b ist von der Kraft abhängig, die erforderlich ist, um den Verschlussstopfen 1906 zu verschieben. Der Ausgangswert des Dehnungsmessstreifensensors ist vom Betrag der Durchbiegung der distalen Wand 1902b abhängig. Das Elektroniksystem setzt den Ausgangswert des Dehnungsmessstreifensensors in einen Schätzwert der Kraft oder des Druckes um, die bzw. der vom Antriebssystem zum Fördern einer Flüssigkeit ausgeübt wurde.
Bei vergleichbaren Anordnungen besteht ein Schieber 2009, wie in 18 dargestellt, aus einem Dehnungsmessstreifensensor 2001, einer Stützbaugruppe 2004 und einem elastischen Faltenbalg 2003, der ein mit Gewinde versehenes Element 2006 aufweist. Der Dehnungsmessstreifensensor 2001 ist an einer distalen Wand 2002 des Faltenbalges 2003 angebracht. Die Stützbaugruppe 2004 stützt mindestens einen Teil des Umfanges der distalen Wand 2002 des Faltenbalgs 2003 ab und koppelt eine Leitspindel 2005 an den Faltenbalg 2003. Das mit Gewinde versehene Element 2006 des Faltenbalges 2003 ist an einem Verschlussstopfen 2007 entfernbar befestigt, der in einem Vorratsbehälter 2008 verschiebbar positioniert ist. Dies gestattet die bidirektionale Verschiebung des Verschlussstopfens 2007 durch das Antriebssystem und hilft außerdem das unbeabsichtigte Vorschieben des Verschlussstopfens 2007 zu verhindern, das durch andere Kräfte auf den Vorratsbehälter 2008 als die des Vorschiebens der Leitspindel 2005, wie z.B. den Differenzluftdruck, bedingt ist. Da der Verschlussstopfen 2007 vom Antriebssystem geschoben oder gezogen wird, wird die distale Wand 2002 auf die eine oder andere Weise durchgebogen. Der Ausgangswert des Dehnungsmessstreifensensors 2001 variiert mit der Durchbiegung der distalen Wand 2002 und das Elektroniksystem setzt den Ausgangswert des Dehnungsmessstreifensensors in Schätzwerte der Kraft oder des Druckes um, die bzw. der vom Antriebssystem auf den Verschlussstopfen 2007 aufgebracht wurde.
Die Außengewindegänge 2115 einer Leitspindel 2101 können mit den Innengewindegängen 2116 eines Schiebers 2102 in Eingriff stehen, um die Drehbewegung der Leitspindel 2101 in eine translatorische Bewegung des Schiebers 2102 umzusetzen, wie dies in 19 dargestellt ist. Der Schieber 2102 weist einen Ansatz 2103 auf, der durch eine relativ steife, im Allgemeinen zylindrische Seitenwand 2117 und eine proximale Ansatzwand 2104 gebildet wird, die aus einem flexiblen Material, wie z.B. Silikon, hergestellt sind. Ein Dehnungsmessstreifensensor 2105 ist an der proximalen Ansatzwand 2104 befestigt. Der Schieber 2102 ist an einen Verschlussstopfen 2106 entfernbar gekoppelt, der in einem Flüssigkeitsvorratsbehälter 2107 verschiebbar positioniert ist. Der Verschlussstopfen 2106 weist einen Hohlraum 2112, der durch eine mit Innengewinde versehene, zylinderförmige Seitenwand 2110, die eine wasserdichte Abdichtung mit dem Vorratsbehälter 2107 bildet, gebildet wird, und eine flexible, proximale Wand 2108 auf. Der Hohlraum 2112 ist dafür ausgelegt, den Ansatz 2103 so aufzunehmen, dass die proximale Wand 2108 des Hohlraumes 2112 an die proximale Ansatzwand 2104 des Ansatzes 2103 stößt. Die Ansatzseitenwand 2117 weist Außengewindegänge 2113 für den entfernbaren Eingriff in die Innengewindegänge 2114 an der Seitenwand 2110 des Verschlussstopfenhohlraumes 2112 auf. Die Schraubkopplung zwischen dem Schieber 2102 und dem Verschlussstopfen 2106 ermöglicht es dem Antriebssystem, den Verschlussstopfen 2106 bidirektional zu verschieben. Ein Verstärkungsring 2109 ist in der Verschlussstopfen-Seitenwand 2110 angeordnet, um die erforderliche Steifigkeit zur Aufrechterhaltung einer Reibpassung zwischen dem Verschlussstopfen 2106 und dem Vorratsbehälter 2107 bereitzustellen, wodurch eine wasserdichte Abdichtung verbessert wird. Der Verstärkungsring 2109 ist ggf. nicht erforderlich.
Da sich die flexible proximale Wand 2108 des Verschlussstopfens 2106 infolge des Flüssigkeitsdruckes durchbiegt, berührt sie die proximale Ansatzwand 2104, was deren Durchbiegung verursacht, was wiederum das Durchbiegen des Dehnungsmessstreifensensors 2105 bewirkt. Dies stellt eine Messung des Druckes im Vorratsbehälter 2107 unabhängig von der Kraft bereit, die für den Antrieb des Verschlussstopfens 2106 eingesetzt wird. Diese Sensorplatzierung stellt einen wahren Indikator für den Druck im Vorratsbehälter 2107 bereit. Die Reibungskräfte zwischen dem Verschlussstopfen 2106 und dem Vorratsbehälter 2107 sowie zwischen den sonstigen Antriebsstrangbauteilen werden nicht gemessen und beeinflussen deshalb nicht die Messung des Flüssigkeitsdruckes.
Die Messungen vom Dehnungsmessstreifensensor 2105 können dazu verwendet werden, den korrekten Einbau des Vorratsbehälters 2107 zu bestätigen. Wenn der Vorratsbehälter 2107 richtig in der Infusionspumpe eingebaut ist und der Schieber 2102 am Verschlussstopfen 2106 im Vorratsbehälter 2107 vollständig in Eingriff gebracht ist, dann kommt der Verschlussstopfen 2106 in einen mindestens leichten Kontakt mit der proximalen Ansatzwand 2104, die daraufhin am Dehnungsmessstreifensensor 2105 eine Vorspannung ausübt. Wenn der Vorratsbehälter 2107 nicht eingeführt (oder nicht vollständig eingeführt) ist, dann wird keine Vorspannung erkannt und das Elektroniksystem liefert dem Benutzer einen Warnhinweis.
Es können Scherkräfte gemessen werden, um eine Angabe des Flüssigkeitsdruckes zu liefern. Eine Schieberbaugruppe 2207 besteht aus einer Stützbaugruppe 2202, piezoelektrischen Scherungssensoren 2203 und einem Ansatz 2204, der eine proximale Ansatzwand 2204a und eine Seitenwand 2204b aufweist, wie dies in 20 dargestellt ist. Eine Leitspindel 2201 ist an der Stützbaugruppe 2202 befestigt. Die piezoelektrischen Scherungssensoren 2203 sind zwischen der Stützbaugruppe 2202 und der Seitenwand 2204b des Ansatzes 2204 angeordnet. Ein Verschlussstopfen 2205 ist in einem Vorratsbehälter 2206 verschiebbar montiert. Der Verschlussstopfen 2205 weist eine proximale Wand 2209 und eine im Allgemeinen zylindrische Seitenwand 2210 auf, die einen Hohlraum 2208 bilden, der dafür ausgelegt ist, den Teil des Ansatzes 2204 der Schieberbaugruppe 2207 aufzunehmen. Bei alternativen Ausführungsformen weist der Verschlussstopfen 2205 jedoch keinen Hohlraum auf. Stattdessen stößt der Ansatz 2204 an die distale Wand 2210 des Verschlussstopfens 2205 an.
Jetzt wird wieder Bezug auf 20 genommen. In dem Maße, wie sich die Leitspindel 2201 vorbewegt, verschieben sich die Stützbaugruppe 2202 und der Ansatz 2204 axial, um in den Verschlussstopfen 2205 einzugreifen und um dann den Verschlussstopfen 2205 in den Vorratsbehälter 2206 zu verschieben, wodurch Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 2206 herausgedrückt wird.
Die Kraft, die erforderlich ist, um den Verschlussstopfen 2205 zu verschieben, wird in Form der Scherkräfte gemessen, die auf die piezoelektrischen Scherungssensoren 2203 aufgebracht werden. In dem Maße, wie der Druck auf den Verschlussstopfen 2205 ansteigt, erhöhen sich die Scherkräfte zwischen dem Ansatz 2204 und der Stützbaugruppe 2202 und bringen eine entsprechende Scherkraft auf die Sensoren 2203 auf.
Es ist auch möglich, als Anzeige des Flüssigkeitsdruckes in einem Vorratsbehälter ein Drehmoment zu messen, das auf ein Antriebssystembauteil aufgebracht wird.
Ein Motor 2301 (oder ein Motor mit einem angebauten Getriebe) weist eine Antriebswelle 2302 auf, die im Eingriff steht, um einen Satz von Zahnrädern 2303 anzutreiben. Der Motor 2301 erzeugt ein Drehmoment, das die Antriebswelle 2302 in der Richtung d antreibt, wie dies in 21 dargestellt ist. Die Antriebswelle 2302 versetzt die Zahnräder 2303 in Drehung, um das Drehmoment auf eine Leitspindel 2304 zu übertragen, wodurch sich die Leitspindel 2304 in der Richtung d' dreht. Die Leitspindel 2304 ist zur Abstützung an einem Lager 2305 gelagert. Die Gewindegänge der Leitspindel 2304 sind an den Gewindegängen (nicht dargestellt) in einem Schieber 2306 in Eingriff gebracht. Der Schieber 2306 ist in einem Schlitz (nicht dargestellt) im Gehäuse (nicht dargestellt) in Eingriff gebracht, um zu verhindern, dass sich der Schieber 2306 dreht, wobei er sich jedoch gleichzeitig längs der Länge der Leitspindel 2304 verschieben kann. Somit wird das Drehmoment d' der Leitspindel 2304 auf den Schieber 2306 übertragen, was bewirkt, dass sich der Schieber 2306 in einer Axialrichtung verschiebt, und zwar im Allgemeinen parallel zur Antriebswelle 2302 des Motors 2301. Der Schieber 2306 ist in einem Vorratsbehälter 2308 mit einem Verschlussstopfen 2307 in Kontakt. In dem Maße, wie sich der Schieber 2306 vorschiebt, wird der Verschlussstopfen 2307 gezwungen, sich im Vorratsbehälter 2308 in einer Axialrichtung zu verschieben, wodurch Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 2308 heraus, durch die Schlauchleitung 2309 hindurch und in ein Infusionsbesteck 2310 gedrückt wird.
Sollte ein Verschluss auftreten, wird der Verschlussstopfen 2307 gezwungen, sich vorzuschieben und der Druck im Vorratsbehälter 2308 erhöht sich. Die Kraft des Verschlussstopfens 2307, die gegen die Flüssigkeit drückt, hat ein Reaktionsdrehmoment d'' zur Folge, das auf den Motor 2301 wirkt. Es können Sensoren eingesetzt werden, um das Drehmoment d'' zu messen, das auf den Motor 2301 aufgebracht wird und die Sensormessung wird verwendet, um den Druck im Vorratsbehälter 2308 zu schätzen.
Ein Motor 2401 weist ein Motorgehäuse 2402, ein proximales Lager 2403, ein distales Lager 2404, eine Motorwelle 2408 und ein Zahnrad 2405 auf, wie dies in den 22(a und b) dargestellt ist. Der Motor 2401 ist an einem Gehäuse (nicht dargestellt) oder einem anderen Festpunkt mittels eines Biegebalkens 2406 befestigt. Ein Ende des Biegebalkens 2406 ist an einem Verankerungspunkt 2410 am Motorgehäuse 2402 befestigt und das andere Ende des Biegebalkens 2406 ist an einem Verankerungspunkt 2409 am Gehäuse (nicht dargestellt) befestigt. Ein Dehnungsmessstreifensensor 2407 ist auf dem Biegebalken 2406 angebracht.
Jedes Ende der Motorwelle 2408 ist an den Lagern 2403 und 2404 gelagert, die eine axiale Abstützung bereitstellen, jedoch der Motorwelle 2408 und dem Motor 2401 ermöglichen, sich zu drehen. Der Biegebalken 2406 liefert ein Gegendrehmoment in der Richtung d', das hinsichtlich des Betrages gleich dem Motorantriebsdrehmoment d ist und hinsichtlich seiner Richtung demselben entgegengesetzt ist. In dem Maße, wie sich das vom Motor 2401 erzeugte Drehmoment erhöht, erhöht sich das Reaktionsmoment d'' im Biegebalken 2406, wodurch die Dehnung sich im Biegebalken 2406 vergrößert und die Durchbiegung des Biegebalkens 2406 bewirkt wird. Der auf dem Biegebalken 2406 angebrachte Dehnungsmessstreifensensor 2407 wird dazu verwendet, die Durchbiegung des Biegebalkens 2406 zu messen. Das Elektroniksystem (nicht dargestellt) setzt die Messwerte des Dehnungsmessstreifensensors in Schätzwerte des Flüssigkeitsdruckes in einem Vorratsbehälter (nicht dargestellt) oder der Kraft um, die auf dem Antriebsstrang (nicht dargestellt) ausgeübt wird.
Dieses Messverfahren liefert Informationen über den Druck im Vorratsbehälter (und die Summierung von Reibungseinflüssen) sowie Informationen über den Antriebsstrang. Wenn es zum Beispiel einen Ausfall im Antriebsstrang, z.B. im Rädergetriebe, in den Lagern oder an der Leitspindelschnittstelle, gäbe, ließe sich dies durch das am Dehnungsmessstreifensensor 2407 gemessene Drehmoment erkennen. Bei weiteren Ausführungsformen wird der Dehnungsmessstreifen 2407 zur Bestätigung der Motoraktivierung und Flüssigkeitsförderung verwendet. Während der normalen Flüssigkeitsförderung erhöht sich kurzzeitig das gemessene Moment während der Motor aktiviert wird und es nimmt dann in dem Maße ab, wie die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter austritt, was den Druck abbaut und deshalb das Moment verringert. Das Elektroniksystem ist programmiert, um zu bestätigen, dass sich das gemessene Moment während der Motoraktivierung erhöht und dass sich das Moment wieder auf einen Ruhezustand verringert, nachdem der Motor nicht länger mit Energie versorgt wird.
Ein Biegebalken kann die erforderliche Nachgiebigkeit bereitstellen, um ein Antriebssystem vor einem Rücklauf-Schnellhalt zu schützen. Zur Vorbereitung des Austausches eines Vorratsbehälters wird ein Motor für den Rücklauf eines Schiebers eingesetzt. Sobald jedoch der Schieber vollständig zurückgezogen ist, könnte ein Schnellhalt bei maximaler Motordrehzahl die Antriebssystembauteile beschädigen oder deren Lebensdauer reduzieren. Der Biegebalken nimmt die Energie auf, wenn der Schieber die vollständig zurückgezogene Position erreicht, ohne dabei das Antriebssystem zu beschädigen.
Ein Dehnungsmessstreifensensor kann in mehreren Betriebsarten arbeiten, die im Rahmen der Technologie von Dehnungsmessstreifensensoren üblich sind. Beispielsweise könnte der Dehnungsmessstreifensensor so angebracht werden, dass er eine Zug- oder eine Druckbelastung oder eine Biegebelastung misst. Außerdem könnte ein Dehnungsmessstreifensensor für die Kompensation von Temperaturabweichungen und sonstigen Systemstörungen eingebaut werden. Außerdem sind die Ausführungen der 19–22(b) nicht auf die Technologie von Dehnungsmessstreifensensoren beschränkt. Es könnten auch piezoelektrische, kapazitive oder magnetische Sensoren eingesetzt werden.
Ein Motor 2501 weist einen Gehäuse 2502, ein proximales Lager 2503, ein distales Lager 2504, eine Motorwelle 2507 und ein Zahnrad 2505 auf, wie dies in 23 dargestellt ist. Der Teil des nicht in 23 dargestellten Antriebsstranges ist mit dem vergleichbar, der in 21 dargestellt ist. Das proximate Lager 2503 ist auf einer Seite des Pumpenmotors 2501 angeordnet und das distale Lager 2504 ist auf der gegenüber liegenden Seite des Pumpenmotors 2501 angeordnet. Die Motortraglager 2506 dienen zur Befestigung des Gehäuses 2502 am Gehäuse 2509 (oder an einem anderen Festpunkt). Die piezoelektrischen Scherungsmodussensoren 2508 sind an den Traglagern 2506 befestigt. Da das Reaktionsdrehmoment d' infolge eines Anstieges des aufgebrachten Antriebsdrehmomentes d ansteigt, erhöht sich die Scherspannung in den Motortraglagern 2506. Die Sensoren 2508 stellen wiederum eine Spannung bereit, die mit dem Antriebsdrehmoment d korreliert. Wie zuvor erläutert wurde, korreliert das Antriebsdrehmoment d mit dem Flüssigkeitsdruck in einem Vorratsbehälter (nicht dargestellt).
Obwohl die oben beschriebenen Pumpenantriebssysteme die Platzierung von Sensoren an bestimmten Orten auf den Pumpenantriebssträngen integrieren, umfassen alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Sensoren, die an ein beliebiges dynamisches Antriebsstrangbauteil gekoppelt sind, um den Flüssigkeitsdruck in einem Pumpenantriebssystem zu messen.
Obwohl sich die Beschreibung nur auf spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezieht, wird deutlich gemacht, dass viele Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt wird.
Die vorliegend offenbarten Ausführungsformen sind deshalb in jeder Hinsicht nur als erläuternde und nicht als einschränkende Beispiele zu betrachten, wobei der Schutzbereich der Erfindung nicht durch die vorangehende Beschreibung, sondern durch die beigefügten Patentansprüche angegeben wird.

Claims

Verschlusserkennungssystem zur Erkennung eines Verschlusses in einem Flüssigkeitsweg einer Infusionspumpe, die einen Vorratsbehälter, der Flüssigkeit enthält, aufweist und zur Förderung der Flüssigkeit zu einem Benutzer dient, wobei das Verschlusserkennungssystem Folgendes umfasst: ein Gehäuse; einen im Gehäuse enthaltenen Motor; mindestens ein Antriebsstrangbauteil, das auf einen Auslöseimpuls von dem Motor reagiert, um die Flüssigkeit vom Behälter aus in den Benutzer zu drücken; einen Sensor, der zwischen dem Motor und einem Gehäusebauteil positioniert ist, um einen Parameter zu messen, der dem Motor oder einem Bauteil des mindestens einen Antriebsstrangbauteils zugeordnet ist, wobei der Sensor über einen Bereich von Messungen mindestens drei Ausgangsniveaus erzeugt; und ein Elektroniksystem, das drei oder mehr Ausgangsniveaus verarbeitet, um zu melden, wann ein Verschluss vorhanden ist; dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Bauteile, die den Sensor umfassen, zwischen dem Motor und dem Gehäusebauteil geschichtet sind, wobei das Gehäusebauteil vor dem Anbringen am Gehäuse positioniert wird, um den Spielraum im Bereich des einen Bauteils oder der mehreren Bauteile zu beseitigen.
Verschlusserkennungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Sensor eine Kraft misst, die proportional zu einer Kraft ist, die auf ein Antriebsstrangbauteil aufgebracht wurde.
Verschlusserkennungssystem nach Anspruch 2, bei dem das Antriebsstrangbauteil ein Schieber ist.
Verschlusserkennungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Sensor die Zug- oder die Druckbelastung misst, die proportional zu einem Druck ist, der auf ein Antriebsstrangbauteil aufgebracht wurde.
Verschlusserkennungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Sensor ein kraftempfindlicher Widerstand oder ein kapazitiver Sensor oder ein Dehnungsmessstreifen oder ein piezoelektrischer Sensor oder ein Mehrschaltersensor ist.
Verschlusserkennungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Elektroniksystem ein Höchstwert-Messschwellenwert-Verfahren zur Meldung eines vorhandenen Verschlusses nutzt.
Verschlusserkennungssystem nach Anspruch 6, bei dem ein Messschwellenwert mindestens 8,9 N (2,00 pounds) beträgt.
Verschlusserkennungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Elektroniksystem ein Steigungsschwellenwert-Verfahren zur Meldung eines vorhandenen Verschlusses nutzt.
Verschlusserkennungssystem nach Anspruch 11, bei dem ein Steigungsschwellenwert ungefähr 0,22 N (0,05 pounds) pro Messung beträgt.
Verschlusserkennungssystem nach einem der Ansprüche 1–5, bei dem zur Meldung eines vorhandenen Verschlusses bei einer oder bei mehreren Messungen ein Mindestpegel überschritten werden muss.
Verschlusserkennungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der gemessene Parameter von einem Flüssigkeitsdruck im Vorratsbehälter abhängig ist.
Verschlusserkennungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Elektroniksystem die Sensorausgangsniveaus verarbeitet, um zu ermitteln, wann der Behälter leer ist oder wann ein Verschlussstopfen ein Ende des Vorratsbehälters berührt oder wann ein Schieber in einem Verschlussstopfen richtig sitzt.
Verschlusserkennungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Klebstoff mit starker Haftung (VHB-Klebstoff) zwischen dem Motor und dem Gehäusebauteil platziert wird.