CN102625719A - 用于泵送静脉内流体的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种静脉内流体泵(IV)包含一次性使用的部分和非一次性使用的部分，所述一次性使用的部分包括具有弹性顶部隔膜的流体腔室，所述非一次性使用的部分包括邻靠弹性隔膜的活塞和配合在所述弹性顶部隔膜的顶部上的真空腔室。使用外部的泵在真空腔室中形成真空，从而使得弹性顶部隔膜保持张紧。通过泵的流率相对独立于由于流体储器和患者相对于流体泵的相对高度的变化而引起的上游和下游的IV流体的压力变化。

Description

用于泵送静脉内流体的系统和方法

技术领域

本发明一般涉及流体输送系统，更具体地涉及一种维持静脉内流体输送系统中的流率精度的方法。

背景技术

静脉内(IV)流体输送泵用于将流体输送给患者或者从患者体内抽出流体。通过利用重力和/或泵来实现流体输送。典型的基于泵的IV流体输送系统包括这样的泵，该泵经由输入管连接到流体储器，并且经由输出管连接到患者。在正常流体输送操作过程中，泵将流体以一定流率从储器移动到患者。流率可由专业医疗人员控制。一些应用要求流体输送系统严格地保持由专业医疗人员设定的流率。

目前市场上可获得的某些IV流体泵的实际输送流率对上游和下游流体压力的变化敏感。此类变化发生在泵相对于储器或患者的相对高度发生变化之时。此外，输出部上的小孔IV管子和过滤器会引起高输出压力。例如如美国专利申请No.2009/0035152中公开的某些流体输送泵利用与所输送的流体进行流体接触的隔膜的弹性性能来控制流率。在此类流体输送泵中，负的上游(输入管)或下游(输出管)压力会导致与泵送机构一起使用的一次性使用的流体腔室的柔性隔膜部分或完全塌陷。为了缓解该问题，一次性使用的流体腔室的受影响的隔膜区段通常由诸如硅树脂之类的有弹力和弹性的材料制成，以使该区段能够克服负(相对)压力自身膨胀。其它方法可包括利用磁体或其它物理装置将活塞或泵附连于一次性使用的流体腔室，以使泵能够在腔室上拉动和推动以执行泵送动作。此类方法通常会不利地影响流率精度，这是因为难以以均匀和连续的方式完成从推动到拉动的过渡。

发明内容

对于流体输送系统存在一种需求，不论上游和下游流体压力如何，该流体输送系统都呈现相对恒定的输送流率。

这些和其它需求通过与本发明一致的实施例得以满足，这些实施例提供了真空腔室定位成与流体腔室相邻的流体泵设计。

前述的需求和其它需求还通过在真空腔室中提供开口的本发明的实施例来满足，从所述开口能去除空气以在真空腔室中形成至少部分真空。

前述的需求和其它需求还通过本发明的其它实施例来满足，这些实施例提供一种利用活塞推靠流体储器的弹性隔膜来泵送流体的方法。真空腔室保持弹性隔膜张紧抵靠在活塞上，并且确保不论流体腔室中的流体压力如何弹性隔膜保持张紧。

在一个示例性方面，公开了一种用于输送静脉内流体的系统，该系统包括在静脉内流体的输送过程中与静脉内流体相接触的一次性使用的部分，以及在静脉内流体的输送过程中隔绝与静脉内流体相接触的非一次性使用的部分，其中一次性使用的部分包括具有开口的流体腔室和定位为形成该流体腔室的一侧的泵送隔膜，并且非一次性使用的部分包括定位成与泵送隔膜相邻的真空腔室，该真空腔室构造成在静脉内流体的输送过程中保持真空。

在第二示例性方面，公开了一种将流体从储器输送到患者侧器械的方法，该方法包括：提供具有泵送侧的流体腔室，该流体腔室具有用于允许流体进出流体腔室的开口；提供真空腔室，该真空腔室与流体腔室共用泵送侧并且还具有密封侧；提供接触泵送侧的活塞；从真空腔室去除至少一部分空气以使真空腔室中的压力小于流体腔室中的压力；以及通过在使活塞向外移动以允许流体进入流体腔室与向内推动活塞以从流体腔室排出流体之间进行交替而泵送流体通过流体腔室。

在第三示例性方面，公开了一种流体输送装置，该流体输送装置包括：流体腔室；以可控制的方式将流体腔室联接到输入管的输入阀；以可控制的方式将流体腔室联接到输出管的输出阀；限定流体腔室的至少一部分的泵送隔膜；密封隔膜，该密封隔膜定位成在泵送隔膜与密封隔膜之间形成真空腔室；以及活塞，该活塞定位成抵靠泵送隔膜并且联接到密封隔膜，并且构造成抵靠在泵送隔膜上往复移动，以缩小和扩大流体腔室并由此泵送流体进出流体腔室，密封隔膜随着活塞移动并且维持真空腔室中降低的压力。

本发明的实施例的前述和其它特征、方面和优点将从以下详细描述和附图变得更加明显。

附图说明

结合在本发明中且构成本发明一部分的附图图示了本发明的各种实施例和方面。在附图中：

图1是描绘了用于与本发明的实施例一起使用的流体输送系统的框图。

图2是根据本发明的实施例的流体泵装置的腔室-泵组件的截面轴测图。

图3是根据本发明的实施例的在向外拉动活塞的情况下图2的腔室-泵组件的截面图。

图4是根据本发明的实施例的在向内推动活塞的情况下图2的腔室-泵组件的剖视图。

图5是根据本发明的实施例的流体泵装置组件的腔室-泵组件的构件的分解视图。

图6是图示了利用根据本发明的实施例的流体泵装置来改善流率精度的柱状图。

具体实施方式

本发明的实施例克服并且解决了与由于流体储器或患者相对于流体泵的高度变化而引起的不精确流率相关的问题。特别地，本发明的实施例提供了与流体腔室相邻的真空腔室以维持真空腔室中的压力与流体腔室中的压力之间的负压力差。流体腔室中的流体经由诸如活塞或高压球囊(pressure balloon)之类的泵送机构泵送。例如，当使用活塞机构时，真空腔室可设置成与流体腔室相邻以维持真空，并且活塞头可设置成推靠流体腔室的一侧。本发明的实施例通过对真空腔室设置可再密封的阀而至少部分实现这一点。利用该阀，能使用外部的泵来从真空腔室去除空气。在去除空气后，可再密封的阀被密封关闭。从真空腔室去除足够的空气，以致不论储器或患者侧器械的高度如何，输入管和输出管中的压力将始终比真空腔室中的压力高。由于IV流体中未遭遇相对的负压，所以泵流体腔室不会塌陷并且流体输送将以高流率精度进行。

图1示出了本发明的实施例一般使用的流体输送系统100。流体储器102经由流体输入管112连接到流体泵104。流体泵104又经由流体输出管114连接到患者或患者侧器械106。通常相对于患者106将流体储器102保持在较高的高度，其中流体泵104竖直地定位在储器102与患者106之间。因此，储器102与流体泵104之间的高度差108通常是正的，由此使得输入管112中的上游流体压力高于环境(大气)压力。类似地，流体泵104相对于患者106的高度差110通常更高。因此，输出管114中的流体通常处于低于环境压力的流体压力。在图示的构造中，由于患者的高度低于流体泵104，所以流体泵104必须控制住流体泵104中的流体，以确保在流体泵104以受控的方式排出流体之前流体不会向下流向患者(虹吸)。

在IV流体给送过程中的某些情形中，例如，当对患者输液时，医务人员可能不会维持正的高度差108和110。高度差108和110要么可能变成负的，要么可能由于患者和流体输送系统的移动而保持随时变化。如下文更详细地描述，本发明的流体泵实施例在宽范围的高度差108和110值的情况下维持流率精度。

图2是根据本发明的流体泵200的实施例的腔室-泵组件的截面图。该剖切视图是通过组件的中心线从稍上方的高度向下看。具有活塞轴201和活塞头203的活塞组件202配合在流体泵200的上外壳218中，使得活塞头203能够推靠流体腔室208的泵送隔膜206。在流体腔室208背离活塞组件202的一侧上，在下外壳220中设置有开口210，使得在沿箭头205的方向向外拉动活塞头203时流体能够进入流体腔室208(箭头214)，并且在沿箭头207的方向向内推动活塞头203时流体能够从流体腔室208排出(箭头216)。密封隔膜204设置于活塞头203的顶端209处，以与活塞头203形成气密连接。活塞头203延伸穿过密封隔膜204并且压靠在具有充分柔性以随活塞的移动来回移动的泵送隔膜206上。形成在密封隔膜204与泵送隔膜206之间的真空腔室224由外壳222封闭。在某些实施例中，外壳222由诸如塑料之类的坚硬、无弹性的材料制成。外壳222设计成使真空腔室224气密，用于使用外部抽吸泵(图中未示出)从腔室224去除空气的开口212除外。在去除空气之后，开口212能由用户密封以使真空腔室224气密。

在一种构造中，泵送隔膜206可由柔性但不可伸长的材料制成。高抗拉强度和相对无弹性的聚氨酯隔膜有利于通过耐受宽范围的压力变化而维持流体腔室的容积，由此将流率精度维持在一定流体压力值的范围上。在某些构造中，泵送隔膜206可在真空腔室外壳222与下外壳220之间的区域内延伸，并且可有利地暴露以允许通过外部探针(图中未示出)测量流体腔室中的压力。

图3示出了流体泵200的轴测图300，其中活塞头203被向外拉到其行程的顶部。在拉出活塞头203的情况下，流体腔室208的容积在其最大处。外部电子机械机构(图中未示出)开启设置在储器侧上的输入阀230，从而允许流体通过。外部电子机械机构关闭设置在患者侧上的输出阀232，由此不允许流体进入输出管114。在输入阀230开启的情况下，允许流体从储器流入(箭头214)。密封隔膜204被活塞头203向后拉动，其中真空腔室224分隔密封隔膜204和泵送隔膜206。如上所述，开口212在流体泵200的泵送操作过程中被气密密封，由此维持真空腔室224中的真空。由于腔室224中的真空，泵送隔膜206的流体侧上的压力将高于泵送隔膜206的另一侧(真空腔室侧)。因此，不论输入管112中的流体压力与环境压力之差(储器102的高度108的函数)如何，真空腔室224中的真空的存在将确保当活塞头203移动到其行程的顶部时大致相同的流体量被吸入流体腔室208。在每个行程中吸入的流体的体积将等于活塞组件202的移置容积，与储器102的高度无关。

图4示出了流体泵组件200的截面图，其中活塞头203位于其行程的底部。当活塞头203位于其行程的底部时，密封隔膜204可朝流体腔室208被拉伸。泵送隔膜206被活塞头203向下推动，由此引起流体腔室208的体积减小。外部电子机械机构关闭输入阀230并且开启输出阀232。容纳在流体腔室208中的流体从开口210朝患者排出(箭头216)。输出阀232进行操作以允许流体流出流体腔室208，并且输入阀230进行操作以使流体停止从输入管112流入腔室208。由于真空开口212在泵送操作过程中被密封，所以腔室224仍包含真空。由于泵送隔膜206的外侧上的腔室224中的真空，流体腔室208中的流体与真空腔室之间的压力差将为正。结果，通过活塞头203的向下移动从流体腔室208排出的流体量将基本上独立于流体泵200与患者106之间的高度差。在一个行程中排出到输出管114内的流体量将等于活塞组件202的移置容积。

阀230和阀232设计成有利于流体通过开口210的单向流动。例如，在某些实施例中，阀230、232可构造成在两个位置操作，这两个位置包括流入位置和流出位置。在某些实施例中，阀230、232还可在操作上包括关闭位置，其中阀230、232分别不允许流体流入输入管112或流出输出管114。当活塞头203开始向外移动从而在流体腔室208上形成抽吸压力时，输入阀230可移动到流入位置，其中输入阀230允许流体从输入管112流入流体腔室208。输出阀232也可移动到其流入位置，其中输出阀232阻止流体从流体腔室208流出而进入输出管114。当活塞头203向内移动而在流体腔室208上形成排出压力时，输出阀232可移动到流出位置，其中输出阀232允许流体从流体腔室208排出到输出管114中。在流出位置，输入阀230阻止流体从输入管112进入流体腔室208。

在某些实施例中，从真空腔室224去除空气使得真空腔室224中仅部分真空(非完全真空)。如上所述，只要流体腔室208中的流体与真空腔室224中的流体之间的压力差为正，就能维持相对恒定的流率。因此，在某些实施例中，用户可基于针对高度差108和110预期的操作值而仅从真空腔室224去除足以确保存在这种压力差的空气。

图5是根据本发明的特定实施例的流体泵200的各种构件的分解图。真空腔室222是中空的并且设置有开口212(图中未示出)。在其顶侧上，真空腔室224的外壳与弹性隔膜204配合。活塞组件202定位成使得活塞轴201穿过密封隔膜204并且活塞头203能够推靠泵送隔膜206。顶部组件由外壳218保持在适当位置。在底侧上，真空腔室外壳222与由配件220保持在适当位置的泵送隔膜206配合。图中省略了组装这些不同构件所需的紧固件。

在与本发明一致的流体输送系统的某些实施例中，流体输送系统包括一次性使用的部分和非一次性使用的部分。为使用流体输送系统的患者和医务人员的安全着想，在流体输送系统使用过程中可将流体输送系统中与流体相接触的所有部件在单次使用之后丢弃。参见图1至图5，一次性使用的部件可包括配件220、泵送隔膜206、开口210和阀230、232。由于这些部件是一次性使用的，在某些实施例中，这些部件可由相对不耐久的材料制成。

与本发明一致的流体输送组件实施例的非一次性使用的部件可包括不与流体相接触的部件，并且可包括真空腔室外壳222、密封隔膜204、活塞组件201和顶部组件外壳218。应注意，虽然密封隔膜204和泵送隔膜206配合而形成真空腔室224的侧面，但隔膜204和206彼此不进行流体接触。非一次性使用的部件222、204、201和218将用于多次流体输送。因此，在某些实施例中，这些部件可制造成使用寿命较长并且具有较高的精度或使用更耐久的材料。这有利地通过减少与诸如活塞组件201的移置容积变化或真空腔室224的气密性之类的误差相关的磨损而有助于维持高流率精度。

在某些实施例中，流体泵的一次性使用的和非一次性使用的构件可利用产生大致气密连接的紧固机构来彼此附连。这可以利用众所周知的技术来完成，包括但不限于使用密封环和紧固件，或者螺钉-螺纹-螺母结构设计，其中一个构件被拧紧在另一个构件上(例如，构件206被拧紧在构件202中)以形成气密连接。

图6是示出了基于使用与本发明一致的原型流体泵实施例执行的测量而改善流率精度的柱状图700。对流率精度进行两组测量，一组使用现有的“推动隔膜”型流体泵，而另一组使用原型实施例。通过在-0.7psi到+1psi之间改变上游侧上的压力以及在-2psi到+6psi之间改变下游侧上的压力而对每个泵的流率进行总计三十六次测量。通过改变储器和模拟患者相对于流体泵的相对高度来实现压力变化。X轴702表示与预期(或名义)流率的百分比差。Y轴704表示在给定的与名义流率的百分比差处实际流率测量的次数。灰色柱(例如706)表示对原型的测量。无阴影的柱(例如708)表示对现有泵的测量。对原型进行的最频繁的测量相对于平均值的变化在0％左右。对原型的所有测量大致介于平均值的-6％到1％之间。相比较，对现有的泵进行的最普通的测量为-2％，其中流率误差大致介于平均流率的-13％到+6％之间。这些结果可理解为意味着当流体输送系统中输入侧或输出侧上的流体压力发生变化时，对现有的泵测试的流率变化为约20％，而对原型测试的流率的变化仅为约7％。这些结果可理解为意味着当对输入和输出这两侧上的许多可能的压力变化进行测量时，原型的最大至最小流率变化为现有的流体泵的最大至最小流率变化的约三分之一。

图6中呈现的结果突出了根据本发明设计的泵的流率优点。本领域的技术人员应理解，从真空腔室去除空气引起泵的一次性使用的一侧上的隔膜膨胀。该真空产生一般小于IV流体所遇到的任何可预见的上游或下游压力的压力。因此，相对于真空腔室，所有IV压力显现为正，并且处于变化的水平。由于流体腔室的弹性隔膜的流体侧上的流体压力将始终大于弹性隔膜的非流体侧，所以流体腔室的弹性隔膜不会塌陷并且能够维持较高的流率精度水平。

尽管已详细描述和图示了本发明的实施例，但应清楚地理解，所述实施例仅借助于图示和示例且并非加以限制，本发明的范围仅由所附权利要求的术语限制。

Claims (16)

1.一种用于输送静脉内流体的系统，包括：

一次性使用的部分，其在所述静脉内流体的输送过程中与所述静脉内流体相接触；以及

非一次性使用的部分，其在所述静脉内流体的输送过程中隔绝与所述静脉内流体相接触；

其中：

所述一次性使用的部分包括：

具有开口的流体腔室；以及

定位为形成所述流体腔室的一侧的泵送隔膜；并且所述非一次性使用的部分包括：

定位成与所述泵送隔膜相邻的真空腔室，所述真空腔室构造成在所述静脉内流体的输送过程中保持真空。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述真空腔室包括可密封的开口。

3.根据权利要求1所述的系统，还包括用于从所述真空腔室去除空气的真空源。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一次性使用的部分构造成能够通过气密连接附连于所述非一次性使用的部分。

5.根据权利要求1所述的系统，还包括在所述一次性使用的部分和所述非一次性使用的部分上的螺钉-螺纹-螺母机构，所述螺钉-螺纹-螺母机构形成所述气密连接。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述非一次性使用的部分还包括构造成向内和向外移动的活塞；并且

所述真空腔室包括构造成附连于所述活塞和所述真空腔室的密封隔膜，所述密封隔膜设置成在所述活塞移动过程中维持所述真空腔室中的真空。

7.根据权利要求1所述的系统，还包括：

与所述开口进行流体接触的输入管，所述输入管具有输入阀；以及

与所述开口进行流体接触的输出管，所述输出管具有输出阀；其中

所述输入阀构造成当所述活塞向外移动时允许流体进入所述流体腔室；并且

所述输出阀构造成当所述活塞向内移动时允许来自所述流体腔室的流体通过。

8.一种将流体从储器输送到患者侧器械的方法，所述方法包括：

提供具有泵送侧的流体腔室，所述流体腔室具有允许流体进出所述流体腔室的开口；

提供真空腔室，所述真空腔室与所述流体腔室共用所述泵送侧并且还具有密封侧；

提供接触所述泵送侧的活塞；

从所述真空腔室去除至少一部分空气以使所述真空腔室中的压力小于所述流体腔室中的压力；以及

通过在以下之间进行交替来泵送流体通过所述流体腔室：

使所述活塞向外移动以允许流体进入所述流体腔室；以及向内推动所述活塞以从所述流体腔室排出流体。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述去除包括将所述真空腔室中的压力减小到与所述流体腔室与所述储器之间的预期高度差相应的值。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述去除包括在所述真空腔室中形成真空。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述去除包括将所述真空腔室中的压力减小到与所述流体腔室与所述患者侧器械之间的预期高度差相应的值。

12.根据权利要求8所述的方法，还包括：

提供输入阀，所述输入阀构造成当所述活塞向外移动时允许流体从所述储器流至所述流体腔室；以及

提供输出阀，所述输出阀构造成当所述活塞向内移动时允许流体从所述流体腔室流至所述患者侧器械。

13.一种流体输送装置，包括：

流体腔室；

输入阀，以可控制的方式将所述流体腔室联接到输入管；

输出阀，以可控制的方式将所述流体腔室联接到输出管；

泵送隔膜，限定所述流体腔室的至少一部分；

密封隔膜，所述密封隔膜定位成在所述泵送隔膜与所述密封隔膜之间形成真空腔室；以及

活塞，所述活塞定位成抵靠在所述泵送隔膜上并且联接到所述密封隔膜，并且构造成抵靠在所述泵送隔膜上往复移动以缩小或扩大所述流体腔室并由此泵送流体进出所述流体腔室，所述密封隔膜随着所述活塞移动并且维持所述真空腔室中的减小的压力。

14.根据权利要求13所述的流体输送装置，其中，所述输入阀和所述输出阀构造成阻止流体同时流入和流出所述流体腔室。

15.根据权利要求13所述的流体输送装置，其中

所述输入阀构造成当向外拉动所述活塞时允许流体进入所述流体腔室；以及

所述输出阀构造成当向内推动所述活塞时允许流体离开所述流体腔室。

16.根据权利要求13所述的流体输送装置，其中，所述真空腔室还包括：

用于抽出空气以在所述真空腔室中形成真空的可密封的开口。

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