CN103443610A

CN103443610A - 用于确定通过泵送设备泵送的流体中的气体的方法和装置

Info

Publication number: CN103443610A
Application number: CN2012800151848A
Authority: CN
Inventors: 弗兰克·赫德曼; 托斯顿·霍仕雷恩
Original assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Current assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: WO2012163497A3; DE102011105824B3; EP2715134A2; JP2014516697A; WO2012163497A2; CN103443610B; US20120302945A1; JP6195825B2

Abstract

本发明涉及一种用于确定流体中的气体的方法，其中，气体和液体的混合物通过泵而被供给，且通过该泵也经受体积变化和压力变化，代表体积变化和压力变化的所述泵的操作参数被检测，考虑到系统压缩率，由所述泵的操作参数确定气体组分，其中，通过一系列下列步骤确定充满气体的泵送设备中的系统压缩率：通过压力传感器设定起始压力，记录泵的位置和压力传感器的值，移动至第二压力水平，记录在该第二位置上泵的位置和压力传感器的值，根据这对值确定弹簧常数，然后把如此确定的弹簧常数等同于系统压缩率。本发明还涉及一种用于实施用于确定被泵送的流体中的气体的方法的装置，并且涉及一种包括相应装置的透析机。

Description

用于确定通过泵送设备泵送的流体中的气体的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定通过泵送设备泵送的流体中的气体的方法和装置。

背景技术

当供给、平衡和定量医用流体时，检测所输送的流体中的气体含量是重要的。尤其在腹膜透析、血液透析、血液过滤和相关方法的领域中，所输送的流体中的空气体积比的确定是不可避免的，以便获得流体的精确剂量。例如，在透析领域中，所用的透析流体由大量的物质组成，该物质的类型和数量必须适合于满足充分且单独调节的患者的治疗要求。透析仪的基本任务包括提供精确的预定剂量率，和出于平衡目的供给量的定量检测。

为了获得精确的剂量，EP0941404B2已提出了一种用于供给、平衡和定量流体，尤其是医用流体（如，血液或透析流体）的泵送设备。提出了一种活塞式隔膜泵，尤其是，在该活塞式隔膜泵中，泵的泵室压力和冲程容积被确定作为操作参数。这两个参数可被间接地确定。为此，对应于泵室压力的活塞式隔膜泵的驱动压力可以被测量，且限定冲程容积的路径或泵的机械供给装置的位置的变化可以被检测。

从DE19919572A1中，已知了一种用于计算例如通过前面提及的泵而输送的流体（如，血液或透析流体）中的气体含量的方法和装置。在这个文件中，提出了可以完全省去特别为气体含量的确定而提供的测量部件，其中，直接使用例如被利用在透析中的泵送、平衡和定量设备。对应于DE19919572A1，因此，含有相应气体的流体通过泵供给，且经受体积和压力上的变化。检测代表体积和压力的变化的泵的操作参数，然后，由泵的操作参数确定气体含量。

对应于DE19919572A1，由于液体/气体（fluid/gas）混合物被压缩或解压至预定的压力值（即，被带到预定的超压或负压下），优选获得该混合物的压力的变化。在第一步骤中，检测混合物的起始压力，在第二步骤中，产生通过关闭泵室的入口和出口而封闭的体积量，在第三步骤中，对所封闭的体积量施加不同于起始压力的终止压力。

在这种情况下，检测封闭的混合物量的终止压力和出现的体积的变化。用于确定气体含量的基本原理为波义耳定律，根据该定律，当气体被压缩至较小的体积时，在恒温下，气体的压力增加。由于液体现在几乎是不可压缩的，故在压缩后的液体/气体混合物的体积的变化必须是以包含在混合物中的气体的压缩为基础。

然而，为了能够应用前面提及的原理，必须考虑整个泵系统的系统压缩率，否则，因为在接近相应的压力水平的情况下，从相应的系统参数中反算的气体含量可能被歪曲。例如，当使用液压驱动的活塞式隔膜泵时，这种系统压缩起因于气垫的弹簧性能和封闭在液压系统中且穿过液压软管的气体。

发明内容

本发明的目的是改进一种用于确定通过泵送设备泵送的流体中的气体的通用方法或相应装置，以达到还可以正确地考虑整个泵送设备的系统压缩率的效果，以便能够精确地定量确定待供给的流体中的气体含量。

根据本发明，在通用方法中，通过结合权利要求1的特征，实现了该目的。在用于确定流体中的气体的通用方法中，其中，气体和液体两者的混合物通过泵而被供给，且经受体积和压力的变化，代表体积和压力的变化的泵的操作参数被检测，考虑到系统压缩率，由泵的操作参数确定气体含量，其中，通过下列步骤确定根据本发明的充满气体的泵送设备的系统压缩率：

-通过压力传感器调整起始压力，

-记录泵的位置和压力传感器的值，

-接近第二压力水平，

-记录在该第二位置上泵的位置和压力传感器的值，

-根据值对确定弹簧常数，然后把由此确定的弹簧常数等同于系统压缩率。

目前，优选在其升级阶段，在机器中确定的系统压缩率可用于确定被供给的流体中的空气含量，这从DE19919572A1中本身是已知的。该过程提供了精确地确定流体中的可能的空气量的优势，其中，此时，不是现有技术中的阈值，而是绝对值可被确定。因此，当平衡待供给的流体时，通过空气量的绝对值可实现补偿。

在腹膜透析期间，在这种方法的使用中，获得了用于透析的袋流体的废弃体积减少的特别优点。

从紧接着独立权利要求的从属权利要求中，可以得到本发明的特别有利的方面。

于是，隔膜泵，尤其是活塞式隔膜泵可被用作为泵。

在这种泵中，泵室压力和冲程容积有利地被确定作为操作参数。

根据本发明的有利的方面，活塞式隔膜泵的活塞可气动驱动。

根据本发明的另一个有利的方面，活塞式隔膜泵的活塞可液压驱动。

当采用液压驱动时，由于在液压系统中泵的移动和渗漏，空气可能被累积在液压流体中，借以，整个系统的系统压缩率被破坏。为了降低系统压缩率，因此，定期地从液压流体中除去空气。根据本发明确定的系统压缩率的结果有利地允许确定排气操作的质量。因此，可优化排气操作的强度和持续时间。

根据本发明的另一个方面，在达到液压流体中的气体的极限值时，气体就可通过排气阀从活塞式隔膜泵中排出。

根据本发明的另一个方面，提出了一种用于实施上述方法的装置，其中，包含用于检测泵的操作参数的检测装置，和与所述检测装置连接的评估单元。这种评估单元起到评估操作参数和基于操作参数确定流体中的气体含量的作用。

在上述装置中，泵优选为隔膜泵，尤其是活塞式隔膜泵。

此外，泵包括活塞/汽缸单元、由隔膜限定的泵室，和被连接在活塞/汽缸单元和泵室之间的气动回路或液压回路。

优选地，泵室被隔膜划分成第一室和第二室，该第一室与气动回路或液压回路流体连接，通过该第二室供给混合物。

此外，装置包括校正单元，该校正单元把分别确定的混合物的气体含量加起来，并通过总的供给体积确定气体含量，以确定纯液体供给率。这样，可以以特别有利的方式改进透析治疗，例如腹膜透析治疗。

最后，本发明包括一种透析机，优选一种腹膜透析机，该腹膜透析机包括用于实施上述用于确定通过泵送设备泵送的流体中的气体的方法的装置。

附图说明

参照在附图中阐明的实施方式，将详细地说明本发明的其它特征、细节和优点。

唯一的附图示出根据本发明的装置的纯示意性图示，其中，可以使用根据本发明的方法。

具体实施方式

如在根据附图的示意图中描述的，泵设备设计成活塞式隔膜泵10，该活塞式隔膜泵10包括活塞/汽缸单元12、泵室14、和连接活塞/汽缸单元12和泵室14的液压回路16。

以未在此详细示出的方式，活塞/汽缸单元12通过泵驱动器来驱动，该泵驱动器作用于活塞/汽缸单元12的活塞18，且使活塞18在汽缸20中移动。活塞18在汽缸20中走过的距离通过与活塞/汽缸单元12相关联的未示出的长度传感器来检测和测量。

活塞/汽缸单元12的压力侧直接地与液压回路16流体连接，该液压回路16充当用于将活塞18的调整运动传递给泵室14的装置。泵室14包括第一机侧室22，第一机侧室与液压回路16流体连接从而与活塞/汽缸单元12的压力侧连接。第一机侧室22由隔膜24限定，且该隔膜24通过在第一机侧室22中的液压体积的相应变化，以凸的方式弹性地凸起至外部，或以凹的方式朝着第一机侧室22的内部弹性地拉入。

此外，泵室14还包括作为用于待供给的医用流体（即，例如透析溶液36）的实际的体积可变的泵室的第二室26。第二室26形成为可通过相应的紧固装置而被放置在第一机侧室22上的头构件。一次性第二室26具有弹性壁，尤其是隔膜（这里未示出），通过该隔膜，一次性第二室26被放置在第一机侧室22中的隔膜24上，使得两个隔膜中的一个直接位于另一个的顶部。在形成为一次性用品的第二室26上，在与第二室连接的供给管线中提供截止阀28，通过该截止阀28，透析溶液36首先被吸入到第二室26中，然后，基于通过相应地切换截止阀28加压可以通过另一个未示出的供给管线排出。

通过相应地致动活塞/汽缸单元12来实现流体供给所需要的第二室26的体积的变化。通过驱使活塞18，液压回路16的液压流体被压入到第一机侧室22中或从第一机侧室22中吸出。结果是，隔膜24被致动，隔膜24的运动被传递至第二室26，然后改变第二室26的体积。所阐明的活塞式隔膜泵10的极大优点是，相应的流体可以非常准确的量供给，且所供给的总量可被非常精确地平衡。

然而，在此类活塞式隔膜泵中，由于在液压系统中泵的移动和渗漏，空气可能被累积在液压回路16的液压流体中。在图中，由附图标记34指代液压回路中的相应的气垫。另一方面，空气也可能被累积在透析溶液中，在图中，由附图标记32示意性地指代空气。由于两个气垫34和累积在透析溶液中的空气32，获得了系统的压缩。液压软管也为系统的压缩提供了进一步的作用。

因此，在最终的分析中被测量的以确定溶液36中的气体含量的溶液36的压缩率由系统的压缩和溶液中的空气32一起构成。

为了检测泵中的气体含量，如在DE19919572A1中描述的，在泵送作业期间，在每个冲程上，测量阶段是互连的。例如，在大气压下，透析流体首先从透析液袋中被吸入到含有空气体积的第二室26中。在装置的第一条件下，测量起始压力，例如，该起始压力由透析液袋的液柱来指示。于是，截止阀28被关闭，借以产生封闭在第二室26中的流体体积。通过关闭的截止阀28，活塞/汽缸单元12被致动，从而以终止压力给第二室26中的封闭的流体体积加压。这个过程大约花0.5秒。由于压力的增加，在第二室26中被封闭的流体从起始体积被压缩至对应于流体的气体含量的终止体积。在这种压缩的条件下，在液压回路中，对应于终止压力的压力通过压力传感器30再一次被检测。同样地，在压缩期间发生的活塞18的位移通过在图中未示出的长度传感器来检测。通过已知的活塞面积，可以确定每次在压缩期间发生的体积差。通过确定透析流体的压力，可忽略隔膜24的张力，这是因为在测量的时候，隔膜优选处于放松的位置。

通过这些方法步骤所获得的值，未示出的集中控制设备计算在透析流体中的气体量（即，在大气压下的实际气体体积）。

为此，控制单元利用波义耳定律，在等温状态变化下（即，忽略温度的变化），可知如下：

p x V=常数

因此，分别由起始压力和终止压力，可以计算在大气压下的实际气体体积。在DE19919572A1的说明书中可以了解更多的细节。

对于气体体积的定量计算，必须考虑上面引入的系统压缩。本发明首次提供了一方面透析流体的性能和另一方面系统性能之间的区分。为了检测系统压缩，在充满气体的泵送设备的升级阶段中，进行以下顺序步骤：

-通过压力传感器调整起始压力，

-记录泵的位置和压力传感器的值，

-接近第二压力水平，

-记录在该第二位置上泵的位置和压力传感器的值，

-根据值对确定弹簧常数，然后把由此确定的弹簧常数等同于系统压缩系数。

如前所述，对于其空气含量，必须评估每个泵冲程。这是通过上述用于气体检测（即，用于检测透析溶液36的气体含量）的方法实现的，这提供了溶液压缩率作为结果。此时，可以通过所计算的系统压缩率值补偿该溶液压缩率，使得可以提高空气检测的评估质量。

因此，此时，可以精确地确定透析流体的可能的空气量。在此，量的绝对值被测量，且没有更多的阈值。因此，当平衡透析流体时，可实现关于空气量的绝对值的补偿。袋流体的废弃体积从而减少。

此外，可以确定系统压缩率随着时间的变化。例如，当使用液压回路16时，可监控液压系统中的空气体积的变化，由于在液压系统中的泵的移动和渗漏，该变化可能累积。在液压系统中的一定的空气含量的累积期间，通过液压回路的排气阀（图中未详细示出）可实现排气，其中，通过监控系统压缩率，可优化排气操作的强度和持续时间。

因此，由于通过系统压缩率进行补偿，通过如在此描述的方法和相应的装置，首先可取得较高的平衡精确度。而且，可降低对泵硬件和液压系统的要求，这是因为这些性能可在技术上得以补偿。

此外，可系统地检测和评估排气质量和排气的必要性，关于使得机器做好运行准备，这导致了时间的节约。最后，在治疗过程期间，液压系统的渗漏周期性被检测。在升级期间，盒式冲洗操作的质量确定也是可以的，此外，该质量确定优化了透析液的废弃。

Claims

1.一种用于确定流体中的气体的方法，其中，气体和液体的混合物通过泵而被供给，且经受体积和压力的变化，代表体积和压力的变化的所述泵的操作参数被检测，并且，考虑到系统压缩率，由泵的操作参数确定气体含量，

其特征在于，

通过下列步骤确定充满气体的泵送设备中的所述系统压缩率：

-通过压力传感器调整起始压力，

-记录所述泵的位置和所述压力传感器的值，

-接近第二压力水平，

-记录在第二压力水平位置上的所述泵的位置和压力传感器的值，

-根据值对确定弹簧常数，并把由此确定的弹簧常数等同于所述系统压缩率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用隔膜泵，尤其是活塞式隔膜泵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，作为操作参数的泵室压力和冲程容积被确定。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述活塞式隔膜泵的活塞被气动驱动。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述活塞式隔膜泵的活塞被液压驱动。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，驱动所述活塞式隔膜泵的液压流体的气体含量被确定。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在达到极限值时，气体就通过排气阀从所述活塞式隔膜泵中排出。

8.一种用于实施上述用于确定泵中流体中的气体的方法中的一种的装置，所述泵用于供给和改变气体和液体的混合物的体积和压力，所述装置包括用于检测所述泵的操作参数的检测装置；与所述检测装置连接的评估单元，所述评估单元用于评估所述操作参数和由所述操作参数确定所述流体中的气体含量。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述泵为隔膜泵，尤其是活塞式隔膜泵。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述泵包括活塞/汽缸单元、由隔膜限定的泵室，和连接在所述活塞/汽缸单元和所述泵室之间的气动回路或液压回路，其中，优选地，所述泵室被所述隔膜划分成第一室和第二室，所述第一室与所述气动回路或所述液压回路流体连接，所述混合物被供给通过所述第二室。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，提供校正单元，所述校正单元把分别确定的所述混合物的气体含量加起来，并通过总的供给体积确定所述气体含量，以确定纯液体供给率。

12.一种透析机，优选一种腹膜透析机，包括根据用于实施根据权利要求1至8中的任一项所述的方法的上述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，确定在每个泵冲程下泵送的流体中的气体含量。