CN104689421B - 用于注射液体的注射器和用于控制注射器的方法 - Google Patents

用于注射液体的注射器和用于控制注射器的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于注射液体到人或动物的身体中的注射器，具有以流率输送液体的泵、控制泵并设定液体的期望的流率的控制装置和与控制装置联接的、检测泵输送的液体压力的压力测量装置，其中为控制装置预定额定压力。一方面为有效防止在注射系统中超出危险压力，另一方面为通过减少功率或者关闭驱动机构来避免注射过程的不必要的延长，并为提高多个以注射器连续实行的注射过程的流量设置为使得控制装置比较由压力测量装置检测的液体压力和额定压力，并当在时间段上超过额定压力时，对压力测量装置检测的压力的时间上的压力变化曲线关于时间段积分以测定压力积分，并当测定的压力积分超过预定积分极限值时，关闭或者以较低的泵浦功率运行泵。

Description

用于注射液体的注射器和用于控制注射器的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的注射器以及根据权利要求2的前序部分的、用于控制注射器的方法。
背景技术
从US 6,673,033 B1中已知了一种用于在医学的注射方法中的注射液体的注射器系统和用于其控制的方法，其中，该注射器系统具有用于在压力下注射液体的驱动机械装置和用于检测变量的传感器，该变量与液体压力成比例并且包括压力监控机械装置，该压力监控机械装置与传感器和驱动机械装置连接，并且当传感器测量到所检测的变量的、对应于危险压力(pressure hazard limit)的值的时候，中断注射过程。当与液体压力成比例的变量达到与预定的压力极限(power limiting pressure)相对应的值，其中该预定的压力极限位于危险压力之下的时候，为了防止液体压力接近或者超过该危险压力，在压力监控机械装置中进一步设置的是，将驱动器的驱动功率限制在预定的极限值上。在此，要么间接地、例如通过驱动机械装置的电动机的电流，要么直接地通过力传感器或压力传感器检测用于注射液体的压力，其中，优选地通过力传感器或压力传感器直接地检测液体压力，因为这样更精确，并且补偿了注射器系统的可能的公差。将该压力监控机械装置设置为，当所监测的液体压力位于预定的针对功率减少的压力极限(power limiting pressure)之上，或者超过危险压力(pressure hazard limit)的时候，其取消由注射器系统的、应当运行注射器系统的操作人员预定的参数，并且减少或完全停止驱动机械装置的驱动功率。在所监测的液体压力超过预定的功率减少的压力极限(power limiting pressure)时， 通过减少驱动功率的功率能够防止完全到达危险压力(pressure hazard limit)。如果还是到达甚至超过了危险压力，那么就完全停止驱动机械装置的功率输送，用以避免进一步的压力上升和因此的对病人的危害或者对注射器系统的损害。
然而，这种已知的注射器系统和用于其控制的方法已经证明是有缺陷的，因为液体压力的、能够例如出现在启动注射器系统以开始注射过程时的短时间的上升，能够导致不必要的驱动机械装置的驱动功率的功率减少，或者在有非常高的、短时间的压力峰值时甚至能够导致驱动机械装置完全关闭，并且因此能够导致注射过程的中断。这导致了注射时间的延长，在该注射时间内应当将要注射的液体的预定的数量(计量)输送给病人。在中断注射过程时，需要通过操作人员检查系统并且重新开始注射过程，这同样导致了注射过程的持续时间的不期望的延长，并且导致了多个在利用注射系统依次实行注射过程时流量的减少。
发明内容
由此，本发明的目的在于，提供这种类型的注射器和其控制的方法，利用这些，一方面能够有效地防止在注射系统中超过危险压力，另一方面能够通过减少功率或者关闭驱动机械装置来避免注射过程的不必要的延长。在同时已有的安全情况下，即在注射系统中要注射的液体的压力不能超过预定的极限值的情况下，应当利用注射器和其控制的方法提高多个利用注射器连续实行的注射过程的效率和流量。
利用具有权利要求1的特征的注射器和具有权利要求2的特征的方法来实现该目的。该注射器和该方法的优选的实施例能够从附属权利要求中获知。
在根据本发明的注射器中，提供了这种用于通过泵将要注射的液体以预定的流率或流速输送到人类或者动物的身体中的驱动机械装置。为了设 定能够由注射器的操作人员预定的所期望的流率(每单位时间要注射的液体的体积)或者流速(注射系统、特别是注射软管中的要注射的液体的速度)，由控制装置来控制该泵。用于检测由泵输送的液体的压力的压力测量装置与控制装置联接。注射器的操作人员为控制设备预定注射系统中的要注射的液体的额定压力，并且压力测量装置在注射系统中的预定位置检测液体的实际上的压力(实际压力)，其中，能够要么直接地、例如通过力传感器或压力传感器，要么间接地通过检测与注射系统中的液体的压力成比例的参量的测量值来实现液体压力的检测。
把以这种方式检测到的液体的压力(实际压力)在控制装置中与预定的额定压力进行比较。如果在一定的时间段内检测到的液体的压力(实际压力)超过了预定的额定压力，那么对由压力测量装置检测的压力(实际压力)的时间上的压力变化曲线关于这个时间段进行积分，并且(仅)当该如此确定的压力积分超过预定的积分极限值的时候，才关闭泵。因此，如果或者只要所检测的液体压力位于额定压力之上，那么对由压力测量装置(直接地或者间接地)检测的液体的压力(实际压力)关于时间积分。通过对所检测的液体的压力(实际压力)的时间上的压力变化曲线关于这个所检测的压力位于额定压力之上的时间段的积分，抑制可能出现的压力峰值。只有当由控制装置计算出的压力积分超过预定的积分极限值的时候，才关闭泵。只有经常性地当所检测的液体的压力(实际压力)在较长的时间段内处于预定的额定压力之上的时候，才会有关闭泵的这种情况，这也是为何有可能短时间地出现的压力峰值要被抑制并且不会导致泵的关闭，该有可能短时间地出现的压力峰值通常对病人来说是没有危险的。以这种方式能够避免泵的不必要的关闭或者驱动机械装置的功率降低，这种功率降低会导致注射过程的不必要的延长。
符合目的地计算和设定预定的积分极限值，以使得注射系统中的液体的实际上的压力不能达到或超过可能的危险压力值。因此，能够放弃对注射系统中的液体的压力预定与危险压力极限值相对应的上极限值。然而出 于安全原因，能够附加地预定这种上极限值，并且能够将泵的控制设定为，每当由压力测量装置检测的液体的压力(实际压力)达到或者甚至超过了与危险压力相对应的上极限值的时候，就关闭泵。
为了确定压力积分，对由压力测量装置检测的压力(实际压力)和额定压力之间的压力差关于时间段进行有效地积分，在该时间段中所测量的压力(实际压力)位于额定压力之上。
在根据本发明的注射器或者根据本发明的控制方法的一种优选的实施例中，将控制装置设置为，其把由压力测量装置检测的液体的压力(实际压力)与额定压力进行比较，并且在超过额定压力时减少泵的功率，直到液体的实际上的压力(实际压力)再次与额定压力相对应。以这种方式能够防止注射系统中的液体的实际上的压力在较长的时间段内位于额定值之上，这能够取决于预定的积分极限值地导致泵的关闭。
附图说明
从下面的对照附图详细说明的实施例中得出本发明的这些和另外的优点和特征。在此：
图1示出根据本发明的注射器的构件的示意图；
图2示出根据本发明的注射器的具体实施例的主视图；
图3示在出图2的注射器中应用的、具有注射软管和压力测量装置的软管系统；
图4a和图4b分别示出在执行用于控制图2的注射器的、根据本发明的方法时，具有在图3的注射软管中所输送的液体的压力和流率(flow)的时间上的变化曲线的图表。
具体实施方式
图1在框图中示意性地示出了根据本发明的注射器的构件。注射器1能够例如用于将液体、特别是用于X光成像或者核磁共振成像检查的液态的造影剂注射到人类或者动物的身体中。在此，通常在静脉内实现注射要注射的液体。在液体容器2中储存要注射的液体。注射软管3与液体容器2连接。注射软管3与泵7联接。经由泵7将储存在液体容器2中的液体输送通过注射软管3。泵7优选地为软管泵，在其中嵌入注射软管3，从而该软管泵能够将液体从液体容器2中输送通过注射软管3。由此也能确保的是，泵不会与要传输的液体接触，这保证了注射过程的无菌性。
在泵7的下游是布置在注射软管3中或布置在注射软管3处的压力测量装置8。利用该压力测量装置8能够检测在注射软管中流动的液体的压力。压力测量装置8经由数据连接10与控制装置9连接。控制装置9经由另外的数据连接11与泵7联接，用以控制泵7。在此，电动机有效地驱动泵7，并且经由控制装置9电动地驱控该泵。数据线路10，11能够是有线的数据连接，也能是无线的数据连接。
控制装置9适当地具有在此未示出的输入装置，注射器1的操作人员能够利用该输入装置输入所期望的参数(额定参数)，用以控制利用注射器1执行的注射过程。操作人员能够经由输入装置输入例如额定压力以及通过注射软管3的液体的所期望的流率(SollFlow)。在此，流率(flow-rate)理解为液体的体积，即每单位时间流到注射软管3的预定位置(例如末端)的体积。作为流率(每单位时间的体积)的替换，也能够预定流速(液体的流动速度)又或者流动密度。将由操作人员经由输入设备输入的液体的压力和流率的额定值存储在控制设备9的存储器中，从而作为控制装置9的构件的数据处理装置能够访问在存储器中存储的额定值(额定压力和Soll Flow)。
为了保证要注射的液体的正确的剂量，优选地由控制装置9控制泵7，从而将液体以恒定的流率在预定的注射时间段内又或者以脉冲的液体丸的方式由泵7输送通过注射软管3。在此取决于泵7和所应用的注射软管3的特性和参数地，也能够在注射持续期间内的各种时间点，在注射软管中形成由泵7输送通过注射软管3的液体的不同的压力值。为了避免超压，控制装置9根据本发明的方法控制与其联接的泵7，在后面单独地解释该方法。
图2示出了根据本发明的注射器的优选的实施例的主视图。注射器1包括液体容器2、与液体容器2连接的注射软管3、设计成软管泵(蠕动泵)的泵7以及布置在泵7的下游的注射软管3上的用于检测注射软管3中的液体压力的压力测量装置8。液体容器2在图2示出的实施例中由3个不同的储存容器组成，其分别通过截止阀或者能中断的连接软管4，并且经由分支部件5与注射软管3连接。在液体容器2的储存容器中储存要注射的液体。在此，其能够例如是各种造影剂液体以及清洗溶液(例如NaCl溶液)。在此，连接软管4中的截止阀与控制设备9有效地联接，并且能够由控制装置9打开或者关闭，以使得注射器1的操作人员能够经由控制装置选择，应当输送在液体容器2的各个储存容器中储存的哪种液体通过注射软管3。注射软管3的自由端能够是标准化的软管接头(例如Luer接头)，经由其能够把病人软管与注射软管3连接，在该端部设置注射套管，其能够应用于病人的静脉内。然后，泵7将要注射的液体输送经过注射软管3并且到紧挨着连接的病人软管中，并且以这种方式为病人做静脉注射。
设计成软管泵的泵7具有在图2示出的实施例中的三个挤压滚轮6和相应的支座。将注射软管3嵌入进软管泵7中，以使得挤压滚轮6对着支座挤注射软管3，并且由此将在软管的滚轮下的软管中的液体在输送方向上以预定的流率(flow rate)输送。
图3详细地示出了由图2示出的在注射器1中的软管系统，其具有注射软管3和连接软管4，该连接软管经由分支部件5与注射软管3的一端连接。连接软管4的自由端分别与液体容器2的储存容器连接，并且注射软管3-如上所示-被导入到软管泵中。如图3进一步示出的，在泵7的下游将压力测量装置8布置在注射软管3上。压力测量装置8能够是具有压力腔和与压力传感器联接的膜的压力测量器。在此，通过打开注射软管3的管壁使压力腔与注射软管3的内部连接，从而将在注射软管3中流动的液体的压力传输到压力腔中，并且从那里传输到膜上。经由膜和压力传感器的联接，这种压力包括了存在于注射软管3的内部的压力，其由流经的液体所引起。由压力测量装置8检测的液体压力(实际压力)经由图1所示的数据连接10传输到控制装置9，并且在那里在数据处理装置中被评估。
包含在控制装置9中的数据处理装置比较了由压力测量装置检测的压力(实际压力p)，并且将其与预定的额定压力比较，该额定压力存储在控制装置9的数据存储器中。一旦由压力测量装置检测的压力(实际压力)超过了预定的额定压力，那么数据处理装置就对实际压力(即由压力测量装置检测的压力p)的时间上的压力变化曲线关于时间段Δt＝t2-t1积分，其中实际压力位于额定压力之上。以这种方式所确定的压力积分I(t)＝∫p(t)dt在实际值大于额定值的时间段Δt内不断地与预定的积分极限值Imax比较。当所确定的压力积分I超过了预定的并且存储在控制装置9的数据存储器中的积分极限值Imax(即I(t)>Imax)的时候，关闭或者至少以较小的功率运行泵7，直到由压力测量装置检测的压力(实际压力p)再次与所述额定压力(psoll)相对应。
在控制注射器时产生的时间上的压力变化曲线和流率变化曲线由图4示出，其中，图4a示出了时间上的压力变化曲线(p(t))，并且图4b示出了所对应的流率(flow rate)的时间上的变化曲线。在注射过程开始(t＝0)时，接通泵7并且从液体容器2中将要注射的液体输送通过注射 软管3.在此，注射软管中的液体的压力快速地上升，直到达到所期望的流率(Flow rate)的值。在此，其时间上的变化曲线在图4b中示出的实际上的流率接近-通常在瞬时峰值之后-预定的额定流率(Soll Flow)。控制装置9有效地控制泵7的功率，以使得实际上的流率与预定的预定的额定流率(Soll Flow)相对应。如果-例如由于泵7的故障或者注射软管3的阻塞-会得出液体堆积，其会导致注射软管中的实际上的液体压力的不期望的上升，那么根据本发明的方法减少或者完全关闭泵7的功率，用以避免注射软管3中的液体压力的继续上升并且特别是避免注射软管中的危险压力，该危险压力能够导致注射器的损坏或者导致病人的组织的破坏。在图4a和4b的液体压力和流率的时间上的变化曲线中，在时间点t1和t2之间的时间段Δt中示出了这种情况。在时间点t1，由压力测量装置8检测的压力(实际压力p)超过了预定的并且存储在控制设备9的数据存储器中的额定压力。一旦额定压力被超过，那么数据处理设备就因此开始的是，只要实际压力位于额定压力之上，就对实际压力p(t)的时间上的变化曲线进行积分。在此，通过对实际压力在时间上的积分所确定的压力积分I(t)的值对应于实际压力p(t)的时间上的变化曲线的压力曲线下面的面积。有效地，-如图4a所示-对实际压力p(t)和预定的额定压力之间的差值进行积分，以使得在时间段Δt内，所确定的压力积分I(t)与在额定压力线和实际压力p(t)的压力线之间的面积相对应，其中实际压力p(t)位于预定的额定压力之上。一旦所确定的压力积分I的值超过了预定的并且存储在数据存储器中的积分极限值Imax，那么控制装置9就要么完全关闭、要么仅以较少的泵浦功率运行泵7。由此，避免了实际压力的继续升高，并且实际压力的时间上的变化曲线首先降到额定压力之下的某个值，并且-在完全关闭泵7时-在接下来的时间上的变化曲线中减小到0。一旦要么完全关闭、要么以减少了的泵浦功率运行泵7，那么实际上的流率也在下降，这由在图4b中的时间点t2之上的区域示出。在完全关闭泵7时，流量完全停止并且减少到0-如图4b所示-。
通过由控制装置9控制泵7能够避免的是，实际压力p(t)在较长时间段内位于预定的额定压力之上。在此，有效地选择预定的额定压力，以使得其足够远地位于可能的危险压力之下，在该危险压力时存在对注射器1或者其元件的损害或者对病人的受伤风险。当预定的额定压力足够远地位于这种危险压力之下的时候，能够利用根据本发明的控制方法充足保障安全的是，存在于注射软管3中的压力达不到危险压力，因为在之前就关闭或者至少以较小的功率运行泵7。虽然对危险压力进行预定和调整能够附加地保护泵浦运行，但是在根据本发明的控制方法中不再是强制必须的。特别地，能够通过根据本发明的控制方法避免的是，在仅短时间地出现压力峰值时关闭泵或者减小泵的功率，这在避免危险压力方面不是必需的，并且因此只会导致注射过程的不必要的延迟。以这种方式能够利用根据本发明的控制方法提高注射器的流量。
本发明不局限于所公开的实例。因此，例如能够实现的是，以其他的方式、例如间接地经由泵7的电机检测注射软管3中的液体的压力。根据本发明的注射器和根据本发明的控制方法的其他的变体可以由专业人员通过专业知识和手段推导出，并且这落在权利要求的保护范围内。

Claims (19)

1.一种用于注射液体到人或动物的身体中的注射器，包括：
具有用于以额定流率输送所述液体的泵(7)；
用于控制所述泵(7)并且设定所述额定流率的控制装置(9)；以及
与所述控制装置联接的、用于检测由所述泵输送的所述液体的压力的压力测量装置(8)；
其中，为所述控制装置(9)配置用于
控制所述泵(7)用于以预定的额定流率输送液体；
比较由所述压力测量装置(8)检测的液体的压力(p)和预定的额定压力(psoll)；
确定由所述压力测量装置(8)检测的液体的压力(p)是否在时间段上超过所述额定压力，并且当超过所述额定压力时，对由所述压力测量装置(8)检测的压力(p)的时间上的压力变化曲线(p(t))关于所述时间段(Δt)进行积分，以用于测定压力积分(I)；
比较所确定的压力积分和预定的积分极限值(Imax)；并且
如果所确定的压力积分(I)超过所述预定的积分极限值(Imax)，关闭所述泵(7)或者以较低的泵浦功率运行所述泵，直到所述液体的压力(p)再次与所述额定压力一致。
2.一种用于将液体注射到人或动物的身体中的注射系统，所述注射系统包括根据权利要求1所述的注射器，
其中，所述控制装置
控制所述泵(7)用于以预定的额定流率输送液体；
比较由所述压力测量装置(8)检测的液体的压力(p)和预定的所述额定压力(psoll)；
确定由所述压力测量装置(8)检测的液体的压力(p)是否在时间段上超过所述额定压力，并且当超过所述额定压力时，对由所述压力测量装置(8)检测的压力(p)的时间上的压力变化曲线(p(t))关于所述时间段(Δt)进行积分，以用于测定压力积分(I)；
比较所确定的压力积分和预定的积分极限值(Imax)；并且
如果所确定的压力积分(I)超过所述预定的积分极限值(Imax)，关闭所述泵(7)或者以较低的泵浦功率运行所述泵，直到所述液体的压力(p)再次与所述额定压力一致。
3.根据权利要求1或2所述的注射器或注射系统，其特征在于，所述控制装置(9)对由所述压力测量装置检测的压力(p)和所述额定压力(psoll)之间的压力差(Δp＝p-psoll)关于所述时间段(Δt)进行积分以用于测定压力积分(I)。
4.根据权利要求1或2所述的注射器或注射系统，其特征在于，所述控制装置(9)通过调节所述泵浦功率使由所述泵(7)输送的所述液体的流率调整到所述预定的额定流率。
5.根据权利要求4所述的注射器或注射系统，其特征在于，所述泵(7)是由电动机驱动的泵，并且所述控制装置(9)调节所述电动机的电机转速，以便设定所述泵浦功率，由此进而使由所述泵(7)输送的所述液体的流率调整到所述预定的额定流率。
6.根据权利要求5所述的注射器或注射系统，其特征在于，所述泵是软管泵。
7.根据权利要求5所述的注射器或注射系统，其中，所述液体的流率直接地与所述泵浦功率成比例。
8.根据权利要求7所述的注射器或注射系统，其中，所述液体的流率直接地与所述电动机的所述电机转速成比例。
9.根据权利要求1或2所述的注射器或注射系统，其特征在于，所述液体的流率能在所述控制装置处设定到所期望的流率额定值，并且所述控制装置(9)调节所述泵(7)的所述泵浦功率，使得在所设定的所述流率额定值上控制并且调节由所述泵(7)输送的所述液体的实际的所述流率。
10.根据权利要求8所述的注射器或注射系统，其特征在于，所述液体的流率能在所述控制装置处设定到所期望的流率额定值，并且所述控制装置(9)调节所述泵(7)的所述泵浦功率，使得在所设定的所述流率额定值上控制并且调节由所述泵(7)输送的所述液体的实际的所述流率。
11.根据权利要求1或2所述的注射器或注射系统，其中，所述泵(7)使所述液体通过与液体容器(2)处于连接状态的注射软管输送。
12.根据权利要求10所述的注射器或注射系统，其中，所述泵(7)使所述液体通过与液体容器(2)处于连接状态的注射软管输送。
13.根据权利要求1或2所述的注射器或注射系统，其特征在于，由所述压力测量装置(8)检测的压力(p)与在远离所述泵(7)的位置的所述液体的压力一致。
14.根据权利要求12所述的注射器或注射系统，其特征在于，由所述压力测量装置(8)检测的压力(p)与在远离所述泵(7)的位置的所述液体的压力一致。
15.根据权利要求13所述的注射器或注射系统，其特征在于，由所述压力测量装置(8)检测的压力(p)与在所述泵(7)的下游的所述液体的压力一致。
16.根据权利要求1或2所述的注射器或注射系统，其中，所述压力测量装置能直接地或者间接地检测所述液体的压力(p)。
17.根据权利要求15所述的注射器或注射系统，其中，所述压力测量装置能直接地或者间接地检测所述液体的压力(p)。
18.根据权利要求1或2所述的注射器或注射系统，其特征在于，所述控制装置(9)比较由所述压力测量装置(8)检测的所述液体的压力(p)和所述额定压力(psoll)，并且在超过额定压力时减少泵浦功率，直到所述液体的压力(p)再次与所述额定压力(psoll)一致。
19.根据权利要求17所述的注射器或注射系统，其特征在于，所述控制装置(9)比较由所述压力测量装置(8)检测的所述液体的压力(p)和所述额定压力(psoll)，并且在超过额定压力时减少泵浦功率，直到所述液体的压力(p)再次与所述额定压力(psoll)一致。
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