CN105705795A - 监测在医疗应用中使用的叶轮泵的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种监测在医疗应用中使用的叶轮泵的方法，其中，叶轮泵中产生的结构传递噪声被测量且所述测量的结构传递噪声与参考曲线和/或极限值进行比较，输出一信号作为所述叶轮泵的操作发生故障的指示。本发明还涉及一种血液处理装置，在所述血液处理装置中实施前述所述的方法。

Description

监测在医疗应用中使用的叶轮泵的方法
技术领域
本发明涉及一种监测在医疗应用中使用的叶轮泵的方法和装置，特别是涉及检测该叶轮泵的功能故障。在这方面，所述叶轮泵尤其可以布置在体外血液回路中和/或在透析液回路中。
背景技术
众所周知，叶轮泵可为一次性组件或血液软管套件组件，特别为血液盒。该叶轮泵的叶轮通常为磁性支撑，因而所述叶轮只是在无干扰的运行中与输送的血液摩擦接触。该运行也被称为“无接触”。然而，无干扰运行也可能会产生偏差。一磁体以居中的方式支撑在所述叶轮中，例如在注塑成型的过程中通过塑料进行周围注塑。该磁体在位于机器侧的驱动器的磁场中的位置非常准确且可在运行的过程中进行监测。然而，其并不总是必须依据生产公差(productiontolerance)应用于所述叶轮中的所述磁体的注射成型套。
因此，叶轮泵的运行的第一个可能干扰包括旋转的叶轮进行失控运动的事实，例如由于失衡，该事实在最不利的情况下可导致所述叶轮与所述叶轮泵的壳壁碰撞。在这方面，可使在所述叶轮泵的所述叶轮和所述叶轮泵的所述壳壁之间输送的所述血液产生机械损伤的危险，即所谓的溶血。然而，由于所述叶轮与所述壳壁之间的碰撞可导致磨损从而污染透析液，因而在所述透析液回路中的所述叶轮泵的运行中不需要所述叶轮与所述壳壁之间的碰撞。
另一个干扰可包括在叶轮泵中聚集有过多的气泡。由于具有较高密度的媒介也因所述叶轮的旋转沿径向向外移动，因而轻气泡沿径向向内移动并在此集合。因此，所述叶轮泵充当临时的泡沫陷阱。从某个气泡起按照尺寸大小排列，气泡不再能轻易地离开所述叶轮泵。只要聚集了很少的空气，就只能在非常高速的情况下观察到随着血液的流动产生小气泡。叶轮泵连续工作时，随着血液的流动可产生超出容量的聚集空气。为了防止这种情况，必须以特定的时间间隔直接将空气引出所述叶轮泵。为此，希望知道聚集空气的量。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于监测叶轮泵的运行受到干扰的方法和装置。
上述目的通过本发明的独立权利要求1、8、13、15和16实现。从属权利要求包含本发明的优选实施例。
在这方面，本发明包括一种通过分析结构噪声(structure-bornenoise)监测在医疗应用中使用的叶轮泵的方法，其包括以下步骤：
—测量在所述叶轮泵中产生的结构噪声；
—将所述叶轮泵的测量的所述结构噪声与第一参考曲线和/或与第一极限值进行比较；
—当所述叶轮泵的所述测量的结构噪声与所述参考曲线不同和/或超过所述极限值时，判断出所述叶轮泵的运行受到干扰；
—输出一信号作为所述叶轮泵运行受到干扰的特征。
根据本发明的方案，所述叶轮泵中的所述叶轮产生结构声(structure-borne)信号，在所述叶轮与泵头(pumphead)的偶然碰撞的过程中或在产生气泡的过程中评估所述结构声信号。
从属于主权利要求的从属权利要求得到本发明的特殊实施例。
在本发明的可能实施例中，所述叶轮泵中的空气量可采用上述方法检测。
在这方面，当被检测的空气量和/或所述叶轮泵的测量的所述结构噪声与所述参考曲线不同和/或超过所述极限值时，所述叶轮泵进行排气。
为此，在可能的实施例中，聚集的空气通过叶轮泵室的排气口排出。
所述叶轮泵的叶轮与所述叶轮泵的壳体碰撞可被检测为进一步的干扰。
根据本发明，在所述叶轮泵的运行过程中可测量所述结构噪声。特别可能地在所述医疗应用的持续运行过程中监测所述叶轮泵。
在这方面，所述叶轮泵可设置在医疗装置中，特别是透析机中，且特别优选地设置在透析机中进行血液透析或者血液过滤或血液透析过滤或腹膜透析。
所述叶轮泵还可设置在体外血液回路或在所述透析机的透析液回路中。
特别地，在这方面，本发明的方法可用于监测设置在体外血液回路中的第一叶轮泵以进行血液透析、血液过滤或血液透析过滤和/或用于监测设置在透析液回路中的第二叶轮泵以基于所述结构噪声的分析进行血液透析或血液透析过滤或腹膜透析，所述方法包括以下步骤：
—通过控制所述第一叶轮泵使所述体外血液回路运行和/或通过控制所述第二叶轮泵使所述透析液回路运行；
—测量所述第一叶轮泵中产生的结构噪声和/或测量在所述第二叶轮泵中产生的结构噪声；
—将所述第一叶轮泵的测量的所述结构噪声与第一参考曲线和/或第一极限值进行比较；和/或
—将所述第二叶轮泵的测量的所述结构噪声与第二参考曲线和/或第二极限值进行比较；
—当所述第一叶轮泵的测量的所述结构噪声与所述第一参考曲线不同和/或超过所述第一极限值时，判断出所述第一叶轮泵的运行受到干扰；和/或
—当所述第二叶轮泵的测量的所述结构噪声与所述第二参考曲线不同和/或超过所述第二极限值时，判断出所述第二叶轮泵的运行受到干扰；
—输出一信号作为所述第一叶轮泵的运行受到干扰的信号和/或输出一信号作为所述第二叶轮泵的运行受到干扰的信号。
根据本发明，所在叶轮泵中的空气量可采用上述方法检测。
所述叶轮泵的叶轮与所述叶轮泵的壳体的碰撞可被检测为另一干扰。
根据本发明，第一结构噪声传感器设置在所述第一叶轮泵处且第二结构噪声传感器设置在所述第二叶轮泵处以将所述结构噪声转变为电信号。各个所述叶轮泵的驱动单元可，例如，具有结构噪声传感器。每个所述第一结构噪声传感器和/或所述第二结构噪声传感器具有用于将电信号传送到控制和处理单元的信号线。
本发明还包括一医疗装置，其实施本发明的所述方法。在这方面，其特别为血液处理装置。
根据本发明，所述医疗装置，特别是用于血液透析和/或血液过滤和/或血液透析滤过或腹膜透析的血液处理装置，所述血液处理装置具有控制和处理单元，所述控制和处理单元被编程和被配置以实施本发明的所述方法，从而根据结构噪声的分析监测至少一个叶轮泵。为此，所述控制和处理单元通过信号线与至少一个所述叶轮泵的至少一个所述结构噪声传感器连接。再者，所述控制和处理单元可通过信号线与至少一个所述叶轮泵的所述驱动器连接以控制至少一个所述叶轮泵。
如果所述血液处理机为用于体外血液处理的血液处理机，那么所述叶轮泵可例如用于在所述体外血液回路中抽运血液和/或用于在透析液回路中抽运透析液。
如果所述血液处理机为腹膜透析机，所述叶轮泵可用于在透析液回路中抽运透析液。在这方面，所述透析液抽运至患者的腹腔中，在腹腔中，患者的腹膜充当半透膜，通过所述半透膜，从所述血液中移出的物质进入所述透析液。停留一段时间之后，消耗的透析液再次从所述腹腔中抽运出。
与所述叶轮泵的具体使用无关，所述叶轮泵的特性在于可用于捕捉空气。
当所述叶轮泵中的所述空气量增加时，测量的所述结构噪声的幅度增加。测量的所述结构噪声的幅度中的相应特征可存储在所述血液处理装置的所述控制和处理单元中，测量的所述结构噪声的幅度依赖于所述叶轮泵室容积中的所述空气量，因而根据所述结构噪声的所述幅度的当前测量值可计算所述叶轮泵中聚集的空气的量。极限值可固定。当超过极限值时可触发报警信号。适用于下层(underlying)叶轮泵的特征(characteristic)和/或所述极限值与某个血液软管套件和/或透析液软管套件配合。
有利地，所述血液处理装置的所述控制和处理单元具有数据存储器，在该数据存储器中存储有计算机程序。编写所述计算机程序的程序代码以评估该至少一个所述结构噪声传感器的信号。在无干扰运行的情况下，至少一个所述叶轮泵的所述结构噪声的参考曲线可存储在所述数据存储器中，当测量的所述结构噪声与所述参考曲线不同时，判断出所述叶轮泵的运行受到干扰。至少一个所述叶轮泵的所述结构噪声的极限值可存储在所述数据存储器中，当超过该极限值时可判断出所述叶轮泵的运行受到干扰。
在无干扰的运行中，在血液处理开始时可考虑测量的所述结构噪声的所述幅度的特征且可计算极限值，所述测量的结构噪声的所述幅度的特征依赖于所述叶轮泵室容积的所述空气量。然而，还可能将实验确定的数据用作所述特征和/或根据实验结果确定极限值，并在所述控制和处理单元的所述存储器中固定地存储它们。
根据本发明，对在体外血液回路中运行的叶轮泵中的空气的检测可作为保护性测量，以防止空气进入该导出血液流(led-offbloodflow)中。
根据本发明，当叶轮泵直接用作气泡陷阱(bubbletrap)时，所述叶轮泵中的空气的检测可特别地用于监测叶轮泵。暂时聚集的空气然后可以适时地通过排气口从所述叶轮泵室排出，以随着所述血液流优先地及时排出。当所述空气量和/或所述叶轮泵的测量的所述结构噪声与所述参考曲线不同和/或超出所述极限值时，该排气特别地由所述控制和处理单元自动启动。为此，特别地驱动阀门执行器(valveactuator)。
所述检测的空气量还影响所述叶轮泵的抽运率(pumprate)。因此，在平衡被抽运的液体的量的过程中可考虑本发明检测的所述空气量。有利地，在所述控制和处理单元中实现相应的功能。
根据本发明，所述医疗装置，特别是本发明的所述血液处理装置，具有控制和处理单元和叶轮泵的机器侧驱动器。
本发明还包括用于医疗应用的叶轮泵，所述叶轮泵包括叶轮泵室，其中，所述叶轮泵室具有排气口。所述排气口优选地设置在所述叶轮泵室的中央区域。
在这方面，所述叶轮泵具有一中央区域，从所述中央区域向外延伸的叶片抽运所述流体。所述排气口优选地沿轴向设置在所述叶轮泵室的与所述叶轮的所述中央区域邻接的区域中。
在这方面，所述叶轮泵具有一阀门，借助该阀门通过所述排气口可控制所述叶轮泵室的排气。
在可能的实施例中，所述阀门设置在盒子(cassette)的耦合区域(couplingarea)，在所述盒子中集成有所述叶轮泵。
本发明还包括用于医疗应用的叶轮泵，所述叶轮泵包括叶轮泵室，其中，所述叶轮泵具有结构噪声传感器或用于所述结构噪声传感器的耦合点。
优选地，所述叶轮泵的所述叶轮为磁性地支撑，因而所述叶轮只是在无干扰的运行中与输送的流体，特别是血液或透析液，摩擦接触。该运行也被称为“无接触”。磁体优选地设置在所述叶轮的中央和/或在注塑成型的过程中通过塑料注塑成型。
如上所示，特别地，所述叶轮泵用于实施本发明的所述方法或者与本发明的医疗装置一起使用。
所述叶轮泵包括具有叶轮的外壳且优选地为体外血液软管套件或透析液软管套件的部件，其特别地设计为一次性盒子，特别为一次性血液盒或一次性透析液盒，所述体外血液软管套件或所述透析液软管套件被配置为与本发明的医疗装置连接，特别是与血液处理装置连接。
如上所述，本发明还包括具有本发明叶轮泵的一次性盒子。优选地，所述一次性盒子具有用于与本发明的医疗装置，特别是血液处理装置，的耦合区域耦合的耦合区域。在这方面，集成在所述一次性盒子中的所述叶轮泵可特别地与所述叶轮泵的机器侧驱动器耦合。在这方面，所述驱动器优选地设置在所述医疗装置的所述耦合区域中。另外，至少一个阀门执行器可设置在所述耦合区域中。所述一次性盒子的阀门可与其耦合且所述阀门可由其驱动。在这方面，所述阀门特别能够用于对所述叶轮泵室进行排气。
有利地，所述控制和处理单元具有数据存储器，在所述数据存储器中存储有计算机程序。编写所述计算机程序的程序代码，以控制所述叶轮泵并评估和存储相应的结构噪声信号。
在这方面，之前描述的本发明的构思不仅能在血液回路或透析液回路中的叶轮泵中实施，而且可在医疗装置中的任何叶轮泵中实施。然而，其特别优选地在血液回路或透析液回路中的叶轮泵中使用。
附图说明
附图图示了由下面的实施例描述的本发明的进一步特征、细节和优点。图中：
图1图示了被测量的所述结构噪声的幅度的增加依赖于所述叶轮泵的速度；
图2图示了叶轮泵运行时被测量的所述结构噪声；
图3图示了叶轮泵运行时的测量的结构噪声幅度和测量的输送体积流量；和
图4图示了当运行的叶轮泵中输入有增加的空气时所述结构噪声的幅度和所述气泡的分布。
具体实施例
图1图示了叶轮泵的实验结果，由于在叶轮泵的运行过程中，所述叶轮与所述壳体之间的强烈碰撞不同，所述结构噪声的测量幅度的增加依赖于在已选择的速度范围内的所述叶轮泵的速度，在速度为4500r.p.m.(最低下的直线)的无碰撞的运行过程中所述已选择的速度范围与所述结构噪声的幅度构成规范(normedto)。所述下部曲线图示了轻微的碰撞，中间曲线图示了中等碰撞且上部曲线图示了强烈的碰撞。由此可以看出，所述叶轮的轻微碰撞已经可以测量出所述结构噪声的幅度显著增加，从而可以判断受到干扰。因此，该实验确定的数据可在所述血液处理装置的控制和处理单元中的存储器中存储为极限值且将当前测量的所述结构噪声的所述幅度的数据与测量值进行比较，如果超过所述极限值，可以判断由于所述叶轮的碰撞，所述叶轮泵的运行受到干扰。
图2图示了实验结构中的叶轮泵运行时所述结构噪声的所述测量幅度的测量结果，该测量结果依赖于时间，所述叶轮泵中聚集的空气随着时间增加。测试设备可能将一定量的空气注入所述叶轮泵中，以检测随所述血液流或位于所述叶轮泵下游的透析液流排出的气泡。所述叶轮泵的叶轮泵室的容积为3ml。所述叶轮泵的速度为8000r.p.m。被评估的所述测量的结构噪声的频带为15Hz-150Hz。图2图示了采用该泵进行实验的时间范围，在该段时间内，每隔30秒，额外的0.1ml空气被注入所述叶轮泵中。第一间隔(0-30秒)图示了在第一次注入空气时，所述结构噪声的幅度。在90-120秒的时间间隔内聚集有0.3ml的空气，因而测量的所述结构噪声的所述幅度突然地增加。在t＝180秒时，当超出容积时，聚集的空气甚至随着血流或透析液流排出，这可在所述叶轮泵的下游检测到。
测量的所述结构噪声的所述幅度中的相应特征可存储在血液处理装置的所述控制和处理单元中，所述测量的结构噪声的所述幅度取决于所述叶轮泵室容积中的空气量，因而可根据所述结构噪声的所述幅度的当前测量值计算所述叶轮泵中聚集的所述空气量。极限值可被固定。当超过该极限值时可触发报警信号。所述特征和/或所述极限值适用于下部的叶轮泵。
图3图示了当具有容积为3ml的叶轮泵室的叶轮泵以8000r.p.m.的速度运行时的被测量的结构噪声幅度和被测量的输送流量，其取决于重复注入的时间，每30秒的时间间隔内向所述叶轮泵室中注入0.1ml的空气。如图所示，所述体积流量的测量曲线取决于时间。根据本发明，该曲线图示了由于当所述叶轮泵室中的空气量增加时，所述血流或透析液流减少，因而可能监测流过所述叶轮泵的所述血流或透析液流。
在图4中再次详细地图示为了所述叶轮泵室中空气的聚集和识别。在这方面，在图4的上部区域中图示了基于时间t的所述结构噪声信号S。所述结构传送噪声S可特别地为所述信号的所述幅度。优选地，可对所述结构噪声的具体频带进行评估，例如频带为15Hz-150Hz。
在第一个运行段A中，信号1低于极限值2，即不存在干扰。在区域B中，可看到所述叶轮泵室中的空气量增加，其导致信号1增加并超过了极限值2。在区域C中，所述叶轮泵室中的空气量室超过所述叶轮泵室的容积，因而存在干扰，其可通过高信号电平识别。
在图4的下部区域中分别图示了阶段A和阶段C中所述叶轮泵室中的气泡的干扰。在这方面，叶轮泵3再现了气泡分布，其中，所述叶轮3被配置为叶轮叶片，所述叶轮叶片具有中央区域4，从所述中央区域4向外延伸有叶片5。
在这方面，所述空气聚集和识别的过程如下：
在阶段A，通过流体进入所述叶轮泵室的中型气泡6被引入所述叶轮叶片3的所述中央区域4。中央区域4的压力最小。在这方面，离心力向外作用，因而将高密度的颗粒向外甩，从而具有低密度的颗粒向内移动。由于所述气泡的密度比被抽运的流体的密度小，它们可迁移入所述中央区域4中。在这方面，只要聚集的气泡6不超过某一极限值，仅仅可检测到较低的测量信号1。
由于所述中型气泡6因其涉及的原理不再离开所述叶轮叶片，因而它们在阶段B的中部聚集。其它气泡的存在导致气泡的凝聚，从而形成越来越大的气泡。因此，所述测量的信号增加，从而可以检测到在所述叶轮泵中增加的空气量。在极端情况下，在这方面，如上图右侧所示，一个大泡7由单个气泡形成。
从累积的气泡的具体尺寸或中型气泡的数量看，所述叶轮泵室或所述叶轮叶片不能吸收(takeup)任何其他气泡。其图示了在阶段C中。在该状态中，所述泵无可否认地继续传送流体并可选地还继续吸吮(suck)中等尺寸的气泡。然而，它们被促使离开转子，以对抗离心力且在该过程中被划分为非常小的微气泡8。在这方面，所述转子的聚集特征取决于所述速度或所述叶轮叶片的转子直径(即取决于所述离心力)和所述气泡直径。在这方面，只有大幅度地被分割的气泡在恒定的速度下可离开所述叶轮泵。在该阶段为高信号电平。
因此，可通过噪声分析很容易地区分三个阶段A-C。
在这方面，优选地，当所述信号超过极限值2时，所述叶轮泵室立即进行排气。如果检测到状态为阶段C，可进一步触发报警和/或机器可切换为安全状态。
在之前描述的实施例中，已经参考设置在血液处理机器中的所述血液回路或透析液回路中的叶轮泵对本发明进行了解释。然而，以同样的方法，本发明还包括在其他医疗应用中的叶轮泵。

Claims (16)

1.一种通过分析结构噪声监测在医疗应用中使用的叶轮泵的方法，其特征在于，包括以下步骤：
—测量在所述叶轮泵中产生的结构噪声；
—将所述叶轮泵的测量的所述结构噪声与第一参考曲线和/或与第一极限值进行比较；
—当所述叶轮泵的测量的所述结构噪声与所述参考曲线不同和/或超过所述极限值时，判断出所述叶轮泵的运行受到干扰；
—输出一信号作为所述叶轮泵的运行受到干扰的特征。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测所述叶轮泵中的空气量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当被检测的空气量和/或所述叶轮泵的测量的所述结构噪声与所述参考曲线不同和/或超过所述极限值时，所述叶轮泵进行排气，为此，聚集的空气优选地通过所述叶轮泵室的排气口排出。
4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述叶轮泵中检测所述叶轮与所述叶轮泵的壳体的碰撞。
5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述叶轮泵的工作过程中测量所述结构噪声。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述叶轮泵设置在医疗装置中，特别是透析机中，且特别优选地设置在透析机中进行血液透析或者血液过滤或血液透析过滤或腹膜透析，其中，所述叶轮泵优选地设置在体外血液回路中或设置在所述透析机的透析液回路中。
7.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法用于监测设置在体外血液回路中的第一叶轮泵以进行血液透析或血液过滤或血液透析过滤和/或设置在透析液回路中的第二叶轮泵以通过分析结构噪声进行血液透析或血液过滤或血液透析过滤或腹膜透析，所述方法包括以下步骤：
—通过控制所述第一叶轮泵使所述体外血液回路运行和/或通过控制所述第二叶轮泵使所述透析液回路运行；
—测量所述第一叶轮泵中产生的所述结构噪声和/或测量所述第二叶轮泵中产生的所述结构噪声；
—将所述第一叶轮泵的测量的所述结构噪声与第一参考曲线和/或第一极限值进行比较；和/或
—将所述第二叶轮泵的测量的所述结构噪声与第二参考曲线和/或第二极限值进行比较；
—当所述第一叶轮泵的测量的所述结构噪声与所述第一参考曲线不同和/或超过所述第一极限值时，判断出所述第一叶轮泵的运行受到干扰；和/或
—当所述第二叶轮泵的测量的所述结构噪声与所述第二参考曲线不同和/或超过所述第二极限值时，判断出所述第二叶轮泵的运行受到干扰；
—输出一信号作为所述第一叶轮泵的运行受到干扰的特征和/或输出一信号作为所述第二叶轮泵的运行受到干扰的特征。
8.一种医疗装置，特别是一种血液处理装置，其特征在于，包括控制和处理单元，所述控制和处理单元被编程和被配置用于实施权利要求1-7中任一项所述的通过分析结构噪声监测至少一个叶轮泵的方法。
9.根据权利要求8所述的医疗装置，其特征在于，所述控制和处理单元具有数据存储器，所述数据存储器中存储有具有程序代码的计算机程序，通过编写所述程序代码可评估和/或存储测量的所述结构噪声信号。
10.根据权利要求8或9所述的医疗装置，其特征在于，所述血液处理装置具有至少一个用于驱动至少一个所述叶轮泵的驱动单元。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的医疗装置，其特征在于，包括结构噪声传感器，所述结构噪声传感器通过信号线与所述控制和处理单元连接。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的医疗装置，其特征在于，所述医疗装置为透析机，所述透析机被配置用于进行血液透析和/或血液过滤和/或血液透析过滤和/或腹膜透析。
13.一种用于医疗应用的叶轮泵，特别是权利要求8-12中任一项所述的医疗装置，包括叶轮泵室，其特征在于，所述叶轮泵室具有排气口；和/或所述叶轮泵具有结构噪声传感器或用于所述结构噪声传感器的耦合点。
14.根据权利要求13所述的叶轮泵，其特征在于，包括阀门，通过所述阀门经由所述排气口可控制所述叶轮泵室的排气，其中，所述阀门优选地设置在盒子的耦合区域，所述叶轮泵集成在所述盒子中。
15.一种一次性盒子，其包括权利要求13或14中任一项所述的叶轮泵。
16.一种具有程序代码的计算机程序产品，其特征在于，当所述血液处理装置的所述控制和处理单元中的计算机程序在权利要求8-12中任一项所述的医疗装置中运行时，所述程序代码执行权利要求1-7中任一项所述的方法。
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