CN106659846A - 用于药剂注射器泵中的过载保护的方法和装置 - Google Patents

用于药剂注射器泵中的过载保护的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于药剂注射器泵力传感器的过载保护方法和装置。圆顶开关用于药剂泵的力传感器部件。圆顶开关在过载压力下塌缩，从而使力传感器与超出力传感器极限的泵驱动力隔离。过载可触发报警信号，并且使泵被关闭。

Description

用于药剂注射器泵中的过载保护的方法和装置
技术领域
实施方案涉及一种药剂输注泵。特别地，实施方案涉及一种用于感测和防止用于向患者施用药剂的注射器泵的驱动机构中的力过载的方法和装置。
背景技术
注射器泵用于各种治疗领域，用于以在体积和时间方面受控制的剂量向患者施用药物、营养成分和规定的流体或流体状物质(统称为“药剂”)。可以通过这种泵以通常在低至0.1ml/hr到高至1200ml/hr的范围内的输注速率精确地并连续地施用药剂。由于注射器泵能够以精确、准确和连续的方式输送药剂，因此注射器泵非常适合于例如疼痛控制和姑息疗法，并且还经常用于新生儿和儿科重症监护室。
在操作中，药剂注射器泵包括具有柱塞的注射器，该柱塞可滑动地但紧密地装配在容纳有药剂的筒的内部。通过泵使柱塞移动穿过筒的操作来从筒施用药剂。因此，药剂在压力下从筒排出并经由包括针、喷嘴、管等的输送路径而被引导至患者。来自注射器泵中的注射器的药剂能够以例如静脉内、动脉内、硬膜外或皮下的方式施用。如将理解的是，恒定的和按计量的药剂施用需要从注射器泵中的注射器通过输送路径的稳定和准确的流动。泵的输送压力的不期望的增加可以指示流动阻塞、泵故障或其他问题。
力传感器可以设置成与注射器泵的柱塞驱动器头部相连通，例如，如美国专利No.7,635,349和No.6,551,277所示。因此，可以感测到超过规范操作范围的压力的产生，从而触发警报并且启动校正动作。通常，这种类型的传感器由薄的箔材料或已经金属化的玻璃基板——诸如硅晶片——构成。特别是在后者的情况下，粗暴操作或极端过载是令人担忧的，因为传感器可能被不可修复地损坏，从而需要泵停止使用以进行修理。
一种过载保护方法和系统提供了确定的优势，该过载保护方法和系统用于将注射器泵中的力传感器与粗暴操作或极端过载的损坏作用隔离，同时仍然使力传感器能够准确、可靠和重复地检测过载状况和/或提供过载警报。
发明内容
通过用于药剂注射器泵中的过载保护的装置和方法的实施方式在很大程度上解决了上述问题。本文的过载保护装置和方法在正常条件和预期操作压力下提供药剂注射器泵的正常操作，并且在超过正常操作压力时提供泵送活动的终止和泵送力施加的终止。更具体地，本文的过载保护装置和方法的力传感器在物理上与超过设定点的过载力隔离从而免受损坏。
在实施方式中，本文的过载保护装置和方法包括在准备、延伸构型与塌缩构型之间可转变的圆顶开关，限定用于接纳圆顶开关的圆顶开关接纳部的结构，以及柱塞止动件。柱塞止动件相对于圆顶开关接纳部定向成能够与药剂注射器和注射器泵的注射器柱塞或操作性地联接至柱塞的结构接合并且限制注射器柱塞或操作性地联接至柱塞的结构的延伸进入圆顶开关接纳部。贯穿本文所使用的术语“圆顶开关”旨在包括适合在实施方式中使用或与实施方式一起使用的任何可变刚度的弹簧部件或器件或倾向于以非均匀力曲线塌缩的任何部件或器件。
附图说明
图1是具有根据实施方式的过载保护系统的药剂注射器泵的立体图，其中，注射器位于泵的顶部处。
图2是具有根据实施方式的过载保护系统的药剂注射器泵的局部截面图，描绘了注射器的拇指按压部被泵的注射器接合柱塞驱动器头部操作性地接合。
图3类似于图2，但其中，根据实施方式的过载保护系统的圆顶开关处于塌缩构型的状态。
图4a是在根据实施方式的过载保护系统中使用的圆顶开关的平面图，圆顶开关被描绘为处于延伸构型。
图4b和图4c是图4a中描绘的圆顶开关的侧视图，其中，圆顶开关处于延伸构型。
图5a、图5b和图5c类似于对应的图4a、图4b和图4c，但其中，圆顶开关被描绘为处于塌缩构型。
图6是描绘了用于根据实施方式的过载保护系统中的圆顶开关和圆顶开关接触板的分解图。
图7是描绘了在根据实施方式的过载保护系统中使用的圆顶开关的作为施加至圆顶开关的力的函数的宽度(距离)的曲线图。
具体实施方式
参照附图，图1描绘了包括根据本发明的主题的过载保护装置12的药剂注射器泵10的示例。药剂注射器14被描绘为处于操作位置、安装在注射器泵10的顶部附近。
注射器泵10包括基部16、显示器和用户输入面板18、手柄20以及柱塞驱动器22。柱塞驱动器22包括驱动杆23和注射器接合头部24。注射器14由注射器泵10以可移除的方式接纳在注射器托架26中，注射器托架26形成在注射器泵10的顶部附近。注射器夹具28用于将注射器14在注射器泵10上保持就位。注射器14包括注射器筒30和注射器柱塞32。注射器柱塞32的末端处包括拇指按压部34。柱塞驱动器22可以由泵10的电驱动马达(未示出)致动。
参照图2，根据实施方式的过载保护装置12被描绘为安装在柱塞驱动器22的注射器接合头部24上。
柱塞驱动器22的注射器接合头部24包括前板36、侧壁38和后板40(如图1所示)。注射器接合头部前板36包括由侧壁44限定的一体式拇指按压部接纳部42，拇指按压部接纳部42用于接纳注射器柱塞32的拇指按压部34。前板36包括与拇指按压部接纳部42的侧壁44大致对准(或大致对中)的开口46。
在前板侧壁44的开口46内接纳有注射器泵力传感器48。力传感器48可以是例如可从位于维吉尼亚州(邮编23666)汉普顿市卢卡斯路1000号(1000Lucas Way，Hampton，VA23666)、网址为www.meas-spec.com的Measurement Specialties(测量专家公司)，获得的型号为FX1901的力传感器。通常，这种类型的传感器由薄的箔材料或已经金属化的玻璃基板——诸如硅晶片——构成。
过载保护装置12包括圆顶开关50、圆顶开关保持器52和柱塞止动件54。印刷电路板56提供与圆顶开关50的电连接。可以通过直接地操作圆顶开关50或通过控制器(未示出)操作圆顶开关50而中断通向泵10的电动马达(未示出)的电力。
圆顶开关50可以是例如可从位于哥伦比亚州(邮编80550)温莎市的钻石峡谷大道960号(960Diamond Valley Drive，Windsor，CO 80550)、网址为www.snaptron.com的Snaptron，Inc.(Snaptron公司)获得的圆顶开关。圆顶开关50可以具有20.2mm的尺寸，例如具有5500g的脱扣力。如图6所示，圆顶开关50包括凹/凸开关本体58和径向延伸的腿部60。参照图4a至图4c和图5a至图5c，圆顶开关处于延伸构型时，沿圆顶开关纵向轴线并横跨圆顶开关50的宽度的距离(图4a至图4c；D1)大于圆顶开关处于塌缩构型时横跨圆顶开关50的宽度的距离(图5a至图5c；D2)。再次参照图6，应当理解，圆顶开关50的腿部60可以保持抵靠电路板56上的电迹线62、64，以便当圆顶开关50处于延伸构型(图4a至图4c)时在轨迹引线65a，65b之间形成电连接，并且当圆顶开关50处于塌缩构型(图5a至图5c)时，腿部60被提升以远离电路板56上的电迹线62、64，由此消除电连接。应当认识和理解的是，圆顶开关50及其腿部60仅表示可变刚度弹簧部件的一个示例。因此，可以采用例如开关本体、腿部、电迹线和引线、电路板以及电连接件的任何合适的构型和/或变体以用于在本发明的主题中使用或与本发明的主题一起使用。
具体地，参照图7的曲线图，将理解的是，在最高达横跨圆顶开关50的宽度施加的一定大小的力(压力)之前，横跨圆顶开关50的宽度的距离D1相对恒定。在临界压力(Fs)处，圆顶开关50的圆顶58将塌缩(急变)，并且横跨圆顶开关50的宽度的距离D2将处于相对较小的第二值。相应地，圆顶开关50的腿部60将分别从与迹线62、64接触转变成不与迹线62、64接触。尽管在图7中未明确示出，但应当理解的是，处于位置D1的圆顶开关50处于“预加载”之下，在一些实施方式中，“预加载”可以大于力传感器的工作负载。还应当认识到的是，具体实施方式将具有关于D1和D2的具体范围，该具体范围在实施方式中可以明显地变化。
圆顶开关保持器52通过螺钉66在前板36上以可移除的方式保持就位。在圆顶开关保持器52的内部尺寸上设置有腔68，腔68用于接纳圆顶开关50和电路板56。当圆顶开关50处于延伸构型时，腔68的深度与电路板56与横跨圆顶开关50的宽度的距离D1的组合宽度近似相等。然而，当圆顶开关50处于塌缩构型时，腔68的深度大于电路板56与横跨圆顶开关50的宽度的距离D2的组合宽度。
在操作中，再次参照图2，根据实施方式的过载保护装置12被描绘为在药剂注射器泵10中就位。药剂注射器泵10的注射器接合头部24被描绘为与注射器柱塞32的拇指按压部34邻接地接合。如将认识到的是，图2中的柱塞驱动器22的向左运动将使注射器柱塞32从图2的立体图所示的位置向左移动，从而使注射器柱塞32沿注射器泵30移动，用于可控地从注射器泵10中的注射器14排出药剂。
当柱塞驱动器22使注射器柱塞32沿注射器筒30移动以分配药剂时，力传感器48将受到来自抵着注射器柱塞32的柱塞驱动器22的驱动压力并且将响应于该驱动压力而提供信号。如上所述，如果由于阻塞、设备故障等原因而将过载压力施加到注射器柱塞，力传感器48将记录这些压力，但是当过载压力达到临界极限时，力传感器48可能遭受损坏。应当认识到的是，过载压力或力也可能由其他原因导致，例如泵的粗暴操作或掉落，或者对泵或其各个部件的其他冲击，这些冲击因此传递到力传感器。
过载保护装置12被设计成当过载压力超过临界极限时保护力传感器48免受损坏。参照图2，在正常操作压力下，柱塞驱动器22的驱动力通过注射器接合头部24穿过圆顶开关50、电路板56、力传感器48到达注射器柱塞32的拇指按压部34从而传递至注射器柱塞32。参照图7，可以观察到，随着操作压力增加到临界压力(Fs)，圆顶开关50保持延伸构型，并且横跨圆顶开关50的宽度的距离D1保持相对恒定。参照图7和图3，当操作压力超过临界压力Fs时，圆顶开关50塌缩成塌缩构型，从而使横跨圆顶的宽度的距离从D1减小到较小的D2。如以上详细描述的，当圆顶开关50处于塌缩构型时，保持圆顶开关50和电路板56的腔68的深度大于电路板56与横跨圆顶开关50的距离D2的组合宽度。此外，参照图3，当圆顶开关50塌缩时，拇指按压部34接合注射器接合头部24上的柱塞止动件54，以阻止注射器柱塞32相对于注射器接合头部24的运动。因此，圆顶开关50和电路板56松动地保持在腔68中，其中，电路板56、特别是力传感器48不再受到柱塞驱动器22的(过载)驱动力，从而使力传感器48与破坏性的过度负载隔离。此外，在这种状态下，圆顶开关50的腿部60延伸脱离与电路板56的电迹线62、64的接触，从而中断电迹线62、64之间的经由圆顶开关50的电连接。经由圆顶开关50的电连接的中断可以用信号通知过载情况的存在，并且使泵被关闭。
参照图7，通过对圆顶开关50进行预加载(即，压缩至某种期望的程度)可以增加圆顶开关50对过载力的灵敏度。特别地，选择性地减小腔68的深度可以将圆顶开关50压缩至某种期望的程度，但仍保持圆顶开关50上的压力低于临界压力(Fs)。因此，使操作压力达到临界压力(Fs)的附加力相应较小，从而提高过载保护装置12的灵敏度。
不管具体实施方式如何，应当认识和理解的是，用于感测和防止注射器泵的驱动机构中的力过载的方法和装置，例如在本文中已经通过示例描述或以其他方式设想的方法和装置，其特征在于，(i)被接纳于泵的接纳部中的注射器柱塞(或操作性地联接至柱塞的结构)的表面与(ii)接纳部本身之间的相对尺寸或距离始终能够保护接纳部中的传感器免受过载力。因此，根据本发明的新颖性及发明主题，可以根据需要选择用于感测和防止注射器泵中的力过载的方法和装置的各个部件以及这种装置和方法的实施方式的组成和结构的其他细节，只要这些各种实施方式的这些细节起到保护接纳部中的传感器免受如上所述的过载力的作用即可。
在一个实施方式中，过载保护装置将注射器泵力传感器与施加至包括具有拇指按压部的注射器柱塞的注射器的过载力操作性地隔离。注射器泵力传感器操作性地联接至拇指按压部以用于测量施加至拇指按压部的驱动力。过载保护装置包括圆顶开关，该圆顶开关具有圆顶开关纵向轴线和沿圆顶开关纵向轴线测量的圆顶开关宽度，圆顶开关可在圆顶开关延伸构型与圆顶开关塌缩构型之间转变，圆顶开关具有可在圆顶开关宽度延伸尺寸与圆顶开关宽度塌缩尺寸之间转变的圆顶开关宽度，圆顶开关宽度塌缩尺寸小于圆顶开关宽度延伸尺寸。圆顶开关在圆顶开关接合表面处与注射器泵力传感器操作性地接合，圆顶开关接合表面操作性地联接至拇指按压部以用于将轴向活塞驱动力传递至圆顶开关并且使圆顶开关在圆顶开关延伸构型与圆顶开关塌缩构型之间转变。此外，一结构限定了用于接纳圆顶开关并且将圆顶开关纵向轴线定向成与轴向活塞驱动力大致对准的圆顶开关接纳部，圆顶开关接纳部具有圆顶开关接纳部端壁和圆顶开关接纳部操作深度，在圆顶开关处于圆顶开关延伸构型时，可沿圆顶开关纵向轴线在圆顶开关接纳部端壁与圆顶开关接合表面之间测量圆顶开关接纳部操作深度。此外，柱塞止动件操作性地联接至限定圆顶开关接纳部的结构，柱塞止动件用于操作性地接合柱塞拇指按压部并且操作性地限制柱塞相对于限定圆顶开关接纳部的结构的行进，以使得圆顶开关接纳部操作深度始终大于圆顶开关塌缩尺寸。
在实施方式中，圆顶开关可以包括可变刚度弹簧器件。在实施方式中，圆顶开关构造成以非均匀的力曲线塌缩。
在实施方式中，提供过载保护的方法使注射器泵力传感器与施加至包括具有拇指按压部的注射器柱塞的注射器的过载力操作性地隔离。注射器泵力传感器操作性地联接至拇指按压部以用于测量施加至拇指按压部的驱动力。该方法包括提供限定用于接纳圆顶开关的圆顶开关接纳部的结构，圆顶开关具有圆顶开关纵向轴线和沿圆顶开关纵向轴线测量的圆顶开关宽度，圆顶开关可在圆顶开关延伸构型与圆顶开关塌缩构型之间转变，圆顶开关具有可在圆顶开关宽度延伸尺寸与圆顶开关宽度塌缩尺寸之间转变的圆顶开关宽度。圆顶开关宽度塌缩尺寸小于圆顶开关宽度延伸尺寸，并且圆顶开关能够在圆顶开关接合表面处与注射器泵力传感器操作性地接合，圆顶开关接合表面操作性地联接至拇指按压部以用于将轴向活塞驱动力传递至圆顶开关并且使圆顶开关在圆顶开关延伸构型与圆顶开关塌缩构型之间转变，并且将圆顶开关纵向轴线定向成与轴向活塞驱动力大致对准。该方法还包括圆顶开关接纳部具有圆顶开关接纳部端壁和圆顶开关接纳部操作深度，在圆顶开关处于圆顶开关延伸构型时，可沿圆顶开关纵向轴线在圆顶开关接纳部端壁与圆顶开关接合表面之间测得圆顶开关接纳部操作深度。该方法还包括将柱塞止动件以可操作的方式联接至限定圆顶开关接纳部的结构，柱塞止动件用于操作性地接合柱塞拇指按压部并且操作性地限制柱塞相对于限定圆顶开关接纳部的结构的行进，使得圆顶开关接纳部操作深度始终大于圆顶开关塌缩尺寸。
在实施方式中，该方法还可以包括提供圆顶开关。在实施方式中，该方法还可以包括提供包括限定圆顶开关接纳部的结构和圆顶开关的注射器泵。
本文描述了系统、装置和方法的各种实施方式。这些实施方式仅作为示例给出并且不旨在限制整个公开或权利要求的范围。此外，应当认识到的是，已经描述的实施方式的各种特征可以以各种方式组合以产生许多附加的实施方式。此外，尽管描述了与所公开的实施方式一起使用的各种材料、尺寸、形状、构型和位置等，但是在不超出本公开的范围的情况下，可以使用除了所公开的那些之外的其他材料、尺寸、形状、构型和位置。
相关领域的普通技术人员将认识到，实施方式可以包括比上述任何单独的实施方式中所示的更少的特征。本文中描述的实施方式并不意味着可以组合各种特征的方式的穷尽描述。因此，实施方式不是特征的相互排斥的组合；相反，如本领域普通技术人员所理解的，一些实施方式可以包括从不同的单独的实施方式选择出的不同的单独特征的组合。此外，除非另有说明，否则针对一个实施方式描述的元件可以在其他实施方式中实现，即使在这些实施方式中未描述所述元件时亦是如此。
尽管从属权利要求在权利要求中可以涉及与一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他实施方式还可以包括从属权利要求与每个其他从属权利要求的主题的组合或者一个或多个特征与其他从属权利要求或独立权利要求的组合。本文中提出了这样的组合，除非阐明不想要特定的组合。此外，还旨在将权利要求的特征包括在任何其他独立权利要求中，即使该权利要求不直接从属于该独立权利要求。
为了解释本发明的权利要求，明确说明不援引35U.S.C.第112节第六段的规定，除非在权利要求中述及特定术语“用于...的装置(means for)”或“用于...的步骤(stepfor)”。

Claims (6)

1.一种过载保护装置，所述过载保护装置用于将注射器泵的力传感器与施加至注射器柱塞的过载力操作性地隔离，所述注射器柱塞具有拇指按压部，所述注射器泵的力传感器能够操作性地联接至所述拇指按压部以用于测量施加至所述拇指按压部的驱动力，所述过载保护装置包括：
圆顶开关，所述圆顶开关具有圆顶开关纵向轴线和沿所述圆顶开关纵向轴线测量的圆顶开关宽度，所述圆顶开关能够在圆顶开关延伸构型与圆顶开关塌缩构型之间转变，所述圆顶开关具有能够在圆顶开关宽度延伸尺寸与圆顶开关宽度塌缩尺寸之间转变的圆顶开关宽度，所述圆顶开关宽度塌缩尺寸小于所述圆顶开关宽度延伸尺寸，所述圆顶开关能够在圆顶开关接合表面处与所述注射器泵的力传感器操作性地接合，所述圆顶开关接合表面操作性地联接至所述拇指按压部以用于将轴向活塞驱动力传递至所述圆顶开关并且使所述圆顶开关在所述圆顶开关延伸构型与所述圆顶开关塌缩构型之间转变；
限定圆顶开关接纳部的结构，所述圆顶开关接纳部用于接纳所述圆顶开关并且将所述圆顶开关纵向轴线定向成与所述轴向活塞驱动力大致对准，所述圆顶开关接纳部具有圆顶开关接纳部端壁和圆顶开关接纳部操作深度，所述圆顶开关接纳部操作深度能够在所述圆顶开关处于所述圆顶开关延伸构型时沿所述圆顶开关纵向轴线在所述圆顶开关接纳部端壁与所述圆顶开关接合表面之间测得；以及
柱塞止动件，所述柱塞止动件以可操作的方式联接至限定所述圆顶开关接纳部的所述结构，所述柱塞止动件用于操作性地接合所述柱塞拇指按压部并且操作性地限制所述柱塞相对于限定所述圆顶开关接纳部的所述结构的行进，使得所述圆顶开关接纳部操作深度始终大于圆顶开关塌缩尺寸。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述圆顶开关包括可变刚度弹簧器件。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述圆顶开关构造成以非均匀的力曲线塌缩。
4.一种提供过载保护的方法，所述方法将注射器泵的力传感器与施加至注射器柱塞的过载力操作性地隔离，所述注射器柱塞具有拇指按压部，所述注射器泵的力传感器能够操作性地联接至所述拇指按压部以用于测量施加至所述拇指按压部的驱动力，所述方法包括：
提供限定用于接纳圆顶开关的圆顶开关接纳部的结构，所述圆顶开关具有圆顶开关纵向轴线和沿所述圆顶开关纵向轴线测量的圆顶开关宽度，所述圆顶开关能够在圆顶开关延伸构型与圆顶开关塌缩构型之间转变，所述圆顶开关具有能够在圆顶开关宽度延伸尺寸与圆顶开关宽度塌缩尺寸之间转变的圆顶开关宽度，所述圆顶开关宽度塌缩尺寸小于所述圆顶开关宽度延伸尺寸，所述圆顶开关能够在圆顶开关接合表面处与所述注射器泵的力传感器操作性地接合，所述圆顶开关接合表面操作性地联接至所述拇指按压部以用于将轴向活塞驱动力传递至所述圆顶开关并且使所述圆顶开关在所述圆顶开关延伸构型与所述圆顶开关塌缩构型之间转变，以及将所述圆顶开关纵向轴线定向成与所述轴向活塞驱动力大致对准，所述圆顶开关接纳部具有圆顶开关接纳部端壁和圆顶开关接纳部操作深度，所述圆顶开关接纳部操作深度能够在所述圆顶开关处于所述圆顶开关延伸构型时沿所述圆顶开关纵向轴线在所述圆顶开关接纳部端壁与所述圆顶开关接合表面之间测得；以及
将柱塞止动件以可操作的方式联接至限定所述圆顶开关接纳部的所述结构，所述柱塞止动件用于操作性地接合所述柱塞拇指按压部并且操作性地限制所述柱塞相对于限定所述圆顶开关接纳部的所述结构的行进以使得所述圆顶开关接纳部操作深度始终大于圆顶开关塌缩尺寸。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括提供所述圆顶开关。
6.根据权利要求4所述的方法，还包括提供注射器泵，所述注射器泵包括限定所述圆顶开关接纳部的所述结构和所述圆顶开关。
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